UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

CURSO DE ENGENHARIA DE QUÍMICADISCLIPLINA DE INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL

APOSTILA DE INTRODUÇÃO À ENGENHARIA AMBIENTAL

PROFESSORA: ROSÂNGELA BERGAMASCO

Maringá, 2012

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Sumário1-NOÇÕES SOBRE ECOLOGIA......................................................................................................5

1.1 - Histórico....................................................................................................................................51.2 - Subdivisões da Ecologia............................................................................................................61.3 - Ecologia uma Ciência Multidisciplinar.....................................................................................61.4 - O Conceito de Ecossistema.......................................................................................................61.5 - O que e quem pode alterar o ecossistema?................................................................................61.6 - O que é Poluição?......................................................................................................................71.7 - A Reforma Sanitária e a Poluição..............................................................................................71.8 - A Revolução Industrial, o Problema da Poluição Mundial e a Vida Sustentável.....................71.9 - Fatores que tornaram possível a Revolução Industrial..............................................................81.10 - A Água no Meio......................................................................................................................91.11- O Ciclo do Carbono................................................................................................................121.12 - O Ciclo do Nitrogênio...........................................................................................................121.13 - O Ciclo do Oxigênio..............................................................................................................121.14 - O Fluxo de Energia num Ecossistema...................................................................................131.15 - Balanço entre Produção e Consumo......................................................................................131.16 - Que fatos podem-se verificar daí?.........................................................................................13

2 - CONTROLE DE POLUIÇÃO DAS ÁGUAS................................................................................152.1 - Processos ideais versus processos reais...................................................................................162.2 - Definição do termo poluição zero...........................................................................................172.3 - Programa de minimização de despejos....................................................................................18

3 - NOÇÕES SOBRE A QUALIDADE DA ÁGUA...........................................................................213.1 - A água na natureza..................................................................................................................21

3.1.1 - Distribuição da água na terra:...........................................................................................213.2 - O ciclo hidrológico..................................................................................................................223.3 - Os usos da água.......................................................................................................................223.4 - Impurezas encontradas na água...............................................................................................223.5 - Parâmetros de qualidade da água.............................................................................................24

3.5.1 - Parâmetros Físicos............................................................................................................243.5.2 - Parâmetros Químicos........................................................................................................243.5.3 - Parâmetros Biológicos......................................................................................................24

3.6 - Poluição das águas...................................................................................................................243.7 - Quantificação da carga poluidora............................................................................................253.8 - Características das águas residuárias.......................................................................................263.9 - Caracterização da qualidade dos esgotos.................................................................................293.10 - Qual a principal diferença entre os testes de DBO e DQO?..................................................323.11 - Características de esgotos industriais....................................................................................35

4- IMPACTO DO LANÇAMENTO DE EFLUENTES NOS CORPOS RECEPTORES..................364.1 - Poluição por Matéria Orgânica e Autodepuração....................................................................364.2 - Autodepuração - Análise Ecológica........................................................................................364.3 - Balanço de oxigênio dissolvido...............................................................................................384.4 - A curva de oxigênio dissolvido...............................................................................................39

5 - INTRODUÇÃO AO CONTROLE DE POLUIÇÃO.....................................................................405.1 - Poluição ambiental..................................................................................................................405.2 - Classificação geral dos resíduos..............................................................................................425.3 - Eliminação ou minimização dos problemas ambientais..........................................................425.4 - Sistema de gestão ambiental....................................................................................................435.5 - Normas e procedimentos.........................................................................................................435.6 - Princípios da iso 14000............................................................................................................44

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6-INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE EFLUENTES...............................................................476.1-Por que tratar efluentes?............................................................................................................476.2 Principais contaminantes e características das águas residuárias..............................................476.3- Classificação dos Tipos de Tratamento....................................................................................50

7- TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUOS – PRINCÍPIOS DA CINÉTICA DE REAÇÕES E DA HIDRÁULICA DE REATORES..............................................................................................52

7.1- Introdução.................................................................................................................................527.2 - Cinética de reações..................................................................................................................527.3 - Balanço de massa.....................................................................................................................597.4 – Hidráulica de reatores.............................................................................................................617.5- Tempo de retenção hidráulica e tempo de residência celular...................................................62

8-TRATAMENTO SECUNDÁRIO – PROCESSOS AERÓBIOS....................................................648.1-Lodos ativados...........................................................................................................................648.3-Problemas operacionais – suas causas e soluções.....................................................................758.4-Lagoas aeradas..........................................................................................................................808.5-Lagoas de estabilização...........................................................................................................818.6-Discos biológicos rotativos (rbc - rotating biological contactors)............................................87

9-TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES........................................................................909.1- Introdução.................................................................................................................................90

9.1.1-Histórico.............................................................................................................................909.2- Aplicaçoes do tratamento anaeróbio.........................................................................................909.3-Vantagens e desvantagens.........................................................................................................909.4- Fundamentos do tratamento anaeróbio.....................................................................................91

9.4.1-Processo de digestão...........................................................................................................919.4.2- Microbiologia da digestão anaeróbia.................................................................................919.4.3-Sequência metabólica.........................................................................................................94

9.5-Bioquímica da digestão anaeróbia.............................................................................................949.5.1-Ácidos voláteis intermediários...........................................................................................949.5.2-Aspectos termodinâmicos...................................................................................................959.5.3-Estimativa da produção de metano.....................................................................................969.5.4- Redução de sulfato.............................................................................................................96

9.6-Requisitos ambientais para o processo anaeróbio.....................................................................969.6.1-Nutrientes............................................................................................................................979.6.2-Temperatura........................................................................................................................979.6.3-Ph, alcalinidade e ácidos voláteis.......................................................................................98

9.7-Sistemas anaeróbios de tratamento............................................................................................999.7.1- Sistemas anaeróbios de tratamento..................................................................................1009.7.2-Sistemas convencionais de tratamento anaeróbio............................................................1009.7.3-Sistemas de alta taxa com crescimento aderido................................................................1029.7.4-Sistema anaeróbio com crescimento disperso..................................................................1049.7.5-Sistemas combinados de tratamento.................................................................................107

10- TRATAMENTO TERCIÁRIO...................................................................................................10810.1- Introdução.............................................................................................................................10810.2.-Necessidade de reuso............................................................................................................10910.3-Formas potenciais de reuso....................................................................................................109

10.3.1 - Usos Urbanos................................................................................................................11010.3.2 -Usos Industriais.............................................................................................................11210.3.3- Recarga de Aqüíferos....................................................................................................11310.3.4 -Usos agrícolas................................................................................................................114

10.4. Ações a serem desenvolvidas para o reuso no brasil............................................................121

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11-FUNDAMENTOS SOBRE PROCESSOS COM MEMBRANAS..............................................12411.1-Membranas............................................................................................................................12411.2-Escolha das membranas.........................................................................................................133

11.2.1- Parâmetros que influenciam o desempenho das membranas.........................................13412-RESÍDUOS SÓLIDOS.................................................................................................................140

12.1-Introdução..............................................................................................................................14012.2-Resíduos sólidos....................................................................................................................14012.3-Considerações gerais.............................................................................................................14112.4-Classificação..........................................................................................................................14112.5-Características........................................................................................................................14312.6-Resíduos sólidos urbanos (rsu)..............................................................................................14612.7-Coleta e disposição final do lixo............................................................................................14712.8-Aterros...................................................................................................................................14912.9-Reciclagem............................................................................................................................15312.10-Você sabe quanto tempo a natureza leva para absorver os produtos abaixo?.....................15512.11-Compostagem......................................................................................................................16712.12-Resíduos industriais.............................................................................................................17112.13-Resíduos hospitalares..........................................................................................................17312.14-Resíduos tóxicos..................................................................................................................17512.15-Rejeitos nucleares................................................................................................................17512.16-Pilhas e baterias...................................................................................................................17612.17-Incineração...........................................................................................................................17612.18-Pirólise.................................................................................................................................178

13-Tratamento de Efluentes Atmosféricos........................................................................................18013.1-A Poluição Atmosférica.........................................................................................................18013.2-Efeitos Globais da Poluição Atmosférica..............................................................................18013.3-Chuva Ácida..........................................................................................................................18113.4-Diminuição da Camada de Ozônio........................................................................................18113.5-Inversão Térmica...................................................................................................................18213.6-Corrosão.................................................................................................................................18213.7-Efeitos Sobre a Saúde............................................................................................................18213.8-Adsorção................................................................................................................................185

13.8.1-Regeneração dos Adsorventes........................................................................................18513.8.2-Equipamentos de Adsorção............................................................................................186

13.9-Absorção................................................................................................................................18613.10-Dispersão.............................................................................................................................18713.11-Os tipos mais comuns de poluentes gasosos.......................................................................188

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1-NOÇÕES SOBRE ECOLOGIA

1.1 - Histórico

A palavra ecologia deriva do grego “oekologie”, que significa literalmente ciência do habitat. Pode-se definir ecologia como a “Ciência que estuda as relações entre os seres vivos e entre estes seres vivos e o ambiente em que vivem.

De acordo com as leis da ecologia os seres vivos devem viver num equilíbrio harmonioso, entre si e com o ambiente, no qual estão inseridos, equilíbrio este que deve ter duração indefinida, quando este equilíbrio é rompido por qualquer fator diz-se que ocorreu poluição, situação esta que pode ter conseqüências as mais desastrosas possíveis.

O pensamento ecológico é bastante antigo, atribui-se à Ernest Haeckel, zoológo Alemão, a introdução do vocábulo ecologia, em 1866, porém, já em 1798 Malthus expunha suas idéias sobre crescimento populacional, em que afirmava que as populações crescem em progressão geométrica, enquanto os meios para sua subsistência aumentam em progressão aritmética, ou seja, a medida que a população cresce, mais escassos tornam-se os meios para a sua subsistência.

Darwin, que era professor de Haeckel, parecia concordar com as idéias de Malthus, uma vez que em 1858, para explicar a sua teoria sobre origem e evolução das espécies formulou três princípios fundamentais: (1) Há maior produção do número de ovos, esporos e sementes, do que de indivíduos adultos; (2) Os indivíduos são diferentes uns dos outros; (3) Os indivíduos, em número excessivo e diferentes uns dos outros, lutam pelos mesmos meios de subsistência e sobrevivem os mais aptos, os melhores adaptados às condições do ambiente em que vivem.

Pode-se dizer que a partir dai ficou estabelecido o conceito de competição, e que as três teorias se inter-relacionam e estabelecem o inter-relacionamento entre os seres e o ambiente em que vivem. É por esta razão que se diz que o pensamento ecológico é bem mais antigo que a introdução do vocábulo ecologia.

Até quase 1930 a ecologia como ciência pouco se desenvolveu. O Brasil contribuiu de maneira significativa para o progresso da ecologia como ciência, uma vez que o primeiro livro publicado sobre ecologia no mundo em 1895, foi feito a partir das observações feitas pelo botânico dinamarquês, Eugênio Warning, quando este viveu no Brasil, em Lagoa Santa – Minas Gerais, durante três anos (1863-1866), estudando a vegetação.

A primeira tentativa de apresentar a ecologia, com bases científicas, foi feita em 1927 por Elton, no que se referia ao mundo animal.

O início do século XX marca a fundação das primeiras sociedades ecológicas e também a publicação dos primeiros trabalhos científicos em periódicos. O primeiro congresso internacional sobre ecologia foi em Haia em 1974.

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1.2 - Subdivisões da Ecologia

Auto-ecologia: estuda as relações de uma só espécie com o meio em que vive, ou seja, a auto-ecologia estabelece os limites de tolerância e preferência de cada espécie em relação a cada fator ecológico, muitas vezes é chamada de ecofisiologia.

Sinecologia: estuda as relações entre as espécies que vivem em certo ambiente, e as relações entre essas espécies e seu ambiente. Em outras palavras é a ecologia dos conjuntos de espécies de seres vivos.

1.3 - Ecologia uma Ciência Multidisciplinar

A ecologia é uma ciência muito complexa e envolve o conhecimento de muitas outras ciências, tais como, Zoologia, Botânica, Microbiologia, Geografia, Fisiologia, Genética, Química, Física, Estatística, Sociologia, etc.. A ecologia deve explicar o papel dos diversos fatores do meio físico, sobre as diversas espécies de seres vivos que vivem neste meio, por isso é uma ciência que deve ser desenvolvida por equipes multidisciplinares.

Para se ter o conhecimento do que se passa entre os seres vivos e o ambiente que habitam, é necessário conhecer os principais fatores que intervém no meio físico e o papel que cada um destes fatores desempenha sobre os seres vivos. Dentre os principais fatores pode-se citar: Ar, Água, Luz e Solo.

O professor Patrick Blaudin, do Museu Nacional de História Natural da França, diz que no século XX a ecologia tornou-se uma ciência para engenheiros. Engenheiros capazes de intervir sobre um terreno, segundo um caminho racional e cientificamente fundamentado, para obter uma organização e um funcionamento satisfatório dos meios naturais.

A ecologia é pois, muito mais que um conjunto de preocupações relativas ao ambiente. É uma disciplina científica fundamental, prática, para profissionais de alto nível universitário, longe de ser uma preocupação militante ou politizada simplesmente (guia ilustrado de ecologia).

1.4 - O Conceito de Ecossistema

Chama-se de ecossistema a um conjunto de condições físicas e químicas de certo lugar, reunido a um conjunto de seres vivos que habitam esse lugar. O ecossistema tem pois, dois componentes: O ambiente povoado pelos seres vivos; e o conjunto de seres que povoam este ambiente.

Ao ambiente físico dá-se o nome de Biótopo, e ao conjunto de seres vivos, dá-se o nome de Biocenose.

1.5 - O que e quem pode alterar o ecossistema?

Todas as espécies que povoam um ecossistema são capazes de altera-lo, seja retirando dele o seu alimento para a sua subsistência, seja devolvendo à ele o que retirou, através de suas fezes ou urina, geralmente de uma forma diversa.

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O homem em nada difere das outras espécies quanto à capacidade de alterar o seu ecossistema, porém, há uma diferença fundamental, porque ao homem foi dada a faculdade, por sua “inteligência”, de acelerar o processo de alteração do ambiente, por meio dos meios que inventa e descobre.

1.6 - O que é Poluição?

Várias são as conceituações ou definições que podem ser dadas de poluição mas, de um modo geral, pode-se definir poluição como “qualquer alteração que é introduzida em um ecossistema, que ocasione desequilíbrio, ou leve à situação de um novo equilíbrio diferente daquele que se encontrava anteriormente”. Os agentes causadores destas alterações são chamados de poluentes.

Pode-se perceber que existem vários tipos de alterações ou de poluição, tais como, poluição do ar, da água, do solo, sonora, que podem ser causadas por substâncias químicas, ou não, no estado líquido, sólido ou gasoso, ou ainda causada por introdução de seres vivos ao ecossistema.

Pode-se ainda falar em poluição visual e no sentido figurado, em poluição política e moral, que tão bem conhecemos em nosso país.

1.7 - A Reforma Sanitária e a Poluição

Até meados do século XIX, antes da reforma sanitária, todos os esgotos gerados, que eram quase que totalmente de origem sanitária, eram lançados em poços ou fossas sépticas, no interior das residências, de onde eram retiradas para reservatórios públicos, lugar em que permaneciam secando, com o objetivo de se obter uma massa estabilizada, que era utilizada na lavoura.

Em 1847, na Inglaterra, um famoso sanitarista chamado Chadwick estabeleceu uma reforma sanitária, que consistiu basicamente na ligação de todos os esgotos domésticos nas redes coletoras urbanas, mediante a instalação de descargas hídricas. As redes públicas de esgoto que recebiam exclusivamente as águas da chuva passaram a receber além de outros poluentes as descargas fecais. Foi inaugurado assim a lei que os franceses denominaram de “tout à l’égout” (tudo ao esgoto), teve funções benéficas, como a remoção de materiais contaminantes de dentro das casas, mas, teve suas funções maléficas, pois, iniciou o processo de contaminação dos rios.

Esta reforma sanitária levou a problemas seríssimos como a proliferação de doenças, como febre tifóide, cólera, hepatite, causadas pelas excreções de pessoas doentes que tinham seus dejetos lançados nas redes de esgotos que posteriormente eram lançados nos rios. A Alemanha, a Inglaterra e a França tiveram seus rios transformados em fontes importantes de epidemias, por conta do lançamento de esgotos, que só foram resolvidas com o desenvolvimento de técnicas de tratamento de esgotos, que passaram a ser obrigatórios a partir de 1875 e, pela introdução das práticas de cloração das águas de abastecimento.

1.8 - A Revolução Industrial, o Problema da Poluição Mundial e a Vida

Sustentável

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A revolução industrial, que teve seu início no século XVIII, na Inglaterra em 1760, e seu grande crescimento no século XX, levou o mundo a um estágio de grande desenvolvimento, porém, hoje já se tem conhecimento que este desenvolvimento, levou também a que toda humanidade ficasse exposta a grandes riscos, que podem ser exemplificados tanto pela ameaça de inexistência de água para beber, neste milênio, como pela ameaça da destruição da camada de ozônio, que protege a terra dos raios ultravioletas.

A origem da revolução industrial está no desenvolvimento da indústria têxtil. Em um determinado momento, a demanda de tecido não podia ser satisfeita pela antiga roda de fiar, operada manualmente por um tecelão.

No entanto, a indústria têxtil exigiu a criação de uma indústria química moderna, capaz de abastecê-la com os produtos necessários para a lavagem do algodão e a tintura dos tecidos. Para produzir sabão, era preciso soda. Em 1825, instalou-se, em Glasgow, a maior fábrica de produtos químicos da Europa. Empregava 3 mil trabalhadores e ocupava 40 hectares. Fabricava soda conforme um método inventado por Nicolas Leblanc, em 1783, que utilizava ácido sulfúrico. Na fabricação deste ácido, produzia-se gás clorídrico, produto altamente contaminante, que a fábrica emitia continuamente por sua chaminé de 139 metros de altura. Logo se conseguiu diluir esse gás em água e utilizá-lo no processo de fabricação de tinturas para colorir o algodão, este processo porém, também pode levar a um grau de poluição importante, pela geração de compostos organoclorados.

Além das indústrias químicas, desenvolveram-se outras, como as de explosivos e as de fosfatos, usados como fertilizantes na agricultura. O desenvolvimento da Química é uma das características da revolução industrial, assim como o da Matemática e o da Física foram da revolução científica, iniciada quase três séculos antes.

Nos três últimos séculos a população mundial cresceu oito vezes, enquanto que a produção industrial cresceu cerca de 100 vezes, só nos últimos cem anos. Este crescimento industrial, no entanto, beneficiou uma parcela muito pequena da população mundial cerca de 20%, que consomem 80% dos recursos naturais.

A década de 60, porém, foi marcada por grandes transformações e, foi nesta década que o homem se deu conta de que é preciso mudar sua maneira de pensar o progresso, percebendo que mais importante que progredir, é progredir com consciência da preservação da vida humana e do ambiente em seu entorno. Este pensamento levou ao desenvolvimento de um mercado consumidor mais consciente, que exige além de qualidade na produção, qualidade de produção. No entanto, este pensamento de consciência ecológica e de preservação ambiental, esbarra, sobretudo nos países de terceiro mundo, no estado de pobreza que vive a população, que significa uma grande parcela de habitantes da terra vivendo na miséria absoluta.

Neste sentido, deve-se entender vida sustentável como progresso para todos, com preservação da natureza, o que significa dizer profundas mudanças, tanto do ponto de vista técnico, como do ponto de vista social e sociológico, na maneira do homem encarar o progresso, ou seja, formas mais justas de desenvolvimento, que não ameacem o equilíbrio natural e que levem a menores desníveis sociais.

1.9 - Fatores que tornaram possível a Revolução Industrial

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Apesar de, no início do século XVIII, a Inglaterra apresentar um certo atraso técnico em relação a outros países europeus, a sociedade inglesa tinha uma série de condições que permitiram a sua rápida industrialização. As revoluções do século XVII acabaram com os privilégios da nobreza e com a servidão dos camponeses, que passaram a procurar emprego livremente nas fábricas. A Revolução Francesa aconteceu somente em 1789. Além disso, a população reduzida favorecia o uso de máquinas para suprir a falta de mão-de-obra. Ao mesmo tempo, a escassez de madeira, na Inglaterra, estimulou a mineração de carvão, importante para a siderurgia. Outro fator decisivo foi sua localização geográfica, que convertera a Inglaterra num centro de comércio mundial, através de seus numerosos portos.

Mais ainda, a expansão colonial abriu novos mercados para a exportação dos produtos industriais. Um dado muito significativo é que, durante a Revolução Industrial, as guerras que devastaram o continente europeu se desenvolveram fora de seu território, o que permitiu à indústria inglesa trabalhar em paz e gerar riqueza.

Mais de 30 anos após a conferência de Estocolmo, nota-se ainda uma imensa incapacidade dos Países de gerar planos, ou estabelecer políticas que façam frente às questões globais relacionadas ao ambiente, sobretudo devido à insatisfação dos Países subdesenvolvidos, ou em desenvolvimento, que acusavam os Países, ditos de primeiro mundo, de cercear seus programas de desenvolvimento, acusando-os de geradores de poluição.

Neste sentido é que neste inicio do século XXI, tem-se que pensar em redescobrimento, quando pensa-se em solução para os problemas ambientais. Redescobrir que os seres vivos devem prover a terra, para mantê-la viva, pensando em um novo modo de desenvolvimento que garanta a preservação, e isto só se consegue com educação. A educação no sentido da busca de subsídios, para a ampliação dos conhecimentos que leve ao exercício da cidadania e da qualidade da vida humana.

1.10 - A Água no Meio

A água é um dos fatores mais importantes para os seres vivos, por isso é muito importante saber de que maneira ela se encontra no meio, e qual é a sua melhor forma de assimilação.

A água pode ser encontrada em diversos estados no meio: líquido, nos grandes depósitos de água salgada, como os mares e oceanos, nos depósitos de água doce, como os rios, lagos e lagoas e também entre as partículas sólidas do solo. gasoso, na atmosfera. sólido, nas grandes massas de gelo, nas regiões polares e nos cumes das montanhas e serras, que apresentam uma certa altitude.

Estas formas são intercambiáveis. É muito importante compreender estas transformações para saber o que ocorre com a água na natureza.

Alguns dos ecossistemas mais complexos estão contidos nos oceanos, que ocupam mais de 70% da superfície terrestre. A zona costeira representa apenas 10% da zona oceânica total, porém, nela se origina mais da metade da produtividade biológica dos oceanos, estas zonas abrigam 60% da população mundial e contêm muitas classes de ecossistemas vitais para a vida marinha, (Dias, 1992). De um modo geral, os oceanos se constituem em grandes lixeiras, sendo utilizados para descargas de resíduos urbanos e industriais, sedimentos provenientes de erosões e via de regra, são os depósitos de quase todo o resíduo radioativo gerado no mundo.

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Estes lançamentos indiscriminados de resíduos nos oceanos acarretam grandes problemas para a fauna e a flora presentes nestes ecossistemas, chegando mesmo a comprometer seriamente a sua utilização.

Em qualquer ecossistema que se considere pode-se verificar a existência de um ciclo de água que pode ser esquematizado como a seguir.

A energia assimilada pelos seres vivos é utilizada pelas células por meio de reações químicas, que têm lugar em meio aquoso dentro das células. esta água porém, tem que estar disponível de maneira a ser utilizada diretamente pelos seres vivos, ou seja no estado líquido.

Água no corpo humano e em muitos outros animais e vegetais desempenha não só o papel de estruturação das células, como também de veículo importante para o transporte de substâncias dissolvidas para dentro e fora do organismo e de todos os órgãos. Devido a sua capacidade solvente, bem como a sua mobilidade, executa funções como elemento preponderante no sangue e na seiva dos vegetais.

A água então, é necessária não só para manter a temperatura do corpo humano, mas, também para conduzir produtos de excreção, uma vez que possui muita facilidade em atravessar as membranas das células, quando no estado líquido.

A água no estado líquido é muito importante para os seres humanos, porque todas as reações bioquímicas que se processam nestes seres e em muitos outros, ocorrem em meio aquoso. Neste sentido, a água é necessária não só em quantidade, como em qualidade. Ela não pode conter substâncias que sejam nocivas ao bom funcionamento dos órgãos e células do organismo, além de não poder transportar microrganismos patogênicos.

A água, inevitavelmente, retorna à natureza (rios, lagos, oceanos), depois de usada, portanto, todo cuidado deve ser tomado antes do seu lançamento nos corpos receptores, uma vez que estes corpos necessitam de uma qualidade mínima para os seus usos potenciais.

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Todo cidadão tem o direito a ter água tratada e o Estado tem o dever de oferecer este serviço, este é um dever que o cidadão outorga ao Estado, através do pagamento de impostos. Esta responsabilidade que é outorgada ao estado tem o objetivo único de manter a uniformidade e a segurança com relação aos processos de tratamento, garantindo assim serviços eficazes e conseqüentemente uma água de melhor qualidade.

Essa outorga estabelece uma via de mão dupla entre o Estado e o cidadão. Todo cidadão tem obrigações que se não cumpridas, estará infringindo esse contrato social que tem para com o Estado. Por exemplo se lançar nas redes pluviais os esgotos de sua residência, uma vez que essas águas pluviais são lançadas no rio mais próximo, sem passar por qualquer tratamento, por outro lado, o Estado estará lesando a população se lançar em rios, ou outros corpos receptores, os esgotos da rede sanitária, sem tratamento, prejudicando o seu uso potencial. Isto pode se aplicar ao ensino público, todo cidadão outorga ao Estado, através do pagamento de impostos a função de prover o ensino público, e o Estado estará traindo a confiança do cidadão, se este ensino não for de qualidade.

Contudo, a tarefa do Estado de levar água tratada até a residência de cada cidadão, nem sempre é tão fácil, muitas vezes a população prefere ser abastecida pelo poço que cava em seu quintal do que fazer a ligação domiciliar, quando intimado, muitas vezes reagindo com violência e depedrando as instalações do sistema de abastecimento, como aconteceu em Salvador quando o Engenheiro Teodoro Sampaio projetou e construiu o primeiro sistema de distribuição de água na cidade. A população saiu às ruas indignada, dizendo que não beberia água de cano.

Reações desta natureza, freqüentemente, são decorrentes da revolta contra a tarifa a ser paga. Estas tarifas parece ser altas quando se pensa que a água é oferecida pela natureza e o único trabalho é fazer chega-la ao cano, porém, esta tarefa não é tão fácil assim, principalmente se considerarmos que os nossos mananciais, via de regra, estão cheios de impurezas, - muitas vezes pelo descaso que se tem, tanto com os recursos hídricos quanto com os recursos naturais de modo geral - o que torna difícil a transformação desta água em potável.

A melhor maneira de se utilizar as reservas hídricas, de forma a manter o equilíbrio ambiental e sem causar conflitos é lançar mão do Planejamento. Planejar, para aproveitar os recursos hídricos de forma total, sem conflitos nem incompatibilidade.

É certo que usar do artifício do represamento é uma das maneiras eficazes encontradas para disciplinar os rios, transformando-os em lagos que enchem na época das chuvas, armazenando a água que será usada no período das secas. Dessa forma ter-se-ia vazões regularizadas durante todo o ano, e evitaria inundações, garantiria o abastecimento e a irrigação e ainda o funcionamento das turbinas de hidrelétricas, durante todo o período de seca.

Porém, nem sempre estas medidas são tomadas com o cuidado de um planejamento criterioso, que garantiria o uso racional optando por grandes quedas ou grandes volumes d’água, para gerar grandes quantidades de energia.

Como o armazenamento de grandes volumes d’água exige grandes áreas de terra, muitas vezes áreas imensas de solo são inundadas - afogando e destruindo massas consideráveis de material vegetal, aniquilando animais e espécies nativas, chegando mesmo a influir no clima da região - para produzir quantidades irrisórias de energia, numa demonstração clara da falta de planejamento, que leve em conta a situação geográfica e ecológica, assim como os diversos usos possíveis da água, para que o seu aproveitamento seja máximo.

A barragem de Balbina, construída no Estado do Amazonas, é um caso típico da falta de planejamento. Para sua construção foram inundadas 2.400 Km2 de florestas, formando um lago de

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apenas 7 metros de profundidade, que hoje transformou-se num pântano, em que proliferam mosquitos.

1.11- O Ciclo do Carbono

O ciclo do carbono é tão importante quanto o ciclo da água, para os seres vivos, uma vez que o carbono é utilizado pelos vegetais fotossintetizantes na produção de compostos orgânicos.

O carbono ocorre na natureza em diversas formas, na atmosfera ocorre na forma de dióxido de carbono.

Na fotossíntese o carbono do CO2 é reduzido pelo H2 da água, surgindo desta redução primeiro os carboidratos, depois os lipídeos e protídeos, de estrutura mais complexas que os primeiros.

Os animais herbívoros recebem das plantas estes compostos orgânicos e sintetizam, a partir deles, outros, o mesmo acontece com os carnívoros que se alimentam destes herbívoros, e com os carnívoros maiores.

Plantas e animais, ao morrerem, são decompostos e o carbono retorna ao meio. Os mecanismos que permitem este retorno são os processos oxidativos (respiração aeróbia e anaeróbia).

1.12 - O Ciclo do Nitrogênio

O nitrogênio pode ser encontrado de diversas formas, na atmosfera pode ser encontrado em forma livre, nos organismos de plantas e animais, em forma de compostos orgânicos e no solo ou na água em forma de nitrogênio inorgânico, resultantes geralmente de decomposição de rochas.

O nitrogênio atmosférico é oxidado a nitritos e nitratos durante as tempestades, estes compostos são solúveis em água, e os nitratos podem ser absorvidos pelas plantas. As plantas podem ainda absorver os nitratos oriundos da decomposição de rochas.

Existem bactérias que são encontradas em raízes e nodosidades das plantas, que também são capazes de fixar o nitrogênio da atmosfera, cedendo às plantas parte dele. os animais que se alimentam destas plantas incorporam o nitrogênio em seu organismo, na forma de proteínas específicas.

A decomposição de plantas ou de animais ou a decomposição de produtos de excreção nitrogenados dos seres vivos, como a uréia e o ácido úrico, produz amônia, que é convertido a nitritos e estes a nitratos por grupos específicos de bactérias, os nitratos voltam assim ao ponto de partida.

Estes nitratos no entanto, também através de bactérias específicas, podem ser convertidos a nitrogênio gasoso que retorna à atmosfera, fechando o ciclo.

1.13 - O Ciclo do Oxigênio

O oxigênio está presente em praticamente todos os ciclos que mencionou-se até aqui. A atmosfera terrestre é constituída aproximadamente de 20% de oxigênio. As águas salgadas e doces

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contêm proporções variáveis de oxigênio que são função de diversos fatores como, pressão e temperatura.

O oxigênio é retirado e devolvido continuamente ao meio, mostrando a importância deste elemento para o mundo vivo.

1.14 - O Fluxo de Energia num Ecossistema

Os seres vivos produtores de um ecossistema captam energia da luz solar, que é consumida na redução do CO2, molécula simples que contém pouca energia, à carboidrato, molécula complexa com muita energia.

Os produtos são consumidos pelos herbívoros que incorporam parte da matéria ingerida em seu organismo, eliminando outra parte para o ambiente.

Os herbívoros são consumidos por pequenos carnívoros e por onívoros e ambos são consumidos pelos carnívoros maiores.

Há sempre perda de matéria cada vez que um ser vivo consome outro, porque não incorpora tudo, mas devolve uma parte do que ingeriu geralmente transformada.

Como a matéria orgânica foi construída com consumo de energia, estas perdas de matéria representam perdas correspondentes de energia.

À medida que se sobe numa pirâmide alimentar, vai havendo perda de massa dos seres vivos, a qual chamamos de biomassa. ao mesmo tempo vai havendo uma perda de energia para o meio em que tal pirâmide se encontra.

Fluxo de energia é pois, esse trânsito de energia entre os diferentes elos de uma cadeia alimentar, ou entre os diferentes níveis tróficos de uma pirâmide alimentar.

Este fluxo de energia nos diferentes ecossistemas é uma via de duas mãos. entra energia pela fotossíntese e ao mesmo tempo sai energia pela respiração.

1.15 - Balanço entre Produção e Consumo

O processo principal, responsável pela produção de matéria orgânica na terra, a partir de compostos inorgânicos é a fotossíntese.

A decomposição se faz pelos diversos tipos de respiração, aeróbia ou anaeróbia, entre os quais se incluem muitos processos de fermentação.

Estes dois principais processos de construção e de destruição da matéria, orgânica podem ser apresentados em uma única representação química.

6CO2 + 6H20 C6H12O6 + 6O2

1.16 - Que fatos podem-se verificar daí?

A fotossíntese, realizada pelas plantas e por diversos organismos clorofilados é o maior provedor de oxigênio da natureza, que compensa de um modo geral, numa reação inversa, o consumo de oxigênio e a produção de gás carbônico pela respiração de animais e plantas. A

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fotossíntese também compensa o consumo de oxigênio e a produção de gás carbônico pela queima de álcool ou lenha, se houver nova plantação de cana e o reflorestamento, porém, a emissão de CO2, para a natureza, pela combustão do petróleo e de carvão mineral é um processo irreversível sem reação inversa de compensação.

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2 - CONTROLE DE POLUIÇÃO DAS ÁGUAS

As diretrizes estabelecidas pelo congresso americano em julho de 1972 não foram alcançadas com a velocidade que se esperava, devido sobretudo à crise econômico-financeira de 1973, nos grandes países do mundo, imposta pelos países membros da OPEP (choque do petróleo).

O que pode-se inferir disto é que, os problemas de poluição não são resolvidos pela simples aprovação de leis, que via de regra são feitas em gabinetes, por pessoas que normalmente têm pouco conhecimento dos processos industriais, e ainda corroborada pela falta de interesse dos responsáveis por estes processos em arcar com os altos custos do tratamento.

Analisando as diretrizes desta lei americana verifica-se que nela está embutida a indicação de “poluição zero”, de difícil alcance do ponto de vista de sua exeqüibilidade, uma vez que, só seria alcançada se fosse implementada com custos de tratamento muito elevados (Figura 1), ou seja, só seria justificável sua implantação na eliminação de poluentes prioritários.

Esta lei no entanto, abriu novas perspectivas dentro da área de tratamento de despejos para o controle ambiental, mudando o enfoque conhecido como “tratamento-fim-de-tubulação (“end-of-pipe”), para o “projeto integrado de tratamento” (‘in plant”), que passa pela possível reformulação de todo o processo, com vistas à sua otimização e a conseqüente MINIMIZAÇÃO DOS DESPEJOS HÍDRICOS gerados na planta industrial.

CA

B

CUSTOS

NÍVEL DE POLUIÇÃO

Figura 1 - CUSTOS X NÍVEL DE POLUIÇÃO

FONTE: Prof. Carlos Russo

CURVA A: Custos Associados à Degradação Ambiental

CURVA B: Custos Associados ao Controle de Poluição

CURVA C: Custos Totais

O novo conceito de tratamento de despejos ligado à MINIMIZAÇÃO DOS DESPEJOS, foi fruto da crescente conscientização da população sobre a qualidade do ambiente, que vai refletir na adoção de leis que de forma gradual vêm induzindo as industrias à adoção de procedimentos que minimizem os seus despejos.

Segundo o prof. Carlos Russo (COPPE) via de regra, o termo ‘minimização de despejos” é confundido, equivocadamente, com o termo “tecnologia limpa” segundo o professor “tecnologia

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limpa” corresponde ao avanço tecnológico no desenvolvimento de processo, através do qual a partir de uma dada matéria-prima, apenas produtos comercialmente utilizáveis podem ser produzidos.

No entanto, tanto o termo “minimização de despejos” como o termo “tecnologia limpa” estão calcados na pré - suposição de “poluição zero”.

GODBLAT et al. (1993), conceituam em seu artigo “Zero Discharge: What, Why and How?” os termos “poluição zero” e “minimização de despejos”, associados aos conceitos de “processos ideais” e “processos reais”, que resumidamente podem ser explicados através da Figura 1.

O mínimo da curva de custos totais corresponde a um nível “ótimo” de poluição no qual os custos de controle e degradação se igualam. essa circunstância se contrapõe ao nível de poluição zero.

2.1 - Processos ideais versus processos reais

O processo ideal pode ser definido como aquele em que todas as matérias primas nele utilizadas são integralmente convertidas em produtos utilizáveis, como produtos finais ou como produtos intermediários. Além disso todos os insumos básicos, chamados auxiliares de processamento, tais como: catalisadores, solventes, água de refrigeração e de processo, etc., são integralmente recuperados e levados às suas respectivas qualidades originais, podendo ser reintegrados ao processo.

onclui-se

Conclui-se então que no processo ideal (“poluição zero”) há implicação de que:

TODOS OS REAGENTES SEJAM INTEGRALMENTE CONVERTIDOS EM PRODUTOS UTILIZÁVEIS

TODOS OS AUXILIARES DE PROCESSAMENTO SEJAM INTEGRALMENTE REUTILIZADOS

NÃO HAJA GERAÇÃO DE DESPEJOS

Do exposto pode-se notar que o processo ideal ou não existe, ou é economicamente inviável.

No processo real a matéria prima é processada através da utilização de auxiliares de processamento para gerar produtos. Uma pequena fração da matéria prima é perdida na forma de despejos em estado fluido (vapor, gás ou líquido), ou ainda através da degradação dos auxiliares de processamento, os quais integrarão a corrente de despejo final da unidade.

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Auxiliares de processamento rwegfegprocessamentoprocessamento

Processo Ideal ProdutosReagentes

(Despejos))

2.2 - Definição do termo poluição zero

No contexto do processo ideal nenhum despejo é gerado ou seja, “poluição zero” implica em que todas as substâncias reagentes e insumos são transformados em produtos utilizáveis.

No contexto de um processo real existem diversas definições:

1. É A ELIMINAÇÃO PRIORITÁRIA DE CERTOS TIPOS DE POLUENTES OU DE COMPOSTOS TÓXICOS DA CORRENTE DE DESPEJO HÍDRICO DE UMA CERTA UNIDADE DE PROCESSAMENTO.

Esses poluentes, denominados prioritários, são incluídos na categoria dos compostos banidos ou com limites de concentração regulados por legislação ambiental.

A eliminação é mandatária, uma vez que estes poluentes tendem a se concentrar ao longo da cadeia alimentar.

2. SIGNIFICA QUE NENHUMA CORRENTE DE DESPEJO SERÁ DESCARTADA NO CORPO RECEPTOR. TODOS OS POLUENTES CONTIDOS NAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS APÓS SOFREREM ADEQUADO TRATAMENTO SEQÜÊNCIAL EM NÍVEL PRIMÁRIO SECUNDÁRIO OU TERCIÁRIO PODEM SER CONVERTIDOS EM DESPEJOS SÓLIDOS POR PROCESSOS DE EVAPORAÇÃO. O GRANDE PROBLEMA É A GERAÇÃO DE POLUENTES GASOSOS.

3. UMA DEFINIÇÃO MAIS GENÉRICA INCORPORA PARTE DAS DEFINIÇÕES ANTERIORES. SIGNIFICA QUE EMBORA AS VAZÕES DO DESPEJO DESCARTADO SEJAM ELEVADAS, OS POLUENTES NELE CONTIDOS SÃO RELATIVAMENTE SEGUROS.

O que se tem que pensar em se tratando de um processo real, e que é função e um desafio para o Engenheiro de Processos, é no desenvolvimento de processos que busquem a minimização dos despejos, uma vez que a eliminação pura e simples das correntes de despejo é um paradigma.

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Auxiliares de processamento

Reagentes Processo Real Produtos

Despejos

Na implantação de um programa de minimização de despejos, o Engenheiro deve iniciar selecionando as matérias primas e os reagentes que possibilitem a redução do volume e a geração de produtos indesejáveis, melhorando a eficiência de todas as etapas do processo.

2.3 - Programa de minimização de despejos

O conceito de minimização de despejos é bastante antigo, talvez sua aplicação primeira date de 1973, porém, só mais recentemente adiqüiriu uma importância no controle de poluição, sobretudo depois de um encontro realizado em 1993, pela Aiche (American Institute of Chemical Engineers) sobre engenharia e desenvolvimento sustentável.

Neste encontro, no qual foram apresentados mais de 100 trabalhos sobre minimização de despejos, ficou claro que o desenvolvimento sustentável está intimamente ligado à minimização de despejos.

As novas leis ambientais agora também se preocupam em evitar ou minimizar a poluição em sua fonte, ao invés de se limitar, como é de praxe, a atenuar seus efeitos no ambiente.

Com a minimização dos despejos as indústrias usariam de maneira mais eficiente a matéria prima, alcançariam níveis de produção compatíveis com a proteção ambiental, ao mesmo tempo que reduziriam os gastos com o tratamento de despejos.

Hoje em dia a geração de despejos não controlada é vista não mais só como um problema ambiental, e sim também como um processo ineficiente.

Minimização de despejos então, significa aumentar a produtividade, reduzir custos operacionais e com isso aumentar a margem de lucro.

Segundo DELCAMBRE (1988) os objetivos básicos de um programa de minimização de despejos são:

REDUZIR A QUANTIDADE DE DESPEJOS LANÇADOS AO AMBIENTE;

RECUPERAR, DAS DIFERENTES CORRENTES QUE COMPÕEM OS DESPEJOS DE UMA PLANTA DE PROCESSAMENTO INDUSTRIAL, PRODUTOS COMERCIALMENTE ATRAENTES;

DESENVOLVER PROJETOS E PROCESSOS COM VISTAS À REDUÇÃO DE DESPEJOS,

TER RETORNO RÁPIDO DOS INVESTIMENTOS RELACIONADOS À IMPLANTAÇÃO DO PROGRAMA.

A redução de despejos na fonte se constitui na melhor e mais racional estratégia de minimização de despejos, simplesmente porque não pode haver impacto ambiental de um despejo que não foi gerado.

Pode ser a seguinte a hierarquia de procedimentos para o gerenciamento de resíduos.

1. REDUÇÃO DOS DESPEJOS NA FONTE

2. RECICLO/RECUPERAÇÃO/UTILIZAÇÃO E REUTILIZAÇÃO DOS DESPEJOS

3. TRATAMENTO E DISPOSIÇÃO FINAL DO DESPEJO

(1) REDUÇÃO DOS DESPEJOS NA FONTE

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Conseguida através de procedimentos criteriosos. Uma ou mais das medidas abaixo podem ser aplicadas:

ALTERAÇÃO DO PRODUTO: ATRAVÉS DA SUBSTITUIÇÃO OU ALTERAÇÃO DA SUA COMPOSIÇÃO;

CONTROLE NAS FONTES: ALTERAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS OU DO PROCESSO;

CONSERVAÇÃO DA ÁGUA CONTAMINADA: OPERAÇÃO DA PLANTA EM CIRCUITO FECHADO;

SEGREGAÇÃO DAS CORRENTES DE DESPEJO,

ALTERAÇÕES NO PROCESSO: MÉTODO MAIS EFETIVO PORÉM, MAIS DIFÍCIL.

(2) RECICLO: RECUPERAÇÃO/REUTILIZAÇÃO

Visam a reutilização do despejo, devendo ser adotados após esgotadas as oportunidades de redução.

No que se refere ao reciclo deve-se saber se algum despejo contém algum produto passível de ser recuperado ou reciclado.

De acordo com FROMM et al. (1987) e DRABKIN et al. (1988) o programa de minimização de despejos é básicamente constituido de 5 etapas

(a) INICIAÇÃO: FORMAR O GRUPO DE AUDITORIA

DEFINIR OBJETIVOS

ORGANIZAR O GRUPO SEGUNDO OS OBJETIVOS

(b) PRÉ - AUDITORIA: PREPARAR O GRUPO PARA A AUDITORIA

ESCOLHER AS CORRENTES DO PROCESSO

QUE IRÃO COMPOR O PROGRAMA

(c) AUDITORIA: INSPECIONAR A PLANTA

ESTABELECER AS OPÇÕES PARA A REDUÇÃO DOS DESPEJOS

AVALIAR AS OPÇÕES ESTABELECIDAS

SELECIONAR AS OPÇÕES EXEQÜIVEIS

(d) PÓS - AUDITORIA: ANALISAR AS OPÇÕES EXEQÜÍVEIS

DO PONTO DE VISTA TÉCNICO

(e) EXECUÇÃO: PROJETAR

“START - UP”

MONITORAR O DESEMPENHO DO PROGRAMA

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Um programa destes só terá chances de êxito se contar com a participação de todas as pessoas envolvidas no processo, e não só daquelas envolvidas com as questões ambientais.

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3 - NOÇÕES SOBRE A QUALIDADE DA ÁGUA

Segundo VON SPERLING (1996) a qualidade da água é resultante de fenômenos naturais e da atuação do homem, em outras palavras a qualidade da água é função do uso e da ocupação do solo na bacia hidrográfica, devido aos seguintes fatores:

* CONDIÇÕES NATURAIS: A qualidade das águas é afetada pelo escoamento superficial e pela infiltração do solo, devido a precipitação atmosférica.

* INTERFERÊNCIA DO HOMEM: A forma como o homem ocupa o solo tem uma implicação direta na qualidade da água, quer seja na geração de resíduos domésticos ou industriais, quer seja na aplicação de defensivos agrícolas no solo, contribuindo para a introdução de compostos na água.

Além da qualidade da água existente, pode-se falar também na qualidade desejável para uma água que é função do uso previsto para a mesma.

É portanto, de fundamental importância o estudo da qualidade da água para se caracterizar as conseqüências de uma determinada atividade poluidora, ou ainda para se estabelecer os meios para que se satisfaça determinado uso da água.

3.1 - A água na natureza

3.1.1 - Distribuição da água na terra:É sabido que água é fundamental para a manutenção da vida do planeta, neste sentido é

também de fundamental importância saber como está distribuída e como circula no mesmo.

Estão disponíveis na terra 1,36x1018 m3 de água, assim distribuídos:

ÁGUA DO MAR:--------------97,0%

GELEIRAS:---------------------2,2%

ÁGUA DOCE:---------------- 0,8%

ÁGUA SUBTERRÂNEA: ----97%

ÁGUA SUPERFICIAL:--------3%

TOTAL--------------------------100%

Estes números mostram a importância de se preservar os recursos hídricos existentes no nosso planeta, uma vez que, somente uma pequena fração destes recursos está disponível para ser utilizada mais facilmente, devendo-se portanto evitar sua contaminação.

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3.2 - O ciclo hidrológico

De uma maneira simplificada pode-se dizer que são os seguintes os mecanismos de transferência da água na natureza:

PRECIPITAÇÃO

ESCOAMENTO SUPERFICIAL

INFILTRAÇÃO

EVAPORAÇÃO

TRANSPIRAÇÃO

3.3 - Os usos da água

Os principais usos da água são os seguintes:

ABASTECIMENTO DOMÉSTICO

ABASTECIMENTO INDUSTRIAL

IRRIGAÇÃO

DESSEDENTAÇÃO DE ANIMAIS

AQUICULTURA

PRESERVAÇÃO DA FLORA E DA FAUNA

RECREAÇÃO E LAZER

HARMONIA PAISAGÍSTICA

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

NAVEGAÇÃO

DILUIÇÃO DE DESPEJOS

Os quatro primeiros usos implicam na retirada da água das coleções hídricas, e os dois primeiros estão associados a um tratamento prévio da água. o primeiro é considerado o uso mais nobre da água. o último é considerado o uso menos nobre.

3.4 - Impurezas encontradas na água

As principais impurezas encontradas na água lhe impõem características FÍSICAS QUÍMICAS E BIOLÓGICAS. Características estas que podem estar traduzidas na forma de PARÂMETROS DE QUALIDADE DA ÁGUA.

As principais características da água são

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS : associadas sobretudo aos sólidos presentes, que podem ser EM SUSPENSÃO, COLOIDAIS OU DISSOLVIDOS.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS : associadas às presenças de MATÉRIA ORGÂNICA OU INORGÂNICA

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CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS : associadas às presenças de SERES DE SERES VIVOS OU MORTOS. dentre os seres vivos têm-se os pertencentes aos reinos ANIMAL, VEGETAL e os PROTISTAS.

Sólidos Gases Inorgânicos Orgânicos

suspensos Ser Vivo

colóidais Matéria em Animais

Dissolvidos Decomposição Vegetais

Protistas

Os sólidos presentes na água podem ser classificados pelo TAMANHO e por suas CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS.

a) Classificação por Tamanho

Esta divisão é sobretudo uma divisão prática. as partículas de menor dimensão, capazes de passar por papel de filtro de tamanho especificado, correspondem aos sólidos dissolvidos. as partículas de maior dimensão retidas pelo papel de filtro são chamadas de sólidos em suspensão. na verdade deveria se falar de sólidos filtráveis e não filtráveis. Existem ainda os sólidos que estão em uma faixa intermediária de tamanho que são os chamados sólidos colóidais. como estes sólidos são muito difíceis de serem identificados a maior parte deles entra na classificação como sólidos dissolvidos.

b) Classificação pelas Características Químicas

Ao se submeter os sólidos a uma temperatura de 550oC a fração que é volatilizada é chamada de fração orgânica, enquanto que a fração que permanece após a combustão é chamada de fração inorgânica. deste modo, pode-se dizer que os sólidos voláteis representam uma estimativa da matéria orgânica e os sólidos não voláteis, também chamados de fixos, representam a matéria inorgânica.

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Impurezas

CaracterísticasFísicas

CaracterísticasQuímicas

Impurezas

CaracterísticasFísicas

CaracterísticasQuímicas

CaracterísticasBiológicas

3.5 - Parâmetros de qualidade da água

3.5.1 - Parâmetros Físicos COR

TURBIDEZ

SABOR E ODOR

TEMPERATURA

3.5.2 - Parâmetros Químicos pH

ALCALINIDADE

ACIDEZ

DUREZA

FERRO E MANGANÊS

CLORETOS

NITROGÊNIO

FÓSFORO

OXIGÊNIO DISSOLVIDO

MATÉRIA ORGÂNICA

MICROPOLUENTES ORGÂNICOS

MICROPOLUENTES INORGÂNICOS

3.5.3 - Parâmetros Biológicos

TODOS LIGADOS À PRESENÇA DE MICRORGANISMOS.

3.6 - Poluição das águas

Conceitos Básicos

De acordo com VON SPERLING (1996) poluição de águas “é a adição de substâncias ou de forma de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d’água, de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dele são feitos”.

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Ainda segundo VON SPERLING (1996) existem duas formas em que a fonte de poluentes pode atingir um determinado corpo receptor.

POLUIÇÃO PONTUAL

POLUIÇÃO DIFUSA

Na poluição pontual os poluentes atingem o corpo receptor de forma concentrada no espaço, como é o caso da descarga de um emissário submarino.

Na poluição difusa, os poluentes entram no corpo receptor distribuídos ao longo de parte da sua extensão, como no caso da poluição pela drenagem pluvial natural.

Vamos nos centralizar no controle da poluição pontual através do tratamento das águas residuárias urbanas e industriais.

3.7 - Quantificação da carga poluidora

A eficácia das medidas de controle e a avaliação do impacto da poluição são feitas através da quantificação das cargas poluidoras afluentes ao corpo receptor. para isso são necessários levantamentos de campo na área de estudo tais como, amostragem dos poluentes, análises de laboratório. medição de vazões e outros. é de grande importância estes levantamentos, porém, se não for possível faze-lo deve-se ir em busca de dados na literatura.

Segundo MOTA (1988) são as seguintes as informações típicas que devem ser obtidas em um levantamento sanitário de uma bacia hidrográfica:

dados físicos da bacia: aspectos geológicos; precipitação pluviométrica e escoamento temperatura; evaporação etc.

informações sobre o comportamento hidráulico dos corpos receptores: vazões máxima, média e mínima; volumes de reservatórios; velocidades de escoamento; profundidade, etc.

uso e ocupação do solo: tipos; densidades; perspectivas de crescimento; distritos industriais.

caracterização sócio-econômica: demografia; desenvolvimento econômico, etc.

usos múltiplos das águas.

requisitos de qualidade para o corpo receptor.

localização quantificação e tendência das principais fontes poluidoras.

diagnóstico da situação atual da qualidade da água: características físicas, químicas e biológicas.

São três as principais fontes poluentes:

ESGOTOS DOMÉSTICOS

DESPEJOS INDUSTRIAIS

ESCOAMENTO SUPERFICIAL

Os poluentes devem ser quantificados em termos de sua carga poluidora, que é expressa em termos da massa por unidade de tempo. o calculo da carga poluidora deve ser calculada por um dos

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seguintes métodos, dependendo do tipo de problema em análise. da origem do poluente e dos dados disponíveis. é recomendado que se trabalhe em unidades consistentes, como por exemplo kg/d.

Carga = concentração x vazão (esgotos domésticos1 e industriais2)

Carga = contribuição per capta x população (1)

Carga = contribuição por unidade produzida x produção (2)

Carga = contribuição por unidade de área x área (drenagem superficial).

3.8 - Características das águas residuárias

Esgotos Domésticos

1. CARACTERIZAÇÃO DA QUANTIDADE DE ESGOTO

VAZÃO DOMÉSTICA

Por vazão doméstica entende-se a vazão oriunda dos domicílios, assim como aquelas das atividades comerciais e institucionais que compõem uma determinada localidade. pode existir ainda valores de fontes pontuais, que devem ser computados separadamente e acrescentados aos valores globais.

De um modo geral a vazão doméstica do esgoto é calculada com base na vazão de água da respectiva localidade, que é calculada em função da população de projeto e de um valor atribuído para o consumo médio diário de água de uma pessoa, denominado quota per capta (QPC).

Para o projeto de uma estação de tratamento não basta considerar apenas a vazão média, é necessário também a quantificação dos valores mínimos e máximos de vazão, por razões hidráulicas e de processo.

Consumo Médio de Água

Este consumo influencia diretamente a vazão doméstica. a tabela a seguir apresenta valores da quota per capta para populações com ligações domiciliares.

Porte da Comunidade Faixa da População (hab) Consumo Per Capta (L/hab.d)

Povoado Rural <5.000 90-140

Vila 5.000-10.000 100-160

Pequena Localidade 10.000-50.000 110-180

Cidade Média 50.000-250.000 120-220

Cidade Grande >250.000 151-300

Fonte: Von Sperling (1996)

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Os dados apresentados na tabela acima são valores médios, que estão sujeitos a variações ligadas à mais diversos fatores, tais como, clima, condições econômicas da comunidade, grau de industrialização, custo da água, etc.

Vazão Média de Esgoto

Geralmente a produção de esgoto corresponde aproximadamente ao consumo de água. porém, a fração de esgotos afluente à rede de coleta pode variar, uma vez que, parte da água consumida pode ser incorporada à rede pluvial. Outros fatores que podem influenciar são: ligações clandestinas dos esgotos à rede pluvial, ligações indevidas dos esgotos à rede pluvial e infiltração.

É chamado de coeficiente de retorno a fração de água fornecida afluente à rede de coleta na forma de esgoto (r = vazão de esgoto/vazão de água). os valores de r variam de 60% a 100%. um valor usualmente adotado é 80% (r = 0,8).

O cálculo da vazão doméstica média de esgoto é dado por:

Qdmed = Pop . QPC . R (m3/d)

1000

Qdmed = Pop . QPC . R (l/s)

86400

em que, Qdmed = vazão doméstica média de esgotos (m3/d)

QPC = quota per capta de água (ver quadro 1.1)

R = coeficiente de retorno de esgoto/água

Variações de Vazão, Vazões Máximas e Mínimas

O consumo de água e a geração de esgoto de uma determinada localidade varia ao longo do dia (variações horárias), ao longo da semana (variações diárias) e ao longo do ano (variações sazonais).

A CETESB e a maioria dos órgãos adota os seguintes coeficientes de variação da vazão média de água.

K1 = 1,2 (coeficiente do dia de maior consumo)

K2 = 1,5 (coeficiente da hora de maior consumo)

K3 = 0,5 (coeficiente da hora de menor consumo)

As vazões máxima e mínima de água podem ser dadas pelas seguintes relações (Von Sperling,1996):

Qdmax = Qdmed . K1 . K2

Qdmin = Qdmed . K3

Esgotos Industriais

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1. CARACTERIZAÇÃO DA QUANTIDADE

VAZÕES INDUSTRIAIS

As vazões industriais de esgotos dependem sobretudo, do tipo e porte da indústria, processo, grau de reciclagem, existência de pré - tratamento, etc. as vazões dos esgotos industriais são portanto, bem diferentes mesmo de duas indústrias que fabriquem o mesmo produto.

Se na localidade de implantação da ETE houver indústrias que contribuam com uma carga razoável à rede pública, é necessário o conhecimento das vazões, uma vez que estes despejos podem exercer uma grande influência no projeto e operação da ETE.

Com relação ao consumo de água e geração de despejos as seguintes informações são importantes:

CONSUMO DE ÁGUA

Volume Consumido Total (Por Dia ou Mês)

Volume Consumido Nas Diversas Etapas Do Processo

recirculações internas

Origem Da Água (Abastecimento Público, Poços etc.)

Eventuais Sistemas De Tratamento De Água Internos

PRODUÇÃO DE DESPEJOS

Vazão Total

Número De Pontos De Lançamento (Com a Etapa do Processo Associado a Cada Ponto)

Regime De Lançamento (Contínuo ou Intermitente; Duração e Freqüência) de Cada Ponto de Lançamento

Pontos de Lançamento (Rede Coletora, Curso D’água)

Eventual Mistura dos Despejos com Esgotos Domésticos e Águas Pluviais

Caso não se disponha de Informações específicas o quadro que será distribuído pode servir como orientação inicial.

3.9 - Caracterização da qualidade dos esgotos

Parâmetros de Qualidade

De um modo geral os esgotos domésticos contêm aproximadamente 99,9% de água. a fração restante inclui os sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos, além dos microrganismos. é devido a essa fração de 0,1% que os esgotos devem ser tratados.

É muito difícil caracterizar composto a composto um determinado esgoto, por esta razão para o projeto de uma estação de tratamento lança-se mão da utilização de parâmetros indiretos que

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indicam o potencial poluidor do resíduo em questão. estes parâmetros definem a qualidade do esgoto e são subdivididos em três categorias a saber: FÍSICOS, QUÍMICOS E BIOLÓGICOS.

Principais Parâmetros

Para esgotos predominantemente domésticos os parâmetros principais que merecem destaque devido a sua importância são:

SÓLIDOS

INDICADORES DE MATÉRIA ORGÂNICA

NITROGÊNIO

FÓSFORO

INDICADORES DE CONTAMINAÇÃO FECAL

Sólidos

Com exceção dos gases dissolvidos todos os contaminantes da água contribuem para a carga de sólidos. estes sólidos podem ser classificados da seguinte maneira: (a) de acordo com seu tamanho e estado; (b) de acordo com suas características químicas e (c) de acordo com sua decantabilidade.

Classificação por Tamanho e Estado

SÓLIDOS EM SUSPENSÃO

SÓLIDOS DISSOLVIDOS

Classificação pelas Características Químicas

SÓLIDOS VOLÁTEIS

SÓLIDOS FIXOS

Classificação pela Decantabilidade

SÓLIDOS EM SUSPENSÃO SEDIMENTÁVEIS

SÓLIDOS EM SUSPENSÃO NÃO SEDIMENTÁVEIS

Matéria Orgânica Carbonácea

A matéria orgânica presente nos esgotos é responsável pelo principal problema de poluição das águas, que é o consumo de oxigênio dissolvido consumido pelos microrganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica. É a seguinte a constituição da matéria orgânica carbonácea:

COMPOSTOS DE PROTEÍNAS (~ 40%)

CARBOIDRATOS (~ 25 a 50%)

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GORDURA E ÓLEOS (~10%)

URÉIA, SURFACTANTES, FENÓIS, PESTICIDAS E OUTROS

A matéria orgânica carbonácea (baseada no carbono orgânico) presente nos esgotos divide-se nas seguintes frações: (a) classificação quanto à forma e tamanho: em suspensão ou particulada e dissolvida ou solúvel; (b) classificação quanto a biodegradabilidade: inerte e biodegradável.

Não é possível determinar em laboratório todos os componentes da matéria orgânica carbonácea, sobretudo devido à diversidade de forma e compostos em que a mesma pode se apresentar. Em geral são utilizados métodos diretos ou indiretos para a determinação da matéria orgânica:

Métodos Indiretos: Medição do Consumo de Oxigênio

DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO) OU 5

DEMANDA ÚLTIMA DE OXIGÊNIO (DBOU) OU 20

DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO)

Métodos Diretos: Medição do Carbono Orgânico

CARBONO ORGÂNICO TOTAL (COT)

a) DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO

Quando um determinado resíduo é lançado no corpo receptor um dos primeiros efeitos que se observa, é a diminuição da concentração de oxigênio dissolvido. Se este resíduo é tratado através de tratamentos biológicos aeróbios é necessário o adequado fornecimento de oxigênio para que as bactérias processem a degradação da matéria orgânica.

Destes fatos surgiu a idéia de se medir a força poluente dos despejos pela sua real necessidade de oxigênio, o que significa dizer uma quantificação indireta da potencialidade da geração do impacto e não a medida direta do impacto.

Esta medida poderia ser feita através da estequiometria da reação de oxidação da matéria orgânica desde que conhecida a composição desta. No caso de esgotos domésticos e/ou industriais isto se torna um problema, devido à heterogeneidade de suas composições.

Como uma maneira de solucionar tais problemas foi então proposto medir, em laboratório, o consumo de oxigênio que um determinado volume padronizado de resíduo demanda em um período de tempo pré-fixado. Desta maneira foi introduzido o conceito de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), que nada mais é que a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea. sendo portanto, uma indicação indireta do carbono orgânico biodegradável.

A estabilização completa da matéria orgânica carbonácea dura cerca de vinte (20) dias, para se padronizar os resultados e para se ter um número maior de dados para comparação as seguintes padronizações devem ser adotadas:

proceder a análise no 5o dia (para esgotos domésticos típicos este consumo do 5o dia pode ser relacionado com o consumo total final).

30

o teste deve ser efetuado à temperatura de 20oc , uma vez que temperaturas diferentes interferem no metabolismo bacteriano, alterando a DBO de 5 dias e a DBO última.

A DBO padrão é então a DBO5 realizada à 20oc. em geral na literatura, quando se fala em DBO está se falando em DBO5 à 20oc.

Em resumo o teste da DBO pode ser explicado simplificadamente da seguinte maneira: coleta-se uma amostra, faz-se a medida da concentração de oxigênio dissolvido (OD). cinco dias após, com a amostra mantida em um frasco fechado e incubado a 20oc , determina-se a nova concentração, já reduzida devido ao consumo de oxigênio durante o período. A diferença entre o teor de OD no dia zero e no 5o dia representa o oxigênio consumido para a oxidação da matéria orgânica, sendo portanto a DBO5

Para resíduos com alta concentração em matéria orgânica, como é o caso dos esgotos domésticos, algumas adaptações têm que ser feitas, uma vez que o oxigênio pode ser consumido totalmente antes dos 5 dias. Faz-se necessário então a realização de diluições para reduzir a concentração de matéria orgânica, possibilitando que o consumo em 5 dias seja numericamente inferior ao oxigênio disponível na amostra.

As principais vantagens do teste da DBO, que ainda não conseguiram ser igualados por nenhum outro teste são:

A INDICAÇÃO APROXIMADA DA FRAÇÃO BIODEGRADÁVEL DO DESPEJO

A INDICAÇÃO DA TAXA DE DEGRADAÇÃO DO DESPEJO

A INDICAÇÃO DA TAXA DE CONSUMO DE OXIGÊNIO EM FUNÇÃO DO TEMPO

A DETERMINAÇÃO APROXIMADA DA QUANTIDADE DE OXIGÊNIO REQUERIDA PRA A ESTABILIZAÇÃO BIOLÓGICA DA MATÉRIA ORGÂNICA PRESENTE.

Este teste apresenta no entanto, algumas limitações a saber:

SE OS MICRORGANISMOS PRESENTES NÃO ESTIVEREM ADAPTADOS AO DESPEJO, AS CONCENTRAÇÕES DE DBO DETERMINADAS NÃO SÃO VERDADEIRAS E NA MAIORIA DAS VEZES SÃO FALSOS VALORES BAIXOS

OS MICRORGANISMOS PODEM SER INIBIDOS OU DESTRUIDOS POR METAIS PESADOS E OUTRAS SUBSTÂNCIAS TÓXICAS

OS MICRORGNISMOS RESPONSÁVEIS PELA OXIDAÇÃO DA AMONIA DEVEM SER INIBIDOS PARA EVITAR QUE A NITRIFICAÇÃO CONSUMA O OXIGÊNIO DISSOLVIDO E INTERFIRA NA DEMANDA CARBONÁCEA

A RELAÇÃO DBOU/DBO5, VARIA EM FUNÇÃO DO DESPEJO

A RELAÇÃO DBOU/DBO5, VARIA PRA UM MESMO DESPEJO AO LONGO DA LINHA DE TRATAMENTO DE ETE

O TESTE DEMORA NO MÍNIMO 5 DIAS NÃO SENDO ÚTIL PARA EFEITO DE CONTROLE OPERACIONAL DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO

31

b) DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO)

O teste da DQO mede o consumo de oxigênio durante a oxidação química da matéria orgânica, sendo portanto uma indicação indireta do teor de matéria orgânica.

3.10 - Qual a principal diferença entre os testes de DBO e DQO?

A DQO corresponde a uma oxidação química da matéria orgânica, obtida por meio de um forte oxidante (dicromato de potássio) em meio ácido.

As principais vantagens do teste da DQO são:

O TESTE LEVA CERCA DE 2 HORAS PRA SER REALIZADO

O SEU RESULTADO DÁ UMA INDICAÇÃO DO OXIGÊNIO REQUERIDO PARA A ESTABILIZAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA

O TESTE NÃO É AFETADO PELA NITRIFICAÇÃO, DANDO UMA INDICAÇÃO APENAS DA MAT;ÉRIA ORGÂNICA CARBONÁCEA

Suas principais limitações são:

NESTE TESTE SÃO OXIDADAS TANTO A FRAÇÃO BIODEGRADÁVEL, QUANTO A FRAÇÃO INERTE DO DESPEJO. HA PORTANTO UMA SUPERESTIMATIVA DO OXIGÊNIO A SER CONSUMIDO NO TRATAMENTO BIOLÓGICO DOS DESPEJOS

O TESTE NÃO FORNECE INFORMAÇÃO SOBRE TAXA DE CONSUMO DE MATÉRIA ORGÂNICA AO LONGO DO TEMPO

CERTOS CONSTITUINTES INORGÂNICOS PODEM SER OXIDADOS E INTERFERIR NO RESULTADO

Existe uma relação entre a DBO e a DQO que pode fornecer algumas informações sobre o despejo e as prováveis indicações de tratamento. esta relação no entanto, varia de despejo para despejo.

Relação DQO/DBO baixa

FRAÇÃO BIODEGRADÁVEL ELEVADA

PROVÁVEL INDICAÇÃO PARA TRATAMENTO BIOLÓGICO

Relação DQO/DBO elevada

A FRAÇÃO INERTE (NÃO BIODEGRADÁVEL) É ELEVADA

SE A FRAÇÃO NÃO BIODEGRADÁVEL NÃO FOR IMPORTANTE EM TERMOS DE POLUIÇÃO DO CORPO RECEPTOR, POSSÍVEL INDICAÇÃO PARA TRATAMENTO BIOLÓGICO

SE A FRAÇÃO NÃO BIODEGRADÁVEL FOR IMPORTANTE EM TERMOS DE POLUIÇÃO DO CORPO RECEPTOR,POSSÍVEL INDICAÇÃO PARA TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICO

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c) CARBONO ORGÂNICO TOTAL (COT)

Neste teste o carbono orgânico é medido diretamente através de medidas instrumentais, sobretudo eficiente para amostras com baixas concentrações em matéria orgânica. neste teste é medido todo carbono liberado na forma de CO2.

Nitrogênio

O nitrogênio na biosfera alterna-se em várias formas e estados de oxidação, como resultado de diversos processos bioquímicos. no meio aquático o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes formas:

NITROGÊNIO MOLECULAR (N2), SENDO LIBERADO PARA A ATMOSFERA

NITROGÊNIO ORGÂNICO (DISSOLVIDO E EM SUSPENSÃO)

AMÔNIA (LIVRE - NH3 E IONIZADA - NH4+)

NITRITO (NO2-)

NITRATO (NO3-)

O nitrogênio é um componente bastante importante na geração e no controle de poluição das águas devido principalmente a fatores relacionados com a poluição das águas e do próprio tratamento de efluentes.

Com relação à poluição das águas pode-se destacar os seguintes aspectos: (1) o nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento de algas, e em grandes concentrações pode levar a acelerar o processo de eutrofização que é um processo natural de envelhecimento de corpos receptores estagnados.(2) nos processos de conversão da amônia a nitrito e este a nitrato ha um consumo de oxigênio dissolvido nos corpos d’água receptores.(3) na forma de amônia livre o nitrogênio é diretamente tóxico aos peixes. (4) na forma de nitrato o nitrogênio está associado à doenças como a metahemoglobinemia

Com relação ao tratamento de esgotos .os seguintes aspectos devem ser considerados (1) o nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento de microrganismos responsáveis pelo tratamento biológico. (2) nos tratamentos aeróbios o nitrogênio compete diretamente com a degradação carbonácea, apesar de sua degradação começar a ocorrer após a degradação daquela materia.

Fósforo

O fósforo, de um modo geral, apresenta-se de três forma na água:

ORTOFOSFATO

POLIFOSFATO

FÓSFORO ORGÂNICO

Os ortofosfatos são diretamente disponíveis para o metabolismo biológico sem necessidade de conversão a formas mais simples. O solo, os detergentes, os fertilizantes, os despejos industriais e os esgotos domésticos, são as principais fontes de ortofosfato na água.

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O pH influencia diretamente na forma como os ortofosfatos se apresentam na água. Nos esgotos domésticos a forma predominante de fósforo é o HPO4. Outras formas são PO4

-3, HPO42-,

H2PO4, H3PO4.

Os polifosfatos são moléculas mais complexas, com dois ou mais átomos de fósforo. Por meio do mecanismo de hidrólise (usualmente lenta) os polifosfatos se transformam em ortofosfatos.

O fósforo orgânico é de menor importância nos esgotos domésticos, mas pode ser importante em águas residuárias industriais e lodos oriundos de tratamento de esgotos. O fósforo orgânico é convertido a ortofosfatos, nos tratamentos de esgoto e nos corpos receptores.

O fósforo é importante porque é um nutriente essencial para o crescimento dos microrganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e para o crescimento de algas.

Indicadores de Contaminação Fecal

É extremamente difícil a detecção de agentes patogênicos, como bactérias e protozoários e vírus, em uma amostra de água, devido às suas baixas concentrações, o que necessitaria de um grande volume de amostra, para a detecção de um único ser patogênico. As principais razões destas dificuldades são: Em uma população apenas uma determinada faixa apresenta doenças de veiculação hídrica; Nas fezes dos habitantes a presença de patogênicos pode não ocorrer em elevada proporção; Após o lançamento no corpo receptor ou no sistema de esgotos há ainda uma grande diluição do despejo contaminado.

Estas dificuldades são superadas por meio do estudo dos chamados organismos indicadores de contaminação fecal. Estes organismos não são patogênicos mas, dão uma indicação satisfatória de quando uma água apresenta contaminação por fezes humanas ou de animais e, assim, a sua potencialidade para transmitir doenças.

Os organismos mais comumente utilizados para esta indicação são as bactérias do grupo coliforme. As principais razões para a utilização do grupo coliforme são: Apresentam-se em grande quantidade nas fezes humanas; Apresentam-se em grande número apenas nas fezes do homem e de animais de sangue quente; Apresentam resistência aproximadamente similar à maioria das bactérias patogênicas intestinais; As técnicas bacteriológicas para detecção de coliformes são rápidas e econômicas.

3.11 - Características de esgotos industriais

Conceitos Gerais

Como já mencionado anteriormente os esgotos industriais apresentam uma variabilidade muito grande de características, dependendo de sua origem, o que dificulta sobremaneira uma generalização. Em todo caso sob o ponto de vista do tratamento biológico os seguintes parâmetros são bastante importantes:

Biodegradabilidade: capacidade de serem degradados através de processos bioquímicos por microrganismos.

Tratabilidade: facilidade de tratamento através de processos biológicos.

Concentração de Matéria Orgânica: em termos de DBO que pode ser maior ou menor que dos esgotos domésticos. Se maior grande indicação para remoção por processos biológicos de

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tratamento. Se menor forte indicação de despejos inorgânicos, que hoje em dia já podem ter indicação de tratamento por processos biológicos.

Disponibilidade de Nutrientes: a disponibilidade dos nutrientes C:P:N é essencial para o desenvolvimento e crescimento dos microrganismos intervenientes nos processos biológicos de tratamento, esta disponibilidade em geral está presente nos esgotos domésticos, no caso de esgotos industriais muitas vezes estes nutrientes têm que ser acrescentados.

Toxidez: certos componentes tóxicos podem inibir ou até mesmo inviabilizar o tratamento biológico, porém já existem tratamentos biológicos para redução de componentes tóxicos de efluentes industriais.

Equivalente Populacional

Este parâmetro indica a equivalência entre o potencial poluidor de uma indústria, geralmente em termos de matéria orgânica, e uma determinada população que produza esta mesma carga poluidora. quando se diz que uma industria tem o equivalente populacional de 30.000 habitantes, significa dizer que esta indústria tem um poder poluidor, em termos de carga de DBO, que eqüivale à carga gerada por uma cidade de 30.000 habitantes. o cálculo do equivalente populacional de DBO é feito pela seguinte expressão:

EP = carga de DBO da indústria (kg/d)

contribuição per capta de DBO (kg/hab.d)

Freqüentemente adota-se para contribuição per capta o valor de 54gDBO/hab.d.

4- IMPACTO DO LANÇAMENTO DE EFLUENTES NOS CORPOS RECEPTORES

4.1 - Poluição por Matéria Orgânica e Autodepuração

A introdução de matéria orgânica em um corpo d’água resulta, indiretamente, no consumo de oxigênio dissolvido. Tal se deve aos processos de estabilização da matéria orgânica realizada pelas bactérias decompositoras, as quais utilizam o oxigênio disponível no meio líquido para a sua respiração. O decréscimo da concentração de oxigênio dissolvido tem diversas implicações do ponto de vista ambiental, constituindo-se em um dos principais problemas de poluição das águas em nosso meio.

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Bactérias DecompositorasMatéria Orgânica Matéria Estabilizada

O2 para respiração

Qual a importância deste fenômeno no tratamento de resíduos? Qualidade Nível Eficiência

Em termos mais amplos, o fenômenoO inicio da autodepuração se da a partir da incorporação de Matéria orgânica no corpo d’água

Qual a importância de conhecer este fenômeno?Utilizar a Capacidade de Assimilação dos corpos

Estabelecer limites para poluição dos corpos d’água

4.2 - Autodepuração - Análise Ecológica

O que ocorre quando se introduz poluentes em um corpo d’água?

poluiçãoEcossistema Desordem Novo Equilíbrioem equilibrio inicial comunid. estável

Como Detectar as condições de um Ecossistema?Pela Diversidade Das EspéciesCondições Naturais - grande quantidade e muitas espécies

Condições Perturbadas- grande quantidade de uma espécie

A poluição é Seletiva para as Espécies

Estágios de Autodepuração: Zonas fisicamente identificáveis.

ZONAS DE AUTODEPURAÇÃO:Degradação

Decomposição Ativa

Recuperação

Águas Limpas

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1 - Zona de Águas Limpas2 - Zona de Degradação3 - Zona de Decomposição Ativa4 - Zona de Recuperação5 - Zona de Águas Limpas

Principais Características Das Zonas De Autodepuração

ZONA DE DEGRADAÇÃO Ecossistema Perturbado Alta Concentração de Matéria Orgânica Formação de Bancos de Lodo Presença de Microrganismos (predominância aeróbios) Produtos: CO2 (oxidação aeróbia); H2S (oxidação anaeróbia); Compostos Nitrogenados

ZONA DE DECOMPOSIÇÃO ATIVA Ecossistema começa a se organizar (decomposição ativa de matéria orgânica) Coloração da água intensa, com lodo escuro ao fundo Menor concentração de Oxigênio dissolvido

37

ZONAS

Diminuição do n0 de bactérias decompositoras, devido à redução de alimento, incidência de luz, floculação, etc.

Produtos: CO2, H2S, H2O, CH4, NH3, mercaptanas, etc. Elevação do n0 de protozoários e surgimento de larvas e de insetos

ZONA DE RECUPERAÇÃO Inicio da etapa de recuperação Água mais clara Lodo mais granulado e não tão fino Ausência de desprendimento de gases e odores Matéria orgânica quase toda estabilizada Menor consumo de O.D. Ausência de condições anaeróbias Recuperação da flora e fauna aquáticas Produtos: principalmente nutrientes (nitrogênio e fósforo) Maior penetração de Luz Diversificação da cadeia alimentar: micro crustáceos, moluscos, vermes, larvas de insetos

ZONAS DE ÁGUAS LIMPAS Águas limpas e ricas em nutrientes Retorno às condições normais anteriores à poluição, com relação aos níveis de O.D., matéria

orgânica e quantidade de bactérias Predominância, na massa líquida, de formas completamente oxidadas e estáveis dos

compostos minerais Nível de O.D. próximo ao da saturação, baixo consumo e elevada produção pelas algas. Presença de peixes, moluscos e grandes crustáceos.

4.3 - Balanço de oxigênio dissolvido

Qual o objetivo da determinação da concentração de O.D.Obter o grau de poluição e autodepuração

Equação Simplificada da Estabilização de Matéria Orgânica

Matéria Orgânica + O2 + Bactérias CO2 + H2O + Energia

NitrificaçãoAmônia + O2 Nitrito + H+ + H2O + Energia

Nitrito + O2 Nitrato + Energia

4.4 - A curva de oxigênio dissolvido

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Quais as informações possíveis por meio de seu estudo? Identificar as conseqüências da poluição

Fazer uma associação da poluição com as zonas de autodepuração

Verificar o consumo e produção de OD

Identificar o ponto crítico (menor concentração de OD)

Comparar a concentração no ponto crítico com a estabelecida pela legislação

Identificar o local em que o curso d’água volta a atingir as condições desejadas.

Para estabelecer-se um modelo do balanço de OD há a necessidade do conhecimento dos fenômenos que estão ocorrendo.

CINÉTICA DE DESOXIGENAÇÃOPonto de Análise: Como se dá o consumo de O2 com o tempo?

Deve-se analisar sob dois ângulos distintos:DBO remanescente

DBO exercida

5 - INTRODUÇÃO AO CONTROLE DE POLUIÇÃO

PROBLEMAS AMBIENTAIS EFEITOS DESASTROSOS

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RESÍDUOCOMPLEXIDADE DOS NOVOS TIPOS DE

COMPOSTOS INDUSTRIALIZADOSNÃO EXISTIAMPRESENTES EM PEQUENAS QUANTIDADESNÃO BIODEGRADÁVEIS

URBANIZAÇÃO

NOVAS TÉCNOLOGIASS

CRESCIMENTO DEMOGRÁFICO

POLUIÇÃO AMBIENTAL

5.1 - Poluição ambiental

Toda matéria ou energia que introduzida no ambiente provoca a sua degradação

altera as características físico-químicas ou biológicas do ar, da água ou do solo,

inviabilizando o meio para a saúde humana, a própria natureza inadequando-o às

atividades sociais e econômicas, além de afetar as condições estéticas e sanitárais do

meio ambiente

40

VIOLA O EQUILIBRIO DO ECOSSISTEMA

DESTRUINDO

CAPACIDADE DE AUTO-REGULAÇÃO E RENOVAÇÃO

CARACTERIZAÇÃO DA POLUIÇÃO POLUENTE

FÍSICA

QUÍMICA

FÍSICO-QUÍMICA

BIOQUÍMICA

RADIATIVA

GERAÇÃO DE RESÍDUOS ATIVIDADES HUMANAS

5.2 - Classificação geral dos resíduos

41

PROCESSO INDUSTRIAL

DESCARTE DE PRODUTOS

INDUSTRIALIZADOS

RESÍDUOS

EFLUENTE LÍQUIDO

RESÍDUO SÓLIDO

EFLUENTE GASOSO

ORIGEM INDUSTRIALAAAAAAAAL

ORIGEM DOMÉSTICA

PROCESSO INDUSTRIAL

REJEITOS INDUSTRIALIZADOS

ESGOTO DOMÉSTICO

ALIMENTO DESCARTADO

5.3 - Eliminação ou minimização dos problemas ambientais

CONSCIENTIZAÇÃO DA SOCIEDADE

AIA (1960) DIAGNÓSTICO AMBIENTAL

LEIS E MECANISMOS

E I A

INVENTÁRIOS DE RESÍDUOS PESQUISA COM BASE CIENTÍFICA ATIVIDADES LUCRATIVAS X POLÍTICA DE GERENCIAMENTO AMBIENTAL

5.4 - Sistema de gestão ambiental

CONJUNTO DE REGRAS ADMINISTRATIVAS PROCEDIMENTOS

POLÍTICAS

INSTRUÇÕES

42

ORIENTAR CONTROLAR PUNIR

DE ACORDO COM LEIS E POLÍTICAS VIGENTES

GERENCIAMENTO DAS ATIVIDADES X MEIO AMBIENTE

OBJETIVOS:

IDENTIFICAR OS ASPECTOS AMBIENTAIS RELEVANTES DEMONSTRAR UM DESEMPENHO AMBIENTAL CORRETO, CONTROLANDO O

IMPACTO DE SUAS ATIVIDADES, PRODUTOS OU SERVIÇO NO MEIO AMBIENTE

5.5 - Normas e procedimentos

ISO (1946) INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARTION

GENEBRA– SUÍÇA 111 PAÍSES MEMBROS E 180 COMITÊS TÉCNICOS

NORMAS DE APLICAÇÃO VOLUNTÁRIAS COMPULSÓRIAS

ISO 14000 23 CERTIFICADOS (CINCO NORMATIZADOS)

ISO 14001: Sistema de Gestão Ambiental – Especificação com guia de uso.

ISO 14004: Sistema de Gestão Ambiental - Diretrizes Gerais sobre princípios, sistemas e técnicas de

suporte.

ISO 14010: Diretrizes para Auditoria Ambiental – Princípios Gerais para Auditoria Ambiental.

ISO 14011-1: Diretrizes para Auditoria Ambiental – Procedimentos de Auditoria. Sistemas de

Gestão Ambiental.

ISO 14011-2: Diretrizes para Auditoria Ambiental – Procedimentos de Auditorias. Auditorias de

Adequação.

ISO 14012: Diretrizes para Auditoria – Critérios de Qualificação para Auditores Ambientais

43

SISTEMA DE GESTÃO AMBIENTAL

TRATAMENTO DE EFLUENTES

CONTROLE DE EMISSÕES GASOSAS

TRATAMENTO DE EFLUENTES

TRATAMENTO AMBIENTAL

GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS

5.6 - Princípios da iso 14000

COMPROMETIMENTO E POLÍTICA

DEFINIÇÃO DE POLÍTICA AMBIENTAL COMPROMETIMENTO COM SEU SISTEMA DE GESTÃO AMBIENTAL

PLANEJAMENTO

ORGANIZAÇÃO FORMULA PLANO DE AÇÃO CUMPRIR A POLÍTICA AMBIENTAL

IMPLEMENTAÇÃO

DESENVOLVIMENTO DA CAPACITAÇÃO E MECANISMOS DE APOIO ATENDER POLÍTICA, OBJETIVOS E METAS AMBIENTAIS

MEDIÇÃO E AVALIAÇÃO (OPERAÇÃO)

MEDIDAS, MONITORAMENTO E AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO AMBIENTAL

ANÁLISE CRÍTICA E MELHORIA

ANÁLISE E APERFEIÇOAMENTO CONTÍNUO DO SISTEMA DE GESTÃO AMBIENTAL APRIMORAMENTO DO DESEMPENHO AMBIENTAL

44

GESTÃO AMBIENTAL GESTÃO DE QUALIDADE

ISO 9000 ISO 14000

45

PROCEDIMENTOS COMUNS DE GESTÃO AMBIENTAL E DA

QUALIDADE

MANUAL DE GESTÃO DA QUALIDADE

PROCEDIMENTOS DE GESTÃO DA QUALIDADE

INSTRUÇÕES DE GESTÃO DA QUALIDADE

INSTRUÇÕES COMUNS DE GESTÃO AMBIENTAL E DA

QUALIDADE

MANUAL DE GESTÃO

AMBIENTAL

PROCEDIMENTOS DE GESTÃO

AMBIENTAEFLUENTE LÍQUIDO

L

INSTRUÇÕES DE GESTÃO AMBIENTAL

DO GERENCIAMENTO

POLÍTICA DE PRESERVAÇÃO E PROTEÇÃO AMBIENTAL

BASE DO GERENCIAMENTO

POLÍTICA DE PRESERVAÇÃO E PROTEÇÃO AMBIENTAL

REDUÇÃO NA FONTE: MELHOR ESTRATÉGIA AÇÃO A LONGO PRAZO, DIFICULDADES COM CUSTOS ALTERAÇÕES NO

PROCESSO INDUSTRIAL RITMO LIMITADO NO DESENVOLVIMENTO DAS TECNOLOGIAS LIMPAS E

RENOVAÇÃO DOS PARQUES INDUSTRIAIS

SEGREGAÇÃO

MAIOR CONHECIMENTO SOBRE A PERICULOSIDADE DO RESÍDUO, INDICANDO:

POSSÍVEL TRATAMENTO POSSIBILIDADE DO RESÍDUO SER UTILIZADO COMO MATÉRIA-PRIMA EM OUTROS

PROCESSOS

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ESTRATÉGIAS E TECNOLOGIAS

Redução na Fonte

Segregação

Reciclagem

Tratamento

Disposição Final

RECICLAGEM/REUSO

QUANDO O USO É ECONOMICAMENTE VANTAGOSO ESTRATÉGIA DE MINIMIZAÇÃO DE QUANTIDADE E POTENCIAL PERIGOSO

ESTATÍSTICAS MOSTRAM RESULTADOS TÍMIDOS

TRATAMENTO

FUNÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS E PERICULOSIDADE DO RESÍDUO ELIMINAÇÃO OU REDUÇÃO DO POTENCIAL PERIGOSO TIPOS: QUÍMICO, FÍSICO, BIOLÓGICO, TÉRMICO

6-INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE EFLUENTES

6.1-Por que tratar efluentes?

1) - Razões de saúde pública:

Para evitar que a população das regiões localizadas a jusante de corpos receptores adquira doenças de veiculação hídrica, por meio de contaminação direta (banho, lavagem de roupa, etc.), ou indireta (irrigação de verduras, abastecimento de água, etc.).

2) - Razões ecológicas:

Para manter no corpo receptor em condições favoráveis à vida animal e vegetal, evitando a degradação do ambiente.

3) - Razões econômicas:

A água é um bem natural utilizado em inúmeras atividades econômicas (água potável para abastecimento, água para consumo industrial, irrigação, pesca, etc.). Um elevado grau de poluição pode torná-na imprestável para certos usos, ou obrigar que passe por um tratamento muito caro.

4) - Razões estéticas ou de conforto

Prejuízos para turismo, mau aspecto, mau cheiro, presença de materiais flutuantes (água imprestável para recreação).

5) - Razões Legais

As comunidades e os proprietários das terras situadas à jusante dos corpos receptores, têm direitos legais ao uso da água em estado natural. Por isso as autoridades sanitárias instituem padrões de qualidade de água e de lançamento de efluentes, que devem ser obedecidos.

6.2 Principais contaminantes e características das águas residuárias

METCALF & EDDY (1991) citam os principais contaminantes em tratamento de águas residuárias (Quadro 1) e as principais características físicas, químicas e biológicas das águas residuárias, bem como suas fontes (Quadro 2).

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Quadro 1- Principais contaminantes em tratamento de águas residuárias

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Tipo de contaminante

Importância

Sólidos suspensos

Sólidos suspensos podem levar ao desenvolvimento de depósitos de lodo e condições anaeróbias quando o efluente líquido não tratado é lançado no ambiente aquático.

Orgânicos biodegradáveis

Compostos principalmente por proteínas. carboidratos e gorduras, os orgânicos biodegradáveis são quantificados basicamente em termos de DBO (demanda bioquímica de oxigênio) e DQO (demanda química de oxigênio). Se lançados sem tratamento ao ambiente, sua estabilização biológica pode levar à queda da reserva de oxigênio natural e ao desenvolvimento de condições sépticas.

Patogênicos Algumas doenças podem ser transmitidas por organismos patogênicos em águas residuárias.

Nutrientes Tanto nitrogênio quanto fósforo, junto ao carbono, são nutrientes essenciais para o crescimento. Quando lançados no ambiente aquático, estes nutrientes podem levar ao crescimento de uma vida aquática não desejável. Quando lançados em excessivas quantidades sobre a terra, também podem poluir águas subterrâneas.

Poluentes perigosos

Compostos orgânicos e inorgânicos selecionados com base no conhecimento de apresentarem carcinogenicidade, mutagenicidade, teratogenicidade ou toxicidade. Muitos destes compostos são encontrados em águas residuárias.

Orgânicos

refratários

Estes orgânicos tendem a resistir a métodos convencionais de tratamento de efluentes líquidos. Exemplos típicos incluem surfactantes, fenóis e pesticidas agrícolas.

Metais pesados Metais pesados são geralmente adicionados às águas residuárias de atividades comercial e industrial e devem ser removidos se o efluente for reutilizado.

Inorgânicos dissolvidos

Constituintes inorgânicos como cálcio, sódio e sulfato são adicionados à água de abastecimento doméstico e devem ser removidos se o efluente for reutilizado.

Fonte: METCALF & EDDY (1991)

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Quadro 2 – Características das águas residuárias e suas fontes CARACTERÍSTICAS FONTEPROPRIEDADES FÍSICAS Cor Resíduos domésticos e industriais, degradação natural de

matérias orgânicas Odor Águas residuárias em decomposição e resíduos

industriais Sólidos Abastecimento de água potável, resíduos domésticos e

industriais, erosão de solos, infiltração Temperatura Resíduos domésticos e industriais

CONSTITUINTES QUÍMICOS Orgânicos

Carboidratos Resíduos domésticos, comerciais e industriaisGorduras, óleos e

graxasResíduos domésticos, comerciais e industriais

Pesticidas Resíduos agrícolasFenóis Resíduos industriaisProteínas Resíduos domésticos, comerciais e industriaisPoluentes perigosos Resíduos domésticos, comerciais e industriaisSurfactantes Resíduos domésticos, comerciais e industriaisCompostos orgânicos

voláteisResíduos domésticos, comerciais e industriais

Outros Degradação natural de matérias orgânicas Inorgânicos

Alcalinidade Resíduos domésticos, abastecimento de água potável, infiltração de água subterrânea

Cloretos Resíduos domésticos, abastecimento de água potável, infiltração de água subterrânea

Metais pesados Resíduos industriaisNitrogênio Resíduos domésticos e agrícolaspH Resíduos domésticos, comerciais e industriaisFósforo Resíduos domésticos, comerciais e industriais, drenagem

natural de águaPoluentes perigosos Resíduos domésticos, comerciais e industriaisEnxofre Abastecimento de água potável, resíduos domésticos,

comerciais e industriais Gases

Gás sulfídrico Decomposição de resíduos domésticosMetano Decomposição de resíduos domésticosOxigênio Abastecimento de água potável, infiltração com a

superfície da águaCONSTITUINTES BIOLÓGICOS

Animais Cursos d’água abertos e plantas de tratamento de efluentes

Plantas Cursos d’água abertos e plantas de tratamento de efluentes

ProtistasEubactéria Resíduos domésticos, infiltração com a superfície da

50

água e plantas de tratamento de efluentesArquebactérias Resíduos domésticos infiltração com a superfície da

água e plantas de tratamento de efluentesVírus Resíduos domésticos

Fonte: METCALF & EDDY (1991)

6.3- Classificação dos Tipos de Tratamento

De modo geral os tipos de tratamentos de um efluente podem ser classificados em quatro categorias.

(1) Tratamento Preliminar

Fase de preparação para o tratamento secundário. O tratamento preliminar é constituído unicamente por processos físico-químicos e visa a remoção de areia, gorduras e sólidos grosseiros.

Gradeamento, peneiramento (remoção de sólidos grosseiros).

Caixa de gordura

Caixas de areia (remoção de areia).

(2) Tratamento Primário

O tratamento primário é também constituído unicamente por processos físico-químicos e visa a remoção de sólidos em suspensão e ou flutuantes. Os processos mais empregados nesta etapa são:

Sedimentação

Equalização

Neutralização

Flotação

Coagulação / Floculação

(3) Tratamento Secundário

Fase do tratamento em que, por meio da ação de microrganismos efetua-se a estabilização parcial da matéria orgânica biodegradável e solúvel presente no efluente.

O tratamento secundário é constituído por processos biológicos e usualmente podem ser seguidos de processos físico-químicos. No processo biológico podem ser utilizados dois tipos diferentes de tratamento:

aeróbio: lodos ativados, sistemas de lagoas (aeróbias, facultativas ou aeradas), valos de oxidação, poços profundos, leitos percoladores e biodiscos;

anaeróbio: lagoa anaeróbia, digestor anaeróbio convencional, reator anaeróbio de fluxo ascendente, reator de leito fluidizado e filtro anaeróbio.

O processo físico-químico usualmente é constituído por um ou mais sedimentadores secundários. Nesta etapa ocorre a sedimentação dos flocos biológicos, saindo o efluente, depois deste

51

tratamento, isento de sólidos ou flocos biológicos. Os lodos resultantes deste tratamento, usualmente são secos em leitos de secagem ou em filtros prensa

(4) - Tratamento Terciário

O tratamento terciário é também constituído por processos físico-químicos e é empregado quando se deseja obter um efluente de alta qualidade visando a sua reutilização e/ou minimização da geração de resíduos. A seleção de um ou mais processos para esta etapa é função do tipo de emprego que se deseja para a água proveniente da ETE. Geralmente, esta etapa visa a remoção de microrganismos patogênicos, de nutrientes (nitrogênio e fósforo), de cor, turbidez, metais, etc...

4.1. Remoção de Sólidos Dissolvidos e SalinidadeOsmose InversaTroca IônicaEletrodiálise Nitrificação/Denitrificação

4.2. Remoção de Sólidos em SuspensãoMicrofiltraçãoUltrafiltraçãoClarificação

4.3. Remoção de Compostos Orgânicos

OzonizaçãoCarvão ativado

4.4. Remoção de Compostos Orgânicos de Alto Peso Molecular

NanofiltraçãoUltrafiltração

4.5. Desinfecção

OzônioUltraVioletaCl2, ClO2

Qual deve ser a abordagem mais racional do ponto de vista do estabelecimento de sistemas de tratamento de efluentes?

Estabelecer o nível de remoção do contaminante desejável (função dos padrões de lançamento)

Avaliar as operações unitárias e os processos necessários para alcançar o nível de tratamento desejado.

52

7- TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUOS – PRINCÍPIOS DA CINÉTICA DE REAÇÕES E DA HIDRÁULICA DE REATORES.

7.1- Introdução

Todos os processos biológicos de tratamento de resíduos ocorrem num volume definido por limites físicos específicos, comumente denominado REATOR. As modificações na composição e concentração dos compostos durante a permanência da água residuária no reator são essenciais no tratamento de esgotos. Estas mudanças são causadas por:

- Transporte hidráulico dos materiais no reator (entrada e saída)

- Reações que ocorrem no reator (produção e consumo).

O conhecimento destes dois componentes, que caracterizam o balanço de massa no reator, é fundamental para o projeto e operação de uma estação de tratamento de resíduos. O estudo da hidráulica de reatores permite verificar a maneira e a eficiência com que as mudanças ocorrem, mudanças estas que dependem da configuração do reator.

7.2 - Cinética de reações

- Tipos de reações

A maioria das reações que ocorrem no tratamento de resíduos são lentas e a consideração de sua cinética é bastante importante. A taxa de reação R é o termo usado para descrever o desaparecimento ou a formação de um composto ou espécie química. A relação entre a taxa de reação, a concentração do reagente e a ordem da reação é dada pela seguinte expressão:

(1)

em que:

R = taxa de reação (ML-3T1)

k = constante da reação (T-1)

C = concentração do reagente (ML-3)

n = ordem da reação

Para diferentes valores de n tem-se:

n = 0 reação de ordem zero

n = 1 reação de primeira ordem

n = 2 reação de segunda ordem

Numa reação com um reagente apenas, aplicando-se logaritmo em ambos os lados da Equação 1, tem-se:

53

(2)

Para diferentes valores de n, a visualização gráfica da relação apresentada na equação 2 é mostrada a seguir.

O rd e m 2

O rd e m 1

O rd e m 0

Clog

Rlog

Figura 1- Determinação da ordem de reação na escala logarítmica

Pode-se interpretar a figura acima da seguinte maneira:

A reação de ordem zero resulta numa linha horizontal. A taxa de reação é independente da concentração do reagente, ou seja, é a mesma para qualquer concentração de reagente.

A reação de primeira ordem possui uma taxa de reação diretamente proporcional à concentração do reagente.

A reação de segunda ordem possui uma taxa de reação proporcional ao quadrado da concentração do reagente.

Em tratamento de resíduos as ordens de reação mais freqüentes são ordem zero e primeira ordem, porém além destas reações de ordem constante, há ainda um outro tipo de reação cuja forma é amplamente utilizada na área de tratamento de resíduos, denominada reação de saturação.

- Reações de ordem zero

Nestas reações a taxa de reação independe da concentração do reagente. Nestas condições a taxa de mudança da concentração (C) do reagente é constante. Isto no caso de uma reação ocorrendo em um reator batelada, no qual não há adição ou retirada de reagente durante a reação. No caso de um reagente que esteja desaparecendo no reator (por exemplo, por meio de mecanismos de degradação), a taxa de mudança é dada pela equação a seguir.

(3)

ou

54

(4)

A taxa de mudança dC/dt ao longo do tempo, de acordo com a Equação 4 pode ser representada graficamente como a seguir. Pode-se observar que a taxa permanece constante ao longo do tempo.

dC/dt

Mudança da taxa dC/dt em função do tempo

t

Figura 2- Taxa de mudança dC/dt ao longo do tempo para uma Equação de ordem zero

A integração da Equação 4 com C = C0 em t = 0 leva a:

(5)

A visualização gráfica é apresentada a seguir:

Mudança da concentração C em função do tempoC

-k

t

Figura 3- Variação da concentração em função do tempo para uma Equação de ordem zero

Em tratamento de efluentes, em função da baixa concentração do substrato, várias reações se comportam como sendo de ordem zero.

55

- Reações de Primeira Ordem

As reações de primeira ordem são aquelas nas quais a taxa de reação é proporcional à concentração do reagente. Então em um reator batelada a taxa de mudança de concentração C do reagente é proporcional à concentração deste reagente no dado instante. Numa reação em que o reagente esteja sendo removido, tem-se uma equação como a seguir:

(6)

ou

(7)

A taxa de mudança dC/dt ao longo do tempo, de acordo com a Equação 7, é apresentada na Figura a seguir. A taxa decresce linearmente ao longo do tempo.

A integração da Equação 7, com C = C0 em t = 0 leva a:

(8)

ou

(9)

REAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM

Mudança da da taxa dC/dt em função do tempodC/dt

t

Figura 4- Taxa de mudança dC/dt ao longo do tempo para uma Equação de primeira ordem

56

CMudança da concentração C em função do tempo

dC/dt(tangente)

t

Figura 5- Variação da concentração em função do tempo para uma Equação de primeira ordem

Várias reações em tratamento de efluentes seguem uma cinética de primeira ordem, como é o caso da remoção de matéria orgânica e o decaimento de microrganismos.

A degradação biológica da matéria orgânica se desenvolve segundo uma cinética de pseudo-primeira ordem. Vários componentes podem estar envolvidos nesta degradação, como a concentração de oxigênio dissolvido, o número de microrganismos e a concentração de matéria orgânica, porém, a taxa pode ser proporcional à concentração de um único composto (a matéria orgânica, por exemplo), se os outros compostos estiverem em abundância relativa. No entanto, se a matéria orgânica estiver presente em baixas concentrações a taxa torna-se praticamente constante e a reação se processa como de ordem zero.

Para um efluente complexo a taxa global pode seguir uma cinética de primeira ordem, uma vez que, várias substâncias individualmente podem seguir uma cinética de ordem zero, porém os substratos mais complexos podem sofrer uma taxa de degradação segundo uma cinética de primeira ordem. No inicio, quando a maioria dos componentes está sendo consumida simultaneamente , a taxa global de remoção é elevada. Após um determinado tempo, porém, a taxa pode ser mais lenta, quando apenas os compostos de degradação lenta estão ainda presentes. Desse modo, a taxa global de reação assemelha-se a uma reação típica de primeira ordem.

- Reações de Saturação

É muito comum descrever as taxas envolvidas no tratamento biológico de efluentes baseada nas reações enzimáticas, cuja cinética foi proposta por Michaelis-Menten. A decomposição bacteriana envolve uma série de reações catalisadas por enzimas, então a expressão de Michaelis-Menten pode ser ampliada para descrever a cinética do crescimento bacteriano e as reações de decomposição do efluente.

A taxa de reação do substrato segue uma forma hiperbólica e tende a um valor de saturação, de acordo com a equação a seguir:

(10)

em que,

R = taxa da reação (M.L-3.T-1)

57

Rmax = taxa máxima da reação (M.L-3.T-1)

S = concentração do substrato limitante (M.L-3)

Ks = constante de saturação (M.L-3)

Pela Equação 10 observa-se que Ks é a concentração de substrato na qual a taxa de reação R é igual a Rmax/2. A figura a seguir ilustra a Equação 10.

Taxa de Reação segundo uma Reação de Saturação(g/m3d)

Rmax

Rmax/2

KS substrato limitante S (g/m3)

R

Figura 6- Taxa de uma reação de saturação

A Equação 10 é amplamente utilizada no tratamento biológico de efluentes. Ela é extremamente interessante porque pode representar aproximadamente tanto as cinéticas de primeira ordem quanto as de ordem zero, assim como a transição entre elas.

Num processo de degradação de efluentes a decomposição de substrato varia ao longo do processo. No inicio quando a sua concentração é elevada, ou seja, não há limitação de substrato no meio, a taxa de remoção global aproxima-se da cinética de ordem zero. A medida em que o substrato passa a ser consumido, a taxa de remoção começa a decrescer, caracterizando uma região de transição, ou de ordem mista. Quando a concentração de substrato passa a ser bem baixa, a taxa de reação passa a ser limitada pela pouca disponibilidade deste no meio. Nestas condições, a cinética ocorre como de primeira ordem.

As duas situações de alta e baixa concentração de substrato ocorrem em função dos valores relativos de S e Ks, como descrito a seguir.

Concentração relativa de substrato elevada

SKs: reação aproximadamente de ordem zero

58

Quando a concentração de substrato é muito maior que o valor de Ks, Ks pode ser desprezado no denominador da Equação 10, então:

(11)

Nestas condições, a taxa de reação R é constante e igual à taxa máxima Rmax. A reação segue uma cinética de ordem zero, em que a taxa de reação é independente da concentração de substrato.

Concentração relativa de substrato baixa

S Ks: reação aproximadamente de primeira ordem

Quando a concentração de substrato é muito menor do que o valor de K s, S pode ser desprezado no denominador da Equação 10, então:

(12)

Como Rmax e Ks são constantes, o termo (Rmax/Ks) também é uma constante, podendo ser substituído por uma nova constante K. A equação 10 pode ser então reescrita como:

(13)

Assim a taxa de reação é proporcional à concentração de substrato presente. A reação segue uma cinética de primeira ordem.

A Figura a seguir apresenta as duas situações extremas, representativas das cinéticas de ordem zero e primeira ordem.

59

Reação de ordem 0

Reação de ordem 1

RmaxR=Rmax

R=KS

Substrato limitante S (g/m3)

Figura 7- Cinética de Michaelis–Menten - Duas condições extremas na reação de saturação

7.3 - Balanço de massa

Equações Representativas

Tendo o conhecimento da taxas das reações de interesse no tratamento de efluentes, deve-se avaliar quantitativamente a sua influência dentro de um balanço de massa global do componente em análise, visto que, a concentração de um determinado componente em um reator (ou em algum lugar deste) é função, não apenas das reações bioquímicas, mas também dos mecanismos de transporte (entrada e saída) deste componente.

A expressão básica do balanço de massa deve ser desenvolvida num determinado volume, que pode ser tanto um tanque ou um reator como um todo, quanto qualquer volume elementar dos mesmos.

Considerando um volume qualquer, como o da figura, a quantidade de material sendo acumulado deve ser igual à quantidade do material que entra menos a quantidade que sai mais a quantidade que é gerada menos a quantidade que é consumida, ou seja:

Acúmulo = Entrada – Saída + Produção - Consumo (14)

60

C V

ProduçãoRp.V

ConsumoRc.V

SaídaQ.CEntrada

Q.C0

Figura 8-Balanço de Massa em um Reator

Matematicamente, a relação da Equação 14 pode ser expressa como:

(15)

em que:

C = concentração do composto em um tempo t (ML-3)

C0 = concentração afluente do composto (ML-3)

V = volume do reator (quando de mistura completa) ou volume elementar de qualquer reator (L3)

Q = vazão (L3.T-1)

t = tempo (T)

Rp = taxa de reação de produção do composto (ML-3T-1)

Rc = taxa da reação de consumo do composto (ML-3T-1)

A equação 15 pode ser expressa ainda com o termo da esquerda expandido:

(16)

Em reatores biológicos o volume pode ser considerado fixo, então dV/dt = 0, por conseguinte o primeiro termo da Equação 16 desaparece. Isto simplifica o modo de apresentar o balanço de massa; a forma mais usual de apresentar este balanço, é apresentada na Equação 17:

61

(17)

Regime Estacionário e Regime Transiente

Regime Estacionário – Não há acúmulo de compostos no sistema, então dC/dt = 0, portanto, a equação de projeto pode ser escrita como:

(18)

Regime Transiente – Há acúmulo de compostos no sistema, então dC/dt 0. Esta condição seria mais adequada para o controle de operacional de estações de tratamento de efluentes, devido às freqüentes variações nas condições externas e internas ao sistema, contudo, como os modelos em regime transiente são mais complexos têm sido menos utilizados, uma vez que sua resolução implica em equações diferenciais parciais, porém os avanços na resolução destas equações têm contribuído para a o emprego de modelos em regime transiente para o projeto e acompanhamento operacional de plantas de tratamento de efluentes. Principalmente porque o regime estacionário é um caso particular do regime transiente.

A Figura a seguir ilustra o conceito dos regimes estacionário e transiente, por meio da representação da variação da concentração do composto ao longo do tempo.

Regime EstacionárioC

t

Regime TransienteC

t

62

Figura 9– Regimes Estacionário e Transiente. Perfil de Concentração

7.4 – Hidráulica de reatores

Introdução

Conhecidas as taxas de reação e elaborados os balanços de massa é necessário que se defina o modelo hidráulico a ser atribuído ao reator, para que se possa calcular a concentração do composto no mesmo.

O modelo hidráulico do reator é função do tipo de fluxo e do padrão de mistura na unidade. O padrão de mistura depende, por sua vez, da forma geométrica do reator, da quantidade de energia introduzida por unidade de volume, do tamanho ou escala da unidade, etc.

Com relação ao fluxo no reator, tem-se as seguintes condições:

Fluxo em batelada (intermitente): entrada e/ou saída descontínuas.

Fluxo contínuo: entrada e saída contínuas.

Em termos do padrão de mistura, há dois modelos hidráulicos básicos, os quais definem um envelope dentro do qual se enquadram as outras alternativas: Fluxo em Pistão e de Mistura Completa, que conduz às seguintes principais alternativas:

fluxo em pistão

mistura completa

fluxo disperso

arranjos de células em série e/ou paralelo

O Quadro 1 apresenta os principais tipos de reatores, bem com as principais características operacionais dos principais tipos de reatores. utilizados no tratamento de efluentes.

Quadro 1- Principais tipos de reatores utilizados no tratamento de efluentes

Tipo de reator

Esquema Fluxo contínuo

Variação da composição com

o tempo (em uma dada posição do

reator)

Variação da composição

com a posição no reator (em

um dado tempo)

Número de células (de

mistura completa)

eqüivalente

Típica

Relação comprimento/

largura

63

Batelada Não Sim Não -- --

Fluxo em pistão Sim Não Sim 1

Mistura completa Sim Não Não 1 = 1

7.5- Tempo de retenção hidráulica e tempo de residência celular

Tempo de Retenção Hidráulica

- Influencia no tempo de contato da biomassa e substrato, é dado pela expressão:

(19)

em que:

TRH: tempo de retenção hidráulica (h)

V: volume útil do reator (m3)

Q: vazão de efluente líquido (m3/h)

Tempo de Residência Celular ou Idade do Lodo

- tempo que a biomassa permanece retida no sistema;

- tempo de residência celular adequado evita que o lodo seja carreado do reator;

- influencia também na eficiência do reator.

É dado pela expressão:

(20)

Tempo Mínimo de Residência no Reator

- deve permitir a duplicação da biomassa, mesmo considerando o seu decaimento;

O tempo mínimo de residência da biomassa no reator é dado por:

64

(21)

θCmín: tempo de residência celular mínimo (d)

Kd: coeficiente de respiração endógena (d-1)

μ: taxa de crescimento específico (d-1)

Dependendo da existência ou não de mecanismos de retenção de biomassa, têm-se as seguintes situações:

- sistemas sem mecanismos de retenção de sólidos : θC = TRH , e θC ≥ tempo de duplicação celular; ex.: reator de mistura

- sistemas com mecanismos de retenção de sólidos : θC > TRH, e TRH deve ser mínimo para utilizar um reator de menor volume possível, ex.: reatores de alta taxa: filtro aneróbio, manta de lodo, etc.

O tempo de duplicação é dado pela expressão:

(22)

tdup: tempo de duplicação celular (d)

: taxa de crescimento específico (d-1)

65

8-TRATAMENTO SECUNDÁRIO – PROCESSOS AERÓBIOS

O termo tratamento secundário engloba todos os processos biológicos de tratamento de despejos tanto aqueles de natureza aeróbia quanto os de natureza anaeróbia e visam, ssencialmente, converter matéria orgânica dissolvida (solúvel) nos efluentes (águas residuárias) em sólidos inorgânicos (sulfatos, hidróxidos, etc..) e material biológico sedimentável, que podem ser removidos em tanques de sedimentação. Na maioria das vezes, esses processos são empregados em conjunto com processos físicos e químicos que são utilizados no pré-tratamento e tratamento primário do efluente.

Os processos biológicos aeróbios mais utilizados são: Lodos Ativados, Filtros Biológicos, Lagoas Aeradas e Lagoas de Estabilização.

8.1-Lodos ativados

É um processo biológico de tratamento de águas residuais que utiliza principalmente microrganismos aeróbios (bactérias e outros), na presença de oxigênio (necessita de aeração) para oxidar a carga orgânica. As bactérias usam as substâncias orgânicas do efluente como fonte de alimento (substrato), transformando-a em energia, novas células, CO2 e H2O, NH3 e outros produtos. A Tabela 1 fornece, de forma resumida, os produtos da degradação aeróbia de algumas classes de substâncias bem como os agentes dessa degradação.

Tabela 1– Produtos da degradação aeróbia

Classe de substratosClasse de enzimas

Produtos finais

Proteínas Proteínase

Alcoóis, ácidos, NH4+, NO2-,

NO3-, CO2, H2O

Cabohidratos CarbohidraseAlcoóis,

ácidos, CO2, H2O

Lipídeos LipaseGlicerol,

ácidos, CO2, H2O

O termo lodo ativado (Activated sludge) provém da aglomeração dos microrganismos com a matéria orgânica em suspensão no tanque de aeração, formando flocos biológicos que chegam ao decantador secundário tendo atravessado uma fase em que consumiram grande parte de sua massa, por respiração endógena. A descrição microbiana do Sistema de Lodos Ativados é bastante semelhante para os outros sistemas (filtros biológicos, as lagoas aeradas e os valos de oxidação) e é composta por um conjunto extremamente complexo de microrganismos, constituído predominantemente de bactérias, alguns fungos e protozoários.

66

Na Tabela.2 e 3 estão apresentados, respectivamente, alguns exemplos de gêneros bacterianos e de protozoários presentes nos sistemas de Lodos Ativados.

Tabela 2 – Exemplos de gêneros bacterianos presentes nos sistemas de lodos ativados

Bactérias heterótrofas

Pseudomonas sp, Zooglearamigera,

Achromobacter sp, Flavobacterium sp,Bdellovibrio sp, Mycobacterium

sp,Alcaligenes sp, Arthrobacter sp

eCitromonas sp.

Bactérias filamentosas

Sphaerotillus natans, Beggiatoasp,

Thiothrix, Leucothrix sp,Microthrix

parvicella, Norcadia sp,Nostocoida

limicola, Haliscomenobacterhydrossos,

Flexibacter sp.

Bactérias nitrificantes Nitrossomonas sp e Nitrobacter sp.

Fonte: Vazoller et al (1989), Jenkis et al (1993)

Tabela 3 – Alguns exemplos de protozoários presentes no sistema de lodos ativados

Filo protozoário Exemplos

Classe SarcodinaAmebas – Arcella discoides, Amoeba

sp

Classe Ciliata

Ciliados livre-natantes e sésseis – Aspidisca

costata, Trachelophyllum sp, Paramecium

sp, Didinium sp, Chilodenella sp

Classe MastigophoraFlagelados – Spiromonas sp, Bodo sp,

Euglena sp, Monas sp, Cercobodo sp.

67

Fonte: Vazoller et al (1989)

Enquanto as bactérias são responsáveis pela degradação da matéria orgânica, os protozoários e micrometazoários (rotíferos e nematóides) são apontados como clarificadores do meio. As bactérias constituem a base nutricional dos protozoários, e estes, em conjunto com as próprias bacterías são consumidos pelos micrometazoários. A presença de grandes números de ciliados em ETEs está relacionada com a produção de um efluente clarificado de boa qualidade. A súbita proliferação de espécies tolerantes e redução das espécies de ciliados podem ser utilizadas como indicadores de alterações na composição do afluente ou das condições operacionais da ETE. A presença de certos filamentos podem indicar as causas do intumescimento do lodo, como por exemplo: OD baixo, pH baixo, aumento na concentração de sulfetos, deficiência de nutrientes. Nas Figuras 2 e 3 estão relacionados alguns tipos de protozoários e metazoários. As Tabelas 4, 5, 6 e 7 relacionam uma série de parâmetros e condições operacionais a presença de determinados bioindicadores no meio.

68

Os constituintes básicos do processo de lodos ativados são os seguintes: Tanque de aeração: é no seu interior que ocorrem as reações bioquímicas, que conduzem a

metabolização dos compostos bio-transformáveis. Deve contar com suprimento de ar (oxigênio) e dispositivos que proporcionem adequada mistura , mantendo-se os flocos biológicos em suspensão.

Decantador secundário: como na sequencia de tratamentos, o tratamento biológico é em geral, precedido de decantação primária, o decantador acoplado ao tanque de aeração é, geralmente, denominado de decantador secundário. Sua função é separar o lodo proveniente da tanque de mistura. É munido de um raspador giratório, que direciona o lodo para seu fundo.

69

Para melhor eficiência da oxidação da matéria orgânica deve-se manter alta a concentração de microrganismos no tanque de aeração, isto é obtido através do retorno de lodo ao sistema (sistema de reciclo – utilização de bombas).

Como os novos microrganismos estão sendo continuamente produzidos, o excesso tem que ser removido do sistema, após atingido o equilíbrio para manter a concentração no tanque de aeração constante, uma parte do lodo é retirado do processo, usando uma derivação ou um sistema de bombeamento independente, sendo destinado a um sistema de tratamento de lodos. É o mais versátil tratamento biológico pois, pode ser moldado de maneira a lidar com uma larga variedade de despejos. Porém, o funcionamento do processo está condicionado pela capacidade de decantação do lodo. Para esgotos domésticos a literatura, relativamente abundante, permite indicar faixas operacionais do processo, que asseguram boa sedimentabilidade do lodo, viabilizando, desse modo, o próprio processo. Para efluentes industriais, devido à sua especificidade, um trabalho experimental deve ser realizado para assegurar um projeto criterioso do processo de lodos ativados.

Parâmetros do Processo

Relação F/M ou Carga Mássica :

É a quantidade de matéria orgânica biodegradável para uma dada quantidade de microrganismos

por unidade de tempo.

F/M = Q*SoVX

[ Kg DBO5/dia ] Kg SVS

onde:

Q - vazão de alimentação [L3 /T]So - Concentração de substrato [M/L3 ]V - Volume do reator [L 3]X - Concentração de biomassa (lodo) [M/L3 ]

Tempo de retenção hidráulico () no tanque de aeração

É o tempo de residência que o efluente permanece no tanque de aeração.

= V/Q [horas,dias]

70

Índice Volumétrico de Lodo (IVL)

É um parâmetro importante para se conhecer a decantabilidade do lodo.

IVL= V' [ml/g] VoX

onde:V' - volume ocupado pelos sólidos que sedimentam em testes de 30' (ml)Vo - Volume total (1 l)X - Concentração de sólidos em suspensão (mg/l)

Idade do lodo (c) [dias]

A idade do lodo representa o tempo médio que uma partícula em suspensão permanece sob aeração.

É definida como a relação entre o teor de sólidos em suspensão (massa de lodo) no tanque de

aeração e a massa de lodo removida do sistema na unidade de tempo.

c = X * V_____ Qe Xe + QewXw

Xe = conc. de biomassa na saída do efluente tratadoXw = conc. de biomassa no recicloQew = vazão de descarte de lodo

Consumo de oxigênio

Kg O2/dia = a' * (So-S)Q + b'VX

onde:

a' - massa de oxigênio consumido / massa de substrato removidob' - fração de oxigênio necessária a respiração endógena0,5 ) a' ) 1,6 mg O2/mg DBO50,05 ) b' ) 0,24 dia-1

8.2-Variações do sistema de Lodo Ativado

O processo de lodos ativados permite uma série de variações em relação ao seu esquema básico, que visam sua otimização quando aplicados a diferentes casos. Essas variações foram introduzidas muitas vezes pela necessidade de expansão do tratamento, isto é, a necessidade e tratar mais despejos no mesmo espaço. Outras variações apareceram em função da natureza do despejo, principalmente para o caso de despejos industriais. São apresentados a seguir alguns exemplos dessas variações.

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Processo de alta capacidade (High Hate)

A aeração é mais acentuada e é menor a concentração de sólidos suspensos no tanque de aeração. O tempo de detenção é curto e é alta a relação F/M visando manter a cultura microbiana na fase log de crescimento. Ampla aplicação. Reator de mistura completa.

Aeração derivada (Tapered Aeration)

O ar é injetado em quantidades decrescentes ao longo do tanque, partindo-se, do princípio que, à medida que o substrato é degradado, são necessárias menores quantidades de oxigênio. Reator tipo plug-flow.

72

Alimentação escalonada (Step Aeration)

O despejo é adicionado aos poucos ao longo do tanque de aeração. O lodo recirculado entra no início do tanque de aeração. Reator. Aplicável a uma grande variedade de despejos. Reator tipoplug-flow.

Aeração prolongada ou Oxidação Total (Extend Aeration)

Opera na fase endógena de curva de crescimento, produzindo assim pequena quantidade de excesso de lodo. Longos tempos de aeração. Indicado para pequenas comunidades, plantas compactas e flexíveis. Reator de mistura completa.

73

Valo de oxidação (Oxidation Dicth)

É uma variante do processo de aeração prolongada.

Estabilização por contato (Contact Stabilization)

É recomendado quando a maior fração da matéria orgânica presente no despejo está na forma de suspensão (não removível por sedimentação ou por flotação) ou na forma de colóide (não removível por tratamento físico – hidrociclone) ou tratamento físico-químico – coagulação – floculação). Reator tipo plug-flow.

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Oxigênio puro (Pure-oxigen)

Indicado para despejos com carga orgânica elevada e também quando a pouca disponibilidade de área. Reator de mistura completa.

Reator de batelada sequencial (RBS)

O processo consiste de um reator de mistura completa onde ocorrem todas as etapas do tratamento. A duração de cada ciclo pode se alterada em função das variações da vazão afluente, das necessidades do tratamento e das características do despejo e da biomassa no sistema. Indicado para pequenas comunidades, locais com pouca disponibilidade de área. É um processo flexível e pode remover nitrogênio e fósforo.

75

A escolha de um dos processos acima mencionados depende de fatores, tais como: qualidade do despejo, área disponível, custo de implantação, custos de operação e manutenção, mão de obra especializada, qualidade do efluente final, corpo receptor, localização e zoneamento, os últimos três fatores, definem a % de remoção DBO/N/P a ser estabelecido pelo órgão de Controle Ambiental.

Tratamento de lodo

Apesar de não fazer parte do processo de lodos ativados, é seu complemento essencial. Todo o esforço feito para tratar os despejos pode ser comprometido por um tratamento inadequado do lodo.

No lodo podem estar concentrados poluentes não removidos no processo de lodo ativado. Sedimentação, desidratação, digestão anaeróbia e aeróbia, secagem e disposição em aterros sanitários são alguns dos processos empregados.

76

Aeradores – características

Difusores: São peças cerâmicas ou de vidro, metal sinterizado, tubos perfurados ou outros tipos

Arranjos:•uniformemente distribuídos no fundo do tanque

•distribuição longitudinal, de um só lado do tanque

Aeradores superficiais: São rotores que parcial ou totalmente imersos provocam a agitação do meio e a formação de uma coroa de emulsão (gás-líquido no seu entorno). Os aeradores de eixo vertical são empregados em Lodos Ativados e Lagoas. Os de eixo horizontal tem aplicação em valos de oxidação

8.3-Problemas operacionais – suas causas e soluções

Elevadas concentrações de sólidos em suspensos (SS ) no efluente

77

78

79

80

81

8.4-Lagoas aeradas

Além do processo de lodos ativados, outros sistemas biológicos de cultura suspensa são disponíveis para o tratamento de águas residuárias, sendo as bacias ou lagoas o sistema mais comum.

O processo de lagoas aeradas é essencialmente o mesmo empregado nos sistemas de lodos ativados com aeração extendida, exceto que uma bacia escavada em terra (com profundidade variando de 2,5 - 5,0 m) é usada como reator, o oxigênio requerido para o processo pode ser fornecido por aeradores de ar difuso (sistema de ar comprimido, em alguns casos raros) ou de superfície (aeração mecânica).

Para encontrar os padrões para tratamento secundário estabelecidos pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados unidos (EPA), muitas lagoas são usadas atualmente em conjunto com unidades de sedimentação e incorporam o reciclo de sólidos biológicos.

A microbiologia do processo é essencialmente a mesma do processo de lodos ativados. Alguma diferença pode surgir devido à grande área superficial das lagoas, o que pode levar a efeitos mais significantes da temperatura.

O grau de nitrificação depende das condições operacionais e de projeto e da temperatura da água residuária. Geralmente, com temperaturas mais elevadas e cargas mais baixas (tempo de retenção de lodo aumentado), graus mais elevados de nitrificação podem ser conseguidos.

Regimes de mistura para lagoas aeradas

As lagoas são classificadas de acordo com o grau de mistura mecânica ou de turbulência fornecido.

Lagoas completamente misturadas (lagoas aeradas aeróbias)

É assim denominada quando a energia fornecida é suficiente para manter todo o conteúdo, inclusive os sólidos, misturado e aerado. Um sistema de separação de sólidos em suspensão à jusante da lagoa aerada aeróbia é necessário para que se obtenha um bom efluente final. Os tempos de retenção são usualmente menores que 3 dias e o consumo de energia é superior a 5 Watts/m3 (o consumo de energia em um sistema de lodos ativados se situa em torno de 50 Watts/m 3). A suposição de mistura completa, que até mesmo para unidades de lodos ativados é uma aproximação idealizada, é questionável para lagoas aeradas. Por outro lado, esta suposição sempre é feita, conduzindo a um modelo matemático simples para as lagoas. Utilizando-se fatores de segurança apropriados, este caminho idealizado pode ser útil.

Lagoas aeradas facultativas

Quando a energia fornecida é suficiente apenas para misturar a parte líquida e introduzir na massa líquida o oxigênio necessário ao processo, porém não é suficiente para impedir a sedimentação de boa parcela dos sólidos em suspensão. Em consequência disto, parte dos sólidos em suspensão afluentes à lagoa e parte dos novos sólidos em suspensão produzidos na lagoa pela utilização da matéria orgânica tende a sedimentar no fundo (em áreas de menor turbulência) onde sofrem decomposição anaeróbia. Os tempos de retenção são usualmente maiores que 6 dias e o consumo de energia fica entre 0,8 - 5,0 Watts/m3.

A seleção do regime de mistura é o resultado de um balanço econômico entre consumo de energia (maior em um regime de mistura completa) e custo de terreno (mais terreno é requerido para as lagoas facultativas).

Sistemas de aeração

O grau de mistura obtido nas lagoas aeradas, pelo uso de aeradores mecânicos, depende além das densidades de potência (normalmente expressa em Watts/m3), do número e tamanho dos aeradores escolhidos, da sua distribuição na lagoa e da profundidade desta. Uma observação comum é a de que um maior número de aeradores de menor tamanho promove melhor mistura do que um número menor de aeradores maiores, para uma mesma densidade de potência.

Embora existam casos em que se obtém praticamente mistura total da lagoa com densidade de potência de 3 a 3,5 Watts/m3, o mais comum é se conseguir tal condição de mistura com densidade de potência superior a 6 Watts/m3. Uma prática aceitável, tem sido o projeto de lagoas aeradas para operar com 4 a 6 Watts/m3 e mistura bem próxima à mistura total da lagoa.

Na fase de escolha dos aeradores, pode ser considerada a possibilidade de algumas unidades ficarem desligadas por períodos máximos de 4 horas cada, alternando-se os aeradores desligados, operando-se portanto com uma potência efetiva durante todo o tempo, inferior à potência total instalada.

8.5-Lagoas de estabilização

Podem ser definidas como um corpo de água , construído pelo homem, e destinado a armazenar resíduos líquidos de natureza orgânica - esgoto sanitário bruto e sedimentado, despejos industriais orgânicos e oxidáveis ou águas residuárias oxidadas. Seu tratamento é feito através de processos naturais: físicos, biológicos e bioquímicos, denominados autodepuração ou estabilização. Esses processos naturais, sob condições parcialmente controladas, são os responsáveis pela transformação de compostos orgânicos putrescíveis em compostos minerais ou orgânicos mais estáveis.

Tipos de lagoas de estabilização:

Quanto à atividade biológica predominante, as lagoas podem ser classificadas em: aeróbias, facultativas, de maturação e anaeróbias.

Lagoas de estabilização aeróbias

Na sua forma mais simples, as lagoas de estabilização aeróbias são grandes e rasas bacias escavadas em terra que são usadas para o tratamento de águas residuárias por processos naturais envolvendo bactérias e algas. Este processo só é possível quando grandes áreas de terra estão disponíveis a um custo baixo e um efluente de elevada qualidade não é exigido.

Uma lagoa de estabilização aeróbia contem bactérias e algas em suspensão, e condições aeróbias prevalecem em toda a sua profundidade. Existem dois tipos básicos de lagoas aeróbias. No primeiro tipo, o objetivo é maximizar a produção de algas. Estas lagoas tem geralmente profundidades da ordem de 15 a 45 cm. No segundo tipo, o objetivo é maximizar a quantidade de oxigênio produzida, e profundidades de até 1,5 m são usadas. Em ambos os tipos, oxigênio, além, do produzido pelas algas, penetra no líquido por difusão atmosférica. A diferença básica entre lagoas aeradas e as lagoas de estabilização aeróbias é que raramente algum equipamento de aeração é empregado nas últimas.

O oxigênio necessário para as lagoas é fornecido por aeração superficial natural e pelas algas, que produzem oxigênio por fotossíntese. Exceto pela população de algas, a comunidade biológica presente nas lagoas de estabilização é semelhante àquela presente no lodo ativado. O oxigênio liberado pelas algas como um resultado da fotossíntese é utilizado pelas bactérias para a degradação

aeróbia de matéria orgânica. Os produtos desta degradação (CO2, amônia, fosfatos) são, por sua vez, utilizados pelas algas. Esta relação simbiótica cíclica está representada na Figura 2. Animais superiores, tais como rotíferos e protozoários, estão também presentes nas lagoas, e sua principal função é polir o efluente.

Figura 2 - Representação esquemática da relação simbiótica entre algas ebactérias em uma lagoa de estabilização.

Um grupo particular de algas, animais ou espécies bacterianas presentes em qualquer seção de uma lagoa aeróbia depende de fatores tais como carga orgânica, grau de mistura, pH, nutrientes, luz solar e temperatura. A temperatura tem um efeito significativo sobre a operação de lagoas aeróbias, particularmente em regiões com invernos mais frios.

A eficiência de remoção de DBO em lagoas aeróbias é elevada, chegando até 95%; contudo, deve- se lembrar que, embora a DBO solúvel do afluente tenha sido removida, o efluente da lagoa conterá uma concentração equivalente ou até maior de algas e bactérias que exercem uma DBO considerável, podendo ser até maior que a do resíduo original. Vários meios de se remover as algas da água residuária tratada serão discutidos mais tarde.

Devido a uma série de variáveis não controláveis envolvidas, as lagoas são projetadas usando-se fatores de carga derivados de estudos em plantas piloto e de observações de sistemas em operação.

Lagoas facultativas

São lagoas em que a estabilização do resíduo é conseguida mediante a ação em conjunto de bactérias aeróbias , anaeróbias e facultativas.

Existem três zonas em uma lagoa facultativa:

(1) uma zona superficial onde bactérias aeróbias e algas habitam numa relação simbiótica, como apresentado anteriormente;

(2) um zona de fundo anaeróbia onde os sólidos acumulados são decompostos pelas bactérias anaeróbias; e

(3) uma zona intermediária, parcialmente aeróbia e parcialmente anaeróbia, onde a decomposição dos resíduos orgânicos é feita por bactérias facultativas.

A matéria orgânica que entra numa lagoa de estabilização constitui-se de sólidos sedimentáveis e não-sedimentáveis, coloidais ou em solução. Enquanto a matéria sedimentável e a matéria coloidal floculada sedimentam principalmente nas proximidades da entrada para formar a camada de lodo, a matéria restante permanece na meio líquido. Na camada de lodo, os sólidos orgânicos sedimentados são estabilizados por bactérias (formadoras de ácidos e de metano) que, em condições anaeróbias, liberam gases (CO2, H2S e CH4) para a atmosfera e compostos solúveis para o meio líquido. Sob determinadas condições de temperatura e quantidade de matéria orgânica aplicada na lagoa, a gaseificação pode ser responsável por uma redução de 20% a 30% da carga de DBO aplicada na lagoa. A matéria orgânica solúvel resultante dessa decomposição acarreta, todavia, um acréscimo de DBO no meio líquido.

A fração de matéria orgânica no meio líquido correspondente aos sólidos não sedimentados e aos compostos solúveis da realimentação da camada de lodo é decomposta por bactérias aeróbias e facultativas usando o oxigênio produzido por algas que crescem abundantemente próximas à superfície. O dióxido de carbono produzido na oxidação orgânica serve de fonte de carbono para as algas.

Na prática, o oxigênio é mantido na camada superior das lagoas facultativas pela presença de algas (em maior proporção) e pela reaeração superficial. Em alguns casos, aeradores superficiais tem sido usados mas, com o cuidado de não misturar completamente todo o conteúdo da lagoa ou os benefícios oriundos da camada anaeróbia podem ser perdidos.

A comunidade biológica existente na camada superior ou aeróbia é semelhante à de uma lagoa aeróbia. Os microrganismos na camada inferior ou de fundo são facultativos e anaeróbios, na camada aeróbia, a respiração também ocorre em presença de luz solar; contudo, a reação líquida é a produção de oxigênio. As equações abaixo representam reações bioquímicas simplificadas para a fotossíntese e respiração.

Embora muitas equações de projeto sejam publicadas, não há uma equação universal. Isto se deve , em grande parte, ao processo ser susceptível aos caprichos da natureza. Por exemplo, todas as equações desenvolvidas para a qualidade do efluente são essencialmente insignificantes quando ventos fortes prevalecem. Sob tais condições, a qualidade do efluente será função do grau de mistura provocada pelo vento e da quantidade de sólidos depositados que venham a ser suspensos. Por esta razão, lagoas facultativas são usualmente projetadas com base em fatores de carga desenvolvidos a partir de experimentos de campo.

Fatores que afetam o funcionamento das lagoas de estabilização:

NATURAIS NÃO-CONTROLÁVEIS:

Os parâmetros ou fatores não-controláveis pelo homem são constituídos pelos fenômenos meteorológicos e por variáveis locais, como infiltração e características dos efluentes que receberão tratamento.

VentosDesvantagens: Nas lagoas com espelho de água superiores a 10 ha, a formação de ondas,

pela ação dos ventos, pode provocar erosão nos taludes internos. A turbulência provocada pelo vento

pode também favorecer a formação de curtos-circuitos nas lagoas. Recomenda-se que, na localização dos dispositivos de entrada e saída dos fluxos, a direção dos ventos predominantes ocorra do efluente para o afluente.

Vantagens: A ação dos ventos contribui para introduzir oxigênio do ar e para a homogeneização da massa líquida permitindo um maior contato do esgoto afluente com os microrganismos existentes nas lagoas. Auxiliam a movimentação das algas, prncipalmente aquelas espécies desprovidas de movimento próprio e consideradas grandes produtoras de oxigênio, como as algas verdes do gênero Chlorella.

TemperaturaA temperatura relaciona-se com a radiação solar e afeta tanto a velocidade da fotossíntese

quanto a do metabolismo das bactérias responsáveis pela depuração.Desvantagens: A atividade biológica decresce à medida que cai a temperatura, podendo-se

a grosso modo prever que uma queda de 10oC na temperatura reduzirá a atividade microbiológica pela metade. A temperatura influencia diretamente no predomínio de uma espécie de alga sobre outra e, em consequência, sobre o oxigênio fotossintético produzido.

Vantagem: Em temperaturas mais baixas, a concentração de oxigênio dissolvido na massa liquida das lagoas tende a ser maior.

Precipitações pluviométricasA precipitação da água de chuva diretamente na área do espelho de água não tem provocado

efeitos duradouros ou prejuízos mensuráveis nas lagoas de estabilização. Todavia, a admissão de águas pluviais nas redes coletoras de esgotos quase sempre provoca uma diluição das águas residuárias, diminuição do tempo de detenção, mudanças súbitas na temperatura da massa líquida, arrastes significativos da população das algas, carreamento de materiais inorgânicos (argila) e, consequentemente, uma redução ou até anulação temporária do rendimento de uma lagoa.

EvaporaçãoA evaporação intensa da água de uma lagoa de estabilização poderá teoricamente, produzir

um aumento da salinidade no meio, com efeitos nocivos aos processos osmóticos nas paredes celulares dos microrganismos e, consequentemente, ao equilíbrio biológico. No entanto, no Brasil, verifica- se que a influência da evaporação na eficiência do funcionamento das lagoas pode ser considerada desprezível, à exceção de regiões quentes e áridas localizadas no nordeste do país.

Radiação solarA energia solar é indispensável para a operação efetiva das lagoas de estabilização, uma vez

que contribui para a produção de oxigênio através da fotossíntese. Para baixas intensidades luminosas, a luz é o fator limitante para a produção de oxigênio de uma lagoa, ao passo que, para intensidades luminosas elevadas - sol quente durante várias horas - a temperatura passa a ser o fator condicionante para a ação fotossintética. A profundidade de penetração da radiação solar determina qual o volume da lagoa que participa na produção de oxigênio e, portanto, qual a profundidade

ótica de operação.

FATORES FÍSICOS

Estes fatores estão, de um modo geral, relacionados com o projeto das lagoas e podem ser controlados pelo homem.

Área superficialPrincipalmente nas lagoas facultativas, a área de espelho de água adotada no projeto é

definida pela carga de efluentes nela aplicada. No início do funcionamento de uma lagoa facultativa, quando a vazão de efluente é pequena, o sistema opera com baixas taxas de aplicação superficial e, em consequência, grandes tempos de detenção são disponíveis. Nesse período, normalmente, a lagoa apresenta: excelentes rendimentos na remoção de DBO e diversificação da população de seres vivos.

Por outro lado, uma lagoa facultativa excessivamente carregada permite um crescimento rápido de bactérias, implicando num aumento da demanda de oxigênio que pode não ser suprida pela ação das algas ou do vento. Disso decorre a morte das algas e o declínio do O.D., condições estas que levam à anaerobiose da lagoa, à produção de odor e à redução da eficiência global do sistema. Com base nessas condições, pode-se concluir pela necessidade do estabelecimento da máxima carga orgânica superficial em uma lagoa de estabilização facultativa para que fique assegurada que a operação se processe sem desprendimento de maus odores e que a qualidade do efluente, obtida numa primeira lagoa, determine o tamanho da lagoa subsequente, isto é, quanto menos eficiente for a remoção de DBO na célula primária, maior será o tamanho de uma ou das demais lagoas subsequentes.

Altura da lâmina líquidaA profundidade da lâmina líquida numa lagoa de estabilização é definida previamente no

projeto e não existem razões e rotinas para que seja alterada. Nas lagoas facultativas, a profundidade mínima recomendada é de 1 m. Nas lagoas de maturação, como se intenciona tirar maior benefício da radiação solar na destruição de organismos patogênicos e não permitir, praticamente, a deposição de lodo, a altura mínima e a máxima da lâmina de água oscila em torno de 1 m. Em lagoas anaeróbias, a tendência atual é construir unidades profundas (mínimo de 2 m), minimizando-se a emanação de odores, mantendo-se mais calor na massa líquida e dificultando-se a difusão do ar atmosférico na lagoa.

MisturaA distribuição dos efluentes em uma lagoa, qualquer que seja o seu tipo, deve ser a mais

uniforme possível para que se possa utilizar, da melhor maneira, todo o volume da lagoa, aproximando-se, assim, a detenção real daquela teoricamente prevista em projeto. Esse procedimento serve para evitar o surgimento de correntes preferenciais, curto-circuitos (o líquido permanece na lagoa menos tempo que o necessário) e zonas mortas (regiões inativas em que o esgoto fica parado). Nas grandes lagoas, especialmente nas facultativas, cortinas de lona plástica podem ser instaladas para se obter melhor tratamento, dirigindo-se o fluxo de água afluente cuidadosamente através da lagoa e aumentando-se, em consequência, a utilização da área de espelho de água.

FATORES QUÍMICOSOs principais fatores químicos que afetam a operação normal de uma lagoa são: pH,

materiais tóxicos e O.D..

pHAs lagoas necessitam de um ambiente ligeiramente alcalino para melhor desempenho do

processo. O pH de uma lagoa facultativa varia ao longo do dia e a causa desta contínua variação é o consumo de gás carbônico realizado pelas algas. A elevação do pH em decorrência da atividade fotossintética das algas, tanto produz efeitos benéficos, tais como a precipitação de certos compostos - o fosfato de cálcio, por exemplo - , quanto efeitos adversos, como a dissociação do nitrogênio na

forma de NH4+, tóxico para alguns macroinvertebrados (Daphnias) e peixes.

Materiais tóxicosComparadas aos sistemas convencionais de tratamento biológico de efluentes, as lagoas de

estabilização tem demonstrado suportar cargas elevadas de substâncias tóxicas, principalmente se não são lançadas bruscamente, isto é, quando ocorre um período de aclimatação dos microrganismos presentes na lagoa.

NutrientesTanto as bactérias quanto as algas necessitam de uma fonte de nutrientes para crescerem e

se multiplicarem. Vários elementos são necessários, porém o nitrogênio, o fósforo e o carbono são requeridos em maior quantidade. Para as bactérias aeróbias,uma relação de DBO/nitrogênio/fósforo de 100:5:1 tem sido considerada suficiente. As algas necessitam para o seu desenvolvimento e reprodução de 106 átomos de carbono e 15 átomos de nitrogênio para cada

átomo de fósforo.

Oxigênio dissolvidoA principal fonte de OD, utilizado pelos microrganismos nas suas funções respiratórias e de

estabilização da matéria orgânica, provem do oxigênio fotossintetizado pelas algas. O oxigênio atmosférico, que pode difundir-se no meio líquido, só é considerado uma fonte importante em grandes lagoas de estabilização (maiores que 10 ha), com tempos de detenção superiores a 20 dias. Os valores que o OD pode alcançar numa lagoa de estabilização variam, amplamente, dependendo da carga aplicada, das condições climáticas e de todos aqueles fatores que afetam as atividades das algas. Em certas horas do dia, o oxigênio fotossintético - em grande parte encapsulado em finas bolhas - pode chegar às camadas superficiais em concentrações superiores a 35 mg/l. De madrugada, as concentrações de OD caem a valores de 0,5 a 2 mg/l.

8.6-Discos biológicos rotativos (rbc - rotating biological contactors)

As primeiras unidades de RBC foram implementadas na Alemanha (1960). Os RBC’s consistem numa série de discos de polipropileno, que hora estão submersos no efluente, hora estão em contato com o ar. É um exemplo de reator de biomassa fixa, pois sobre os discos é formado um biofilme. O movimento rotativo dos discos atua na transferência de oxigênio e mantém a biomassa em condições aeróbias, além de remover o excesso de sólidos do biofilme, estes sólidos são mantidos em suspensão e são retirados num clarificador. Geralmente os RBC’s possuem uma melhor performance que os outros tipos de sistemas de biomassa fixa, devido a baixa carga orgânica por unidade de biomassa (F/M), tempo de detenção e melhor controle de curto circuitos. No projeto dos sistemas de discos biológicos rotativos devemos levar em consideração o número de estágios, o critério de carga, as características do efluente e necessidade de um tanque de sedimentação. No tratamento secundário de efluentes normalmente são empregados três ou mais estágios, estágios adicionais podem ser utilizados de modo a obter a nitrificação do efluente e se desejarmos realizar a desnitriticação os discos devem ficar totalmente submersos, garantindo uma condição anóxica do sistema.

Os principais problemas que aparecem na operação dos RBC’s consistem em falhas do eixo, na quebra dos discos, nas falhas de rolamento e aos problemas com odor. As falhas que ocorrem com o eixo que suporta os discos podem ser atribuídas ao projeto inadequado, a fadiga do metal e ao excesso de biomassa suportado nos discos. A quebra dos discos pode ser devido exposição ao calor, solventes orgânicos ou a radiação ultravioleta , ou ainda ao projeto inadequado do sistema de suporte. As falhas de rolamento são devido s lubrificação inadequada. Os problemas com odor são frequentementes causados pelo excesso de carga orgânica no primeiro estágio. Tem sido propostas modificações nos sistema de modo a mitigar os problemas apresentados.

9-TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES

9.1- Introdução

9.1.1-Histórico Processo considerado restrito inicialmente

Década de 80: desenvolvimento dos processos anaeróbios

Atualmente: tecnologia empregada para diversos tipos de efluentes

9.2- Aplicaçoes do tratamento anaeróbio

Principais aplicações:

Tratamento de resíduos sólidos: dejetos de animais, lodos de ETE’s;

Tratamento de resíduos líquidos: indústria de bebidas, sucos, destilados, vinhos, maltearias,

alimentos (conservas, doces, transformação de amido, enlatados em geral, laticínios),

frigoríficos, matadouros, indústrias de papel e celulose, esgotos domésticos e municipais, e

outros.

9.3-Vantagens e desvantagens

Vantagens:

baixa produção de sólidos (5 a 10 < processo Aeróbio);

baixo consumo de energia;

baixa demanda de área;

baixo custo de implantação;

produção de metano;

preservação da biomassa por vários meses (sem alimentação);

tolerância a elevadas cargas orgânicas;

aplicável em pequena e grande escala;

baixo consumo de nutrientes.

Desvantagens:

- bactérias anaeróbias susceptíveis à inibição;

- “Start-up” ou partida do processo pode ser lenta;

- pós-tratamento necessário;

- bioquímica e microbiologia do processo complexas;

- pode ocorrer geração de maus odores;

- efluente após tratamento anaeróbio com aspecto desagradável;

- remoção de P, N e patogênicos insatisfatória.

9.4- Fundamentos do tratamento anaeróbio

9.4.1-Processo de digestão- conversão de matéria orgânica em metano e dióxido de carbono na ausência de

oxigênio;

- processo ocorre em ambientes naturais;

- participação de um consórcio de bactérias que interagem sinergicamente;

- etapa limitante do processo: formação de metano.

9.4.2- Microbiologia da digestão anaeróbia

CH4

CO2

H2OH2SNH3

Novascélulas

Bactérias

AnaeróbiasMatéria Orgânica

GRUPOS DE BACTÉRIAS ENVOLVIDOS NA DIGESTÃO ANAERÓBIA:

- bactérias fermentativas:

- hidrólise e acidogênese;

- maior parte anaeróbias estritas, 1% facultativas;

- pH ideal 5 a 6;

- bactérias acetogênicas:

- acetogênese;

- pH ideal 5 a 6;

- bactérias metanogênicas:

- metanogênese;

- utilizam n° limitado de substratos;

- pH ideal de 6,5 a 8,2;

- dividem-se em dois grupos:

- Hidrogenotróficas:

- Acetoclásticas (60 a 70% da produção de CH4):

- bactérias redutoras de sulfato: (ocorrência não obrigatória)

- sulfetogênese; anaeróbias estritas;

Figura 1. Seqüência metabólica de digestão anaeróbia

9.4.3-Sequência metabólicaEtapas do processo:

- Hidrólise:

- materiais particulados materiais dissolvidos (ação das enzimas);

- fatores que influenciam: pH, T, t, conc. e composição substrato, tamanho das partículas;

- Acidogênese:

- metabolização da matéria orgânica no interior das células;

- Principal produto: ácidos graxos voláteis;

- Acetogênese:

- Principal produto: H2, CO2, ácido acético;

- Metanogênese:

- Principal produto: CH4 e CO2;

- Substratos para metanogênese limitados:

- Ácido acético, H2 e CO2, ácido fórmico, metanol, metilaminas;

- Sulfetogênese:

- Redução de sulfatos e sulfitos a sulfetos (H2S);

- Dividem-se em dois grupos:

- Oxidam seus substratos de forma incompleta até acetato;

- Oxidam seus substratos de forma completa até CO2;

- Causa alteração das rotas metabólicas no digestor (competição por substrato): consumo de

DQO para redução de sulfatos;

Esta etapa pode ter efeito inibidor do H2S sobre bactérias metanogênicas;

9.5-Bioquímica da digestão anaeróbia

9.5.1-Ácidos voláteis intermediários- Principais ácidos orgânicos: acético e propiônico

- Formação de metano: 72% a partir do ácido acético

28% a partir H2 e CO2

H2

Ácidoacético

CH4

Ácidosorgânicosmaiores

Orgânicoscomplexos

4%

28%

76%

72%

52%

20%

24%

Estágio 1:Hidrólise e

fermentação

Estágio 2:Acetogênese edesidrogenação

Estágio 3:Formaçãode metano

Figura 2- Seqüência metabólica de formação do metano

9.5.2-Aspectos termodinâmicos Condições ambientais do digestor anaeróbio tornam favorável, termodinamicamente, a

ocorrências das reações: queda das pressões parciais de H2 (bactérias metanogênicas

consumidoras de hidrogênio.

Quadro 1. Algumas reações de oxidação e reduçãoN°

Reações de oxidação (doadoras de elétrons)Go (kJ/mol)(padrão)

Go’

(kJ/mol)(condições do reator)

1 Propionato → CH3CH2COO- + 3H2O CH3COO- + HCO3- + +76,1 -5

Acetato H- + 3H2

Reações de redução (aceptoras de elétrons)

5 Bicarbonato →

Acetato

2HCO3- + 4H2 + H+

CH3COO- + 4H2O

-104,6

6 Bicarbonato →

Metano

HCO3- + 4H2 + H+

CH4 + 3 H2O

-135,6

7 Sulfato → Sulfeto SO42- + 4H2 + H+

HS- + 4H2O -151,9

9.5.3-Estimativa da produção de metanoMétodos de estimativa de CH4 produzido:

- A partir da DQO degradada no reator

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

(16g) (64g) (44g) (36g)

1mol 2moles (44g) (36g)

16g de CH4 64gDQO

VCH4 = 0,35L por 1gDQOremovida (22,4L/64g)

(0°C, 760mmHg - condição padrão)

- A partir da composição do efluente: via cálculo estequiométrico

9.5.4- Redução de sulfato- Principais efeitos decorrentes da redução de sulfato:

- Possibilidade de inibição pela formação de H2S (relação DQO/SO42- <7)

- H2S: corrosivo e gera maus odores (custo adicional para utilização do biogás);

- Necessidade de pós-tratamento para o H2S;

- Redução de 1,5gSO42- 1gDQO (Portanto menor DQO disponível para produção de CH4).

9.6-Requisitos ambientais para o processo anaeróbio

Principais fatores ambientais no processo de digestão anaeróbia:

- nutrientes;

- pH (ácidos voláteis, alcalinidade);

- temperatura;

- toxicidade do meio;

- transferência de massa;

- tempo de metabolismo;

9.6.1-NutrientesO funcionamento ótimo do processo anaeróbio exige que o substrato satisfaça certas

condições nutricionais dos microrganismos.

Em geral as necessidade de micronutrientes são satisfeitas pela própria qualidade dos

efluentes, enquanto que os macronutrientes devem ser fornecidos.

Compensações de eficiência do sistema devem ser consideradas, caso nutrientes não sejam

adicionados.

As necessidades nutricionais das bactérias são baseadas na composição das bactérias

metanogênicas. Sendo que os principais nutrientes são:

C>N>P>S>Fe> Co>Ni>Mb>Se>Riboflavina> Vitamina B12

Em que C, N, P e S são chamados macronutrientes

principais micronutrientes: Fe, Co, Ni e Mb

A adição de nutrientes tem por critério a quantidade de biomassa produzida pelo sistema anaeróbio.

Elementos Tóxicos ao Sistema Anaeróbio

A adição de nutrientes pode inibir o processo anaeróbio.

O sistema anaeróbio também pode sofrer inibição por:

sais , toxicidade associada ao cátion: Na+ (0,32M), NH4+ (0,25M), K+ (0,15M), Ca2+ (0,11M) e

Mg+2 (0,08M);

metais pesados : Cr, Ni, Zn, Co, As, Cianetos, etc. Em particular Cr, Ni, Zn estão associados a

problemas de toxicidade no tratamento anaeróbio;

amônia e sulfetos a partir de determinados limites de concentração: amônia livre níveis tóxicos

acima de 150mg/L e íon amônia acima de 300mg/L, sulfetos são bastante tóxicos acima de

200mg/L.

9.6.2-TemperaturaTrês faixas de temperatura estão associadas ao crescimento microbiano:

- faixa psicrófila: 0-20°C;

- faixa mesófila: 20-45°C;

- faixa termófila: 45-70°C.

Cada faixa de temperatura possui Tótima, Tmáx e Tmín para o crescimento microbiológico.

A manutenção da temperatura dentro do reator é de grande importância para o bom funcionamento do reator anaeróbio. Adota-se como limite ΔT de 2°C/dia.

9.6.3-Ph, alcalinidade e ácidos voláteisAs bactérias metanogênicas são mais sensíveis às alterações de pH.

As faixas de pH recomendadas para as bactérias anaeróbias são as seguintes:

bactérias produtoras de ácidos: faixa ótima entre 5,0 e 6,0 (resistentes a valores de pH mesmo abaixo de 4,5, e faixa utilizadas em reatores anaeróbios 6,0 a 8,0);

bactérias metanogênicas: faixa ótima 6,6 a 7,4 (resistentes a valores de pH na faixa de 6,0 a 8,0, devendo ser evitados valores fora dessa faixa: choque de pH).

Fatores que afetam o pH:

- concentração de CO2 na fase líquida;

- concentração de ácidos graxos voláteis;

- concentração de íons amônio e sódio.

Esses fatores estão relacionados à capacidade de tamponamento do sistema: manutenção do pH do sistema anaeróbio.

Alcalinidade e Capacidade de Tamponamento

- Representa a capacidade do sistema em evitar as mudanças de pH.

- Solução tampão: mistura ácido fraco + sal correspondente, possibilitando um agrupamento do

íons H+ e OH-, o que evita a queda do pH.

Os ácidos graxos e CO2 (dissolvido) contribuem para a queda do pH, conforme as equações de equilíbrio:

Na faixa de pH de 6,0 a 7,5, a capacidade de tamponamento é mais fortemente influenciada pela relação CO2/alcalinidade:

A concentração de CO2 na fase líquida é influenciada pela pressão parcial desse gás.

A alcalinidade pode ser gerada no sistema de duas maneiras:

- Pela degradação de proteínas:

- Pela redução de sulfato a sulfeto:

Formas da Alcalinidade no Sistema Anaeróbio:

- alcalinidade bicarbonato (gerada pelo sistema);

- alcalinidade de ácidos voláteis (maior influência de pH 3,75 a 5,75).

A alcalinidade de ácidos voláteis deve ser reposta na forma de alcalinidade bicarbonato para manter a capacidade de tamponamento do sistema.

A determinação das parcelas de alcalinidade é feita por método de titulação com uma solução

ácida a pH 5,75 e 4,3, cujos pontos correspondem respectivamente a acalinidade bicarbonato e

alcalinidade dos ácidos voláteis.

A alcalinidade pode ser fornecida ao sistema nas seguintes formas:

Ca(OH)2, cal virgem (CaO), carbonato de sódio (Na2CO3), bicarbonato de sódio (NaHCO3),

hidróxido de sódio (NaOH) e bicarbonato de amônia (NH4HCO3).

9.7-Sistemas anaeróbios de tratamento

Um sistema biológico de tratamento é dito viável economicamente quando opera a baixos TRH e TRC (tempo de retenção da biomassa) suficientemente longos para o crescimento dos microrganismos.

Daí a importância dos sistemas de retenção de biomassa mais eficientes e o surgimento de reatores de alta taxa.

As formas de retenção de biomassa são as seguintes:

- Adesão, floculação; granulação e intersticial.

9.7.1- Sistemas anaeróbios de tratamentoDividem-se em dois grandes grupos:

- Sistemas Convencionais

- Sistemas de Alta Taxa

Sistemas Convencionais

- Tanques sépticos e Lagoas anaeróbias;

Sistemas de Alta Taxa

- com crescimento aderido : leito fixo, leito rotatório, leito expandido/fluidizado;

- com crescimento disperso : reatores de dois estágios, reatores de chicanas, reatores de manta

de lodo, reatores de leito granular expandido, e reatores com recirculação interna.

9.7.2-Sistemas convencionais de tratamento anaeróbioDigestor Anaeróbio de Lodo

Principais características:

- tanques circulares cobertos;

- cobertura fixa ou móvel;

- construídos em concreto armado;

- diâmetros: 6-38 metros, e profundidade: 7-14 metros;

- temperaturas de operação: 25 a 35°C.

Configurações principais: Digestor anaeróbio de baixa carga, digestor de um estágio e alta carga, e digestor de dois estágios e alta carga.

Figura 3- Representação esquemática de um digestor de baixa carga

Figura 4- Representação esquemática de um digestor de um estágio e alta carga

Lagoas Anaeróbias

Principais características:

Constituem uma alternativa para o tratamento de esgoto e efluentes industriais.

É usual a utilização de lagoas anaeróbias em série com lagoas facultativas para tratamento completo, podendo operar também em paralelo;

- Não necessitam de retirada sistemática de lodo no fundo

- Critérios de projeto: TRH e Carga orgânica volumétrica

Tanques Sépticos

Principais características:

- Utilizados para áreas desprovidas de rede coletora de esgotos;

- Como alternativa de tratamento de esgotos em áreas providas de rede coletora local;

- Usado para retenção de sólidos sedimentáveis antes da rede coletora de esgoto.

Figura 5- Representação esquemática de um tanque séptico de câmara única

9.7.3-Sistemas de alta taxa com crescimento aderidoReatores Anaeróbios de Leito Fixo

Principais características:

- contém material suporte no qual biomassa fica aderida ou retida;

- retenção da biomassa: adesão, intersticial e floculação ou granulação;

- material suporte inerte de elevada superfície específica

- fluxo ascendente ou descendente;

- utilizados para efluentes domésticos e industriais;

- diâmetros: 6-26 m, altura: 3-13 m, volumes: 100-10.000m3;

- tempo de retenção de sólidos elevado: superior a 20dias,

- principal desvantagem: colmatação do filtro.

Reator Anaeróbio de Leito Rotatório

Principais características:

- biomassa aderida em suporte na forma de discos;

- meio suporte constitui-se de vários discos dispostos seqüencialmente;

- não apresentam entupimentos;

- relação TRC/TRH é elevada;

Figura 6- Representação esquemática de um biodisco anaeróbio

Reatores Anaeróbios de Leito Expandido

Principais Caraterísticas:

- Eliminou problemas de colmatação do suporte;

- Melhorou a retenção de biomassa e contato com o substrato (difusão);

- Permitiu diminuição significativa nos TRH´s dos reatores;

- Configurações: Leito expandido e leito fluidizado.

Os reatores de leito expandido e fluidizado diferem apenas pelos seguintes fatores:

- tamanho das partículas do leito: 0,3-3,0mm (expandido) e 0,5-0,7mm (fluidizado);

- taxa de expansão do leito: 10-20% (expandido) e 30-100% (fluidizado);

Figura 7- Representação esquemática de um reator de leito expandido/fluidizado

9.7.4-Sistema anaeróbio com crescimento dispersoEficiência desses sistemas depende em grande parte da capacidade da biomassa em formar flocos e

grânulos.

Reator Anaeróbio de Dois Estágios

Principais características:

- sistema constituído por tanque de mistura e separador;

- processo de separação sólido-líquido empregados: sedimentação, floculação química,

desgaseificação a vácuo, flotação e centrifugação, choque térmico, membrana filtrante, etc.

Figura 8- Representação esquemática de um reator de dois estágios

Reator Anaeróbio de Chicanas

Principais Características:

- Reator com múltiplas câmaras em série e dispositivos de chicanas;

- Possuem perda excessiva de sólidos para grandes variações e picos de vazão afluente;

- Projetados com profundidades de 2,5 e 3,5m

Figura 8- Representação esquemática de um reator de dois estágios

Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo (UASB)

Principais Características:

- Possui leito de lodo denso e de elevada atividade;

- Lodo encontra-se disperso no interior do reator na forma de flocos e grânulos

(preferencialmente);

- Possui separadores de gás-sólido na parte superior;

- Possuem seções circulares ou retangulares;

- Utilizado para efluentes industriais e tratamento de esgotos;

- Distribuição da vazão afluente geralmente é na base para efluentes industriais;

- Velocidades superficiais do líquido no interior do reator: 0,5 a 1,5m/h.

Reator de Leito Granular Expandido

Principais Características:

- Semelhante ao UASB, exceto quanto ao tipo de lodo e ao grau de expansão do leito de lodo;

- Lodo principalmente granular;

- Velocidades superficiais elevadas do líquido no reator: 5-10 m/h;

- Taxas de recirculação de efluentes do reator elevadas;

- Destinam-se principalmente ao tratamento de efluentes solúveis.

9.7.5-Sistemas combinados de tratamentoAs principais combinações utilizadas de sistemas de tratamento de efluentes na América Latina têm

sido:

- tanque séptico + filtro anaeróbio;

- reator UASB + filtro anaeróbio;

- reator UASB + reator anaeróbio de leito expandido;

- reator UASB + lagoa de sedimentação;

- reator UASB + lagoa facultativa;

- reator UASB + lagoa de maturação;

- reator UASB + aplicação no solo;

- reator UASB + filtro biológico;

- reator UASB + biofiltro aerado submerso;

- reator UASB + lodos ativados.

10- TRATAMENTO TERCIÁRIO

10.1- Introdução

A Agenda 21 dedicou importância especial ao reuso, recomendando aos países participantes da ECO 92, a implementação de políticas de gestão dirigidas para o uso e reciclagem de efluentes, integrando proteção da saúde pública de grupos de risco, com práticas ambientais adequadas.

No Capítulo 21- “Gestão ambientalmente adequada de resíduos líquidos e sólidos”, Área Programática B - “Maximizando o reuso e a reciclagem ambientalmente adequadas”, estabeleceu, como objetivos básicos: "vitalizar e ampliar os sistemas nacionais de reuso e reciclagem de resíduos", e "tornar disponível informações, tecnologia e instrumentos de gestão apropriados para encorajar e tornar operacional, sistemas de reciclagem e uso de águas residuárias".

A prática de uso de águas residuárias também é associada, às seguintes áreas programáticas incluídas nos capítulos 14 - “Promovendo a agricultura sustentada e o desenvolvimento rural”, e 18 - “Proteção da qualidade das fontes de águas de abastecimento - Aplicação de métodos adequados para o desenvolvimento, gestão e uso dos recursos hídricos”, visando à disponibilidade de água "para a produção sustentada de alimentos e desenvolvimento rural sustentado" e "para a proteção dos recursos hídricos, qualidade da água e dos ecossistemas aquáticos".

Embora não exista, no Brasil, nenhuma legislação relativa, e nenhuma menção tenha sido feita sobre o tema na nova Política Nacional de Recursos Hídricos (Lei no.9.433 de 8 de janeiro de 1997), já se dispõe de uma primeira demonstração de vontade política, direcionada para a institucionalização do reuso. A "Conferência Interparlamentar sobre Desenvolvimento e Meio Ambiente" realizada em Brasília, em dezembro de 1992, recomendou, sob o item Conservação e Gestão de Recursos para o Desenvolvimento  (Parágrafo 64/B), que se envidasse esforços, em nível nacional, para "institucionalizar a reciclagem e reuso sempre que possível e promover o tratamento e a disposição de esgotos, de maneira a não poluir o meio ambiente".

O início do Século XXI deve ser marcado por uma gestão otimizada dos Recursos Hídricos.

Devemos assumir uma gestão sustentável do ciclo global da água.

Insuficiência de água potável pode alcançar 20% da população mundial em 2025 (2,5 bilhões de pessoas).

As informações acima põem em relevo o conceito de economia de água e de reuso de efluentes.

1. Economia de água nos sistemas públicos de abastecimento de água potável:

Maior controle de perdas nos sistemas de tratamento/reservas/distribuição;

Racionalização do uso.

2. Economia de água na indústria:

Otimização de processos produtivos;

Recirculação;

Fechamento de circuitos.

3. Economia de Água na Irrigação:

Utilização de Água Reciclada.

10.2.-Necessidade de reuso

Nas regiões áridas e semi-áridas, a água se tornou um fator limitante para o desenvolvimento urbano, industrial e agrícola. Planejadores e entidades gestoras de recursos hídricos, procuram, continuadamente, novas fontes de recursos para complementar a pequena disponibilidade hídrica. No polígono das secas do nosso nordeste, a dimensão do problema é ressaltada por um anseio, que já existe há 75 anos, para a transposição do Rio São Francisco, visando o atendimento da demanda da região semi-árida, situada ao norte e a leste de sua bacia de drenagem. Diversos países do oriente médio, nos quais a precipitação média oscila entre 100 e 200 mm por ano, dependem de alguns poucos rios perenes e pequenos reservatórios de água subterrânea, geralmente localizados em regiões montanhosas, de difícil acesso. A água potável é proporcionada por meio de sistemas de dessalinização da água do mar e, devido à impossibilidade de manter uma agricultura irrigada, mais de 50% da demanda de alimentos é satisfeita por meio da importação de produtos alimentícios básicos.

O fenômeno da escassez não é, entretanto, atributo exclusivo das regiões áridas e semi-áridas. Muitas regiões com recursos hídricos abundantes, mas insuficientes para atender a demandas excessivamente elevadas, também experimentam conflitos de usos e sofrem restrições de consumo, que afetam o desenvolvimento econômico e a qualidade de vida. A Bacia do Alto Tietê, que abriga uma população superior a 15 milhões de habitantes e um dos maiores complexos industriais do mundo, dispõe, pela sua condição característica de manancial de cabeceira, vazões insuficientes para a demanda da Região Metropolitana de São Paulo e os municípios circunvizinhos. Esta condição tem levado a busca incessante de recursos hídricos complementares de bacias vizinhas, que trazem, como conseqüência direta, aumentos consideráveis de custo, além dos evidentes problemas legais e político-institucionais associados. Esta prática tende a se tornar cada vez mais restritiva, face à conscientização popular, a regulamentação de entidades de classe e ao desenvolvimento institucional dos comitês de bacias afetadas pela perda de recursos hídricos valiosos.

Nessas condições, o conceito de "substituição de fontes", se mostra como a alternativa mais plausível para satisfazer a demandas menos restritivas, liberando as águas de melhor qualidade para usos mais nobres, como o abastecimento doméstico. Em 1985 o Conselho Econômico e Social das Nações Unidas, estabeleceu uma política de gestão para áreas carentes de recursos hídricos, que suporta este conceito: "a não ser que exista grande disponibilidade, nenhuma água de boa qualidade deve ser utilizada para usos que toleram águas de qualidade inferior".

As águas de qualidade inferior, tais como esgotos, particularmente os de origem doméstica, águas de drenagem agrícola e águas salobras, devem, sempre que possível, serem consideradas como fontes alternativas para usos menos restritivos. O uso de tecnologias apropriadas para o desenvolvimento dessas fontes, se constitui hoje, em conjunção com a melhoria da eficiência do uso e o controle da demanda, na estratégia básica para a solução do problema da falta universal de água.

10.3-Formas potenciais de reuso

O ciclo hidrológico da água permite que a mesma se constitua em um recurso renovável. Quando reciclada através de sistemas naturais, é um recurso limpo e seguro que é, através da atividade antrópica, deteriorada em níveis diferentes de poluição. Entretanto, uma vez poluída, a água pode ser recuperada e reutilizada para fins diversos. A qualidade da água utilizada e o objeto específico do reuso, estabelecerão os níveis de tratamento recomendados, os critérios de segurança a serem adotados e os custos de capital, de operação e de manutenção associados. As possibilidades e formas potenciais de reuso dependem, evidentemente, de características, condições e fatores locais, tais como decisão política, esquemas institucionais, disponibilidade técnica e fatores econômicos,

sociais e culturais. A Figura 1 apresenta, esquematicamente, os tipos básicos de usos potenciais de esgotos tratados, que podem ser implementados, tanto em áreas urbanas como em áreas rurais.

10.3.1 - Usos UrbanosNo setor urbano, o potencial de reuso de efluentes é muito amplo e diversificado. Entretanto,

usos que demandam água com qualidade elevada, requerem sistemas de tratamento e de controle avançados, podendo levar a custos incompatíveis com os benefícios correspondentes. De uma maneira geral, esgotos tratados podem, no contexto urbano, ser utilizados para fins potáveis e não potáveis.

10.3.1.1 -Usos Urbanos para Fins PotáveisA presença de organismos patogênicos e de compostos orgânicos sintéticos na grande maioria

dos efluentes disponíveis para reuso, principalmente naqueles oriundos de estações de tratamento de esgotos de grandes cidades com pólos industriais expressivos, classifica o reuso potável como uma alternativa associada a riscos muito elevados, tornando-o praticamente inaceitável. Além disso, os custos dos sistemas de tratamento avançados que seriam necessários, levariam à inviabilidade econômico-financeira do abastecimento público, não havendo, ainda, face às considerações anteriormente efetuadas, garantia de proteção adequada da saúde pública dos consumidores.

Entretanto, caso seja imprescindível implementar reuso urbano para fins potáveis, devem ser obedecidos os seguintes critérios básicos:

Sistemas de Reuso Indireto

A Organização Mundial da Saúde não recomenda o reuso direto dos efluentes de uma estação de tratamento de esgotos a uma estação de tratamento de águas e, em seguida, ao sistema de distribuição. Como reuso indireto, se compreende a diluição dos esgotos, após tratamento, em um corpo hídrico (lago, reservatório ou aqüífero subterrâneo), no qual, após tempos de retenção relativamente longos, é efetuada a captação, seguida de tratamento adequado e posterior distribuição. O conceito de reuso indireto implica, evidentemente, que o corpo receptor intermediário, seja um corpo hídrico não poluído, para, através de diluição adequada, reduzir a carga poluidora a níveis aceitáveis. A prática do reuso para fins potáveis, como vem se pretendendo efetuar em São Paulo, na qual água altamente poluída por efluentes, tanto domésticos como industriais, é revertida, sem nenhum tratamento, para outro manancial, também extensivamente poluído por esgotos domésticos e por elevadas concentrações de cobre, utilizados para controle de algas, não se classifica, portanto, como reuso indireto.

Devido à dificuldade de identificar adequadamente a enorme quantidade de compostos de alto risco, particularmente  micro-poluentes orgânicos, presentes em efluentes líquidos industriais, mananciais que recebem, ou receberam, durante periodos prolongados, esses efluentes, são,  "a priori",  desqualificados para a prática de reuso para fins potáveis. O reuso, para fins potáveis, só pode ser praticado, tendo como matéria prima básica, esgotos exclusivamente domésticos.

Empregar Barreiras Múltiplas nos Sistemas de Tratamento

Os elevados riscos associados à utilização de esgotos, mesmo domésticos, para fins potáveis, exigem cuidados extremos para assegurar proteção efetiva e permanente dos consumidores. Os sistemas de tratamento a serem implementados, devem ter unidades de tratamento suplementares, além daquelas teóricamente necessárias. É recomendavel, quando possível, reter os esgotos já tratados, em aqüíferos subterrâneos, por períodos prolongados, antes de se encaminhar a água para o abastecimento público.

Adquirir Aceitação Pública e Assumir as Responsabilidades pelo Empreendimento

Os programas de reuso para fins potáveis devem ser, desde a fase de planejamento, motivo de ampla divulgação e discussão com todos os setores da população concernente. Para a implementação, deve haver aceitação pública da proposta de reuso. Por outro lado, as responsabilidades técnica, financeira e moral, que cabem às entidades encarregadas do planejamento, implementação e gestão do sistema de reuso, devem ser explicitamente reconhecidas e assumidas.

10.3.1.2-Usos Urbanos para Fins Não PotáveisOs usos urbanos não potáveis envolvem riscos menores e devem ser considerados como a

primeira opção de reuso na área urbana. Entretanto, cuidados especiais devem ser tomados quando ocorre contato direto do público com gramados de parques, jardins, hotéis, áreas turísticas e campos de esporte. Os maiores potenciais de reuso são os que empregam esgotos tratados para:

Irrigação de parques e jardins públicos, centros esportivos, campos de futebol, quadras de golfe, jardins de escolas e universidades, gramados, árvores e arbustos decorativos ao longo de avenidas e rodovias;

Irrigação de áreas ajardinadas ao redor de edifícios públicos, residenciais e industriais;

Reserva de proteção contra incêndios;

Controle de poeira em movimentos de terra, etc.

Sistemas decorativos aquáticos tais como fontes e chafarizes, espelhos e quedas d'água.

Descarga sanitária em banheiros públicos e em edifícios comerciais e industriais.

Lavagem de ônibus públicos.

Os problemas associados ao reuso urbano não potável são, principalmente, os custos elevados de sistemas duplos de distribuição, dificuldades operacionais e riscos potenciais de ocorrência de conexões cruzadas. Os custos, entretanto, devem ser considerados em relação aos benefícios de conservar água potável e de, eventualmente, adiar ou eliminar a necessidade de desenvolvimento de novos mananciais, para abastecimento público.

Diversos países da Europa, assim como os países industrializados da Ásia, localizados em regiões de escassez de água, exercem, extensivamente, a prática de reuso urbano não potável. Entre esses, o Japão vem utilizando efluentes secundários para diversas finalidades. Em Fukuoka, uma cidade com aproximadamente 1,2 milhões de habitantes, situada no sudoeste do Japão, diversos setores operam com rede dupla de distribuição de água, uma das quais com esgotos domésticos tratados em nível terciário (lodos ativados, desinfecção com cloro em primeiro estágio, filtração, ozonização, desinfecção com cloro em segundo estágio), para uso em descarga de toiletes em edifícios residenciais. Esse efluente tratado, é também utilizado para outros fins, incluindo irrigação de árvores em áreas urbanas, para lavagem de gases, e alguns usos industriais, tais como resfriamento e desodorização. Diversas outras cidades do Japão, entre as quais Ooita, Aomori e Tokio, estão fazendo uso de esgotos tratados ou de outras águas de baixa qualidade, para fins urbanos não potáveis, proporcionando uma economia significativa dos escassos recursos hídricos localmente disponíveis.

10.3.2 -Usos IndustriaisOs custos elevados da água industrial associados às demandas crescentes, têm levado as

indústrias a avaliar as possibilidades internas de reuso e a considerar ofertas das companhias de saneamento para a compra de efluentes tratados, a preços inferiores aos da água potável dos sistemas públicos de abastecimento. A “água de utilidade” produzida através de tratamento de efluentes secundários e distribuída por adutoras que servem um agrupamento significativo de indústrias, se constitui, atualmente, em um grande atrativo para abastecimento industrial a custos razoáveis. Em algumas áreas da região metropolitana de São Paulo o custo da água para fins industriais está em torno de oito reais por metro cúbico, enquanto que a água de utilidades apresenta um custo por metro cúbico pouco superior a quatro reais. Este custo varia, evidentemente, com as condições locais, tanto em termo dos níveis de tratamento adicionais necessários, como aqueles relativos aos sistemas de distribuição. A proximidade de estações de tratamento de esgotos às áreas de grande concentração industrial contribui para a viabilização de programas de reuso industrial, uma vez que permite adutoras e custos unitários de tratamento menores.

Os usos industriais que apresentam possibilidade de serem viabilizados em áreas de concentração industrial significativa são basicamente os seguintes:

Torres de resfriamento como água de "make-up";

Caldeiras;

Construção civil, incluindo preparação e cura de concreto, e para compactação do solo;

Irrigação de áreas verdes de instalações industriais, lavagens de pisos e alguns tipos de peças, principalmente na indústria mecânica;

Processos industriais.

Esgotos domésticos tratados têm sido amplamente utilizados como água de resfriamento em sistemas com e sem recirculação. Os esgotos apresentam uma pequena desvantagem em relação às águas naturais, pelo fato de possuírem temperatura um pouco mais elevada. Em compensação, a oscilação de temperatura é muito menor nos esgotos domésticos do que em águas naturais.

Embora corresponda a apenas 17% da demanda de água não potável pelas indústrias, o uso de efluentes secundários tratados, em sistemas de refrigeração, tem a vantagem de requerer qualidade independente do tipo de indústria, e a de atender, ainda, a outros usos menos restritivos, tais como lavagem de pisos e equipamentos, e como água de processo em indústrias mecânicas e metalúrgicas. Além disso, a qualidade de água adequada para refrigeração de sistemas semi-abertos, é compatível com outros usos urbanos, não potáveis, tais como irrigação de parques e jardins, lavagem de vias públicas, construção civil, formação de lagos para algumas modalidades de recreação e para efeitos paisagísticos. Os sistemas de tratamento para reuso em unidades de refrigeração semi-abertos, por exemplo, são relativamente simples, devendo produzir efluentes capazes de evitar corrosão ou formação de depósitos, crescimento de microrganismos, formação excessiva de escuma e deslignificação de torres de refrigeração, construídas em madeira.

Reutilização e conservação devem, também, ser estimulados nas próprias indústrias, através de utilização de processo industriais e de sistemas de lavagem com baixo consumo de água, assim como em estações de tratamento de água para abastecimento público, através da recuperação e reuso das águas de lavagem de filtros e de decantadores.

Na Região Metropolitana de São Paulo existe um grande potencial para uso de efluentes das estações de tratamento de esgotos em operação, para fins industriais. A estação de tratamento de esgotos de Barueri poderia abastecer, com efluentes tratados, uma área industrial relativamente importante, distribuída em Barueri, Carapicuiba, Osasco, e o setor industrial, ao longo do Rio Cotia, nas imediações da rodovia Raposo Tavares. Da mesma maneira, a estação de Suzano poderia abastecer indústrias concentradas nas regiões de Poá, Suzano e, eventualmente, de Itaquaquecetuba e Mogi das Cruzes.

10.3.3- Recarga de AqüíferosAqüíferos subterrâneos são, em diversos níveis, realimentados através de zonas ou áreas de

recarga, ou diretamente, através de irrigação ou precipitações, o que, eventualmente, pode resultar em poluição de suas águas. A engenharia de recursos hídricos desenvolveu, com a finalidade de aumentar a disponibilidade de água e, eventualmente, de resolver problemas localizados, a tecnologia de recarga artificial, utilizando efluentes adequadamente tratados.

Esta modalidade de recarga de aqüíferos é direcionada para os seguintes objetivos:

Proporcionar tratamento adicional de efluentes;

Aumentar a disponibilidade de água em aqüíferos potáveis ou não potáveis;

Proporcionar reservatórios de água para uso futuro.

A infiltração e percolação de efluentes tratados se beneficia da capacidade natural de biodegradação e filtração dos solos, proporcionando um tratamento "in situ" e permitindo, em função do tipo de efluente considerado, dos métodos de recarga, de condições hidrogeológicas e dos usos previstos, eliminar a necessidade de sistemas de tratamento avançados. A recarga contribui para a

perda de identidade entre efluentes tratados e a água subterrânea, reduzindo o impacto psicológico do reuso para fins diversos.

10.3.4 -Usos agrícolasFace às grandes vazões envolvidas (chegando a até 80%), especial atenção deve ser atribuída

ao reuso para fins agrícolas. A agricultura depende, atualmente, de suprimento de água a um nível tal que a sustentabilidade da produção de alimentos não poderá ser mantida, sem o desenvolvimento de novas fontes de suprimento e a gestão adequada dos recursos hídricos convencionais. Esta condição crítica é fundamentada no fato de que o aumento da produção, não pode mais ser efetuado apenas através da expansão de terra cultivada. Com poucas exceções, tais como áreas significativas do nordeste brasileiro, que vem sendo recuperadas para uso agrícola, a terra arável, a nível mundial, se aproxima muito rapidamente de seus limites de expansão. A Índia já explorou praticamente 100 % de seus recursos de solo arável, enquanto que Bangladesh dispõe de apenas 3% para expansão lateral. O Paquistão, as Filipinas e a Tailândia, ainda têm um potencial de expansão de aproximadamente 20%. A taxa global de expansão de terra arável diminuiu de 0,4% durante a década 1970-1979 para 0,2%, durante o período 1980-1987. Nos países em vias de desenvolvimento e em estágio de industrialização acelerada, a taxa de crescimento também caiu de 0,7% para 0,4%.

Durante as duas últimas décadas, o uso de esgotos para irrigação de culturas aumentou, significativamente, devido aos seguintes fatores:

Dificuldade crescente de identificar fontes alternativas de águas para irrigação;

Custo elevado de fertilizantes;

Segurança de que os riscos de saúde pública e impactos sobre o solo são mínimos, se as precauções adequadas são efetivamente tomadas;

Custos elevados dos sistemas de tratamento, necessários para descarga de efluentes em corpos receptores;

Aceitação sócio-cultural da prática do reuso agrícola;

Reconhecimento, pelos órgãos gestores de recursos hídricos, do valor intrínseco da prática.

Estima-se que, na região do Alto Tietê, a jusante do Reservatório de Ponte Nova, até às imediações de Guarulhos, poder-se-ia, com o atendimento da demanda agrícola através dos esgotos coletados dos municípios da região, dispor de aproximadamente 3 metros cúbicos por segundo adicionais, de água de boa qualidade, para abastecimento público.

A aplicação de esgotos no solo é uma forma efetiva de controle da poluição e uma alternativa viável para aumentar a disponibilidade hídrica em regiões áridas e semi-áridas. Os maiores benefícios dessa forma de reuso, são os associados aos aspectos econômicos, ambientais e de saúde pública.

Benefícios Econômicos do Reuso Agrícola

Os benefícios econômicos são auferidos graças ao aumento da área cultivada e ao aumento da produtividade agrícola, os quais são mais significativos em áreas onde se depende apenas de irrigação natural, proporcionada pelas águas de chuvas. Um exemplo notável de recuperação econômica, associada à disponibilidade de esgotos para irrigação é o caso do Vale de Mesquital, no México, onde a renda agrícola aumentou de quase zero no início do século, quando os esgotos da

cidade do México foram postos à disposição da região, até aproximadamente 4 milhões de dólares americanos por hectare, em 1990.

Estudos efetuados em diversos países demonstraram que a produtividade agrícola aumenta

significativamente em sistemas de irrigação com esgotos adequadamente administrados. O

Quadro 1 mostra os resultados experimentais efetuados em Nagpur, Índia, pelo Instituto Nacional

de Pesquisas de Engenharia Ambiental (NEERI), que investigou os efeitos da irrigação com

esgotos, sobre as culturas produzidas.

Quadro 1 - Aumento da produtividade agrícola (ton/ha/ano) possibilitada pela irrigação com esgotos domésticos

 Irrigação efetuada com Trigo

8 anos(a)

Feijão

5 anos(a)

Arroz

7 anos(a)

Batata

4 anos(a)

Algodão

3 anos(a)

Esgoto bruto 3.34 0.9 2.97 23.11 2.56

Efluente primário 3.45 0.87 2.94 20.78 2.3

Efluente de lagoa de estabilização

3.45 0.78 2.98 22.31 2.41

Água + NPK 2.7 0.72 2.03 17.16 1.7

(a)- Número de anos para cálculo da produtividade média

Efluentes de sistemas convencionais de tratamento, tais como lodos ativados, têm uma concentração típica de 15 mg/L de N total e 3 mg/L de P total, proporcionando, portanto, às taxas usuais de irrigação em zonas semi-áridas (aproximadamente 2 metros por ano), uma aplicação de N e P de 300 e 60 kg/ha/ano, respectivamente. Essa aplicação de nutrientes reduz, substancialmente, ou mesmo elimina, a necessidade do emprego de fertilizantes comerciais. Além dos nutrientes (e dos micronutrientes, não disponíveis em fertilizantes sintéticos), a aplicação de esgotos proporciona a adição de matéria orgânica, que age como um condicionador do solo, aumentando a sua capacidade de reter água.

O aumento de produtividade não é, entretanto, o único benefício, uma vez que se torna possível ampliar a área irrigada e, quando as condições climáticas permitem, efetuar colheitas múltiplas, praticamente ao longo de todo o ano.

A prática de aqüicultura fertilizada com esgotos também representa uma fonte de receita substancial em diversos países, entre os quais Bangladesh, Índia, Indonésia e Peru. O sistema de lagoas, operando há muitas décadas em Calcutá, é o maior sistema existente atualmente, utilizando apenas esgotos, como fonte de alimentos para a produção de peixes. Dados de 1987, indicam uma área total de lagoas com aproximadamente 3.000 hectares, e uma produção anual entre 4 a 9 ton/hectare, que supre quase que exclusivamente o mercado local.

Benefícios ambientais e à saúde pública

Sistemas de reuso adequadamente planejados e administrados, trazem melhorias ambientais e de condições de saúde, entre as quais:

Elimina a descarga de esgotos em corpos de água;

Preserva recursos subterrâneos;

Permite a conservação do solo, através da acumulação de "humus" e aumenta a resistência à erosão;

Contribui, principalmente em países em desenvolvimento, para o aumento da produção de alimentos, elevando, assim os níveis de saúde, qualidade de vida e condições sociais de populações associadas aos esquemas de reuso.

Apesar disso, alguns efeitos detrimentais podem ocorrer em associação com o uso de esgotos na irrigação. Um efeito potencialmente negativo é a poluição, particularmente por nitratos, de aqüíferos subterrâneos, utilizados para abastecimento de água. Isso ocorre quando uma camada insaturada, altamente porosa se situa sobre o aqüífero, permitindo a percolação de nitratos. Entretanto, ocorrendo uma camada profunda e homogênea, capaz de reter nitratos, a possibilidade de contaminação é bastante pequena. A assimilação de nitrogênio pelas culturas, reduz a possibilidade de contaminação por nitrato, mas isso depende das taxas de assimilação pelas plantas e das taxas de aplicação de esgotos no solo.

O acúmulo de contaminantes químicos no solo é outro efeito negativo que pode ocorrer. Dependendo das características dos esgotos, a prática da irrigação por longos períodos, pode levar ao acúmulo de compostos  tóxicos, orgânicos e inorgânicos, e ao aumento significativo de salinidade, em camadas insaturadas. Para evitar essa possibilidade, a irrigação deve ser efetuada com esgotos de origem predominantemente doméstica. A necessidade de um sistema adequado de drenagem, deve ser tambem considerada, visando minimizar o processo de salinização de solos irrigados com esgotos. Da mesma maneira, a aplicação de esgotos por períodos muito longos, pode levar à criação de habitats, propícios à proliferação de vetores transmissores de doenças, tais como mosquitos e algumas espécies de caramujos. Nesse caso, devem ser empregadas técnicas integradas de controle de vetores, para proteger os grupos de risco correspondentes. O Quadro 2 apresenta uma proposta de matriz para análise de projetos de irrigação com esgotos.

Quadro 2 - Matriz para análise de projetos de irrigação com esgotos

Natureza do problema

Quais os volumes de esgotos produzidos e qual é a distribuição sazonal?

Onde os esgotos serão produzidos?

Quais são as características dos esgotos que serão produzidos?

Quais são as alternativas de disposição possíveis?

Viabilidade legal

Que usos se pode fazer dos esgotos, de acordo com a legislação existente, se disponível?

Se não existem legislações estaduais ou federais, que usos se pode fazer dos esgotos dentro das diretrizes da Organização Mundial da Saúde (OMS) e  da Organização para Alimentos e Agricultura (FAO)?

Quais são os direitos dos usuários dos recursos hídricos e como esses poderiam vir a ser afetados pelo reuso?

Viabilidade técnica

A qualidade dos esgotos tratados disponíveis é adequada para irrigação restrita ou irrestrita?

Quanto de terra está disponível ou é necessária para os projetos de irrigação?

Quais são as características do solo nesta terra?

Quais são as práticas de uso da terra? Elas podem ser modificadas?

Que tipos de culturas podem ser consideradas?

A demanda de água pelas culturas é compatível com a variação sazonal dos esgotos disponíveis?

Que técnicas de irrigação serão utilizadas?

Se a possibilidade de recarga de aqüíferos é uma das possibilidades para o uso dos esgotos, as características hidrogeológicas são adequadas?

Qual seria o impacto dessa recarga na qualidade das águas subterrâneas?

Existem problemas adicionais de saúde ou de meio ambiente, que necessitam ser considerados?

Viabilidade política e social

Quais foram, no passado,  as reações políticas a problemas de saúde e ambientais que, eventualmente tenham ocorrido em possível conexão com o uso de esgotos?

Qual é a percepção pública da prática do uso de esgotos?

Qual é a atitude de grupos de influência em áreas onde esgotos têm possibilidade de serem utilizados?

Quais são os benefícios potenciais do reuso para a comunidade?

Quais são os riscos potenciais?

Viabilidade econômicaQuais são os custos de capital envolvidos?Quais são os custos de operação e manutenção?Qual é a valor da taxa de retorno?Quais são os custos de implantação dos sistemas de agricultura irrigada com esgotos, isto é, custos de transporte de água para a área de plantio, instalação de equipamentos de irrigação, infra-estrutura, etc.? Quais são os benefícios do sistema de irrigação com esgotos?Qual é a relação custo/benefício do projeto de irrigação com esgotos?Viabilidade operacional

São os recursos humanos e a capacidade operacional local adequados para as atividades de operação e manutenção dos sistemas de tratamento, irrigação, recarga de aqüíferos, operação agrícola e controle de aspectos de saúde e meio ambiente?

Caso contrário, quais são os programas de treinamento que devem ser implementados?

O sucesso de planos de reuso, depende da maneira e profundidade com que as ações e atitudes seguintes, forem efetivamente implementadas:

Critérios adotados para avaliar as alternativas de reuso propostas;

Escolha de estratégias de uso único ou uso múltiplo dos esgotos;

Provisões gerenciais e organizacionais estabelecidas, para administrar os esgotos, e para selecionar e implementar o plano de reuso;

Importância dada às considerações de saúde pública, e os riscos correspondentes;

Nível de apreciação da possibilidade de estabelecimento de um recurso florestal, através de irrigação os com esgotos disponíveis.

A adoção de uma mistura de estratégias para o uso dos esgotos, traz a vantagem de permitir maior flexibilidade, maior segurança econômica e melhor eficiência do uso dos esgotos disponíveis ao longo do ano, enquanto que a estratégia de uso único, pode levar a sobras sazonais, que são, normalmente, condenadas à disposição improdutiva.

As Dimensões Legais e Regulamentadoras

O uso de esgotos, principalmente para a irrigação de culturas, é associada aos dois aspectos legais seguintes:

Estabelecimento de um “status” legal para os esgotos, e a delineação de um regime legal para a sua utilização. Essa nova condição deve levar: ao desenvolvimento de uma nova legislação ou à complementação de legislação existente, estabelecendo normas, padrões e códigos de prática, associados ao reuso; à criação de uma nova instituição ou delegação de poderes a uma instituição existente; à atribuição de competências às agências locais e nacionais, associadas ao setor, e as bases para o inter-relacionamento e cooperação mútua entre elas;

Garantir os direitos dos usuários, principalmente com relação ao acesso e apropriação dos esgotos, incluindo a regulamentação pública de seus usos. A legislação deve incluir, também, a posse da terra, sem a qual os direitos sobre o uso dos esgotos não teriam nenhum valor.

A delineação de um regime legal para o uso de esgotos deve considerar os aspectos seguintes:

A definição do que é esgoto;

A quem pertence os esgotos;

Um sistema de licenciamento para uso de esgotos;

Proteção de outros usuários, que possam ser, adversamente afetados, pela diminuição de vazões de retorno, aos mananciais que utilizam;

Restrições, visando a proteção do meio ambiente e da saúde pública, com relação ao uso planejado para os esgotos, condições de tratamento e qualidade final dos esgotos tratados, e condições para a localização de estações de tratamento de esgotos;

Alocação de custos e estabelecimento de tarifas para os esgotos;

Mecanismos de aplicação de leis e regulamentos;

Disposição de lodos gerados nos sistemas de tratamento de esgotos;

Delegação de poderes a uma instituição, ou criação de uma nova instituição, ou elaboração de arranjos institucionais para a administração da legislação sobre reuso;

A interface entre o regime legal estabelecido para reuso, e o regime legal para a gestão de recursos hídricos, principalmente a legislação sobre água e controle da poluição ambiental, e a legislação relativa ao abastecimento de água e coleta de esgotos, incluindo as instituições responsáveis.

Uma das múltiplas funções da Organização Mundial da Saúde é a de propor regulamentações e de fazer recomendações relativas a assuntos internacionais de saúde pública e de saúde ambiental. As diretrizes para o uso seguro de esgotos, produzidas como parte dessa função, são baseadas em pesquisas científicas e estudos epidemiológicos, proporcionando informação básica e orientação para a tomada de decisões que envolvem riscos à saúde pública e ao meio ambiente.

Informação e Participação Pública

Para uma ampla aceitação de projetos de reuso, é de importância fundamental envolver ativamente o público, desde a fase de planejamento, até a implementação definitiva do projeto.

Esse relacionamento deve ser iniciado nas primeiras fases do empreendimento, através de contatos com os usuários potenciais, da formação de um comitê consultivo e da realização de seminários para discutir possíveis modalidades de reuso. A troca contínua de informações, entre os representantes do público e as autoridades garante que a adoção de um determinado programa de reuso atenderá às verdadeiras necessidades dos usuários, assim como os objetivos comunitários associados à saúde, segurança e meio ambiente.

A aceitação de sistemas de reuso, depende do sucesso com o qual as agências governamentais conseguem transmitir ao público alvo: uma idéia clara e completa do programa que se pretende implementar; um conhecimento adequado da qualidade dos esgotos  tratados, e de como ele será utilizado; confiabilidade na capacidade de gestão da agência encarregada dos serviços e na adequabilidade dos sistemas de tratamento propostos; certeza de que o sistema envolve riscos mínimos de saúde e de degradação ambiental e; segurança na sustentabilidade do abastecimento e na adequabilidade dos esgotos tratados para os tipos de cultura estabelecidos nos programas de reuso. O Quadro 3 sugere uma série de mecanismos para contatar, educar e informar o público, durante as diversas fases de implementação de programas de reuso.

Quadro 3 - Mecanismos para a participação do público

OBJETIVO MECANISMO

Educação e informação Artigos de jornais, programas de radio e TV, palestras, visitas de campo, exibições, programas escolares, filmes, brochuras e boletins, relatórios, cartas, conferências.

Acompanhamento Reuniões públicas, audiências públicas, pesquisa de opinião e questionários, programas de perguntas e respostas

Interação e diálogo Seminários, grupos de trabalho especiais, entrevistas, grupos consultivos, contatos informais, discussão em grupos

Monitoramento e Avaliação

Conforme mencionado anteriormente, os projetos e programas de reuso devem ser coordenados por comitês inter-agências, sob a égide de uma ministério líder. Esta entidade deve ser, também, encarregada de monitorar e avaliar o desenvolvimento do projeto e deve ter a competência legal para exigir o atendimento da legislação correspondente.

Tratamento dos Esgotos/Efluentes Industriais

Os métodos de tratamento de esgotos/efluentes industriais foram, inicialmente, concebidos como resposta à preocupação pelos efeitos negativos causados pela descarga dos mesmos no ambiente. Os objetivos principais do tratamento eram a remoção de sólidos suspensos e flotáveis, a remoção de compostos orgânicos biodegradáveis e a remoção de organismos patogênicos. Em agosto de 1973, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos publicou a definição de tratamento secundário, incluindo três parâmetros característicos: DBO de 5 dias, sólidos suspensos e pH . O padrão coliformes, que havia sido incluído na versão original, foi excluído em julho de 1973, provavelmente devido à preocupação com os riscos ambientais e de saúde pública associados à desinfecção através de compostos de cloro.

O Quadro 4 ilustra a remoção de bactérias e helmintos presentes em esgotos domésticos por diversos sistemas de tratamento. Por exemplo, esgotos brutos contêm de 107 a 109 coliformes por 100 mL necessitando, portanto, serem tratados por de sistemas que permitam uma remoção de 4 a seis unidades log10 para atingir as diretrizes para reuso irrestrito, o que pode ser obtido apenas através de desinfecção, lagoas de estabilização e reservatórios de acumulação. Nota-se, também, que a remoção de ovos de helmintos, não pode ser atendida através de sistemas convencionais de tratamento, tais como os sistemas de lodos ativados, filtros biológicos ou desinfecção.

Quadro 4 - Remoção de organismos patogênicos em sistemas de tratamento de esgotos.

Tratamento Remoção ( log10)

Bactérias Helmintos Vírus Cistos

Sedimentação Primária:

Simples

Com coagulantes

0 - 1

1 - 2

0 - 2

1 - 3

0 - 1

0 - 1

0 - 1

0 - 1

Lodos ativados ( a ) 0 - 2 0 - 2 0 - 1 0 - 1

Filtro biológico ( a ) 0 - 2 0 - 2 0 - 1 0 - 1

Lagoa aerada ( b ) 1 - 2 1 - 3 1 - 2 0 - 1

Valo de oxidação ( a ) 1 - 2 0 - 2 1 - 2 0 - 1

Desinfecção ( c ) 2 - 6 0 - 1 0 - 4 0 - 3

Lagoa de estabilização ( d ) 1 - 6 1 - 3 1 - 4 1 - 4

Reservatórios de acumulação ( e ) 1 - 6 1 - 3 1 - 4 1 - 4

a. Incluído o decantador secundário

b. Incluída a lagoa de sedimentação

c. Cloração ou ozonização

d. A eficiência depende do número de unidades em série e outros fatores ambientais

e. A eficiência depende do tempo de retenção

10.4. Ações a serem desenvolvidas para o reuso no brasil

A incorporação da filosofia de reuso nos planos nacionais de gestão de recursos hídricos e desenvolvimento agrícola, é de fundamental importância para regiões áridas e semi-áridas, e naquelas em que a demanda é precariamente satisfeita, através de transposição de água de bacias adjacentes. O reuso implica em redução de custos, principalmente se é considerado em associação com novos projetos de sistemas de tratamento, uma vez que os padrões de qualidade de efluentes, necessários para diversos tipos de uso, são menos restritivos do que os necessários para proteção ambiental.

O uso de esgotos tem sido praticado em muitas partes do mundo, por muitos séculos. Sempre que água de boa qualidade não é disponível, ou é difícil de ser obtida, águas de menor valor, tais como esgotos, águas de drenagem agrícola, águas industriais ou águas salobras, são, espontaneamente utilizadas, principalmente em agricultura e aqüicultura. Infelizmente, essa forma de uso não institucionalizado, não planejado e, às vezes, inconsciente, é realizada sem quaisquer considerações para com os aspectos de saúde e do ambiente.

Embora ocorram manifestações de reuso agrícola não planejado ou inconsciente em diversas regiões brasileiras, inclusive em algumas regiões metropolitanas, a prática do reuso de água associada ao setor público ainda é extremamente incipiente no Brasil. Em alguns estados do nordeste, particularmente Rio Grande do Norte, Paraíba e Pernambuco alguns projetos foram implantados visando a irrigação de capim elefante com efluentes domésticos, sem nenhum tratamento e sem nenhuma forma de proteção à saúde pública dos grupos de risco envolvidos.

Por outro lado o setor privado, particularmente o industrial, vem, gradualmente se conscientizando de que a prática de reuso e a reciclagem pode trazer benefícios significativos tanto no que concerne o processamento industrial como em relação às águas de utilidades. As políticas tarifárias, praticadas pela maioria das companhias municipais e estaduais de saneamento, assim como

o advento e a implementação das estruturas de outorga e cobrança, tanto na tomada de água como na diluição dos despejos produzidos, têm levado as indústrias a dedicarem especial atenção às novas tendências e tecnologias disponíveis para reuso e reciclagem de efluentes.

Torna-se, necessário, portanto, estabelecer mecanismos para institucionalizar, regulamentar e incentivar a prática do reuso estimulando as que permanecem embrionárias e promover o desenvolvimento daquelas que ainda não se iniciaram no Brasil.

A ANA (Agência Nacional de Águas), dentro de sua função básica de promover o desenvolvimento do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos previsto no inciso XIX do art. 21 da Constituição e criado pela Lei nº 9.433 de 8 de janeiro de 1997, tem competência para administrar, entre uma gama significativa de atribuições (relacionadas no Art. 4º, Capítulo II, Lei Nº 9.984 de 17 de julho de 2000), os aspectos relativos às secas prolongadas, especialmente no nosso Nordeste e à crescente poluição dos cursos de água, no território nacional.

Uma política de reuso adequadamente elaborada e implementada contribuiria substancialmente ao desenvolvimento de ambos os temas: a seca, dispondo de volumes adicionais para o atendimento da demanda em períodos de oferta reduzida, e a poluição, atenuada face à diversão de descargas poluidoras para usos benéficos específicos de cada região.

Atualmente, nenhuma forma de ordenação política, institucional, legal ou regulamentadora orienta as atividades de reuso praticadas no território nacional. Os projetos existentes são desvinculados de programas de controle de poluição e de usos integrados de recursos hídricos nas bacias hidrográficas onde estão sendo implementados, não empregam tecnologia adequada para os tipos específicos de reuso implementados e não incluem as salvaguardas necessárias para preservação ambiental e proteção da saúde pública dos grupos de risco envolvidos. Alem disso, não são formulados com base em análises e avaliações econômico-financeiras e não possuem estruturas adequadas de recuperação de custos.

Embora possa não ser atribuição específica da ANA promover e regulamentar as atividades de reuso de água no Brasil a sua ação coordenadora no setor permitiria a elaboração e implementação de projetos sustentáveis de reuso, ajustados aos programas e objetivos de gerenciamento integrado nas bacias hidrográficas nas quais esteja atuando. Além disso, as atividades de reuso adequadamente coordenadas se constituiriam em elemento valioso para melhor utilização dos recursos hídricos disponíveis, controle da poluição e atenuação do problema de seca em regiões semi-áridas.

Os elementos básicos para a promoção e regulamentação da prática sustentável de reuso de água no território nacional, poderiam ser efetuados por meio das seguintes atividades:

Estabelecer uma política de reuso, definindo objetivos e metas, tipos de reuso, áreas prioritárias e condições locais e/ou regionais para a implementação da prática;

Propor estruturas institucionais para a promoção e gestão de programas e projetos de reuso em níveis nacional, regional e local;

Estabelecer diretrizes, padrões e códigos de prática;

Estabelecer atribuições, responsabilidades, incentivos e penalidades;

Definir os critérios de tratamento de efluentes para reuso e proposição de tecnologias adequadas para a prática em função de características climáticas, técnicas e culturais regionais ou locais;

Estabelecer critérios para a avaliação econômico-financeira de programas e projetos de reuso;

Estabelecer normas e programas para informação, para educação ambiental e para participação pública nos programas e projetos de reuso;

Estabelecer um sistema de monitoramento, avaliação e divulgação dos programas em níveis nacional, regional e local.

Como não existe no Brasil, experiência em reuso planejado e institucionalizado, é necessário implementar projetos pilotos. Essas unidades experimentais, devem cobrir todos os aspectos das diversas modalidades de reuso, e deverão fornecer subsídios para o desenvolvimento de padrões e códigos de prática, adaptados às condições e características nacionais.

PRINCIPAIS NORMAS (Sugeridas/ Não Obrigatórias) E REGULAMENTOS (Legal/ Obrigatórios)

OMS (1989)Encontra-se atualmente em processo de revisão, seu enfoque maior é direcionado ao uso na

agricultura. Considerado por alguns países ricos, como uma norma não muito exigente.

Normas Francesas (1991) - Similar à OMS. US EPA (1992): Guideline Federal para reuso de água em áreas urbanas. (USA)Califórnia Title 22 (1978): Mais exigente que a Norma Federal da EPA. Inspirou países como Israel e Arábia Saudita. É considerado exigente demais por alguns países em desenvolvimento. Mais aplicável ao conceito de rede dual (potável/ não potável).

Tendências do Reuso de Efluentes

Desenvolvimento das Leis sobre a matéria de Reuso de Águas

Reuso Potável Indireto

Recarga de aqüíferos

Planejamento Integrado dos Recursos Hídricos

Estudos e Pesquisas de Aceitação Pública

Processos de Membranas

Ultra Violeta para Desinfecção

11-FUNDAMENTOS SOBRE PROCESSOS COM MEMBRANAS

11.1-Membranas

Definição:

“De uma maneira geral, uma membrana pode ser definida como uma barreira que separa duas fases e que restringe, total ou parcialmente, o transporte de uma ou várias espécies químicas presentes na fase.”

Potencialelevado

Potencialbaixo

Membrana

A membrana controla a taxa de transporte relativo de várias espécies e como toda separação fornece um produto desfalcado de certos componentes e um outro produto concentrado nestes componentes.

O esquema de funcionamento de uma membrana é mostrado abaixo:

Alimentação concentrado

membrana

permeado

O escoamento ocorre paralelamente à superfície da membrana como resultado de uma força motriz apropriada, ocorrendo a permeação de uma dada espécie (o fluxo tangencial promove o arraste de material que poderia precipitar, diminuindo assim o possível entupimento da membrana e permitindo longo uso da mesma). Este permeado é coletado como segundo produto. Como resultado dessa permeação a alimentação é gradualmente reduzida em concentração das espécies permeantes ao longo da membrana até atingir a unidade de saída como concentrado.

A performance de uma membrana é definida em termos de dois fatores simples, fluxo e seletividade, definidos como:

Fluxo ou taxa de permeação: a vazão volumétrica (mássica ou molar) de fluidos que passa através da membrana por unidade de área da membrana e por unidade de tempo.

Seletividade, para solutos e particulados em gases e líquidos: a retenção é a fração de solutos na alimentação retidos pela membrana.

Seletividade, para misturas miscíveis de líquidos e gases : o fator de separação é a razão de concentração no permeado dividido por aquela na alimentação para dois componentes.

Valores de retenção são iguais ou menores do que 1 enquanto que o fator de separação tem valores iguais ou maiores do que 1, isto é, um componente tem sua concentração relativa aumentada da alimentação para o permeado. Idealmente se requer uma membrana com alta seletividade e permeabilidade, porém a maximização de um fator é comprometida pela redução do outro.

Os processos de separação por membranas têm sido utilizados nos mais diferentes setores de atividade como na indústria química, a quebra de azeótropos de misturas de solventes orgânicos, até na área médica, como a hemodiálise e a dosagem controlada de remédios, passando pela biotecnologia, indústria alimentícia e farmacêutica e tratamentos de águas industriais e municipais, como já citado anteriormente. Na tabela 2 são apresentados exemplos de aplicação de processos com membranas em algumas das áreas mencionadas.

Tabela 2:Aplicações de Processos de Separação com Membranas

ÁREA

APLICAÇÕES

QUÍMICA

Quebra do azeótropo benzeno/hexano

Recuperação de H2 - Síntese da Amônia

FracionamentoCO2/CH4

Fracionamento do ar: obtenção de gás inerte e de corrente rica em oxigênio

BIOTECNOLOGIA

E

FARMACÊUTICA

Separação de substâncias termolábeis

Desidratação de etanol

Purificação de enzimas

Fracionamento de proteínas

Esterilização de meios de fermentação

Bio-reatores a membranas

ALIMENTÍCIA

E

BEBIDAS

Concentração de leite

Concentração de soro de queijo

Concentração de suco de frutas

Clarificação de vinhos e cervejas

Desalcolização de vinhos e cervejas

TRATAMENTO

DE

ÁGUAS

Dessalinização de águas

Eliminação de traços orgânicos

Tratamentos de esgotos municipais

Desmineralização de águas p/ caldeiras

Água ultrapura p/ indústria eletrônica

TRATAMENTO

DE DESPEJOS

INDUSTRIAIS

Separação água/óleo

Recuperação de índigo-Têxtil

Recuperação de PVA-Têxtil

Recuperação de íons metálicos-Couro

Recuperação de proteínas-Laticínio

Tratamento águas-Papel e Celulose

MEDICINARim artificial-HemodiálisePulmão artificial-OxigenadoresAr enriquecido em oxigênioEsterilização de soluções injetáveisDosagem controlada de remédios

Membranas comerciais são preparadas a partir de diferentes técnicas, dependendo do tipo do material utilizado e das características morfológicas desejadas. Geralmente os materiais podem ser classificados em três tipos:

-Polímeros Sintéticos: perfluorpolímeros, borrachas de silicones, poliamidas e polisulfonas,

-Produtos naturais modificados: base celulósica,

-Miscelâneas: incluem inorgânicos, cerâmicos, metais, e membranas líquidas e dinâmicas.

Para serem efetivos na separação, os materiais devem idealmente possuir as seguintes características:

-Estabilidade mecânica;

-Estabilidade térmica;

-Alta permeabilidade;

-Alta seletividade;

-Operação estável.

Todas estas propriedades são relativas em termos de processos individuais e respectivos custos de capital e operação. A resistência química se relaciona mais ao tempo de vida de operação da membrana. Uma deterioração gradual da membrana pode ocorrer em meses ou anos com uma perda relativa de seletividade. O custo de reposição pode determinar o material a ser escolhido.

A Tabela 3 fornece uma primeira classificação dos tipos de membranas e suas principais aplicações, baseada na força motriz responsável pelo transporte de uma dada espécie. Na maioria dos processos com membranas esta força motriz se resume a uma diferença de pressão, P, ou de concentração (a atividade, a) do componente entre os dois lados da membrana.

TABELA 3:Principais Processos de Separação por Membrana

PROCESSO TIPO DE MEMBRANA

FORÇA MOTRIZ

MATERIAL RETIDO

MATERIAL QUE PERMEIA

APLICAÇÕES

MICRO-FILTRAÇÃO

MICRO-POROSA

SIMÉTRICA

P

(0,5-2 atm)

Material em Suspensão,

Bactérias

PM500.000(0,01m)

Água e sólidos

dissolvidos

Esterilização Bacteriana

Clarificação de vinhos

Clarificação de cervejas

Concentração de células

Oxigenação do sangue

ULTRA-FILTRAÇÃO

MICRO-POROSA ASSIMÉ-TRICA

P

(1-7 atm)

Colóides,

Macromoléculas

PM5000

Água(Solvente)

Sais solúveis de baixo PM

Fracionamento concentraçãode

proteínas.

Recuperação de pigmentos

Recuperação de óleos

OSMOSE INVERSA

ASSIMÉ-TRICA, DENSA

COMPOSTA

P

(7-60 atm)

Todo material solúvel ou em

suspensão

Água(Solvente)

Dessalinização de águas

Concentração de sucos de frutas

Desmineralização de águas.

DIÁLISE MICRO-POROSA

SIMÉTRICA

C Moléculas de

PM5000

Íons e orgânicos de baixo peso

molecular

Hemodiálise-rim artificial

Recuperação de NaOH

DESTILA-ÇÃO POR MEMBRA-

NAS

MICRO-POROSA

T Substância

menos volátil

Substância

mais volátil

Purificação de água

Desmineralização de água do mar

Extração de etanol do meio de

fermentação

Concentração de soluções aquosas de sais e ácidos

ELETRODI-ÁLISE

TROCA IÔNICA,

POLÍMERO HOMOGÊ-NEO OU

MICROPORO-SO

V Macromoléculas, Compostos

não iônicos

Íons

Concentração de soluções salinas

Purificação de águas

PERMEA-ÇÃO DE GASES

COMPOSTA PC Gás menos permeável

Gás mais permeável

Recuperação de hidrogênio

Separação de CO2/CH4

Fracionamento do ar

PERVAPO-RAÇÃO

ASSIMÉ-TRICA,

COMPOSTA

Pressão de vapor

Líquido menos

permeável

Líquido mais permeável

Desidratação de álcoois

Eliminação de VOC da água

Processos com membranas, para as quais a diferença de pressão é a força motriz, têm sido utilizados para concentrar, fracionar e purificar soluções diluídas, em particular soluções aquosas. Em função da natureza e do tipo de solutos e da presença ou não de partículas em suspensão, membranas com diferentes tamanhos e distribuição de poros ou mesmo densas são empregadas, caracterizando os processos conhecidos como: Microfiltração (MF), Ultrafiltração (UF) e Osmose Inversa (OI) ou Hiperfiltração (HF) cujas características são apresentadas na figura 3.

Os módulos comerciais disponíveis são do tipo: quadro e placas; tubular; fibra oca e espiral. Segundo Silva (1995), cada módulo tem suas vantagens e desvantagens, dependendo da aplicação e de diversos fatores como: viscosidade do produto, sólidos suspensos, membranas disponíveis, tempo de residência e custo. Em alguns casos, como na osmose inversa, deve-se considerar também o limite da máxima pressão para a membrana e seu suporte.

A viscosidade é um fator crítico na escolha. O extrato viscoso pode formar uma camada de gel que resulta numa perda substancial de fluxo bem como modificação no processo de separação. Com a diminuição do fluxo, há necessidade de aumentar a área da membrana, que junto com o aumento do bombeamento, substituição de membranas e consumo de agentes de limpeza, geram aumento de custo.

Outros problemas podem ser causados pelo gel, como formação de uma segunda membrana que pode interferir na passagem de componentes, que são perdidos quando feita a limpeza e também pode encapsular ou acumular traços de componentes importantes para o aroma fresco e sabor do produto final, quando tal for exigido.

A presença de sólidos suspensos influencia na seleção, pois o tamanho do canal do fluxo varia grandemente entre as diferentes configurações de módulos, fazendo com que umas sejam mais tolerantes a sólidos suspensos que outras. O módulo fibra oca e o módulo espiral têm baixa tolerância, sendo o tubular o mais resistente e o quadro e placas apresenta tolerância intermediária

Segundo COX (1985), citado por SILVA (1995), a área relativa que cada módulo ocupa em relação à área total ocupada, incluindo área de serviço, tem aproximadamente a seguinte relação: tubular: quadro e placas: espiral: fibra oca = 1 : 2 : 4 : 6

Segundo MALDONADO (1991), também citado em SILVA (1995), pode-se considerar outras comparações: susceptibilidade a incrustações: fibra ocaespiralquadro e placastubular.

FIGURA 3-Características dos processos que utilizam diferença de pressão como força motriz.

ESQUEMA DAS MEMBRANAS, segundo MALDONADO(1991), citado em SILVA(1995):

QUADRO E PLACASO módulo consiste de pilhas de membranas de superfície plana, dispostas alternadamente

com placas de suporte poroso, que em sua superfície possui ranhuras por onde flui o permeado após passar pelas membranas e chega a um tubo central onde é coletado (Figura 4). Tal arranjo é desejável quando a solução a ser filtrada apresenta alta viscosidade ou com muitos sólidos, pois apresenta grande flexibilidade permitindo controlar a velocidade do fluxo e a queda de pressão que é critica nestes casos.

Vantagens:

- o equipamento apresenta flexibilidade para controle da velocidade do fluxo e pressão, o que é crítico em aplicações viscosas;

- tem moderado tempo de residência e custo;

- fácil de desmontar para limpeza e substituição; pode-se trocar a membrana sem descartar a unidade inteira;

- baixo requerimento de energia.

Desvantagens:

- quantidade de mão de obra requerida para limpeza manual ou troca de membranas;

- o número de conexões que devem ser feitas para prevenir vazamentos.

FIGURA 4-Módulo quadro e placas

TUBULAR

O módulo consiste de um conjunto de feixes paralelos de tubos, de paredes rígidas, porosas ou perfuradas, revestidas internamente pela membrana. A alimentação pressurizada escoa no interior dos tubos e o permeado goteja pela superfície externa e é coletado por dutos ou vasos apropriados. As membranas tem de 12,5 a 25,0 mm de diâmetro e comprimento de 150 a 600 cm, e o suporte tubular ½ a 3 polegadas de diâmetro interno. O fluido é bombeado ao longo do tubo a uma velocidade de 1m/s a 4m/s, o que depende da aplicação. A Figura 5 mostra a representação esquemática.

Vantagens:

- utilização eficiente em soluções com altos níveis de sólidos suspensos;

- longo tempo de vida da membrana;

- várias unidades no mercado;

- facilidade de limpeza, que pode ser feita manualmente;

- polarização de concentração e entupimento podem ser facilmente controlados através de apropriada velocidade do fluxo;

- capacidade de somente desativar o tubo defeituoso.

Desvantagens:

- não há tamanho padrão, sendo limitada para cada processo em particular;

- baixa densidade e área por unidade de volume e portanto usada para pequeno fluxo. Junto com o suporte, estes parâmetros resultam numa desvantagem econômica;

- alta energia requerida no bombeamento;

FIGURA 5-Módulo Tubular

FIBRA OCAO módulo, caracteriza-se por cartuchos contendo centenas de fibras com pequeno diâmetro,

que podem ser obtidas graças a desenvolvimentos na tecnologia de extrusão. Em osmose inversa as fibras possuem diâmetro em torno de 40 microns, parecendo cabelo humano e o fluxo de alimentação é feito de fora para dentro da fibra (Figura 6).

Vantagens:

- alta densidade de empacotamento. Possui maior área de membrana por unidade de volume, tendo melhor produção que outros módulos;

- baixo tempo de retenção;

- baixo custo;

- resiste a alta pressão;

- pequeno espaço requerido.

A principal desvantagem é que a presença de sólidos faz com que o sistema seja sensível ao entupimento. As soluções devem ser clarificadas através da ultrafiltração ou filtração com terra diatomácea.

FIGURA 6- Módulo Fibra Oca

ESPIRALO módulo espiral, dentre as membranas de superfície plana, constitui-se o mais popular,

principalmente por oferecer maior relação área/tamanho físico, é constituído por um envoltório em torno de um espaçador. Este conjunto é ligado a um tubo perfurado, localizado numa das extremidades do envoltório da membrana. Toda a estrutura do envoltório da membrana é enrolado em torno do tubo, sendo o conjunto inserido em um vaso de pressão cilíndrica. O fluido escoa sobre a membrana, enquanto o permeado flui para um sistema coletor por intermédio de um tubo externo.

Os espaçadores mantêm as membranas separadas formando um canal que forma turbulência, o que diminui o entupimento. A figura 8 mostra a representação esquemática.

Vantagens:

- “design” extremamente compacto;

- baixo consumo de energia;

- grande número de membranas disponíveis;

- fácil e rápida troca de membrana-8000 a 12000 h o intervalo de troca;

- fácil manipulação em manutenção;

- preço favorável e possibilidade de instalar grande área de membrana a baixo custo;

- alto fluxo;

- baixo tempo de residência;

- moderada queda de pressão;

- em geral tem o menor custo de membrana por m2 de área de membrana.

Desvantagens:

- sensível a sólidos suspensos e à alta viscosidade, por causa dos pequenos canais, e tendência para entupimento, sendo mais vulnerável do que a tubular;

- difícil limpeza, que não pode ser feita por meios mecânicos.

FIGURA 7- Módulo Espiral

11.2-Escolha das membranas

Assim como investimentos e custos de operação são considerados, uma análise técnica e econômica de um primeiro projeto em escala industrial de um processo de biorreator acoplado à membranas mostra a predominância da instalação de filtração (membrana como bloqueio) e energia necessária para operar as membranas.

A filtração de soluções biológicas tem sido objeto de numerosos experimentos. Todos os tipos de membranas têm sido testadas: ultra ou microfiltração, assimétricas e simétricas, fibras ocas, tubular ou plana, orgânica ou mineral.

Dependendo das membranas usadas, a performance varia de 2 à 300 l/h m2, conforme é apresentado por MANEM (1994).

Uma análise técnica e econômica para estes dados que incluem alguns outros parâmetros além do fluxo, influem no custo da filtração. Esta conclusão parcialmente explica a grande diversidade de membranas sendo usadas em aplicações industriais.

Além do fluxo, o principal critério envolvido nos custos da filtração são o preço da membrana e sua instalação, custos de operação e qualidade do efluente desejado.

Qualquer que seja o sistema adotado, a membrana deve satisfazer um certo número de critérios básicos. Primeiro, a distribuição de tamanhos dos poros da membrana deve ter a menor interferência possível com a distribuição de tamanhos das partículas ou moléculas a serem filtradas. Poros distribuídos uniformemente e membranas altamente porosas aumentam a performance da filtração.

A membrana hidrofólica deve ser preferencialmente carregada negativamente ou neutra com o objetivo de limitar a adsorção da biomassa. Ela deve ter um diâmetro interno ou espaçamento mínimo para limitar entupimento pela biomassa que também depende da concentração do lodo e da vazão de circulação.

As membranas não devem ser biodegradadas pelos microrganismos presentes na solução a ser filtrada e devem ser fáceis de serem regeneradas. O último critério é importante porque, a queda biológica ou modificação repentina do efluente pode gerar uma importante obstrução na membrana.

11.2.1- Parâmetros que influenciam o desempenho das membranas

A- colmatação ( fouling )

Uma membrana pode ser considerada como uma barreira seletiva entre duas fases.

A Figura 9 é uma representação esquemática de uma membrana semi - permeável a qual sob influência de uma força motriz permite a passagem do componente A, preferencialmente. Há um fluxo convectivo do componente A, para e através da membrana. O componente B é também transportado através da membrana pelo mesmo fluxo convectivo. No entanto, a concentração do componente B no permeado é menor do que do componente B na alimentação.

Fluxo convectivo parae através da membrana

Componente A

Componente B

Fluxo difusivo dasuperfície da membranapara a corrente principal

permeado

FIGURA 9-Fluxo convectivo e difusivo perpendicular à superficíe. da membrana.

O componente B se acumula do lado da alimentação (pois a membrana é seletiva, deixa passar mais um soluto do que o outro) sobre a membrana, e sua concentração atinge um valor maior do que da corrente principal, este gradiente de concentração promove um fluxo “recorrente difusivo” do componente B para a corrente principal de alimentação. No estado estacionário, o qual é

alcançado após alguns minutos, as equações abaixo representam os fluxos relevantes (fluxo é um vetor com unidades de vazão por unidade de área) :

(1)

(2)

O perfil de concentração resultante é ilustrado na Figura 10 :Corrente principal

Perfil de velocidade

Perfil de concentração

FIGURA 9-Perfis de velocidade e concentração adjacente à superfície da membrana

Tomando a concentração num ponto qualquer dentro da camada limite de concentração como sendo C, assumindo a densidade como constante e aplicando a equação (2) para o elemento considerado, se obtém:

(3)

D= coeficiente de difusão do soluto

Cp = concentração do soluto no permeado

Integrando de y = 0, em que C = Cm até y = c (contorno da camada limite de concentração), em que C = Cb (concentração na alimentação),obtém-se:

(4)

D/c = coeficiente de transferência de massa, K(medido a fluxo zero)

K= pode ser estimado através de correlações.

Da equação (4) pode-se observar que K pode ser obtido da inclinação de J versus logCb.

Um dos maiores problemas em processos de separação com membranas, cuja força motriz é a diferença de pressão, é a redução do fluxo do permeado com o tempo. A variação típica do fluxo com o tempo e um rápido decréscimo inicial seguido de um longo e gradual declínio. Este fenômeno transiente, normalmente acompanhado por um acréscimo na rejeição do soluto, e que pode durar de alguns minutos até vários dias, é atribuído a uma série de diferentes fenômenos, conhecidos como “fouling”, ou colmatação. A ocorrência da colmatação afeta a performance da membrana, tanto pela deposição de uma camada sobre a superfície da membrana como pelo bloqueio parcial ou total dos poros. Estas mudanças acarretam modificações na distribuição de tamanho dos poros.

A queda de fluxo devido ao “fouling” é diferenciada daquela ocorrida devido ao fenômeno da polarização de concentração pela sua irreversibilidade. Interações físico-químicas entre o material acumulado e a membrana e entre as próprias espécies que constituem este material, são de tal monta que os efeitos de transferência. de massa pela retrodifusão, ou do arraste de partículas face a hidrodinâmica do escoamento, são desprezíveis. A definição do que vem a ser ligação irreversível é relativa, e normalmente se refere a um tipo específico de tratamento utilizado para sua remoção, que por sua vez é função de características como a tensão de cisalhamento do fluido, a atividade superficial e a força iônica do meio.

A extensão do fenômeno de colmatação, ”fouling”, depende fortemente, do tipo de problema de separação em questão. Em particular, na ultra e microfiltração o declínio de fluxo é muito grande, chegando a 5% do valor do fluxo de água pura, já em pervaporação e permeação de gases, o problema se apresenta de uma forma mais branda.

Os maiores modos de “fouling” incluem a adsorção, interações químicas, formação de torta e bloqueio de poros.

Por analogia com a lei de Darcy, de filtração, o fluxo pode ser considerada como sendo controlado por várias resistências em série

(5)

No caso da ultrafiltração, ou mesmo da microfiltração, poderia ser expressa por:

(6)

em que, Rtotal=Rm+Ra+Rp+Rg+Rpc , sendo:

Rm , a resistência intrínseca da membrana;

Ra , a resistência devida à adsorção;

Rp , a resistência devida ao bloqueio de poros;

Rg , a resistência devida à camada gel e

Rpc,a resistência devida ao fenômeno de polarização de concentração.

As resistências acima ainda podem ser agrupadas em três:

Rm , resistência da membrana;

Rn = Ra+ Rp + Rg , resistência devida à colmatação;

Rc = Rpc , resistência devida ao fenômeno da polarização de concentração também chamada de resistência da camada de torta removível

Esta equação torna possível mostrar os diferentes parâmetros que influenciam a performance da filtração. A resistência hidráulica(Rm), é característica da membrana a ser estudada e corresponde à resistência intrínseca da membrana.

A resistência devida à colmatação (Rn), resulta em resistência suplementar à filtração e pode ter muitas causas diferentes. Em função das forças interfaciais de naturezas diversas (forças eletrostásticas, de Van der Walls, de solvatação), e das condições de operação, incluindo aí o pH do meio, que altera a força iônica, e as interações entre macromoléculas, pode ocorrer condições favoráveis à formação de uma camada gel que irá oferecer uma resistência adicional à da polarização de concentração, representada por Rg.

Por outro lado, dependendo do tamanho das espécies presentes, e da morfologia da membrana é possível que ocorra o entupimento de alguns de seus poros, alterando a resistência da membrana. Este aumento de resistência é denotado por Rp.

Finalmente em função das propriedades físico-químicas da membrana e dos solutos, pode ocorrer um processo de adsorção na superfície da membrana e na parede de seus poros. A conseqüência novamente, é um aumento na resistência da membrana. Esta resistência adicional é representada por Ra e, no caso particular de proteínas pode assumir valores bastante altos.

A resistência devida à torta que se forma sobre a superfície da membrana (Rc) é função da concentração e composição da matéria suspensa tanto quanto das condições hidráulicas aplicadas.

De acordo com alguns autores, a resistência desta camada de polarização (Rc) pode ser escrita: Rc= .P, em que o é uma função do sistema de propriedades de transferência de massa.

A equação (6) torna-se, então :

(7)

A equação (7) mostra que o fluxo é proporcional à pressão aplicada (abaixo de um valor limite) e inversamente proporcional à viscosidade dinâmica ( viscosidade dinâmica do permeado que é muito próxima a da água). A viscosidade do lodo é muito maior e influenciará no regime hidráulico dentro da membrana (laminar ou turbulento).

Embora a concentração e composição do lodo a ser filtrado não apareça na equação (7), estes fatores influenciam fortemente vários parâmetros : , Rm , Rn e P. A relação entre o fluxo e a concentração da biomassa tem sido objeto de numerosos, e algumas vezes contraditórios, trabalhos.

A concentração do lodo é provavelmente um dos parâmetros chave no projeto. Ela influencia o fluxo de permeado e a perda de carga (mudanças na viscosidade), e portanto os custos de operação e investimentos em operações com membranas.

De acordo com alguns autores, citados por MANEM (1994), há três tipos de relação entre o fluxo de permeado e a concentração da biomassa : semi-logaritmica, a qual é mais freqüente, linear e a combinação das duas. O principal motivo dessa diversificação é que a “concentração da biomassa” camufla situações que na realidade são muito diferentes e não se pode prever a resposta da membrana.

Outras duas variáveis,(1) a estrutura e composição da camada de polarização e (2) a natureza e concentração de moléculas suscetíveis a serem adsorvidas na superfície da membrana são mais vantajosas para descrever interações lodo/membrana e estimar a performance do processo. Certas condições de operação podem influenciar estes dois parâmetros. Condições hidrodinâmicas, o estado fisiológico da biomassa, e a concentração do lodo através de sua viscosidade serão analisados a seguir.

b- Efeitos da Taxa de Escoamento e da Pressão através da Membrana sobre sua Performance

A equação (7) prediz que o fluxo de permeado é proporcional a TMP(pressão transmembrana) para uma resistência hidráulica muito menor do que a resistência da membrana(Rm e ou Rn). Como a TMP aumenta, a resistência de filtração da torta torna-se predominante e o fluxo então torna-se independente da pressão aplicada. Esta relação é ilustrada na Figura 11.

A pressão critica através da membrana (TMPc) acima da qual o fluxo é independente da TMP, será função da estrutura e da camada de concentração de polarização e das forças cisalhantes aplicadas à superfície. O valor da TMPc aumenta com o aumento da taxa de escoamento, Figura 12, o que pode ser explicado pelo raleamento da camada de polarização causada pela alta turbulência

FIGURA 11 :Evolução de fluxo teórico como função da pressão transmembranica.

FIGURA 12 :Evolução experimental da pressão transmembrana critica como função do fluxo de velocidade para dois diferentes sistemas. Fonte: MANEM(1994)

12-RESÍDUOS SÓLIDOS

12.1-Introdução

As vantagens econômicas da solução adequada para o problema dos resíduos sólidos podem ser encaradas como decorrência da solução dos problemas de ordem sanitária, qual seja, o aumento da vida média efetiva do homem, quer pela redução da mortalidade, quer pela redução de doenças.

Quando os resíduos sólidos são dispostos de maneira inadequada, favorecem a proliferação de ratos que, além de serem transmissores de doenças e de destruírem gêneros alimentícios e utensílios, podem causar incêndios provocados por danos às instalações elétricas.

A solução do problema constitui ganho para a comunidade. Eis, porque projetos e programas são desenvolvidos no sentido da recuperação econômica de materiais recicláveis e orgânicos, encontrados nos resíduos sólidos.

12.2-Resíduos sólidos

DEFINIÇÃO

Segundo a Norma ABNT NBR 10.004/1.987 por resíduos sólidos entende-se os "resíduos nos estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade de origem: industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição todos provenientes dos sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviáveis seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d'água, ou exijam para isto soluções técnicas e economicamente viáveis em face da melhor tecnologia disponível".

Desta ampla definição se conclui que há matérias e substâncias que fogem à denominação mais simples de "lixo", que usamos para nos referir ao que não podemos mais utilizar, não desejamos mais e que queremos descartar.

O acelerado processo de industrialização, aliado a um grande crescimento demográfico e a conseqüente demanda de consumo, tem acarretado um aumento considerável na quantidade e variedade de resíduos sólidos. O aumento excessivo do lixo tornou-se um dos maiores problemas da sociedade moderna. Isso é agravado pela escassez de áreas para o destino final do lixo, pois os resíduos são uma fonte potencial de poluição, mas, podem também constituir uma fonte secundaria de matérias primas.

Fatores que influenciam a produção de lixo:

variações da economia;

aspectos sazonais;

aspectos climáticos;

influências regionais;

migrações;

turismo;

peso dos resíduos em função de seu volume ocupado - kg/m³.

Sua composição varia de comunidade para comunidade, de acordo com os hábitos e costumes da população, número de habitantes do local, poder aquisitivo, variações sazonais, clima, desenvolvimento, nível educacional, variando ainda para a mesma comunidade com as estações do ano.

12.3-Considerações gerais

Os resíduos sólidos são materiais heterogêneos, (inertes, minerais e orgânicos) resultante das atividades humanas e da natureza. De modo geral, os resíduos sólidos são constituídos de substâncias:

Facilmente Degradáveis (FD): restos de comida, sobras de cozinha, folhas, capim, cascas de frutas, animais mortos e excrementos;

Moderadamente Degradáveis (MD): papel, papelão e outros produtos celulósicos;

Dificilmente Degradáveis (DD): trapo, couro, pano, madeira, borracha, cabelo, pena de galinha, osso, plástico;

Não Degradáveis (ND): metal não ferroso, vidro, pedras, cinzas, terra, areia, cerâmica.

12.4-Classificação

1. Por sua natureza física:

Este tipo de classificação é usado, para facilitar a escolha do tipo de embalagem e o tipo de transporte usado na coleta do lixo.

Seco: papeis, plásticos, metais, couros tratados, tecidos, vidros, madeiras, cerâmicas, guardanapos e tolhas de papel, pontas de cigarro. isopor, lâmpadas, parafina, cerâmicas, porcelana, espumas, cortiças.

Molhado: restos de comidas, cascas e bagaços de frutas e verduras, ovos, legumes, alimentos estragados, etc...

2. Por sua composição química:

Orgânico: é composto de pó de café e chá, cabelos, restos de alimentos, cascas e bagaços de frutas e verduras, ovos, legumes, alimentos estragados, ossos, aparas e podas de jardim.

Inorgânico: composto por produtos manufaturados como plásticos, vidros, borrachas, tecidos, metais, alumínio, tecidos, isopor, lâmpadas, velas, parafina, cerâmicas, porcelana, espumas, cortiças, etc.

3. Pela sua origem:

A fonte geradora é o principal elemento para a caracterização dos resíduos sólidos. Os diferentes tipos de lixo podem ser agrupados em classes:

Domiciliar: Aquele originado da vida diária das residências, constituído por restos de alimentos (tais como, cascas de frutas, verduras, etc.), produtos deteriorados, jornais, revistas, garrafas, embalagens em geral, papel higiênico, fraldas descartáveis e uma grande diversidade de outros itens. Pode conter alguns resíduos tóxicos.

Comercial: Aquele originado dos diversos estabelecimentos comerciais e de serviços, tais como, supermercados, estabelecimentos bancários, lojas, bares, restaurantes, etc. O lixo destes estabelecimentos e serviços tem uma quantidade de papel, plásticos, embalagens diversas e resíduos de asseio dos funcionários e usuários, tais como papéis toalha, guardanapos, papel higiênico, etc.

Público e de Serviços de Saúde: Aquele originado dos serviços de limpeza urbana, incluindo todos os resíduos de varrição das vias públicas, limpeza de praias, galerias, córregos, restos de podas de plantas, limpeza de feiras livres, etc.. constituído por restos de vegetais diversos, embalagens etc.

Hospitalar: Descartados por hospitais, farmácias, clínicas veterinárias, (algodão, seringas, agulhas, restos de remédios, luvas, pedaços de corpos, curativos, sangue coagulado, órgãos e tecidos removidos, meios de cultura e animais utilizados em testes, resina sintética, filmes fotográficos de raio X). Em função de suas características merece um cuidado especial em seu acondicionamento, manipulação e disposição final. Deve ser incinerado e os resíduos levados para aterro sanitário.

Resíduos assépticos destes locais, constituídos por papéis, restos da preparação de alimentos, resíduos de limpezas gerais (pós, cinzas, etc.), e outros materiais que não entram em contato direto com pacientes ou com resíduos sépticos anteriormente descritos, são considerados como domiciliares.

Portos, Aeroportos, Terminais Rodoviários e Ferroviários: Constituem resíduos sépticos, ou seja, que contêm ou potencialmente podem conter germes patogênicos. Basicamente originam-se de material de higiene pessoal e restos de alimentos, que podem hospedar doenças de outras cidades, estados e países.

Industrial: Aquele originado nas atividades dos diversos ramos da indústria, tais como, metalúrgica, química, petroquímica, papelaria, alimentícia, etc.

O lixo industrial é bastante variado, podendo ser representado por cinzas, lodos, óleos, resíduos alcalinos ou ácidos, plásticos, papel, madeira, fibras, borracha, metal, escórias, vidros, cerâmicas. Nesta categoria inclui-se grande quantidade de lixo tóxico.

Esse tipo de lixo necessita de tratamento especial pelo seu potencial envenenamento.

Radioativo: São resíduos provenientes da atividade nuclear (resíduos de atividades com urânio, césio, tório, radônio, cobalto). Esses resíduos permanecem em atividades por milhares de anos, e seu tratamento e disposição final obedecerão às exigências definidas pela Comissão Nacional de Energia Nuclear - CNEN

Espacial (lixo cósmico): Pedaços de satélites, foguetes, tanques de combustível, parafusos, ferramentas, luvas perdidas por astronautas, etc.

Agrícola: Resíduos sólidos das atividades agrícolas e pecuárias, como embalagens de adubos, defensivos agrícolas, ração, restos de colheita, etc.

Em várias regiões do mundo estes resíduos já constituem uma preocupação crescente, destacando-se as enormes quantidades de esterco animal geradas nas fazendas de pecuária intensiva. Também as embalagens de agroquímicos diversos, em geral altamente tóxicos, têm sido alvo de legislação específica, definindo os cuidados no seu destino final e, por vezes, co-responsabilizando a própria indústria fabricante desses produtos.

Entulho: Resíduos da construção civil: demolições e restos de obras, solos de escavações. O entulho é geralmente um material inerte, passível de reaproveitamento.

12.5-Características

As características dos resíduos sólidos podem ser físicas, químicas e biológicas e estão relacionadas fundamentalmente à sua composição.

Características Físicas

CARACTERÍSTICA DEFINIÇÃO

Composição Gravimétrica

Traduz o percentual de cada componente em relação ao peso total do lixo. Subsidia estudos de destinação final, principalmente quanto ao reaproveitamento e reciclagem de resíduos.

Peso Específico

Representa o peso dos resíduos em função do volume por eles ocupado nas condições normais em que se apresenta para a coleta, sem sofrer processos de redução. Sua determinação é importante para o dimensionamento de equipamentos e instalações e é um parâmetro determinante do grau de industrialização e dos níveis sócio-econômico e cultural de uma comunidade. Este parâmetro varia inversamente com o padrão de vida da população. Quanto mais desenvolvida for a população, menor é o peso especifico de seu lixo. No Brasil, o peso específico atual é, em média, da ordem de 192 kg/m3.

Produção Per capita

Relaciona a quantidade de lixo gerada diariamente e o número de habitantes de uma determinada região. A quantidade de lixo produzida por pessoa ("per capita") está sujeita aos mesmos fatores que influenciam a composição do lixo. Este é um dado de grande importância no dimensionamento, transporte, tratamento e destinação final do lixo. A produção "per capita" no Brasil varia em torno de 0,6 a 1,2 Kg/(hab./dia), 2º dados do IBGE.

Compressibilidade

Indica a redução de volume que uma massa de lixo pode sofrer, quando submetida a uma determinada pressão. A compressibilidade do lixo situa-se em torno de 1:3 e 1:4 para uma pressão equivalente de 4 kg/cm³. Tais valores são utilizados para o dimensionamento de equipamentos compactadores e auxiliam na estimativa da vida útil dos aterros.

Teor de Umidade

Representa a quantidade de água contida na massa de lixo. importante nos processos de tratamento e destinação final do lixo, e nos sistemas que visam a gerar ou recuperar energia a partir dos resíduos sólidos. A umidade dos resíduos varia muito em função da estação do ano (incidência de chuvas), e atua na velocidade de decomposição dos materiais biodegradáveis presentes na massa do lixo. O teor de umidade médio do lixo no Brasil é da ordem de 30 a 40%.

Características Químicas

CARACTERÍSTICA DEFINIÇÃO

Relação C:N

Indica a degradabilidade e a capacidade dos resíduos em decomposição de se constituírem em composto orgânico bio-estabilizado. É um parâmetro básico no tratamento do lixo, principalmente na compostagem

Poder Calorífico

O poder calorífico representa a capacidade de um material de desprender determinada quantidade de calor quando submetido à queima, sendo expresso em kcal/kg de lixo. É um parâmetro utilizado no dimensionamento de incineradores. Pode ser expresso em termos de poder calorífico superior (PCS) ou poder calorífico inferior (PCI). PCS é a quantidade de calor desprendida por quilo de combustível, para queimar-se por completo, resultando anidrido e água. PCI é a quantidade de calor que se desprende de 1 kg de combustível produzindo gás carbônico e vapor d'água. A diferença entre eles é o calor necessário para vaporizar a água, tanto aquela apresentada pelo material, como a que se forma durante o processo de combustão.

Potencial Hidrogeniônico (H)

Indica o teor de acidez ou alcalinidade. Sua determinação tem fundamental importância na digestão dos resíduos, pois suas variações podem acelerar ou inibir o processo de decomposição em um aterro ou em outros processos de tratamento disposição final.

Característica Biológica

Os resíduos orgânicos contêm nutrientes e umidade que, associados à temperatura ambiente, favorecem o desenvolvimento de várias espécies de micróbios. Advindos do ar, da água e do solo, estes microrganismos presentes no lixo, entre os quais muitos podem ser patogênicos, são os responsáveis pela decomposição da matéria orgânica, sendo portanto fundamentais para a manutenção do ciclo da vida. Os principais microrganismos encontrados nos resíduos sólidos são bactérias, fungos, protozoários, actinomicetos, algas e vírus.

Embora neste caso a inter-relação das populações microbianas não esteja muito bem compreendida, já que o grau de heterogeneidade do lixo é muito grande, o conhecimento de suas características possibilita uma escolha mais adequada dos métodos de tratamento e de disposição final dos resíduos.

Tempo de Sobrevivência (em dias) de Microorganismos Patogênicos nosResíduos Sólidos

Microorganismos Doenças R.S. (dias)

Bactérias – –

Salmonella typhi Febre tifóide 29 – 70

Salmonella Paratyphi F . Paratifóide 29 – 70

Salmonella sp Salmoneloses 29 – 70

Shigella Disenteria bacilar 02 – 07

Coliformes fecais Gastroenterites 35

Leptospira Leptospirose 15 – 43

Mycrobacterium tuberculosis Tuberculose 150 – 180

Vibrio cholerae Cólera 1 – 13*

Vírus – –

Enterovirus Poliomielite (Poliovirus) 20 – 70

Helmintos – –

Ascaris lumbricoides Ascaridías 2.000 – 2.500

Trichuris trichiura Trichiuríase 1800**

Larvas de ancilóstomos Ancilostomose 35**

Outras larvas de vermes – 25 – 40

Protozoários – –

Entamoeba histolytica Amebíase 08 – 12

*FELSENFELD, (1965) em alimentos

**REY, (1976) em laboratório

Fonte: Adaptado de SUBERKROPP (1974) In LIMA (1995).

Enfermidades Relacionadas com os Resíduos Sólidos, Transmitidas por Macro Vetores e Reservatórios

Vetores Forma de transmissão Enfermidades

Rato e

Pulga

Mordida, urina, fezes e picada Leptospirose

Peste bubônica

Tifo murino

Mosca Asas, patas, corpo, fezes e saliva Febre tifóide

Cólera

Amebíase

Disenteria

Giardíase

Ascaridíase

Mosquito Picada Malária

Febre amarela

Dengue

Leishmaniose

Barata Asas, patas, corpo e fezes Febre tifóide

Cólera

Giardíase

Gado e

Porco

Ingestão de carne contaminada Teníase

Cisticercose

Cão e Gato Urina e fezes Toxoplasmose

Fonte: Adaptado de BARROS, 1995

Observação: O próprio homem, o catador, enquadra-se neste grupo.

Aspectos Epidemiológicos

O lixo é um componente importante do perfil epidemiológico de uma comunidade, exercendo influência, ao lado de outros fatores, sobre a incidência das doenças. Do ponto de vista sanitário, não se pode afirmar que o lixo é causa direta de doenças. No entanto, está comprovado o seu papel na transmissão de doenças provocadas por macro e microrganismos que vivem ou são atraídos pelo lixo. Estes organismos encontram abrigo e alimento nos resíduos de natureza biológica, como fezes ou restos de origem vegetal, e podem ser agentes responsáveis por enfermidades transmitidas ao homem e a outros animais.

Os resíduos passam a constituir um problema sanitário de importância quando não recebem os devidos cuidados, podendo servir como foco de transmissão de várias doenças para o homem, ocorrendo por via direta ou indireta:

Direta: Ocorre através de microrganismos patogênicos (bactérias, vírus, protozoários, vermes) que, alcançando os resíduos podem sobreviver ali por algum tempo. Em geral, atinge as pessoas que manipulam esses resíduos, podendo ocorrer a incidência de doenças epidérmicas, intestinais ou respiratórias.

Indireta: Alcança uma população maior e pode ocorrer através de um dos seguintes mecanismos:

Agentes físicos – é o caso do lixo acumulado às margens de curso d’água ou de canais de drenagem e em encostas, provocando o seu assoreamento e deslizamentos.

Agentes químicos – a poluição atmosférica causada pela queima de lixo a céu aberto, a poluição do solo e a contaminação de lençóis d’água por substâncias químicas presentes na massa de resíduos;

Agentes biológicos – o lixo mal acondicionado ou depositado em local inadequado constitui um foco de proliferação de vetores transmissores de doenças. Um dos grandes problemas é a proliferação de insetos e roedores, transmissores de doenças, os quais encontram nos resíduos as condições adequadas de abrigo, alimentação e reprodução.

12.6-Resíduos sólidos urbanos (rsu)

É o nome que recebe uma classe de lixos que é produzida pelos utilizadores finais ou quase finais dos bens de consumo. Apesar do nome “urbanos”, esses resíduos não são hoje em dia praticamente um exclusivo das populações urbanas, pois que os padrões de consumo das populações rurais tendem a urbanizar-se.

12.7-Coleta e disposição final do lixo

Acondicionamento Correto do Lixo

O lixo é tratado e disposto em locais afastados do seu ponto de geração. O envio do lixo a essas áreas (aterro sanitário, ou similar) envolve uma fase interna (dentro das residências) e outra externa (aterro sanitário).

A primeira, sob responsabilidade do gerador (residência, estabelecimento comercial, etc...), compreende coleta interna, acondicionamento e armazenamento.

A fase externa abrange os chamados serviços de limpeza (de responsabilidade das administrações municipais).

Na etapa que precede a coleta externa, os resíduos devem ser colocados em locais e recipientes adequados para serem confinados, evitando:

Acidentes (lixo infectante);

Proliferação de insetos (moscas, ratos e baratas) e animais indesejáveis e perigosos;

Impacto visual e olfativo;

Heterogeneidade (no caso de haver coleta seletiva).

A forma de acondicionamento do lixo é determinada por sua:

Quantidade;

Composição;

Movimentação (tipo de coleta, freqüência).

Os recipientes devem ser estanques, resistentes e compatíveis com o equipamento de transporte.

Formas de acondicionamento

Pequenos volumes (sacos plásticos)

Cestos coletores de calçada;

Recipientes basculantes;

Recipientes basculantes em carrinhos;

Tambores.

Grandes volumes Contêineres

Coleta do LixoNos municípios brasileiros, a prática da coleta regular unificada é utilizada para os resíduos

domiciliares e comerciais.

Os diversos tipos de serviços de coleta de resíduos sólidos são classificados da seguinte forma:

coleta domiciliar, compreende a coleta dos resíduos sólidos domiciliares e

estabelecimentos comerciais;

coleta de feiras livres, praias, calçadas e estabelecimentos públicos;

coleta de resíduos de serviços de saúde;

a coleta especial contempla os resíduos não recolhidos pela coleta regular;

a coleta seletiva visa recolher os resíduos segregados na fonte. Esse tipo de coleta

está relacionado com a reciclagem e executado por um plano específico;

a coleta dos estabelecimentos industriais, deve ser diferenciada da regular e especial.

Sob o ponto de vista sanitário, a eficiência da coleta, reduz os perigos decorrentes de mau acondicionamento na fonte. O sistema de coleta deve ser bem organizado a fim de produzir o maior rendimento possível e servir, pela sua pontualidade, de estímulo e exemplo para que a comunidade colabore.

Sob o aspecto econômico, o planejamento e a organização de um bom sistema de coleta são fundamentais, uma vez que esta fase corresponde de 50 a 80%, e às vezes mais, do custo das operações de limpeza, nos centros urbanos.

De um modo geral a coleta e transporte devem garantir os seguintes requisitos:

a universalidade do serviço prestado;

regularidade da coleta (periodicidade, frequência e horário).

- Periodicidade: os resíduos sólidos devem ser recolhidos em períodos regulares. A irregularidade faz com que a coleta deixe de ter sentido sob o ponto de vista sanitário e passe a desestimular a dona de casa;

- Freqüência: é o intervalo entre uma coleta e a seguinte, e deve ser o mais curto possível. Em nosso clima, aconselha-se coleta diária, sendo aceitável fazê-la em dias alternados;

- Horário: a coleta noturna parece ser a que mais apresenta rendimento deste serviço, além de corresponder ao aspecto sanitário, pois a decomposição ainda não atingiu seu máximo estágio.

Disposição FinalInfelizmente, a maioria das cidades brasileiras não adota soluções corretas para o destino

final do lixo, sendo comum a disposição dos resíduos a céu aberto, com muitos inconvenientes: desfiguração da paisagem, maus odores, desvalorização de áreas, proliferação de insetos e roedores transmissores de doenças, catação não adequada, poluição do solo, da água e do ar. 

O lixo é coletado pelas prefeituras, ou por uma companhia particular e levado a um depósito, juntamente com o lixo de outras residências da área. Lá pode haver uma certa seleção - sobras de metal, por exemplo, são separadas e reaproveitadas. O resto do lixo é enterrado em aterros apropriados. Além dos aterros sanitários existem outros processos na destinação do lixo, como, por exemplo, as usinas de compostagem, os incineradores e a reciclagem.

12.8-Aterros

Os aterros podem ser classificados de acordo com o tipo de disposição final utilizada, como segue:

Aterro comum ou lixão: é uma forma inadequada de disposição final de resíduos sólidos, que se caracteriza pela simples descarga sobre o solo, sem medidas de proteção ao meio ambiente ou à saúde pública. Os resíduos assim lançados acarretam problemas à saúde pública, como proliferação de vetores de doenças (moscas, mosquitos, baratas, ratos, etc.), geração de maus odores e, principalmente, a poluição do solo e das águas superficiais e subterrâneas através do chorume, comprometendo os recursos hídricos. Acrescenta-se a esta situação o total descontrole quanto aos tipos de resíduos recebidos nestes locais, verificando-se até mesmo a disposição de dejetos originados dos serviços de saúde e das indústrias. Comumente ainda se associam aos lixões fatos altamente indesejáveis, como a criação e pastagem de animais e a existência de catadores (os quais muitas vezes, residem no próprio local).

Aterro controlado: é uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo, sem causar danos ou riscos à saúde pública e a sua segurança, minimizando os impactos ambientais. Este método utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos, cobrindo-os com uma camada de material inerte na conclusão de cada jornada de trabalho. Esta forma de disposição produz, em geral, poluição localizada, pois similarmente ao aterro sanitário, a extensão da área de disposição é minimizada. Porém, geralmente não dispõe de impermeabilização de base (comprometendo a qualidade das águas subterrâneas), nem sistemas de tratamento de chorume ou de dispersão dos gases gerados. Este método é preferível ao lixão, mas, devido aos problemas ambientais que causa e aos seus custos de operação, a qualidade é inferior ao aterro sanitário.

Aterros Sanitários: Segundo a norma ABNT NBR 8.419/1.984, aterro sanitário é "uma técnica de disposição de resíduos sólidos urbanos no solo, sem causar danos à saúde e à sua segurança, minimizando impactos ambientais, método este que utiliza princípios de engenharia para confinar os resíduos sólidos à menor área possível e reduzi-los ao menor volume permissível, cobrindo-os com uma camada de terra na conclusão de cada jornada de trabalho, ou a intervalos menores, se for necessário".

Na fase de operação, realiza-se uma impermeabilização do local, de modo a minimizar riscos de poluição, e a proveniência dos resíduos é devidamente controlada. O biogás é extraído e as águas lixiviantes são tratadas. A deposição faz-se por células que uma vez preenchidas são devidamente seladas e tapadas. A cobertura dos resíduos faz-se diariamente. Uma vez esgotado o tempo de vida útil do aterro, este é selado, efetuando-se o recobrimento da massa de resíduos com uma camada de terras com 1,0 a 1,5 metro de espessura. Posteriormente, a área pode ser utilizada para ocupações "leves" (zonas verdes, campos de jogos, etc.).

O aterro sanitário é um processo de eliminação de resíduos sólidos bastante utilizado. Uma vez depositados, os resíduos sólidos se degradam naturalmente por via biológica até à mineralização da matéria biodegradável, em condições fundamentalmente anaeróbias.

O aterro sanitário é uma obra de engenharia que deve ser orientada por quatro objetivos:

diminuição dos riscos de poluição provocados por cheiros, fogos, insetos

utilização futura do terreno disponível, através de uma boa compactação e cobertura

minimização dos problemas de poluição da água, provocados por lixiviação

controle da emissão de gases (liberados durante os processos de degradação) 

Esse processo tem as seguintes vantagens e desvantagens:

VANTAGENS DESVANTAGENS

Processo de baixo custo Longa imobilização do terreno

Recuperação de áreas degradadas Necessidade de grandes áreas

Flexibilidade de operação Necessidade de material de cobertura

Não requer pessoal altamente especializado Dependência das condições climáticas

Capacidade de absorver grandes quantidades de lixo

Desvalorização das áreas

Possibilidade de aproveitamento da energia contida nos gases gerados pela decomposição da matéria orgânica

Necessidade de drenagem e de tratamento dos percolados (gases e líquidos)

Controle das condições de proliferação de vetores

Limitação da ação de catadores

Um aterro sanitário é um reator biológico em evolução, que produz:

resíduos gasosos: resultam das reações de fermentação aeróbia (desenvolvidos na superfície) e anaeróbia (nas camadas mais profundas); CO2, metano, vapor d´água, O2, N2, ácido sulfúrico e sulfuretos

resíduos sólidos: resíduos mineralizados

resíduos líquidos: águas lexiviadas que dependem de:

teor em água dos resíduos

isolamento dos sistemas de drenagem

clima (temperatura, pluviosidade, evaporação)

permeabilidade do substrato geológico

grau de compactação dos resíduos

idade dos resíduos

Os lixiviados tem elevada concentração de matéria orgânica, de azoto e de materiais tóxicos, pelo que deve ser feita a sua recolha e tratamento, de modo a impedir a sua infiltração no solo, contaminando águas subterrâneas com metais pesados e outras substâncias danosas à saúde.

Procedimento de execução de aterro sanitário

ELEMENTO FORMA DE EXECUÇÃO

Célula

- O lixo é descarregado dos caminhões e espalhado, empurrado de baixo para cima, sendo distribuído e compactado contra um talude ou célula anterior;- o talude deve ter inclinação de 1:1 ou 1:2;- a compactação deverá ser feita em camadas não muito espessas (30 cm), com 3 a 5 passagens do trator de esteiras sobre o material;- a altura da célula deve ser de 2 a 3 (ou 4) m para que a decomposição do lixo aterrado ocorra em melhores condições.

Recobrimento

- lança-se uma camada do material de cobertura solto (normalmente argila), com uns 15 a 30 cm, e compacta-se, fechando a célula ao final de cada jornada de trabalho, com caimento para evitar empoçamento; - a camada de cobertura final deve ter de 60cm a 1 m, recoberta com camada de terra fértil.

Principais métodos de execução de aterros sanitários

Método Característica Aplicabilidade

Procedimento para Execução

Trincheira

- são escavadas trincheiras com largura entre 6 e 40 m, profundidade de 2 a 4 m, espaçadas de 1m- material escavado é utilizado como recobrimento, nas vias de acesso ou vai para bota-fora- caminhão de coleta descarrega dentro da trincheira, sendo o lixo compactado por trator fazendo rampa de 30 graus

- áreas planas ou levemente inclinadas, onde um nível alto do lençol freático não seja problema.

Rampa (escavação

progressiva)

- a rampa é escavada no próprio solo (2 m acima do lençol), onde o lixo espalhado é compactado em várias camadas inclinadas, até 3 ou 4 m de altura- na parte oposta, material de cobertura é escorado, formando células.

- áreas planas e secas, com boa disponibilidade de material de cobertura.

Área

- trator espalha e compacta o lixo na superfície natural do terreno- "scraper" lança material de cobertura no fim da jornada, com inclinação suave- necessidade de rebaixamento do lençol, construção de diques, bombeamento da água existente, de importe de material de cobertura.

- áreas baixas e úmidas (não se pode fazer trincheiras)

Tipos de aterros com relação aos terrenos onde se encontram

Tipos de Aterros

Tipos de terrenos Características

acima do terreno

terrenos acidentadoslixo descarregado e compactado junto à base do desnível já existente, formando células sucessivamente

terrenos planoscriam-se desníveis com os próprios resíduos, a célula inicial substituindo desníveis naturais

abaixo do terreno

Escavações já existentes(jazidas de minérios)

maiores riscos de contaminação dos mananciais subterrâneos

escavações especiais(trincheiras)

alto custo, problemas com lençol freático.

De acordo com a Pesquisa Nacional de Saneamento Básico - PNSB - 1989, realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE - e editada em 1991, a disposição final de lixo nos municípios brasileiros assim se divide:

76% em lixões;

13% em aterros controlados e 10% em aterros sanitários;

1% passam por tratamento (compostagem, reciclagem e incineração).

12.9-Reciclagem

Hoje em dia é consensualmente aceito o conceito que a solução ideal do problema dos resíduos sólidos é aquela que permite a máxima redução da quantidade de resíduos na fonte geradora. Quando esta geração não puder ser evitada os resíduos deverão ser reciclados via reutilização ou recuperação de tal modo que, o que vá de fato para uma disposição final, usualmente em aterros sanitários, seja o mínimo possível.

A reciclagem aparece como uma maneira de reintroduzir no sistema uma parte da matéria (e da energia), que se tornaria lixo. Assim desviados, os resíduos são coletados, separados e processados para serem usados como matéria-prima na manufatura de bens, feitos anteriormente com matéria prima virgem, assim aliviando o comprometimento dos recursos naturais.

Na Europa, já existe legislação responsabilizando os fabricantes pela coleta e destinação final dos resíduos que seu segmento produza. É o caminho para cobrar responsabilidades, evitar os enormes depósitos de lixo e sucata e forçar investimentos no estudo de tecnologias de reutilização.

Também é importante que a população aprenda a respeitar o meio ambiente, evitando jogar lixo nas ruas, no mato e nas águas. Já existem muitas experiências de reutilização de resíduos sólidos. A reciclagem economiza energia e poupa recursos naturais, reduzindo os impactos ambientais.

Benefícios da reciclagem:

- Preservar os recursos naturais;

- Diminuir a poluição do ar e das águas;

- Diminuir a quantidade de resíduos a serem aterrados;

- Gera emprego através da criação de usinas de reciclagem;

- Estimula a concorrência, uma vez que produtos gerados a partir dos reciclados são comercializados em paralelo àqueles gerados a partir de matérias-primas virgens;

Para compreendermos a reciclagem, é importante "reciclarmos" o conceito que temos de lixo, deixando de enxergá-lo como uma coisa suja e inútil em sua totalidade. O primeiro passo é perceber que o lixo é fonte de riqueza e que para ser reciclado deve ser separado. Ele pode ser separado de diversas maneiras, sendo a mais simples separar o lixo orgânico do inorgânico (lixo molhado/ lixo seco).

Todas as atividades de reciclagem são precedidas pela separação dos diferentes tipos de materiais recicláveis do lixo, o que pode ser realizado na própria fonte geradora ou nos locais de disposição final (usinas e aterros sanitários). Estas formas de separação orientam os procedimentos geralmente empregados pelas prefeituras na implantação de programas de reciclagem, dos quais fazem parte as atividades de coleta seletiva e a instalação de usinas de reciclagem (e compostagem).

As usinas de reciclagem operam como centros de triagem de materiais posteriormente recicláveis que chegam misturados como lixo. Na usina o material é selecionado, armazenado e comercializado. Este procedimento reduz o potencial de reaproveitamento dos materiais recicláveis, quando comparado a uma coleta seletiva na fonte.

Coleta Seletiva

A coleta seletiva constitui-se no processo de valorização dos resíduos, em que estes são selecionados e classificados na própria fonte geradora, visando seu reaproveitamento e reintrodução no ciclo produtivo. A prática da coleta seletiva reveste-se de forte conteúdo comunitário, qualquer que seja a abrangência do projeto (bairro, condomínio, estabelecimento de serviços ou comercial). Seu potencial transformador é recomendo no exercício cotidiano de solidariedade entre os indivíduos. É na educação e adesão da população que reside seu principal trunfo. A coleta seletiva não é a panacéia para os males ambientais da sociedade contemporânea. O seu exercício, porém, representa efetiva contribuição para a melhoria ambiental e a afirmação da cidadania.

As operações de coleta seletiva mais utilizadas são:

coleta porta-a-porta: neste caso, os materiais selecionados para reutilização, reaproveitamento ou reciclagem são coletados diretamente nos domicílios pelo poder público, por sucateiros ou empresas responsáveis. Requer uma infra-estrutura com equipamentos e veículos coletores apropriados, cujos custos operacionais são bastante significativos;

postos (ou locais) de entrega voluntária (PEV): o cidadão dirige-se aos locais definidos e equipados com recipientes para receber o lixo reciclável. A distância máxima entre um PEV e a residência não deve ser muito superior a 100 m.

Um dos princípios básicos da coleta seletiva é o conceito dos "Rs":

reduzir (minimizar): consiste em diminuir a quantidade de lixo produzido, combatendo o supérfluo, o desperdício, o consumismo e custos. Hoje em dia as coisas são feitas para durarem pouco, ou seja, virar lixo mais rápido.

reutilizar: consiste na introdução de um material recuperado num outro ciclo de produção diferente daquele de onde provém;

reempregar: consiste em dar um novo emprego, no estado em que se encontra, a um produto ou material recuperado para um uso análogo a seu primeiro emprego;

reciclar: por definição, é toda operação de gestão de dejetos tendo por finalidade recuperar energia ou matérias-primas secundárias, ou a utilização de resíduos e de dejetos bem como a introdução de matérias já utilizadas nos ciclos econômicos de produção.

As técnicas de minimização objetivam reduzir o volume de resíduos, facilitando desse modo seu manuseio e barateando os procedimentos de tratamento e de disposição final, notadamente quando se trata de resíduos perigosos. A minimização começa com um entendimento e posterior ajuste do processo, que pode envolver atividades de caráter organizacional e técnico.

A primeira estratégia de minimização é a redução na fonte, que se consegue através de modificações dentro do processo por alterações de matérias-primas, de tecnologia e por mudanças de procedimento ou de práticas operacionais. A segunda estratégia é a reciclagem propriamente dita.

RESOLUÇÃO CONAMA No 275 DE 25 DE ABRIL 2001

PADRÃO DE CORES

   AZUL  papel/papelão

   VERMELHO  plástico

   VERDE  vidro

   AMARELO  metal

   PRETO  madeira

   LARANJA  resíduos perigosos

   BRANCO  resíduos ambulatoriais e de serviços de saúde

   ROXO  resíduos radioativos

   MARROM  resíduos orgânicos

   CINZA resíduo geral não reciclável ou misturado, ou contaminado não passível de  separação

12.10-Você sabe quanto tempo a natureza leva para absorver os produtos

abaixo?

A natureza digere cada tipo de poluente num determinado tempo. Enquanto alguns poluentes são rapidamente degradados, outros podem sujar o ambiente por muitos séculos. Veja, a seguir o tempo de degradação de alguns materiais e formas de evitar a poluição do ambiente.

TEMPO X DECOMPOSIÇÃO

Materiais Tempo de degradação Solução Adequada

Aço (latas) 10 anos Reciclar

Alumínio 200 a 500 anos Reciclar

Borracha indeterminado Reciclar

Cerâmica indeterminado Usar em aterros

Chicletes 5 anos Evitar o consumo

Cordas de Nylon 30 anos Incinerar*

Esponjas indeterminado Incinerar*

Filtros de cigarro 5 anos Incinerar*

Isopor indeterminado Evitar o consumo e reutilizar

Louças indeterminado Usar em aterros

Madeira Mais de 6 meses Reutilizar

Madeira pintada 13 anos Reutilizar

Materiais Tempo de degradação Solução Adequada

Metais (componentes de equipamentos) Cerca de 450 anos Reciclar

Metais (latas de cerveja e refrigerantes) 100 anos Reciclar

Papel 3 a 6 meses Reciclar

Pilhas 100 a 500 anos Aterro para resíduos tóxicos

Plásticos (embalagens, equipamentos) Até 450 anos Reutilizar ou incinerar*

Plásticos (embalagens PET) Mais de 100 anos Reutilizar e reciclar

Pneus indeterminado Reutilizar ou destruir

Restos orgânicos 2 a 12 mesesUsar para compostagem

Tecidos de algodão 1 a 5 meses Reutilizar

Tetrapark (embalagens de leite) Mais de 100 anos Reciclar

Vidros indeterminado Reciclar

* A incineração deve ser feita em fornos com filtros adequados.

Reciclagem de Papel

A reciclagem do papel é tão importante quanto sua fabricação. A matéria prima para a fabricação do papel já está escassa, mesmo com políticas de reflorestamento e com uma maior conscientização da sociedade em geral. Com o uso dos computadores, muitos cientistas sociais acreditavam que o uso de papel diminuiria, principalmente na indústria e nos escritórios, mas isso não ocorreu e o consumo de papel nas duas últimas décadas do século XX foi recorde.

O papel é composto basicamente de fibras celulósicas, sendo estas comumente provenientes da madeira (árvores), entre as mais utilizadas estão as do eucaliptos e pinus. Os papeis podem ser classificados de acordo com a sua utilização, sendo: cartões, cartolinas, embalagens, embalagens tetra pack, escrever, especiais, impressão e sanitários.

A diferenciação entre os diversos tipos de papeis, leva em consideração não somente de qual matéria prima eles provém mas para qual finalidade serão utilizados. Nesta diferenciação também podem ser consideradas quanto e qual o tipo de aditivo foi utilizado para confeccionar determinado tipo de papel, os mais comuns são as colas, filmes plásticos ou metálicos, parafinas, pigmentos químicos, silicone, etc. Existe também um outro fator que deve ser levado em consideração a "gramatura" do papel, onde estabeleceu-se uma relação entre o peso e área: peso(gramas)/área(m2).

O processo de reciclagem do papel consiste na reutilização da fibra celulósica para a produção de novos papéis, sendo que esta pode ser reutilizada até 7(sete) vezes. Na fabricação de uma tonelada de papel, a partir de papel usado, o consumo de água é muitas vezes menor e o consumo de energia é cerca da metade. Economizam-se 2,5 barris de petróleo, 98 mil litros de água e 2.500 kw/h de energia elétrica com1 tonelada de papel reciclado.

Papel reciclável x Papel não-reciclável

Reciclável Não-reciclável

Caixa de papelão Papel sanitário

Jornal Copos descartáveis

Revista Papel carbono

Impressos em geral Fotografias

Fotocópias Fitas adesivas

Rascunhos Etiquetas adesivas

Envelopes Papel vegetal

Papel timbrado Papel engordurado

Embalagens longa-vida *

Cartões

Papel de fax

* papel + plástico + alumínio

Vantagens de Reciclar Papel

Redução dos custos das matérias-primas:— a pasta de aparas é mais barata que a celulose de primeira.

Economia de Recursos Naturais

Madeira — Uma tonelada de aparas pode substituir de 2 a 4 m3 de madeira, conforme o tipo de papel a ser fabricado, o que se traduz em uma nova vida útil para de 15 a 30 árvores.

Água — Na fabricação de uma tonelada de papel reciclado são necessários apenas 2.000 litros de água, ao passo que, no processo tradicional, este volume pode chegar a 100.000 litros por tonelada.

Energia — Em média, economiza-se metade da energia, podendo-se chegar a 80% de economia quando se comparam papéis reciclados simples com papéis virgens feitos com pasta de refinador.

Redução da Poluição — Teoricamente, as fábricas recicladoras podem funcionar sem impactos ambientais, pois a fase crítica de produção de celulose já foi feita anteriormente. Porém as indústrias brasileiras, sendo de pequeno porte e competindo com grandes indústrias, às vezes subsidiadas, não fazem muitos investimentos em controle ambiental.

Criação de Empregos: estima-se que, ao reciclar papéis, sejam criados cinco vezes mais empregos do que na produção do papel de celulose virgem e dez vezes mais empregos do que na coleta e destinação final de lixo.

Redução da "conta do lixo": o Brasil, no entanto, só recicla 30% do seu consumo de papéis, papelões e cartões.

O papel reciclado pode ser aplicado em caixas de papelão, sacolas, embalagens para ovos, bandejas para frutas, papel higiênico, cadernos e livros, material de escritório, envelopes, papel para impressão, entre outros usos.

Reciclagem do Vidro

O vidro é uma mistura de 58% de areia, 19% de barrilha, 17% de calcário, 6% de feldspato e aditivos que, derretidos a cerca de 1.550°C, formam uma massa semi-líquida que dá origem a embalagens ou a vidros planos. Boa parte dessas matérias primas é importada ou provém de jazidas em franco esgotamento.

Na reciclagem do vidro, o caco funciona como matéria-prima já balanceada, podendo substituir o feldspato que tem função fundente, pois o caco precisa de menos temperatura para fundir. A economia de energia é a principal vantagem do processo, em termos econômicos, pois reflete na durabilidade dos fornos.

Dentre os materiais passíveis de reciclagem apenas o vidro é 100% reciclável ou seja é totalmente reaproveitável, porém a contaminação por resíduos inerentes ao processo prejudicam a sua reciclagem. O caco de vidro provém de duas fontes a reciclagem (externa) e do processo de fabricação (interna).

O Brasil, no entanto, só recicla 14,2% do vidro que consome, o restante ficando em algum lugar na natureza por tempo indeterminado.

Classificação de sucatas de vidro

Recicláveis Não-recicláveis

Garrafas de bebida alcoólica e não alcoólica (refrigerantes, cerveja, suco, água, vinho, etc)

Espelhos, vidros de janela e box de banheiro, lâmpadas, cristal

Frascos em geral (molhos, condimentos, remédios, perfumes e produtos de limpeza)

Ampolas de remédios, formas, travessas e utensílios de mesa de vidro temperado

Potes de produtos alimentícios Vidros de automóveis

Cacos de embalagens Tubos de televisão e válvulas

Fonte: ABIVIDRO

Os cacos de vidro são conduzidos para a indústria de vidro que irá utilizá-los como matéria-prima na fabricação de novas embalagens de vidro. O material é fundido em fornos de altas temperaturas junto à matéria-prima virgem (calcário, barrilha, feldspato, entre outros). O vidro reutilizado (ex.: embalagens) é enviado para novo envase de produtos na indústria.

Reciclagem do Pl á stico

Hoje existem cerca de 40 famílias de plásticos diferentes, classificados em 2 grupos: termoplásticos e termorrígidos. Apenas os termoplásticos são recicláveis. As principais resinas são:

Polietileno Tereftalato (PET) - utilizado em garrafas descartáveis de refrigerantes, retornáveis, fibras sintéticas.

Polietileno de alta densidade (PEAD) - utilizado na confecção de engradados para bebidas, baldes, garrafas para álcool, garrafas para produtos químicos domésticos, líquidos e gás, tanques de combustível, filmes , etc.

Cloreto de polivinila (PVC) - utilizado em tubos e conexões para água, encapamentos de cabos elétreicos, garrafas para água mineral e para detergentes liquidos, lonas, calçados, esquadrias e revestimentos, equipamentos médico-cirúrgicos, etc.

Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) - Utilizado nas embalagens de alimentos, sacos industriais, sacos para lixo,  lonas agrícolas, filmes, etc.

Polipropileno (PP) - Utilizado em embalagens para massas e biscoitos, potes para margarina, seringas descartáveis, equipamentos médico-cirúrgicos, fibras c fios têxteis, utilidades domésticas, auto-peças, etc.

Poliestíreno (PS) - Utilizado na fabricação de aparelhos de som e TV, copos descartáveis para àgua e cafè, embalagens alimentícias, revestimento interno de geladeira

*Fonte: PLASTIVIDA (identificação dos plásticos)

A reciclagem começou nas fábricas, quando a apara do processo retornou à linha de produção, como no caso do papel. De tanto reciclar um mesmo plástico ele perde suas características e, portanto, uma certa preferência do consumidor por produtos de primeira linha.

O lixo brasileiro contém de 5 a 10% de plásticos, conforme o local. São materiais que, como o vidro, ocupam um considerável espaço no meio ambiente. O ideal: serem recuperados e reciclados. Plásticos são derivados do petróleo, produto importado (60% do total no Brasil). A reciclagem do plástico exige cerca de 10% da energia utilizada no processo primário.

Do total de plásticos produzidos no Brasil, só reciclamos 15%. Um dos empecilhos é a grande variedade de tipos de plásticos. Uma das alternativas seria definir um tipo específico de plástico para ser coletado.

Os plásticos recicláveis são: potes de todos os tipos, sacos de supermercados, embalagens para alimentos, vasilhas, recipientes e artigos domésticos, tubulações e garrafas de PET, que convertida em grânulos é usada para a fabricação de cordas, fios de costura, cerdas de vasouras e escovas.

Os não recicláveis são: cabos de panela, botões de rádio, pratos, canetas, bijuterias, espuma, embalagens a vácuo, fraldas descartáveis.

A reciclagem de plásticos tem dupla vantagem: primeiramente, reduz o volume final dos resíduos e, depois, a recuperação dos resíduos e sua reutilização assegura a economia de matérias primas e de energia. Isso pode ser entendido como uma alternativa para as oscilações do mercado abastecedor e também como preservação dos recursos naturais, o que podendo reduzir, inclusive, os custos das matérias primas.

O plástico reciclado tem infinitas aplicações, tanto nos mercados tradicionais das resinas virgens, quanto em novos mercados. O plástico reciclado pode ser utilizado para fabricação de:

- garrafas e frascos, exceto para contato direto com alimentos e fármacos;

- baldes, cabides, pentes e outros artefatos produzidos pelo processo de injeção;

- "madeira - plástica";

- cerdas, vassouras, escovas e outros produtos que sejam produzidos com fibras;

- sacolas e outros tipos de filmes;

- painéis para a construção civil.

Processos De Reciclagem De Plástico

1 Reciclagem Química

A reciclagem química re-processa plásticos, transformando-os em petroquímicos básicos que servem como matéria-prima em refinarias ou centrais petroquímicas. Seu objetivo é a recuperação dos componentes químicos individuais para reutilizá-los como produtos químicos ou para a produção de novos plásticos.

Os novos processos desenvolvidos de reciclagem química permitem a reciclagem de misturas de plásticos diferentes, com aceitação de determinado grau de contaminantes como, por exemplo, tintas, papéis, entre outros materiais.

Entre os processos de reciclagem química existentes, destacam-se:

Hidrogenação: As cadeias são quebradas mediante o tratamento com hidrogênio e calor, gerando produtos capazes de serem processados em refinarias.

Gaseificação: Os plásticos são aquecidos com ar ou oxigênio, gerando-se gás de síntese contendo monóxido de carbono e hidrogênio.

Quimólise: Consiste na quebra parcial ou total dos plásticos em monômeros na presença de Glicol/Metanol e água.

Pirólise: É a quebra das moléculas pela ação do calor na ausência de oxigênio. Este processo gera frações de hidrocarbonetos capazes de serem processados em refinaria.

2 Reciclagem Mecânica

A reciclagem mecânica consiste na conversão dos descartes plásticos pós-industriais ou pós-consumo em grânulos que podem ser reutilizados na produção de outros produtos, como sacos de lixo, solados, pisos, conduítes, mangueiras, componentes de automóveis, fibras, embalagens não-alimentícias e outros.

Este tipo de processo passa pelas seguintes etapas:

Separação: separação em uma esteira dos diferentes tipos de plásticos, de acordo com a identificação ou com o aspecto visual. Nesta etapa são separados também rótulos de diferentes materiais, tampas de garrafas e produtos compostos por mais de um tipo de plástico, embalagens metalizadas, grampos, etc. Por ser uma etapa geralmente manual, a eficiência depende diretamente da prática das pessoas que executam essa tarefa.

Moagem: Após separados os diferentes tipos de plásticos, estes são moídos e fragmentados em pequenas partes.

Lavagem: Após triturado, o plástico passa por uma etapa de lavagem com água para a retirada dos contaminantes. É necessário que a água de lavagem receba um tratamento para a sua reutilização ou emissão como efluente.

Aglutinação: Além de completar a secagem, o material é compactado, reduzindo-se assim o volume que será enviado à extrusora. O atrito dos fragmentos contra a parede do equipamento rotativo provoca elevação da temperatura, levando à formação de uma massa plástica. O aglutinador também é utilizado para incorporação de aditivos, como cargas, pigmentos e lubrificantes.

Extrusão: A extrusora funde e torna a massa plástica homogênea. Na saída da extrusora, encontra-se o cabeçote, do qual sai um "espaguete" contínuo, que é resfriado com água. Em seguida, o "espaguete" é picotado em um granulador e transformando em pellet (grãos plásticos).

3 Reciclagem Energética

É a recuperação da energia contida nos plásticos através de processos térmicos. A reciclagem energética distingue-se da incineração por utilizar os resíduos plásticos como combustível na geração de energia elétrica. Já a simples incineração não reaproveita a energia dos materiais. A energia contida em 1 kg de plástico é equivalente à contida em 1 kg de óleo combustível. Além da economia e da recuperação de energia, com a reciclagem ocorre ainda uma redução de 70 a 90% da massa do material, restando apenas um resíduo inerte esterilizado.

Reciclagem de Metal

Os metais são materiais de grande durabilidade, com características próprias como a resistência mecânica e facilidade de conformação, sendo muito utilizados em equipamentos, estruturas e embalagens em geral. Dentre os metais mais utilizados destacamos o ferro, aço e o alumínio. Os metais podem ser classificados em dois tipos:

ferrosos : ferro e aço;

não ferrosos : alumínio, latão, cobre, estanho, cromo, chumbo, ouro, prata, platina, etc.

A diferenciação entre os diversos tipos de metais leva em consideração o tipo de minério de que foi extraído e suas características físico-químicas, mecânicas, finalidade, as suas diversas combinações e especiais e ou técnicas. Na sua fabricação podemos identificar dois processos:

primário: obtido através da redução do minério ao estado metálico usando como redutor o carvão;

secundário: obtido através da fusão de metais já utilizados, sucata.

Geralmente os metais ferrosos são direcionados para as usinas de fundição, onde a sucata é colocada em fornos elétricos ou a oxigênio, aquecidos a 1.550 graus centígrados. Após atingir o ponto de fusão e chegar ao estado líquido, o material é moldado em tarugos e placas metálicas, que serão cortados na forma de chapas de aço. A sucata demora somente um dia para ser reprocessada e transformada novamente em laminas de aço usadas por vários setores industriais - das montadoras de automóveis às fábricas de latinhas em conserva.

O alumínio também é encaminhado para a fundição, obedecendo parâmetros específicos de processamento. O alumínio reciclado está presente na indústria de autopeças, na fabricação de novas embalagens, entre outros.

Reciclagem de Alumínio

No Brasil, a reciclagem de latas de alumínio envolve mais de 2.000 empresas de sucata, de fundição secundária de metais, transportes e crescentes parcelas da população, representando todas as camadas sociais - dos catadores até classes mais altas.

Na reciclagem do alumínio, a economia de energia é de 95% em relação ao processo primário, economizando a extração de 5 toneladas de bauxita (matéria prima para se fabricar o

alumínio) por tonelada reciclada, sem contar toda a lama vermelha (resíduo da mineração) que é evitada.

As latas coletadas são recicladas e transformadas em novas latas, com grande economia de matéria-prima e energia elétrica.

A reciclabilidade é um dos atributos mais importantes do alumínio. Qualquer produto produzido infinitas vezes, sem perder suas qualidades no processo de reaproveitamento, ao contrário de outros materiais. O exemplo mais comum é o da lata de alumínio para bebidas, cuja sucata transforma-se novamente em lata após a coleta e refusão, sem que haja limites para seu retorno ao ciclo de produção. Esta característica possibilita uma combinação única de vantagens para o alumínio, destacando-se, além da proteção ambiental e economia de energia, o papel multiplicador na cadeia econômica.

A reciclagem de alumínio é feita tanto a partir de sobras do próprio processo de produção, como de sucata gerada por produtos com vida útil esgotada.

Benefícios da Reciclagem de Alumínio

Econômicos e Sociais Ambientais

assegura renda em áreas carentes, constituindo fonte permanente de ocupação e remuneração para mão-de-obra não qualificada

injeta recursos nas economias locais, através da criação de empregados, recolhimento de impostos e desenvolvimento do mercado

estimula outros negócios, por gerar novas atividades produtivas (máquinas e equipamentos especiais).

favorece o desenvolvimento da consciência ambiental, promovendo um comportamento responsável em relação ao meio ambiente, por parte das empresas e dos cidadãos

incentiva a reciclagem de outros materiais, multiplicando ações em virtude do interesse que desperta por seu maior valor agregado

reduz o volume de lixo gerado, contribuindo para a solução da questão do tratamento de resíduos resultantes do consumo.

Reciclagem de Aço

A lata de aço é a melhor embalagem inventada pelo homem. Dispensa conservantes no envasamento de alimentos e acondiciona bebidas, tintas, produtos químicos e aerossóis. De personalidade marcante, valoriza roupas e acessórios de vestuário, relógios, charutos, CD, perfumes e uma infinidade de outros artigos de consumo que não dispensam elegância.

Cada tonelada de aço reciclado representa uma economia de 1.140 kg de minério de ferro, 154 kg de carvão e 18 kg de cal. A reciclagem do aço é tão antiga quanto a própria história da utilização do metal. A lata que você joga no lixo pode voltar infinitas vezes à sua casa, em forma de tesoura, maçaneta, arame, automóvel ou uma nova lata. A ferrugem (oxidação) que vai consumindo a lata posta em contato com a natureza é o que faz do aço o único material de embalagem degradável num prazo médio de 3 anos.

O aço se funde à temperatura de 1.300 graus centígrados e assume um novo formato sem perder nenhuma de suas características: dureza, resistência e versatilidade. Ele é infinitamente

reciclado. Reutilizar a lata de aço é outra forma de economizar energia, matéria-prima e tratamento do lixo.

Conheça algumas verdades e mentiras do aço:

MENTIRAS

Os alimentos enlatados são os que mais contêm conservantes

Alimentos enlatados, na grande maioria, são cozidos dentro das próprias embalagens. O processo é moderno e utiliza altas temperaturas, que destroem totalmente os microorganismos. Por isso, os enlatados dispensam a adição de conservantes.

O tétano é causado por latas enferrujadas

O tétano é causado por um microorganismo que pode estar presente em todo o tipo de material: vidro, plástico, papel, aço, alumínio. Um corte profundo causado por qualquer objeto contaminado pode causar a doença.

As latas amassadas comprometem a qualidade do produto envasado

As latas são revestidas por vernizes protetores elásticos que resistem a deformações. Na fixação da tampa, o produto sofre uma deformação de 180 graus, sem que isso comprometa a sua qualidade.

As latas de aço agridem o meio ambiente

A lata de aço, quando acidentalmente jogada no meio ambiente, enferruja, tornando-se óxido de ferro e voltando à natureza na forma original do minério.

A tampa abra-fácil das latas de aço é perigosa

A lata abre-fácil é tão perigosa quanto uma faca de cozinha ou qualquer outro utensílio cortante. Basta seguir as instruções do fabricante para garantir um manuseio seguro.

VERDADES

A luz pode estragar os alimentos

Reações químicas provocadas pela luz (como fotossíntese, por exemplo) alteram e podem estragar os alimentos. Muitos alimentos contidos nas embalagens transparentes exigem a adição de conservantes.

As latas de aço são recicláveis e efetivamente reciclados

Usadas como embalagens de tintas, aerossóis ou alimentos - entre outros produtos - as latas de aço podem ser reccladas infinitas vezes. Atualmente, cerca de 35% das latas de aço fabricadas no Brasil são recicladas.

Reciclar a lata de aço é economizar energia

A cada 75 latas de aço recicladas, salva-se uma árvore que, sem isso, estaria sendo transformada em carvão vegetal. A cada 100 latas recicladas, poupa-se o equivalente a uma lâmpada de 60 w acesa por uma hora.

VERDADES

Os alimentos enlatados preservam o seu valor nutritivo

O cozimento dos alimentos enlatados pode ser rápido, porque se processa sob altas temperaturas: isso conserva os nutrientes, ao contrário do que ocorre nos processos de cozimento lento, sob temperaturas menos elevadas.

A lata confere maior proteção a produtos embalados

Latas de aço protegem o seu conteúdo da luz, microorganismos, insetos e predadores (ratos). Na manipulação dos produtos - transporte, armazenagem e manuseio - o material resiste a choques, quedas e empilhamento (abuso mecânico)

As latas ajudam no desenvolvimento econômico

Latas de aço são armazéns portáteis, capazes de evitar a deterioração de produtos agrícolas. São fabricadas por empresas genuinamente nacionais e utilizam matérias-primas provenientes do nosso solo (minério de ferro). Além disso, geram empregos e movimentam um amplo setor da economia.

Reciclagem de Pneus

A utilização dos pneus de borracha trouxe consigo a problemática do impacto ambiental, uma vez que a maior parte dos pneus descartados está abandonado em locais inadequados, causando grandes transtornos para a saúde e a qualidade de vidas humanas.

Segundo organizações internacionais, a produção de pneus novos está estimada em cerca de 2 milhões por dia em todo o mundo. Já o descarte de pneus velhos chega a atingir, anualmente, a marca de quase 800 milhões de unidades. Só no Brasil são produzidos cerca de 40 milhões de pneus por ano e quase metade dessa produção é descartada nesse período.

Os pneus são constituídos por uma estrutura complexa, tendo na sua composição diversos tipos de materiais, como:

borracha,

aço,

tecido de náilon ou poliéster.

Estes componentes conferem as características necessárias ao seu desempenho e segurança.

Atualmente os pneus usados são descartados ou destinados ao reuso ou a reciclagem. Os descartados geralmente são dispostos inadequadamente, ou seja, são jogados em córregos ou depositados em locais sem um controle de impacto ambiental, o reuso dos pneus pode ser dado de duas maneiras:

a utilização da banda como uma espécie de mola em sofás;

a recapagem: adiciona-se novas camadas de borracha nos pneus velhos, aumentando, desta forma, a vida útil do pneu em 100% e proporcionando uma economia de cerca de 80% de energia e matéria-prima em relação à produção de pneus novos.

Os pneus que não tiveram as destinações citadas anteriormente, podem, passar por um processo de reciclagem.

A reciclagem dos pneus é muito dispendiosa, pois eles são feitos de material vulcanizado. O processo de separação desses materiais constitui-se por:

trituração em pedaços de granulometria elevada,

trituração com granulometria inferior até que se obtenha pó borracha.

O aço é retirado do processo através de eletroimã e os tecidos ficam depositados nas peneiras.

O pó de borracha tem várias utilizações, pode substituir os polímeros que fazem parte da composição do asfalto, tapetes, pisos, amortecedores, mantas, cobrir áreas de lazer e quadras esportivas, fabricar tapetes para automóveis; passadeiras; saltos e solados de sapatos; colas e adesivos; câmaras de ar; rodos domésticos; tiras para indústrias de estofados; buchas para eixos de caminhões e ônibus, entre outros produtos.

Apesar de ter um vasto campo o de utilização o pó de borracha, ainda é inviável economicamente, pois o processo de separação é muito caro.

Os pneus também podem ter uma outra utilização, como combustíveis em caldeiras, porém existe um grande inconveniente na queima da borracha, são exalados gases tóxicos com grandes concentrações de enxofre e de amônia. Este tipo de utilização não é o mais indicado, pois os filtros têm um elevado custo tanto na implantação como na manutenção, tornando-se assim um processo danoso ao meio ambiente, o que pode levar a precipitação de chuvas ácidas.

O aterramento dos pneus inteiros é um procedimento inadequado de disposição final, pois pode provocar o escorregamento dos aterros sanitários. Em países do primeiro mundo, a disposição mais utilizada é aterrar, porém os pneus são triturados antes que sejam dispostos em aterro.

Visando diminuir o passivo ambiental dos pneus inservíveis no país, o Conama - Conselho Nacional do Meio Ambiente publicou a Resolução N o 258, de 26 de Agosto de 1999 , que trata da destinação final, de forma ambientalmente adequada e segura, dispondo sobre a reciclagem, prazos de coleta, e impõe que as empresas fabricantes e produtoras façam a coleta e dêem uma destinação final ambientalmente adequada aos resíduos, empreendendo metas progressivas para que o setor a cumpra num prazo relativamente grande.

Reciclagem de Entulho

São considerados entulhos todos aqueles materiais provenientes dos restos de construção como concretos, tijolos, argamassas, aço, madeiras, etc. Os entulhos podem ser classificados de acordo com a seu tipo e origem, onde:

fragmentos de elementos pré-moldados como telhas, tijolos, cerâmicas, azulejos, blocos e lajes.

restos de argamassa, concreto, vigas e ou materiais provenientes de demolições.

Basicamente todos os materiais encontrados no entulho podem ser reciclados, porém a sua pré-separação determina qual tipo de subproduto obteremos. Para amenizar a falta de homogeneização entre os lotes de entulho, faz-se necessária a triagem onde serão retirados os metais e restos de madeira, para que estes não influenciem na qualidade do produto final. Poderemos obter os seguintes sub-produtos com a reciclagem do entulho:

areia;

brita nº1;

brita nº2;

brita nº3;

ferro;

madeira.

A granulometria e a procedência do entulho determinarão a qualidade e a aplicação dos sub-produtos, estes poderão ser utilizados como aditivo em construções, onde a especificação técnica do projeto permita a sua utilização, como pavimentos, calçamentos, contra pisos, etc. Os de granulometria superior poderão substituir a pedra britada na construção de vias e ou como corretor de solos arenosos e ou pantanosos, e ainda como lastro em lagos e represas.

Outros Materiais

Madeira

Pode ser reaproveitada para construção de objetos menores, usada como matéria-prima para compensados ou queimada como combustível.

Rejeitos agroalimentares

Os principais rejeitos agroalimentares são os despejos da criação e abate de animais e pescados, usinas de cana-de-açúcar, destilarias, cervejarias, usinas de leite, descartes na seleção de frutas e legumes e serrarias.

Todos os rejeitos orgânicos podem ser reaproveitados como alimento, ração animal ou adubo orgânico. No entanto, esse cuidado ainda é pouco valorizado pela humanidade. Com isso, grande quantidade de lixo é produzida e descartada de forma inadequada. O Brasil é um dos países que mais desperdiça alimentos no mundo, desde a colheita até a cozinha.

Isopor

Esse produto é realmente um grande problema ambiental. É produzido a partir de um derivado do petróleo, o benzeno, que é cancerígeno. O benzeno por sua vez, é convertido em estireno e este finalmente é injetado com gases que lhe dão a consistência de espuma. Os gases mais comumente usados são os CFC's.

O isopor leva em média 500 anos para se decompor em ambiente natural. Por isso é importante que as pessoas se conscientizem e lutem para a eliminação dessas substâncias.

Recentemente um grupo de pesquisa da UNICAMP desenvolveu uma bioespuma produzida a partir de óleo de mamona, cana-de-açúcar e amido de milho que se decompõe em 2 anos e meio. Mas enquanto essa bioespuma não entra no mercado devemos estar atentos.

Conclusão sobre a Reciclagem

A reciclagem é, indiscutivelmente, a melhor solução para o problema que representa a maior parte dos nossos resíduos domésticos. E contudo, não é uma "panacéia para todos os males". Também absorve energia e gera resíduos. Inevitavelmente, deixa de fora uma série de materiais não recicláveis cujo único destino possível é o aterro sanitário ou a incineração. Por isso deve ser

acompanhada de outras medidas como a reutilização e uma perspectiva crítica face ao modelo de consumo.

12.11-Compostagem

A compostagem é o processo de reciclagem da matéria orgânica que propicia um destino útil para os resíduos orgânicos, evitando sua acumulação em aterros e melhorando a estrutura dos solos. Esse processo permite dar um destino aos resíduos orgânicos domésticos, como restos de comidas e resíduos do jardim.

A compostagem é largamente utilizada em jardins e hortas, como adubo orgânico devolvendo à terra os nutrientes de que necessita, aumentando sua capacidade de retenção de água, permitindo o controle de erosão e evitando o uso de fertilizantes sintéticos. Quanto maior a variedade de matérias existentes em uma compostagem, maior vai ser a variedade de microorganismos atuantes no solo.

Entre as vantagens da compostagem podemos destacar:

economia de espaço físico em aterro sanitário;

reaproveitamento agrícola da matéria orgânica produzida;

reciclagem dos nutrientes contidos no solo;

eliminação de patogênicos ambientalmente seguro.

Os materiais mais utilizados na compostagem são:

Cinzas: As cinzas de madeira provenientes de lareiras ou de fogão a lenha são uma ótima fonte de potássio para os horticultores orgânicos, pois a utilizam na prevenção de pragas. As cinzas das cascas de banana, limão, pepino e cacau possuem alto teor de fósforo e potássio. As cinzas de madeira podem ser acrescentadas às pilhas de compostagem, mas perdem muito de seu valor se ficarem expostas ao excesso de chuva, pois o potássio lixivia facilmente.

Penas: As penas de galinha, peru e outras aves são muito ricas em nitrogênio, podendo ser aproveitadas e acrescentadas às compostagens.

Lixo doméstico: Praticamente todo o lixo orgânico de cozinha é um excelente material para decomposição. Em uma composteira devemos evitar despejar gordura animal, pois esta tem uma difícil degradação. Restos de carnes também devem ser evitados porque costumam atrair animais, vermes e moscas além de causar mal cheiro.

Aparas de grama: As aparas de grama são matéria orgânica muito rica em nutrientes. Nas pilhas de compostagem são ótimos isolantes térmicos e ajudam a manter as moscas afastadas.

Rocha moída e conchas: Rochas e conchas possuem muitos minerais necessários para o crescimento das plantas. Ostras moídas, conchas de bivalvos e de lagostas podem ter o mesmo efeito de rocha moída e substituir o calcário.

Feno ou palha: Estes em uma compostagem necessitam de uma grande quantidade de nitrogênio para se decompor. Então recomenda-se que se utilize pequenas quantidades de feno e palhas frescos.

Podas de arbustos e cerca viva: São volumosos e difíceis de serem degradados. Acrescentados na compostagem deixam a pilha volumosa e com fácil penetração de ar.

Resíduos de cervejaria: Este tipo de resíduo enriquece o composto, mas costumam ser bastante úmidos, não necessitando de irrigação freqüente.

Folhas: As folhas parcialmente apodrecidas são muito semelhantes ao húmus puro. Para mais fácil decomposição das folhas em uma pilha de compostagem, recomenda-se que misture as folhas com esterco.

Resíduos de couro: Pó de couro é muito rico em nitrogênio e fósforo, pode ser abundante e barato.

Jornais: Há algumas controvérsias de se colocar jornais na pilha de composto. Os jornais são uma grande fonte de carbono na sua compostagem, desde que se utilize em pequenas quantidades.

Turfa: Em termos de nutrientes a turfa não acrescenta nada na compostagem, mas pode absorver toda a umidade existente.

Acículas de pinheiro: São consideradas um bom melhorador da textura do composto. Apesar de se tornar levemente ácida na pilha, outros materiais irão neutralizar os efeitos ácidos.

Serragem: Apresenta degradação extremamente lenta. A melhor maneira é alternar a serragem com o esterco.

Algas marinhas: São ótimas como fonte de potássio, se degradam facilmente e podem ser misturadas com qualquer outro material volumoso, como a palha. Também são muito ricas em outros nutrientes, como o boro, iodo, cálcio, magnésio entre outros.

Ervas daninhas: É ótima como matéria orgânica para o solo, mas deve-se acrescentar muito esterco ou outro material rico em nitrogênio, para que as altas temperaturas não permitam que as sementes germinem, assim evitando trabalhos futuros e o desperdício deste resíduo.

Classificação dos Processos de Compostagem

Tipos Características

Quanto à biologia

aeróbiofermentação na presença de ar; alta temperatura da massa em decomposição;desprendimento de CO2 e vapor d'água

anaeróbiofermentação na ausência de ar; baixa temperatura da massa em decomposição;desprendimento de gases (CH4, H2S)

misto

combinação dos dois anteriores. O2 presente inicialmente no meio permite aerobiose; à medida que é consumido, desenvolve-se o processo anaeróbio

Quanto à temperatura

criofílicobaixa temperatura de digestão: próxima ou inferior à temperatura ambiente

mesofílico 40° C < T < 55° C: quanto maior a população de microrganismos, maior a temperatura. Transformação de matéria orgânica em ácidos inorgânicos, redução de pH

termofílico

55° C < T < 70° C (proporcional à intensidade da atividade microbiológica e a determinadas condições de ecótomo), reduz condições de sobrevivência de formas vegetativas patogênicas (algumas bastante termo-resistentes)

Quanto ao Ambiente

aberto a céu aberto (pátio de maturação)

fechadoem dispositivos especiais: digestores, bioestabilizadores, torres, células. Fácil controle

Quanto ao Processamento

estático/naturalrevolvimento esporádico da massa em fermentação

dinâmico/acelerado

massa em digestão revolvida continuamente, favorecendo aeração, atividade e controle biológico

Existem inúmeros tipos de sistemas de compostagem. De modo geral, estes processos encontram-se basicamente concentrados em duas formas: sistemas nos quais a compostagem ocorre dentro de um reator (que pode ser mecânico) e sistemas abertos nos quais o processo de compostagem ocorre em leiras.

a) Método natural onde a fração orgânica do lixo é levada para um pátio e disposta em leiras. A aeração é feita por revolvimentos periódicos para o desenvolvimento do processo de decomposição biológica, este processo tem um tempo estimado que pode variar de três a quatro meses;

b) Método acelerado onde a aeração é forçada por tubulações perfuradas, sobre as quais se colocam as leiras, ou em reatores dentro dos quais são colocados os resíduos, avançando no sentido contrário ao da corrente de ar. O ar é injetado sobre pressão, este processo pode variar de dois a três meses.

As etapas constituintes de uma estação de compostagem do lixo são:

1 - recepção/estocagem (com capacidade mínima de 3 dias de produção): realizada em pátios, áreas, dispositivos especiais (fossas com esteiras ou caçambas, tremonhas);

2 - triagem manual (com operários ao longo de esteiras de catação) ou mecânica (com eletro-ímãs, peneiras rotativas ou vibratórias, ciclones, aspiradores - de alto custo), para separar os rejeitos do material a ser compostado;

3 - trituração: moinhos de martelo, de bela, desintegradores de faca ou lâmina, para diminuir o tamanho das partículas, aumentando sua área superficial;

4 - homogeneização e fermentação, processos que acontecem em leiras ou montes (sujeitos à influência de chuva e de temperatura) ou em dispositivos especiais, mais aceleradas, caso em que é possível um controle mais rígido do processo. Esta fase de digestão aeróbia dura de 2 a 8 dias, a temperatura varia entre 55 e 70° C e a umidade entre 40 e 60% e podendo ser recomendadas adição de lodo de esgoto (inóculo) ou aeração da massa em fermentação;

5 - cura: dá-se no pátio de maturação, onde a matéria é digerida até atingir humificação. Nos processos aeróbios, esta fase data entre 60 e 120 dias; nos processes anaeróbios, dura mais de 180 dias.

O grau de decomposição ou de degradação do material submetido ao processo de compostagem é acompanhado levando-se em consideração três fatores: cor, umidade e odor. A cor inicial tem um tom marrom e a final é preta, no início do processo a umidade é elevada e o odor é ocre passando para o de terra mofada no final do processo.

Existem alguns fatores que devem ser observados durante o processo de compostagem da fração orgânica:

Aeração: é necessária para que a atividade biológica entre em ação, possibilitando a decomposição da matéria orgânica de forma mais rápida.

Temperatura: o processo se inicia à temperatura ambiente, mas com passar do tempo e à medida que a ação microbiana se intensifica a temperatura se eleva, podendo atingir valores acima de 60 ° Celsius, esta fase do processo é chamada de termófila e é importante para a eliminação dos micróbios patogênicos e sementes de ervas daninhas.           Depois que a temperatura atinge este pico inicializa-se um processo de abaixamento da temperatura chegando à temperaturas próximas de 30 ° Celsius, é nesta fase em que ocorre a bioestabilização da matéria orgânica.

Umidade: ou teor de umidade dos resíduos depende da granulometria da fração orgânica, bem como da porosidade e grau de compactação da mesma. Para que haja uma compostagem satisfatória a umidade não deve exceder o máximo de 50% em peso, durante o processo. Se houver um aumento da umidade a atividade biológica será reduzida, por outro lado se for muito elevada à geração biológica será prejudicada, ocorrendo anaerobiose. Sob estas condições forma-se o chorume, que é um liquido negro, de odor ocre. Se o local onde está sendo feita a compostagem for descoberto, o material estará sujeito às ações da chuva, o que aumentará em demasiado a produção de chorume.

Granulometria: é um fator que deve ser levado em consideração para que se inicie o processo de compostagem da fração orgânica. As partículas podem atingir valores máximos por volta

de 5,0 a 1, 2 cm de diâmetro. Para que a fração orgânica atingir esses valores, deverão ser utilizadas peneiras.

Características Faixa de Variação

granulometria (mm) 0.1 - 2.0

temperatura (exposto ao ar) 3 a 5 ºC acima da temperatura ambiente

umidade <35% (*)

densidade (Kg/m3) 150 - 350

odor tolerável, de terra mofada

pH 7.6 - 8.0

coloração cinza escuro, negra

(*) teores muito elevados de umidade provocam decomposição anaeróbia, odores, e oneram o transporte

O composto apresenta como vantagens:

a retenção de umidade do solo, aumentando a permeabilidade e a porosidade, e melhorado a aeração e drenagem;

a prevenção de erosão e de lixiviação do nitrogênio orgânico;

a melhoria das propriedades biológicas do solo, aperfeiçoa a microestrutura e aumenta sua agregação (é agente cimentante);

o fornecimento de macronutrientes (N,P,K), de alimentos-traço, de micronutrientes (Fe, Zn, Cu);

a melhoria da consistência (solo menos denso, mais friável, menos plástico e pegajoso);

o aumento da capacidade de troca iônica (200 - 400 equivalentes mg/100g de matéria seca);

o aumento da ação quelatante dos metais (captura de micronutrientes disponível no solo);

o aumento do poder de tamponamento do solo.

12.12-Resíduos industriais

É importante distinguir os resíduos sólidos industriais por apresentarem características especiais de acondicionamento, coleta, transporte, tratamento e disposição final dos demais tipos de resíduos.

As decisões técnicas e econômicas tomadas em todas as etapas do tratamento deste tipo de

resíduos deverão estar de acordo com a classificação dos mesmos.Após a devida classificação

deve-se tomar as medidas especiais de proteção necessárias em todas as etapas.

A classificação dos resíduos industriais é feita em função de suas propriedades físicas, químicas ou infecto-contagiosas, e com base na identificação da presença de contaminantes em sua massa. É imprescindível uma análise do processo industrial para a identificação de substâncias presentes e de suas características.

A Norma NBR 10004 - "Resíduos Sólidos - Classificação", classifica os resíduos quanto aos seus riscos potenciais ao meio ambiente e à saúde pública,indicando quais resíduos devem ter manuseio e destinação mais rigidamente controlados.

Além da NBR 10.004, as normas NBR 10.005 Lixiviação de Resíduos - Procedimento, NBR 10.006 Solubilização de Resíduos - Procedimento, NBR 10.007 Amostragem de Resíduos Procedimento também são utilizadas para a padronização desta classificação. Para auxiliar a classificação de um resíduo em uma das classes citadas, deve-se consultar as listagens de resíduos e de substâncias com padrões de concentração de poluentes, anexas à NBR 10.004.

Segundo a NBR 10.004,os resíduos são classificados como:

Classe 1 - Resíduos Perigosos: são aqueles que apresentam riscos à saúde pública e ao meio ambiente, exigindo tratamento e disposição especiais em função de suas características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxicidade e patogenicidade.

Classe 2 - Resíduos Não-inertes: são os resíduos que não apresentam periculosidade, porém não são inertes; podem ter propriedades tais como: combustibilidade, biodegradabilidade ou solubilidade em água. São basicamente os resíduos com as características do lixo doméstico.

Classe 3 - Resíduos Inertes: são aqueles que, ao serem submetidos aos testes de solubilização (NBR-10.007 da ABNT), não têm nenhum de seus constituintes solubilizados em concentrações superiores aos padrões de potabilidade da água. Isto significa que a água permanecerá potável quando em contato com o resíduo. Muitos destes resíduos são recicláveis. Estes resíduos não se degradam ou não se decompõem quando dispostos no solo (se degradam muito lentamente).

Origem Possíveis Classes Responsável

Domiciliar 2 Prefeitura

Comercial 2, 3 Prefeitura

Industrial 1, 2, 3 Gerador do resíduo

Público 2, 3 Prefeitura

Serviços de saúde 1, 2, 3 Gerador do resíduo

Portos, aeroportos e terminais ferroviários

1, 2, 3 Gerador do resíduo

Agrícola 1, 2, 3 Gerador do resíduo

Entulho 3 Gerador do resíduo

Tratamento de Resíduos IndustriaisDefine-se tratamento de resíduos, segundo a CETESB (1985), como qualquer processo que

altere suas características, composição ou propriedades de maneira a tornar mais aceitável sua disposição final.

Os tipos de tratamento mais freqüentemente utilizados para resíduos sólidos são os seguintes:

- Secagem e desidratação de lodos;

- Landfarming (fazendas de lodos);

- Aterros de Resíduos;

- Compostagem;

- Incineração;

- Solidificação/estabilização.

Solidificação/estabilização: são processos de tratamento designados para melhorara as características físicas dos resíduos, diminuir a área da superfície ou limitar a solubilidade dos constituintes perigosos. A solidificação é a parte do processo na qual materiais são acondicionados ao resíduo para produzir um sólido. Pode ou não ter um laço entre o contaminante e o aditivo. A estabilização se refere ao processo pelo qual o detrito é convertido para uma forma mais estável quimicamente. O termo inclui a solidificação, mas também inclui o uso de uma reação química para transformar o componente tóxico em um novo componente ou substância não tóxica.

Os métodos de S/E se dividem em sete tipos diferentes:

- Técnicas baseadas em termoplásticos;

- Técnicas que utilizam polímeros orgânicos;

- Técnicas de auto-solidificação;

- Técnicas de vitrificação;

- Técnicas de encapsulamento;

- Técnicas baseadas em materiais pozolânicos e

- Técnicas baseada em cimento.

12.13-Resíduos hospitalares

Introdução

Os Resíduos Sólidos Hospitalares ou como é mais comumente denominado "lixo hospitalar", sempre constituiu-se um problema bastante sério para os Administradores Hospitalares, devido principalmente a falta de informações a seu respeito, gerando mitos e fantasias entre funcionários, pacientes, familiares e principalmente a comunidade vizinha as edificações hospitalares e aos aterros sanitários. A atividade hospitalar é por si só uma fantástica geradora de resíduos, inerente a diversidade de atividades que desenvolvem-se dentro destas empresas.

O desconhecimento e a falta de informações sobre o assunto faz com que, em muitos casos, os resíduos, ou sejam ignorados, ou recebam um tratamento com excesso de cuidado, onerando ainda mais os já combalidos recursos das instituições hospitalares. Não raro lhe são atribuídas a culpa por casos de infecção hospitalar e outros tantos males.

Contaminação

O maior problema é o chamado “lixo infectante - classe A”, que representa um grande risco de contaminação, além de poluir o meio ambiente. A maior parte dos estabelecimentos não faz a separação deste material, que acaba indo para os aterros junto com o lixo normal ou para a fossa.

Outro problema é o chamado “lixo perigoso - classe B”, cuja destinação final, atualmente, fica sob responsabilidade dos hospitais.

O material recolhido nos hospitais, acondicionado segundo normas que variam em função do grau de periculosidade dos produtos, geralmente é levado a um aterro próprio.

Já o "lixo classe C" dos hospitais – também devidamente separado - fica sujeito ao mesmo sistema de recolhimento do restante da cidade, indo parte para reciclagem e parte para a coleta normal, que inclui apenas o material orgânico destinado ao aterro sanitário.

Separação do Lixo

Segundo as normas sanitárias, o lixo hospitalar deve ser rigorosamente seperado e cada classe deve ter um tipo de coleta e destinação. De acordo com as normas, devem ser separadas conforme um sistema de classificação que inclui os resíduos infectantes - lixo classe A, como restos de material de laboratório, seringas, agulhas, hemoderivados, entre outros, perigosos - classe B, que são os produtos quimioterápicos, radioativos e medicamentos com validade vencida - e o lixo classe C, o mesmo produzido nas residências, que pode ser subdividido em material orgânico e reciclável.

Lixos Infectantes

Resíduos do grupo A (apresentam risco devido à presença de agentes biológicos):

- Sangue hemoderivados

- Excreções, secreções e líquidos orgânicos

- Meios de cultura

- Tecidos, órgãos, fetos e peças anatômicas

- Filtros de gases aspirados de áreas contaminadas

- Resíduos advindos de área de isolamento -Resíduos alimentares de área de isolamento - - Resíduos de laboratório de análises clínicas -Resíduos de unidade de atendimento ambiental

- Resíduos de sanitário de unidades de internação

- Objetos perfurocortantes provenientes de estabelecimentos prestadores de serviços de saúde. Os estabelecimentos deverão ter um responsável técnico, devidamente registrado em conselho profissional, para o gerenciamento de seus resíduos.

Processos de Destino

*Incineração: a incineração do lixo hospitalar é um típico exemplo de excesso de cuidados, trata-se da queima do lixo infectante transformando-o em cinzas, uma atitude politicamente incorreta devido aos subprodutos lançados na atmosfera como dioxinas e metais pesados.

*Auto-Clave: esteriliza o lixo infectante, mas por ser muito caro não é muito utilizado. Como alternativa, o lixo infectante pode ser colocado em valas assépticas, mas o espaço para todo o lixo produzido ainda é um problema em muitas cidades.

Torna-se importante destacar os muitos casos de acidentes com funcionários, envolvendo perfurações com agulhas, lâminas de bisturi e outros materiais denominados perfuro-cortantes. O

desconhecimento faz com que o chamado "lixo hospitalar", cresça e amedronte os colaboradores e clientes das instituições de saúde.  

Lixos Não-Infectantes

- Especiais

Radioativos: compostos por materiais diversos, expostos à radiação; resíduos farmacêuticos, como medicamentos vencidos e contaminados; e resíduos químicos perigosos (tóxicos, corrosivos, inflamáveis, mercúrio).

- Comuns

Lixo administrativo, limpeza de jardins e pátios, resto de preparo de alimentos, estes não poderão ser encaminhados para alimentação de animais.

12.14-Resíduos tóxicos

São considerados resíduos tóxicos as pilhas, baterias, tintas e solventes, remédios vencidos, lâmpadas fluorescentes, inseticidas, embalagens de agrotóxicos e produtos químicos, as substâncias não biodegradáveis estão presentes nos plásticos, produtos de limpeza, em pesticidas e produtos eletroeletrônicos, e na radioatividade desprendida pelo urânio e outros metais atômicos, como o césio, utilizados em usinas, armas nucleares e equipamentos médicos. O cádmio, níquel, mercúrio e chumbo são os principais contaminantes. A separação adequada desses materiais é muito importante para evitar a contaminação do solo e dos lençóis freáticos. As pessoas devem tomar alguns cuidados básicos para embalar este tipo de resíduo: acondicionar em sacos plásticos bem fechados, guardá-los em local arejado e protegido do sol, das crianças e dos animais. Os materiais que podem ser reciclados são encaminhados a Centrais de Tratamento específicas. Os medicamentos vencidos, restos de tinta e verniz, e embalagens de inseticidas, que ainda não podem ser reciclados, ficam armazenados no aterro industrial em condições adequadas, para evitar a contaminação do meio ambiente. Esses resíduos são tratados por meio de encapsulamento.

12.15-Rejeitos nucleares

O lixo radioativo é certamente o que provoca mais polêmica. Ele é uma das grandes preocupações dos movimentos ambientalistas em todo o planeta. O lixo radioativo vem dos laboratórios de pesquisa e centros de tratamento em medicina nuclear (15%) ou das usinas de energia nuclear (85%).

Alguns elementos radioativos desintegram-se instantaneamente, outros têm uma meia-vida (termo técnico para o tempo de atividade radioativa de determinado elemento) que pode chegar a milhares de anos.

Nas centrais nucleares, o rejeito nuclear pode ser o próprio urânio usado (retirado dos reatores quando sua atividade já não produz a energia necessária) ou componentes de equipamentos (tubos, materiais de desmonte e outros materiais) contaminados. Os rejeitos tecnológicos e os utilizados em aplicação médica têm vida curta e fraca atividade radioativa. Entretanto, o combustível

das usinas representa um duplo perigo. Ele tem vida longa e alta atividade radioativa. O combustível nuclear utilizado pode ser tratado, mas ainda assim sobram resíduos.

A solução mais adequada, hoje, para os rejeitos radioativos de vida longa seria esfriá-los na superfície durante 10 anos e enterrá-los a grande profundidade em camadas geológicas adequadas (sal, argila, granito, xisto), sem circulação de água subterrânea e sem riscos de terremotos. Essa solução, no entanto, é muito cara. E ninguém quer, em sua vizinhança, um lixo perigoso que durará milhares de anos.

12.16-Pilhas e baterias

As pilhas e baterias são sistemas, que através de reações químicas produzem energia elétrica. Elas podem ser classificadas por letras para se identificar quais são os reagentes. Existe um outro tipo de classificação:

primária, onde as reações químicas são irreversíveis;

secundárias, quando as reações químicas são reversíveis, ou seja, as quando as pilhas e baterias são recarregáveis.

As pilhas de zinco e carvão foram as primeiras a serem comercializadas. As substâncias químicas mais encontradas nas pilhas e baterias são: chumbo, níquel, mercúrio, cádmio, lítio, manganês, prata.

Esses produtos contém altos níveis de metais pesados, por isso é proibido descartá-los diretamente na natureza. Eles devem ser recolhidos pelos fabricantes através de suas redes de venda e assistência técnica. É o que estabelece a resolução CONAMA no 257 de 30/06/99.

A reciclagem das pilhas e baterias faz-se necessária, devido a todos os seus componentes serem grandes agressores do meio ambiente, ou seja, se elas não tiveram uma destinação adequada poderão poluir o meio ambiente.

Atualmente existe uma mobilização mundial no intuito de, minimizar a produção de pilhas e baterias com estas substâncias. Através de novas tecnologias, vem se buscando a diminuição do teor dessas substâncias nas suas composições.

As baterias automotivas são as mais recicladas, pois o chumbo contido nelas é 100% reciclável, bem como o plástico, porém os processos são ainda muito rudimentares e não existe um controle ambiental apropriado, o que acarreta muitas vezes na disposição inadequada dos resíduos gerados desse processo.

LÂMPADAS FLUORESCENTES

Produto muito usado, que contém mercúrio (25 mg por unidade). O limite tolerado pelo homem é de apenas 40 mg. Ao contrário das pilhas e baterias, não existe um programa para o descarte adequado desse produto que, além de poluir, podem provocar acidentes pelo vidro e contaminação pelo mercúrio.

12.17-Incineração

A incineração é um processo de combustão controlada (em instalação própria), que permite a redução em volume e em peso dos resíduos sólidos, em cerca de 90 e 60%. Os resíduos são transformados em, gases, calor e materiais inertes (cinza e escórias de metal). É indicada para

resíduos de unidades de saúde ou perigosos ou quando a produção dos resíduos sólidos é muito grande e há dificuldade de se dispor de áreas para a execução de aterros sanitários. É fundamental que haja grande quantidade de materiais secos comburentes.

Os grandes inconvenientes desse sistema são a:

poluição do solo por cinzas e escórias

a poluição da água pelas águas de arrefecimento das escórias e de lavagem de fumos e pelas escorrências de solos contaminados

poluição do ar por cinzas voláteis e dioxinas; estas últimas têm um elevado teor tóxico e são agentes de doenças, nomeadamente hiperpigmentação da pele, danos no fígado, alterações enzimáticas, alterações no metabolismo dos lipídios, nos sistemas endócrinos e imunológico e feitos cancerígenos.

Perda de matérias primas, o que se aplica essencialmente em relação aos resíduos combustíveis, já que os não combustíveis são supostamente recuperados, pelo menos em parte;

Elevadíssimo custo do investimento; em geral o custo do procedimento é superior ao de qualquer

Vantagens da Incineração

A principal vantagem da incineração, do ponto de vista do cidadão (gerador de lixo) é que não exige deste qualquer mudança no seu comportamento habitual relativamente ao lixo que produz.

Outra vantagem é que a operação do sistema, do ponto de vista dos serviços de limpeza, é bastante simples: estes limitam-se a recolher o lixo (o que já fazem, normalmente) e, em vez de o depositarem na lixeira, depositam-no na central de incineração.

Um outra vantagem, que o é apenas relativamente à deposição em aterro sanitário, é que os resíduos da incineração apresentam massas 80% inferiores às dos resíduos originais.

Finalmente, o aproveitamento do calor produzido na incineração permite alguma valorização do procedimento, mas de novo isto é uma vantagem apenas por comparação com a solução "Aterro Sanitário".

Os remanescentes da incineração são gases (C02, S02, N2, 02), água, escórias (de 15 a 20% do total, constituídas de metais ferrosos, cinzas, material incombustível). Além da disposição em aterro, outra destinação adequada é sua reutilização como material de cobertura dos aterros sanitários ou para correção do solo.

Nos processos a batelada simples são utilizados queimadores a óleo ou a gás, podendo ocorrer grandes variações nas condições de operação. A fumaça e os compostos voláteis passam da câmara de combustão à de resfriamento, os gases da combustão são resfriados em trocadores de calor (alguns são lavados), a cinza é precipitada gravimetricamente e removida.

Os processos dinâmicos, maiores e mais complexos, necessitam de equipamentos auxiliares. Carga e descarga são mecanizadas. Antes de levado à câmara de combustão o lixo é secado, onde, em seguida é incinerado à medida que passa por uma grelha (que revolve os resíduos, melhorando o contato com o comburente removendo cinzas e escórias). Os gases resultantes são resfriados num trocador de calor, filtrados (em precipitadores eletrostáticos, ciclones) e lançados na atmosfera. As cinzas e escórias devem ser adequadamente aproveitadas ou dispostas.

A incineração permite recuperação de energia: o vapor produzido a partir do resfriamento dos gases de combustão é aproveitado para geração de energia elétrica, aquecimento industrial ou calefação domiciliar. Trabalhando em conjunto com uma estação de tratamento de esgotos, a incineração permite a secagem do lodo, evitando a disposição de matéria líquida.

É necessário que sejam controladas a temperatura (entre 800 e l.000ºC, de modo a se obter a queima completa dos resíduos e a oxidação dos gases), a turbulência (com injeção de ar, propiciando maior área de contato) e o tempo de permanência (que favorece a combustão completa).

A incineração é um processo de destruição térmica, onde há redução de peso, do volume e das características de periculosidade dos resíduos, com a conseqüente eliminação da matéria orgânica e características de patogenicidade (capacidade de transmissão de doenças) através da combustão controlada.

Para a garantia do meio ambiente a combustão tem que ser continuamente controlada. Com o volume atual dos resíduos industriais perigosos e o efeito nefasto quanto à sua disposição incorreto com resultados danosos à saúde humana e ao meio ambiente, é necessário todo cuidado no acondicionamento, na coleta, no transporte, no armazenamento, tratamento e disposição desses materiais.

12.18-Pirólise

A pirólise é um processo de decomposição química por calor na ausência de oxigênio, em que a matéria orgânica pode ser convertida em diversos subprodutos {gases (H2, CHq, CO); combustíveis líquidos (HC, álcoois); resíduos sólidos (escória, char)}, permitindo a recuperação de parte da energia - o balanço energético é sempre positivo. Sendo um processo de reação endotérmica, o fracionamento das substâncias sólidas presentes no lixo ocorre à medida que elas passam pelas distintas zonas do reator pirolítico.

O reator é carregado pela parte superior, os resíduos são secados pela passagem de gases oriundos da zona pirolítica e submetidos à volatização, oxidação e fusão. Extraem-se gases e óleos

combustíveis, substâncias alcoólicas, alcatrão quase puro (char), alêm de sólidos fundidos com escórias (vidros, terra, metais). As variações do teor de sólidos voláteis, do poder calorífico superior e a umidade limitam a estabilidade do sistema, dificultando sua operação e controle. Com   maior temperatura, diminuem o teor de carbono residual e os condensados orgânicos, mas aumenta a produção de gás.

Como vantagens sobre a incineração, a pirólise permite a obtenção de energia de fácil transporte e armazenamento (combustíveis sólidos e líquidos), sua fração residual é menor e a redução do volume inicial é maior, apresentando menores riscos de poluição do ar.

13-Tratamento de Efluentes Atmosféricos

13.1-A Poluição Atmosférica

A preocupação com a poluição do ar surgiu de maneira mais contundente há mais ou menos 30 anos, sobretudo na reunião da UNESCO de 1972, em Estocolmo.

A grande maioria das discussões sobre poluentes do ar, leva em conta os considerados sete maiores poluentes, para os quais a EPA (órgão de proteção ambiental dos EU), definiu padrões de qualidade. Estes poluentes são: CO, Hidrocarbonetos (específicamente CH4), Chumbo, NO2, SO2, oxidantes fotoquímicos e particulados.

Entende-se por ar ambiente o ar que nos circunda, que pode ser subdividido em ar ambiente primário e ar ambiente secundário.

O padrão de qualidade do ar ambiente primário define o nível da qualidade do ar julgado necessário, com uma matgem de segurança adequada, para proteger a saúde pública.

O padrão de qualidade do ar ambiente secundário define os níveis de qualidade do ar, julgado necessário, para proteger o bem estar público.

13.2-Efeitos Globais da Poluição Atmosférica

Efeito Estufa:

O ar que circunda a terra tem como função primordial filtrar as radiações solares, impedindo desta maneira que a mesma se torne muito quente ou muito fria, durante o dia e a noite, funcionando como uma estufa, permitindo que somente cerca de 50% da radiação emitida atinja a terra, refletindo o restante para o espaço.

O fenômeno de aquecimento da superfície terrestre, leva à emissão de raios infravermelhos, os gases, como o CO2, CH4, vapores de água, hidrocarbonetos, etc., presentes na atmosfera, produzem o famigerado efeito estufa, que é responsável por um aumento da temperatura média anual do planeta de 13,94 oC para 14,35 oC de 1900 a 2000. Acredita-se que a década de 90 foi a mais quente do século.

A maioria dos gases que participam do chamado efeito estufa, são produzidos pela natureza, mas, têm sua produção aumentada consideravelmente pelo homem, seja através de atividades industriais (na maioria das vezes), seja través da queima de florestas tropicais.

A crescente emissão de CO2 para a atmosfera elevou seu nível para 340 ppm, 70 ppm acima do nível normal (dados da década de 90), estes valores parecem acompanhar o crescente desenvolvimento tecnológico-industrial, sobretudo dos países do primeiro mundo.

O aumento da quantidade de gases como CO2, metano, óxido de nitrogênio e clorofluor carbono (CFC), forma uma espécie de filtro natural na atmosfera, que permite a passagem de radiação solar, de pequeno comprimento de onda, até à terra, porém, dificulta a devolução da energia (em ondas mais longas de radiação infravermelho) ao espaço, provocando a elevação da temperatura do planeta, desregulendo o seu sistema energético e gerando mudanças climáticas.

O aumento gradual da temperatura da superfície terrestre pode trazer conseqüências para flora característica das várias regiões, uma vez que, as mesmas possuem preferências climáticas, assim como pode causar elevação do nível do mar devido ao derretimento de grandes massas de gelo.

Alguns autores, no entanto, acreditam que as mudanças observadas na temperatura do planeta podem ser consideradas normais, e parte de um processo natural de variação climática.

13.3-Chuva Ácida

Alguns autores são categóricos ao afirmar que não existe chuva naturalmente neutra, uma vez que, a chuva se forma quando moléculas de vapor de água condensam em cristais ou minúsculas particulas de poeira se aglutinam nas nuvens, formando pequenas pequenas gotas que sob ação da garvidade caem sobre a terra. Ao atravessar a atmosfera, a chuva pode carrear materiais químicos ou outros poluentes, ou até mesmo carrear o dióxido de carbono dissolvido (ácido carbônico), uma vez que, a água é um excelente solvente.

Segundo estes autores há que se fazer uma distinção em chuva ácida e deposição ácida, resultante de resíduos de sulfatos, nitratos e outras substâncias ácidas. Esta deposição pode ser molhada, se resulta da limpeza da atmosfera, ou seca , se alguns gases ou partículas simplesmente se agregam.

Os compostos responsáveis pela chuva ou deposição ácida, podem vir de fontes naturais como o apodrecimento de matéria orgânica, vulcões, etc., ou podem resultar de atividades naturais, transportes ou da queima de combustíveis fósseis. Estes compostos lançados ao ar, podem passar por reações químicas, sob ação da própria luz solar, combinando-se com a água ou o hidrogênio da atmosfera, e formar compostos altamente tóxicos para plantas animais e o homem.

13.4-Diminuição da Camada de Ozônio

O ozônio, gás encontrado na estratosfera, tem a finalidade de filtrar de 70 a 90% dos raios ultravioleta emitidos pelo sol. Não fosse pela camada de ozônio teria-se uma elevação tão grande da temperatura, que acabaria por destruir qualquer forma de vida aqui existente.

Acredita-se que um dos grandes responsáveis pela destruição da camada de ozônio é o uso dos CFCs, grupo de gases utilizados nos sistemas de refrigeração, na poduácão de aerosois, solventes, espumas, etc.

O CFC tem a propriedade de destruir o ozônio. Os raios ultravioleta do sol quebram as moleculas de CFC e liberam átomos de cloro, o ozônio reage com o cloro, formando monóxido de cloro e oxigênio, o monóxido de cloro combina-se com o oxigênio liberando átomos de cloro, que novamente reage com o ozônio, provocando uma verdadeira reação em cascata.

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + ½ O2 → Cl + O2

A extensão da diminuição da camada de ozônio e a gravidade das conseqüências dos níveis de emissão projetados, são extremamente duvidosas. Alguns autores acreditam que existam interesses outros, que não só a preocupação com a presevação ambiental, como por exemplo a concorrência industrial.

13.5-Inversão Térmica

A poluição atmosférica é agravada pelo fenômeno da inversão térmica, que pode ser descrita da seguinte maneira: O aquecimento do solo, pelas radiações solares permite o estabelecimento de correntes de convecção do ar, ou seja, o ar aquecido próximo ao solo, sendo mais leve, tende a subir, essas correntezas ascencionais, levam a uma grande dissipação da poluição, fazendo com que as poeiras, fumaças e gases liberados pelas chaminés se diluam nas camadas atmosféricas superiores. Quando, no entanto, a superfície do solo está fria e o sol aquece as camadas superiores da atmosfera, tem-se a inversão da situação normal, pois, o ar frio junto ao solo, não é capaz de subir por ser mais pesado, e o ar quente não pode descer por ser mais leve.

O fenômeno da inversão térmica leva a uma situação de completa estagnação do ar, como se a fumaça que sai das chaminésnão subissem e permanecessem junto ao solo, deixando o ambiente cada vez mais turvo.

Em regiões de grande poluição atmosférica, como por exemplo Cubatão, em São Paulo, nos dias de inversão térmica, é necessário parar completamente as atividades industriais e diminuir a circulação de veículos, até que as condições se modifiquem e o vento espalhe e dilua os poluentes atmosféricos.

Nessas regiões é também observado que que nos dias de inversão térmica, há um aumento substancial na incidência de doenças respiratórias e alérgicas.

13.6-Corrosão

A poluição atmosférica pode causar problemas sérios de corrosão em metais, rochas, pinturas, etc. Um dos principais responsáveis pela corrosão metálica é o SO2 do ar, que se converte em H2SO4, causando corrosão eletroquímica. O carbono influencia neste processo, acelerando-o, como resultado da absorção e adsorção dos poluentes gasosos sobre a matéria particulada. A umidade relativa e a temperatura também influenciam neste processo.

A palidez das tintas e a redução do poder de rigidez, são resultado de alguns poluentes como: SOx e NOx. O H2S age sobre os pigmentos, principalmente amarelos e vermelhos.

13.7-Efeitos Sobre a Saúde

Não é muito fácil provar os efeitos maléficos da poluição do ar sobre a saúde humana, uma vez que um grande número de variáveis estão envolvidos nos estudos destes efeitos. Entretanto, existem alguns estudos demonstrando os efeitos da poluição atmosférica sobre a saúde humana.

É de conhecimento que os poluentes gasosos ou particulados, se inalados, podem ser removidos naturalmente pelos seres humanos, antes de entrarem no alvéolo e provocar qualquer dano à saúde, porém, grande parte das doenças respiratórias está diretamente relacionada com a inalação de poluentes, uma vez que, estes podem causar a paralização da pulsação dos cílios bronquiais e romper o mecanismo de purificação do sistema.

Legislação PertinenteO estabelecimento de limites de emissões, das fontes de poluentes, é uma estratégia básica de

controle ambiental realizado pelo Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar (PRONAR) instituído na resolução no5 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA).

Segundo as definições da Resolução no5 do CONAMA, as áreas de lançamento de efluentes atmosféricos, devem ser classificadas em Classe I, Classe II e Classe III.

As áreas da Classe I, são aquelas a serem atmosfericamente preservadas. Nestas áreas fica proibida qualquer atividade econômica que gere poluição do ar.

As áreas da Classe II, são definidas como aquelas na qual o nível de deterioração da qualidade do ar é limitado pelos padrões secundários de qualidade.

As áreas da Classe III, são aquelas na qual o nível de deterioração da qualidade do ar é limitado pelos padrões primários de qualidade.

A Resolução CONAMA No 003, de 28 de junho de 1990, estabelece os conceitos de Padrões Primários e Secundários de Qualidade do Ar.

Padrões Primários de Qualidade do Ar: são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população.

Padrões Secundários de Qualidade do Ar: são as concentrações de poluentes, abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem-estar da população, assim como dano mínimo à fauna, à flora, aos materiais e ao ambiente em geral.

No parágrafo único do artigo 2o desta Resolução está estabelecido que “Os padrões de qualidade do ar serão o objetivo a ser atingido, mediante estratégia de controle, fixada pelos padrões de emissão e deverão orientar a elaboração de Planos Regionais de Controle de Poluição do Ar”.

A Resolução CONAMA no 008, de 06 de dezembro de 1990, enquadra como fontes fixas de combustão externa aqueles equipamentos que queimam combustíveis, tais como caldeiras, geradores de vapor, termelétricas, fornos, fornalhas, estufas e secadores, incineradores, gaseificadores e similares.

O CONAMA, na Resolução No 008, estabelece que “fontes novas de poluição são aquelas pertencentes a empreentimentos cuja licença prévia venha a ser solicitada aos órgãos licenciadores competentes após a publicação desta Resolução” e define os limites máximos de emissão somente para dois produtos da combustão: (a) partículas totais(MPS), e (b) dióxido de enxofre (SO 2). Os limites foram estabelecidos em termos de peso de poluentes por poder calorífico superior do combustível e pela densidade colorimétrica das emissões (opacidade).

As fontes de poluição do ar podem ser classificadas em três grandes grupos, quais sejam: fontes urbanas e industriais, fontes criadas pelas atividades agrícolas e rurais e fontes naturais.

Situação Legal do Brasil Quanto à Emissão de Poluentes AtmosféricosLimites Máximos de Emissão no Brasil para Novas Fontes Fixas

Fontes até 70 MW – Potência Nominal

Áreas Classe I

Áreas Classe II Áreas Classe IIIAAP AAC

SO2 2000g/106 Kcal 5000g/106 Kcal 5000g/106 Kcal

Fica proibida qualquer atividade que gere poluição do ar

Material Particulado 120g/106 Kcal

1300g/106 Kcal21500g/106Kcal

1300g/106 Kcal21500g/106Kcal

Densidade.. Colorimétrica

Máx. de 20% eq. a Escala Ringelmann no

01

Máx. de 20% eq. a Escala Ringelmann no

01

Máx. de 20% eq. a Escala Ringelmann no

01

Combustível (consumo)

Só óleo, até 3000 t/ano --- ----

AAP – Áreas a serem atmosfericamente preservadas

AAC – Áreas a serem atmosfericamente conservadas1 limite para óleo2 limite para carvão mineral

Limites Máximos de Emissão no Brasil para Novas Fontes Fixas

Fontes > 70 MW – Potência Nominal

Áreas Classe I

Áreas Classe II Áreas Classe IIIAAP AAC

SO2

Nestas aéras não será permitida a instalação de novas fontes fixas com este porte.

2000g/106 Kcal 2000g/106 Kcal

Material Particulado

1120g/106 Kcal2800g/106Kcal

1120g/106 Kcal2800g/106Kcal

Densidade.. Colorimétrica

Máx. de 20% eq. a Escala Ringelmann no

01

Máx. de 20% eq. a Escala Ringelmann no

01

Combustível

(consumo) --- ----

AAP – Áreas a serem atmosfericamente preservadas

AAC – Áreas a serem atmosfericamente conservadas

Situação Legal do Brasil Quanto à Imissão de Poluentes AtmosféricosPadrões Primários e Secundários de Poluentes Atmosféricos

Poluente

Tempo de amostragem

Padrão Primário

(µg/m3)

Padrão Secundário

(µg/m3)

Material Particulado Total em Suspensão

(MPTS)24 horas

1 ano

240

80

150

60

Fumaça 24 horas

1 ano

150

60

100

40

Partículas Inaláveis

(PI)

24 horas

1 ano

150

50

150

50

Dióxido de Enxofre

(SO2)

24 horas

1 ano

365

80

100

40

Monóxido de Carbono (CO)

1 hora

8 horas

40.000

10.000

40.000

10.000

Ozônio (O3) 1 hora 160 160

Dióxido de Nitrogênio (NO2)

1 hora

1 ano

320

100

190

100

MÉTODOS E EQUIPAMENTOS PARA O TRATAMENTO DE POLUENTES GASOSOS

13.8-Adsorção

Processo pelo qual moléculas de uma corrente gasosa são fixadas na parede de um sólido. Processo este que se baseia no uso das forças atrativas entre a superfície sólida e as moléculas adsorvidas.

As forças de adsorção variam consideravelmente com a natureza da superfície e das moléculas e a intensidade da força é a base da subdivisão entre adsorção química e física.

Na adsorção química há reação química entre as moléculas adsorvidas e as da superfície sólida, geralmente irreversível, o que não é economicamente praticável, uma vez que ou os adsorventes são usados uma única vez ou é requerida muita energia para a regeneração.

A adsorção física por sua vez, é a mais utilizada por não apresentar os problemas levantados anteriormente, sendo consequentemente muito mais fácil a regeneração do adsorvente.

Os materiais utilizados como adsorventes devem apresentar grandes áres superficiais, para que se tenha uma alta taxa de remoção.

Dentre os vários adsorventes utilizados, o carvào ativado talvez seja o mais importante, sobretudo para retirada de odor. como ele é uma molécula não polar a presença de água não diminui o seu poder adsortivo.

Alumina, bauxita, peneiras moleculares e sílica gel são outros materiais que são utilizados como adsorventes, como são polares são utilizados principalmente em operações de secagem.

13.8.1-Regeneração dos Adsorventes É muito importante que se dê uma reutilização econômica ao adsorvente, para tanto é

necessário uma recuperção eficiente. De um modo geral utiliza-se a regeneração térmica, usando vapor para aumentar a temperatura do leito a cerca de 340oc. O vapor é passado no leito, a baixa velocidade, geralmente em direção oposta ao fluxo de remoção do soluto. as moléculas adsorvidas “afrouxam”e são repartidas entre o adsorvente e o vapor. É feito então o esfriamento e secagem do leito adsorvente.

13.8.2-Equipamentos de Adsorção De um modo geral é utilizado o leito fixo, com leitos de 1 a 7,5 m dispostos horizontalmente. a

capacidade dessas unidades em geral varia de 90kg/h a 1360kg/h. estas unidades são formadas

por, insufladores, condensadores decantadores e controladores.

13.9-Absorção

Processo no qual um gás solúvel é transferido de uma corrente gasosa para um líquido. o gás pode ficar físicamente dissolvido no líquido ou pode reagir com um constituinte dissolvido no líquido.

A absorção é um método tanto de recuperação de componentes gasosos, como de purificação de correntes gasosas.

A absorção gasosa é uma operação de difusão que depende da taxa de difusão molecular e da turbulência. a transferência ocorre através da interface líquido-gás.

Existe uma grande variedade de dispositivos que são utilizados para efetuar a absorção gasosa, que se baseiam na dispersão em fase líquida ou na dispersão em fase gasosa. os equipamentos para este fim podem ser classificados como segue:

dispersão líquida

filme líquido

- coluna de recheio

- coluna de parede molhada

gotas de líquido

- coluna de aspersão

- camara ciclone-spray

- lavador venturi

- lavador de disco submerso

dispersão gasosa

bolhas de gás

- torre de pratos

- tanque de aspersão

- tanque de agitação

Para que solutos gasosos sejam removidos por absorção, é necessário que sejam soluveis no meio líquido de absorção. A água é o meio líquido de lavagem mais utilizado na maioria dos casos de controle de poluição, principalmente devido sua disponibilidade, volatilidade, viscosidade etc.

A grande maioria dos poluentes mais comumente encontrados em corrente gasosas tem solubilidade limitada em água, isto acarreta em grandes quantidades de líquido de lavagem, para que

se tenha uma boa eficiência de remoção. Isto leva a um aumento de pressão assim como, a um aumento de custos.

Devido a isto os sistemas de absorção ideais são aqueles nos quais o soluto dissolvido exerça pressão parcial deprezível sobre a solução, ou seja, ácidos devem ser absorvidos em soluções alcalinas para formar sais não voláteis.

Quando a concentração do soluto é suficientemente elevada e ele tem um alto valor agregado, é justificável sua recuperação em forma concentrada. Os processos de recuperação se resumem na formação de compostos instáveis ao calor (bicarbonatos, sais de amina, etc.), e na regeneração térmica da solução e recuperação do soluto. Isto porém, não é muito utilizado em controle de poluição do ar, porque os níveis de poluentes, de um modo geral, são extremamente baixos, além do que algumas correntes são extremamente complexas.

13.10-Dispersão

Processo que consiste em exalar efluentes gasosos por uma alta chaminé, sob condições

convenientes.

A chaminé tem duas partes principais: uma coluna ou esqueleto externo e uma camisa. A coluna protege a camisa de intepéries, é usualmente construida de tijolos ou concreto armado, algumas vezes pode ser de metal desde que a chaminé seja mais baixa. A camisa geralmente é de tijolos, para chaminés muito altas pode ser de aço.

É muito importante no projeto de uma chaminé para dispersão a definição das condições necessárias para que as concentrações de poluentes no solo estejam abaixo dos níveis máximos permitidos pelos orgãos de controle ambiental.

regras de projeto: um gás ao deixar uma chaminé possui determinadas velocidade, temperatura e densidade. o gás começa então a misturar-se com a atmosfera e é carregado na direção das correntes de vento. esta mistura se dá pelo mecanismo de difusão.

Com base nestes fatos foram determinadas regras que são muito úteis e que conduzem a bons níveis de dispersão, mesmo quando não se dispuser de equações empíricas apropriadas e de programas computacionais específicos.

1. as chaminés devem ter pelo menos 2,5 vezes a altura das construções ao seu redor

2. a velocidade de ejeção dos gases deve ser maior que 20 m/s, porém abaixo de 30 m/s, para evitar erosão em camisas de tijolos.

3. gases de chaminés com diâmetro menor que 1,5 m e altura menor que 60m, alcançam o chão em curto espaço de tempo, o que pode tornar excessivas suas concentrações no solo.

4. a concentração de gases no solo, varia inversamente com o quadrado da altura efetiva da chaminé.

Quando gases de chaminés são sujeitos a difusão atmosférica (e a turbulência devida a construções não influi) concentrações da ordem de 0,01 a 1% da concentração de saída, são possíveis de ser alcançadas quando os mesmos atingem o solo, se a chaminé for apropriadamente projetada.

Quando a legislação determina que os níveis máximos de emissão devem ser quantidade de gas por quilograma de produto, a dispersão não é um método satisfatório de controle de poluição.

13.11-Os tipos mais comuns de poluentes gasosos

dióxido de enxofre (SO2): É o mais comum dos poluentes gasosos, normalmente está presente em combustíveis e minérios, o problema do SO2 em correntes gasosas tem duas origens:

1. o tratamento de minérios em que o enxofre constitui a maior parte do minério.

2. a queima de combustíveis, em que a concentração de dióxido de enxofre é pequena porém, a quantidade liberada é muito grande.

Uma termoelétrica a carvão, com capacidade de 1000mw, queimando 9000ton. de carvão com 2% de enxofre, produz 360ton. de dióxido de enxofre por dia.

Existem vários métodos de tratamento de dióxido de enxofre, mesmo que este seja emitido em grandes quantidades, alguns destes processos já são aplicados comercialmente.

Os métodos de tratamento de SO2 mais utilizados são: absorção, adsorção e combustão.

óxidos de nitrogênio (NO2): há pelo menos seis óxidos de nitrogênio estáveis: óxido nitroso (N2O), óxido nítrico (NO), dióxido de nitrogênio (NO2), hexaóxido de nitrogênio (N2O6), pentóxido de nitrogênio (N2O5), tetróxido de nitrogênio (N2O4), e um óxido instável,o trióxido de nitrogênio (NO3).

Estes óxidos, principalmente o óxido nítrico e o dióxido de nitrogênio, são formados em processos de combustão, e na fabricação de ácido nítrico e dão origem a névoa ácida.

De um modo geral os óxidos de nitrogênio são tratados por processos de absorção

monóxido de carbono (CO): o método de tratamento utilizado, via de regra para o monóxido de carbono é a combustão catalítica, em presença de platina, a cerca de 160oc.

compostos de flúor : ácido fluorídrico (HF), tetrafluoreto de silicone (SiF4) e a combinação desses, o ácido fluorsilícico (H2SiF6), são emitidos com os resíduos gasosos da fabricação de superfosfatados.

Os compostos de flúor de um modo geral são tratados por processos de absorção.

cloro e cloretos : os cloretos são encontrados em resíduos gasosos da fusão de alumínio, em processos onde foi utilizado o cloreto de sódio, etc. Estes compostos também são tratados por processos de absorção

ácido sulfídrico (H2S): resíduo encontrado em processos petroquímicos, em resíduos da industria de celulose.É bastante corrosivo quando resfriados abaixo do seu ponto de orvalho, além de possuir odor desagradável.

Os principais processos de tratamento deste poluente são: absorção e adsorção.