Processos Químicos Ambienta - 14º Encontro de Profissionais da
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Processos Químicos Ambienta - 14º Encontro de Profissionais da
14º ENCONTRO DOS QUÍMICOS DA AMAZÔNIA CONSELHO REGIONAL DE QUÍMICA – 6ª REGIÃO Seminário: Processos Químicos Ambientais Palestrante: Eng. José Antonio Monteiro Ferreira DE 18 A 21 DE AGOSTO DE 2015 Belém – Pará – Brasil Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] EMISSÕES ATMOSFÉRICAS Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA O Que é a Poluição Atmosférica Ar Estável e Instável Comportamento das Plumas Inversões Térmicas 7 7 8 10 12 3. 3.1 3.2 3.3 EFEITOS DA POLUIÇÃO DO AR Caracterização Qualitativa e Quantitativa Medições de Qualidade do Ar Características dos Principais Poluentes Ambientais 13 13 14 15 4. CLASSIFICAÇÃO DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA 16 5. TEORIAS DE DISPERSÃO ATMOSFÉRICA 17 6. 6.1 6.2 VENTILAÇAO Classificação dos Sistemas de Ventilação Necessidades Humanas de Ventilação 18 18 19 7. 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 TOXICOLOGIA INDUSTRIAL Generalidades Sobre Toxicologia Agentes Tóxicos Conceito de Toxidade Sinergismo e Antagonismo Risco e Segurança Toxidade Seletiva Toxidade Associada 22 22 23 24 24 24 25 25 8. 8.1 8.2 8.3 8.4 MÉTODOS DE DEPURAÇÃO DE GASES Tipos de Contaminantes Industriais Processos de Depuração Equipamentos de Separação de Partículas Equipamentos de Eliminação de Gases 27 27 28 29 31 9. EQUIPAMENTOS TÍPICOS 32 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 4 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 1 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 3 1. INTRODUÇÃO O planeta terra, tem uma superfície de 510.000 km², dos quais 73% são cobertos pela água e 27% representam a crosta terrestre, composta por ilhas e continentes. O volume da terra é de 108,371 X 10¹º Km³. Em torno da terra, várias camadas formam um escudo que nos protegem e permitem a nossa existência: TROPOSFERA – É onde vivemos, varia de 7 km (regiões polares) a 20 km (trópicos), aqui se encontra a tabela periódica de todos os elementos naturais e outros produzidos pelos seres humanos. O ar é constituído principalmente por nitrogênio, oxigênio, argônio, vapor d’água e gás carbônico (vide tabela). A temperatura superficial varia em torno de – 84,15 ºC a + 59,85 ºC. ESTRATOSFERA – Pode chegar a 50 km, concentra a camada de ozônio (que se situa numa faixa a 40 km, com uma área média 53 vezes a da terra, e um volume médio em torno de 308 vezes a da terra) a temperatura varia de – 80 a 10 º C. MESOSFERA – É onde são vistos os meteoritos, pode chegar a 80 km, a temperatura pode chegar a – 100 º C, variando de acordo com a região. TERMOSFERA – É onde ficam os satélites em órbita da terra, altura até 500 km, podendo a temperatura chegar a 1000 º C. EXOSFERA – Já não há gravidade, composta por gases como Hélio e Hidrogênio, altura de 1000 km. Um adulto ingere em média por dia 1,5 kg de alimentos, 2 litros de água e 32 Kg de ar, podendo viver cinco semanas sem comer, cinco dias sem beber e cinco minutos sem respirar. Para sobreviver o homem destrói a natureza e deteriora as condições ambientais, produzindo os dois mais graves problemas da atualidade. Necessidades biológicas do homem L de ar/min Descansando 7,4 Trabalho leve 28 Trabalho pesado 43 L de ar/dia 10600 40400 62000 Kg de ar/dia 13 50 77 Se o homem pode ficar apenas cinco minutos sem respirar, isto significa que somos obrigados a respirar o ar disponível – poluído ou não. Um ar poluído pode causar danos agudos: irritação das mucosas do aparelho respiratório, tosse, mal-estar geral, dores de cabeça, irritações oculares, envenenamento e até mesmo a morte. Entre os efeitos crônicos (a longo prazo) incluem-se a asma, bronquite, enfisema e outras doenças alérgicas. Pode ser ainda uma causa de câncer nas vias respiratórias. Tudo isso apenas no que se refere à saúde humana. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 4 Com relação à ecologia, ar é também fundamental para animais, vegetais, bactérias, etc. “Certas zonas de São Paulo, Tóquio e Detroit concentram os maiores índices de poluição do planeta”. “Em maio de 1969 os astronautas da Apollo 10 reconheceram Los Angeles a 40.000 Km de altura, graças a uma enorme mancha de sujeira sobre a região”. Estas citações mostram a situação que enfrentamos em nossos dias. Atualmente o Rio de Janeiro apresenta índices de poluição urbana superior à cidade de São Paulo. O problema de poluição do ar trouxe sérias conseqüências à saúde dos seres humanos quando a grande concentração de pessoas, em cidades, passou a se utilizar em ordem cada vez mais crescente, de combustíveis industriais ou veículos automotores. A grande quantidade de indústrias e o aumento do número de veículos contribuíram como fator decisivo para o agravamento da poluição do ar nas grandes cidades do mundo, com uma gama enorme de gases e partículas lançadas na atmosfera. Por isso, os problemas de poluição do ar nas cidades são grandes, pois enormes quantidades de poluentes estão constantemente sendo lançadas no ar, não permitindo que estes sejam convenientemente dispersos. Com um aumento de concentrações de gases nocivos e partículas na atmosfera, não há condições de espalhamento, e o ar se torna nocivo às pessoas, ou seja, quando não existe a autodepuração do ar, este passa a ser prejudicial ao bem-estar e à saúde. Cerca de 100 milhões de pessoas em cidades latino-americanas respiram um ar que não atende aos padrões de qualidade estabelecidos pela OMS – Organização Mundial de Saúde. Outras 123 milhões, nos Estados Unidos e Canadá, sofrem com um ar que não alcança os níveis de qualidade estabelecidos pela legislação desses países. Segundo dados da OMS, em 2000 faleceram 3.000.000 pessoas por doenças provocadas por poluição atmosférica e 2.200.000 por doenças de veiculação hídrica, sendo as áreas mais atingidas a Ásia e parte da África. A maior área de contaminação ambiental tem uma nuvem com 3 quilômetros de espessura que vai do Japão ao Afeganistão, no sentido lesteoeste e da China à Indonésia no sentido norte-sul. Essa área equivale a três vezes a área do Brasil. Na Região Metropolitana de São Paulo, as ações de controle exercidas pela CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental promoveram o decréscimo das concentrações de poluentes a partir de 1997, mas ainda permanecem acima dos padrões legais. A principal fonte é os veículos que, no caso do monóxido de carbono, lançam uma carga de 1.691,2 mil toneladas por ano, excedendo o padrão de qualidade, especialmente no inverno. Também no caso do ozônio, os padrões são freqüentemente ultrapassados. Uma pesquisa realizada pelo Núcleo de Estudos para o Meio Ambiente da Universidade de São Paulo, coordenada pelo Dr. Paulo Saldiva, Professor da Faculdade medicina da USP, onde é Diretor de Anatomia Patológica, revelou, segundo publicado em 18/08/05, que oito pessoas morrem diariamente na capital paulista por doenças relacionadas aos efeitos da poluição. Esse estudo revelou que quem mora na capital vive em média 1,5 anos a menos que os residentes nas pequenas cidades do interior. “Até os não-fumantes da capital tem a presença de manchas pretas no pulmão”. A pesquisa revelou também que mais de 70% da Av. 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General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6 2. POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA 2.1 O Que é a Poluição Atmosférica A poluição atmosférica significa a presença no ar de um ou mais contaminantes ou combinação em tais quantidades e em tal duração que sejam ou venham a ser perniciosas ao homem, plantas, vida animal ou à propriedade. Formas de Poluição Aerossol: Dispersão de sólido ou líquido de dimensões microscópicas em meio gasoso, tais como fumaça ou neblina. Poeira: Um termo usado de forma bastante ampla aplicado a partículas sólidas predominantemente maiores que as de um colóide e capazes de se manter em suspensão temporária no ar ou outros gases. As poeiras não têm tendência a flocular sob a ação de forças eletrostáticas, não difundem, porém sedimentam sob a ação da gravidade. Gotículas: Partículas pequenas de líquido que dependendo de suas dimensões e densidade podem precipitar em condições de tranqüilidade, porém podem permanecer suspensas em condições turbulentas. Cinzas volantes (Fly-Ash): Partículas finamente subdivididas de cinza arrastadas durante a combustão. As partículas podem conter combustível mal queimado. “Fog” (Neblina): Um termo um tanto vago aplicado a aerossóis visíveis na qual a fase dispersa é líquida. A formação por condensação está usualmente implícita. Fumos: Propriamente, são partículas sólidas geradas pela condensação do estado gasoso, geralmente após a fusão de substâncias acompanhadas por uma reação química, tal como oxidação. Gás: Um dos três estados da matéria, não tem volume ou forma independentemente e pode expandir-se quase indefinidamente. “Mist”: Termo vago aplicado para dispersões de baixa concentração de partículas de líquido de grande dimensão. Aproxima-se à nossa garoa. Fumaça: Aerossol de partículas finamente divididas resultante de combustão incompleta. Consiste principalmente de carbono e outros materiais combustíveis. Fuligem: Aglomeração de partículas de carbono impregnado com “alcatrão”, formado da combustão incompleta de material carbonoso. Vapor: Fase gasosa de material normalmente líquido ou sólido. Efeitos da Poluição Atmosférica A atmosfera formou-se de gases saindo do interior do globo, em particular vapor de água e dióxido de carbono. O oxigênio formou-se da decomposição do vapor de água permanecendo na superfície e o hidrogênio difundindo-se para o espaço. Algum oxigênio acumulou-se na atmosfera superior formando a camada de ozônio. É esta camada que filtra uma boa parte dos raios ultravioletas contidos na radiação solar, antes de atingir a superfície do planeta. A fotossíntese das plantas, resultantes da evolução, auxiliou na formação do oxigênio a partir do dióxido de carbono presente na atmosfera. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 7 O nitrogênio ao que se deduz evoluiu do centro da terra e foi se acumulando. A presença dos grandes depósitos de carvão evidencia o provável crescimento acelerado de vegetação. Na atmosfera atual, a região mais baixa é chamada de troposfera (do grego tropos = mudança) e a região de temperatura em decréscimo forma a tropopausa que é a fronteira entre a troposfera e a estratosfera. É onde ocorrem todos os fenômenos naturais. A estratosfera é uma região com temperatura constante ou de temperatura crescente com a altitude devido à camada de ozônio. Tem cerca de 50 quilômetros de altura. Os poluentes que ali entram, devido à distribuição uniforme de temperatura, permanecem mais estáticos. A terra recebe 1,95 cal/cm²-min, (valor conhecido como constante solar) e cerca de 1,5 cal/cm²-min atinge a terra nas zonas temperadas. Qualquer interferência no meio de transferência afeta a distribuição de energia. 2.2 Ar Estável e Instável A atmosfera é instável ou estável dependendo da sua capacidade em resistir ou em aumentar a movimentação vertical. Estabilidade ou instabilidade atmosférica está diretamente relacionada aos gradientes de temperatura ou lapsos. Se o lapso existente é menor que o lapso adiabático, o ar é estável, se for maior, o ar é instável. Há vários graus de estabilidade condicional e estabilidade neutra, na qual o lapso existente é maior que o lapso adiabático úmido, porém menor que o lapso adiabático seco. Também, se uma parcela de ar em elevação entre em um novo estrato onde o lapso existente é menor que o lapso adiabático, o ar previamente instável tornar-se-á estabilizado naquela altitude. Em uma massa de ar estável não há atividade vertical ou é muito pequena para um afastamento ou dispersão. Fumaça, poeira, gotículas ou outros produtos aéreos são coletados na baixa atmosfera limitando a visibilidade. A presença de neblina, garoa ou nebulosidade é indicativa de ar estável e sob tais condições a fumaça de chaminés industriais, após perder seu calor e velocidade, se conduz seguindo um plano horizontal. O gás dos autos e outros produtos permanecerão próximos à superfície. Aos gases emitidos pelas chaminés dá-se o nome de pluma. No ar instável a movimentação vertical arrasta a fumaça, poeira e outros produtos responsáveis pela nebulosidade. Boa visibilidade é uma indicação de instabilidade. Av. 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General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 9 2.3 Comportamento das Plumas A dispersão atmosférica e o comportamento das plumas são dependentes e governadas pelas condições existentes na atmosfera. Vários tipos de plumas podem resultar das várias condições de estabilidade da atmosfera. Nem sempre a descrição da pluma é precisa, mas geralmente é aplicável, particularmente se estivermos nos referindo a plumas abaixo de 300 metros. SERPENTEANTE CONIFICAÇÃO APRISIONADA FUMIGAÇÃO ELEVAÇÃO Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 10 Looping – ou serpenteante, é característica de condições instáveis. A pluma alternadamente sobe e desce após deixar a chaminé. Coning – ou conificação, é característica de condições neutras. Esta pluma ocorre em velocidades moderadas de vento e tem o formato de um cone estreito e um espalhamento regular. A linha de centro horizontal da pluma é usualmente inclinada para baixo. Fanning – ou aprisionada, é característica de condições estáveis e tem baixa difusão vertical, pode se manter por longas distâncias. Fumigation – ou fumigação é característica de inversão acima do nível da chaminé. Nessas condições a pluma tende a dispersar para baixo pois a camada de inversão impede a dispersão para cima. Lofting – ou elevação, é característica de inversão abaixo do nível da chaminé. É o reverso da fumigação e em alguns casos similar à pluma “aprisionada”, apesar de ocorrer em ventos de baixa velocidade. A turbulência da atmosfera pode causar concentrações no terreno próximo à base da chaminé. Fumigação envolvendo uma inversão é provavelmente a condição menos desejada devido estar a dispersão vertical inibida e assim as concentrações dos poluentes – baixas e altas – aparecerão sobre grandes áreas. Uma análise completa não pode apenas estar baseada nas condições atmosféricas, mas incluí uma avaliação do gás afluente e outros parâmetros, tais como velocidade do vento e força de cizalhamento do mesmo, além do efeito das obstruções. Outro parâmetro a ser considerado é a força de cizalhamento do vento, isto é, a medição da variação da velocidade horizontal do vento em direção e conforme a altura. A diluição da pluma causada pelo vento varia diretamente com a velocidade do vento. A velocidade do vento serve para alternar a concentração das partículas em uma dada direção. Além da velocidade, na diluição deve-se considerar a turbulência e seu efeito na difusão. O coeficiente de difusão é proporcional ao produto da velocidade do vento e uma função da turbulência existente. A pluma aumenta em diâmetro como resultado da turbulência agindo na circunferência externa. Os remoinhos resultantes em movimento turbulento aumentam em tamanho, causando um movimento irregular a jusante e com pouco efeito no diâmetro da pluma. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 11 2.4 Inversões Térmicas As inversões de temperatura ocorrem quando a temperatura do ar aumenta com a altitude. Uma das causas comuns de inversão é o resfriamento rápido do solo durante a noite devido a radiação. O ar de superfície é resfriado por convecção, de modo que a temperatura do ar a alguma distância da superfície é maior que a temperatura do ar na ou próximo à superfície do solo. A inversão também é causada por massas de ar ou frentes e ocasionalmente por turbulência. Para exemplificar, quando uma inversão ocorre, o lapso existente é negativo, e, portanto sempre menor que o lapso adiabático. Isso resulta em extrema estabilidade do ar. Sob essas condições as plumas tendem a dispersar para baixo, e assim diminuindo a altura efetiva de uma chaminé. Como a maioria das inversões ocorre entre 150 a 250 metros, isso se aplica à maioria das chaminés. Se uma chaminé é projetada para uma dada localidade que tem condições favoráveis para inversões duas possibilidades de projetos devem ser consideradas - Projetar a chaminé com altura suficiente de modo que esteja acima da maioria das camadas de inverno. - Projetar a velocidade de saída dos gases e com temperatura tal que a elevação da pluma vá acima da camada de inversão ou pelo menos forneça uma boa penetração na mesma. Frequentemente a camada de inversão é suficientemente alta de modo a anular quaisquer das alternativas. A superfície do solo tem pronunciada influência no clima, e características do mesmo, tais como a estabilidade do ar. O vento procedendo de uma área muda de direção ao atingir colinas, rochedos ou altas estruturas. O ar que é forçado a se elevar para ultrapassar tais obstruções pode ou não se tornar instável dependendo da sua velocidade e lapso do ar circulante. O tipo de terreno-rochoso, arenoso ou com florestas influencia a magnitude das variações de temperatura. Quanto menor a variação diária da temperatura, maior a tendência para um ar estável. Áreas com relevo topográfico forte também apresentam correntes de ar (brisas). Essas brisas são usualmente para cima durante o dia, quando o vale está relativamente quente, e para baixo, à noite, quando a obstrução esfria mais rapidamente que o vale. O maior efeito do terreno no clima é a extensão na qual ele introduz instabilidade ao movimento de ar ou promove turbulência e correntes circulares-remoinhos. Estes por sua vez afetam diretamente a dispersão do gás. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 12 3. EFEITOS DA POLUIÇÃO DO AR A exposição frequente e de longo prazo à poluição do ar causa uma erosão gradativa da saúde. O principal efeito da poluição do ar está associado às doenças de origem respiratória. Os poluentes mais encontrados na atmosfera de grandes cidades são: - - - O metano (CH4) produzido por fermentação ou putrefação, é geralmente produzido pela ausência ou maus processos de tratamento de efluentes orgânicos como esgotos e lixo. O monóxido de carbono (CO): Os motores automotivos e geradores representam a fonte principal. Material particulado: São partículas sólidas e líquidas que flutuam no ar. São principalmente de origem da combustão de carvão ou óleos, nos processos industriais. Os óxidos de enxofre (SOx): São emitidos na queima de carvão e óleos (diesel, BPF,etc.), nos processos industriais e transportes.* Os hidrocarbonetos: São usualmente os vapores não queimados que se evaporam dos tanques de gasolina através dos escapamentos, pelo manuseio inadequado de combustíveis. Os óxidos de nitrogênio(NOx): São produzidos quando o ar é aquecido a altas temperaturas, como acontece num cilindro de automóvel ou na fornalha de alta temperatura de uma usina de energia, quando esta trabalha com ar e não com oxigênio.* *estes poluentes em contato com água (chuva ou alta umidade) formam respectivamente ácido sulfúrico e ácido nítrico, componentes da chuva ácida. 3.1 Caracterização Qualitativa e Quantitativa Como a legislação atmosférica é pouco específica, podendo variar de local para local, os órgãos ambientais tem a possibilidade de determinar padrões locais para as diferentes fontes de poluição. Material particulado (MP) Óxidos de enxofre (SOx) Óxidos de nitrogênio (NOx) Monóxido de Carbono (CO) Oxidantes fotoquímicos Mercaptanas 80 mg/m³ 80 mg/m³ 100 mg/m³ 10 mg/m³ 160 mg/m³ Variável Decreto 8468 de 08/09/76, Estado de São Paulo. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 13 3.2 Medições da Qualidade do Ar Em geral, por falta de legislação federal específica para as diferentes áreas, os órgãos fiscalizadores tendem a usar padrões semelhantes à EPA (Environmental Protection Agency – USA). Com isto também são responsáveis pela coleta das amostras, em especial nas áreas urbanas. Existem vários pontos de coletas de ar nas cidades, determinados em função do tamanho da cidade e dos principais poluentes. Normalmente, o ar é qualificado como bom, regular e inadequado. Av. 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Concentrações elevadas são suscetíveis de gerar tonturas, dores de cabeça, fadiga e morte. Altas concentrações podem provocar problemas do trato respiratório, como doenças respiratórias. É um poluente acidificante, envolvido em fenômenos como as chuvas ácidas que atacam quimicamente algumas estruturas, como materiais metálicos, bem como tecidos vegetais. Altas concentrações podem provocar problemas no trato respiratório, especialmente em grupos sensíveis como asmáticos. É um poluente acidificante (chuvas ácidas). É um poderoso oxidante. Pode irritar o trato respiratório, provocando dificuldades respiratórias (p.ex. impossibilidade de respirar fundo, inflamações brônquicas ou tosse). É o principal constituinte do smog fotoquímico associado a diversos sintomas em grupos sensíveis com crianças, doentes cardiovasculares e/ou do trato respiratório, e idosos. É apontado como o principal responsável por perdas agrícolas e danos na vegetação. Erroneamente chamado de parceiro do metano no efeito estufa, inconveniente apenas quando está em temperaturas acima de 60ºC, pois não pode ser convertido em O2 pela fotossíntese das plantas. Pode ser asfixiante somente quando ocupar o lugar do oxigênio. Por ser mais pesado que o ar (CNTP) se acumula próximo ao solo. São um dos principais poluentes em termos de efeitos na saúde humana, particularmente as partículas inaláveis, que penetram no sistema respiratório, danificando-o. Têm sido associados ao aumento de doenças respiratórias, como bronquite asmática. Podem ser responsáveis pela diminuição da troca gasosa em espécies vegetais. Danificam o patrimônio construído, especialmente tintas. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 15 4. CLASSIFICAÇÃO DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA A poluição pode ser classificada como natural ou tecnológica. A natural é causada pela própria natureza, ou seja, é consequência dos vulcões, terremotos, maremotos, raios, que acabam desprendendo gases e materiais particulados, fumos, compostos químicos, etc.. Já a tecnológica é a criada pelo homem que em função do desenvolvimento da humanidade acabou modificando todo o meio ambiente onde vive. Em síntese podemos classificar os poluidores em dois grupos, segundo os volumes e concentrações produzidos: Grandes poluidores - Pólos petroquímicos - Usinas siderúrgicas - Usinas termoeléctricas - Complexos industriais - Complexos portuários - Centros urbanos Pequenos poluidores - Indústrias individuais - Automóveis, ônibus, caminhões, trens não elétricos - Residências (fogões, aquecedores a gás) - Processos de tratamento anaeróbios abertos ou mal dimensionados Quanto à poluição, esta pode ser qualificada como necessária ou desnecessária: Necessária é aquela resultante dos processos sem os quais a humanidade teria dificuldades de sobreviver: indústrias, transporte, etc.. Desnecessária é aquela que poderia ser facilmente evitada: queimadas, cigarro, etc.. Em geral a poluição “necessária” é minimizada em função da tecnologia, com o uso de equipamentos ou modificações de processo enquanto que a “desnecessária” não tem controle algum! A poluição é gerada desde a queima incompleta de qualquer combustível, através de seus subprodutos ou até mesmo em transferência de um sistema de armazenagem a outro. É importante lembrar que os gases são compressíveis e os líquidos não. Isto é muito importante quando se projeta sistemas de bombeamento de produtos, onde as descargas devem ser sempre afogadas para minimizar a formação de vapores e gases. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 16 5. TEORIAS DE DISPERSÃO ATMOSFÉRICA As fórmulas básicas foram apresentadas por pesquisadores, tais como Sutton e Bosdanquent, e modificadas por Pearson, Pasquill, Turner e Gifford. De um modo geral essas fórmulas não variam muito e envolvem expressões das curvas de probabilidade desenvolvidas por Karl Gauss. As chamadas curvas Gaussianas foram originalmente aplicadas para indicar desvios de valores presumivelmente conhecidos, envolvendo estudos experimentais ou estatísticos. Hoje em dia, em função da preservação ambiental, seja ela por motivos históricos, naturalistas de fauna ou flora, ou até humana, a maioria dos órgãos ambiental exige das novas empresas com potencial risco de danos ambientais atmosféricos, um complexo estudo das emissões e dispersões dos poluentes. Isto desenvolveu grandes empresas especializadas em cálculos matemáticos que se aproximam muito com a realidade. No entanto, em função das grandes variações do clima, muitos estudos maravilhosamente elaborados, podem perder seu valor em poucos anos, obrigando a fonte a rever continuamente suas origens poluidoras. Um dos grandes fatores de impedimento da dispersão atmosférica são os obstáculos urbanos como os edifícios, viadutos, elevados, etc. Por outro lado as reduções das áreas verdes também contribuem para a concentração dos poluentes. De acordo com a O. M. S. nos centros urbanos há uma necessidade mínima de 12 m² de área verde por habitante, apenas para respirar. Podemos acrescentar mais 60 m² por hora de veículo em movimento. Num levantamento recente na cidade de São Paulo, em 2000, esta área era de cerca de 4 m² por habitante. Em 2012 era de 2,6 m² por habitante. Dentro dos agravantes para a dispersão dos poluentes automotivos dos grandes centros está a redução da velocidade de deslocamento para o aumento da segurança de pedestres e redução do número de acidentes, pois quanto menor a velocidade maior a geração de poluentes e pior a sua dispersão. Apenas como exemplo, São Paulo chega a registrar cerca de 780 Km de congestionamentos o que pode representar algo como 800.000 veículos semi-parados ou desenvolvendo velocidades de até 5 Km/h. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 17 6. VENTILAÇÃO A ventilação pode ser classificada como natural ou forçada. Na ventilação natural estão incluídos todos os dispositivos que permitem que sem o uso de equipamentos seja possível manter um bom ambiente. Na ventilação forçada estão incluídos todos os equipamentos estáticos ou eletromecânicos que alteram as condições ambientais tornando-as aceitáveis para seus respectivos fins. Podemos ainda dizer que a ventilação pode ser por insuflação, exaustão ou insuflaçãoexaustão combinadas. 6.1 Classificação dos Sistemas de Ventilação Ventilação Para Manutenção do Conforto e Eficiência do Homem É conseguida através: - do restabelecimento das condições atmosféricas alteradas pela presença do homem; da refrigeração do ar ou do homem, no verão; do aquecimento do ar no inverno. Ventilação Para Manutenção da Saúde e Segurança do Homem É conseguida através: - da redução da concentração de aerodispersóides nocivos até que se reduzam a valores compatíveis com a saúde; - da manutenção da concentração de gases, vapores e poeiras, inflamáveis ou explosivos, fora das faixas de inflamabilidade ou de explosão. Ventilação Para Conservação de Materiais e Equipamentos (por imposição tecnológica) Nestes casos, para a conservação de determinados produtos (medicamentos, alimentos, instrumentos de medição, etc.) é necessário manter limites na temperatura local. Em geral, a faixa de trabalho coincide com a qual o homem tem condições comuns de trabalho (15 a 25°C). Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 18 6.2 Necessidades Humanas de Ventilação A ventilação de residências, espaços comerciais e escritórios, é necessária para controlar odores corporais, fumaça de cigarro, odores de cozinha e outras impurezas odoríferas, e não para manter a quantidade necessária de oxigênio ou remover o dióxido de carbono produzido pela respiração. Isso é verdadeiro, pois a construção-padrão de edifícios para a ocupação humana não pode prevenir a infiltração ou a saída de substâncias e de quantidades de ar, mesmo quando todas as janelas, portas e aberturas no forro estiverem fechadas. Dados publicados sobre as quantidades de ar normalmente disponíveis pela ventilação natural ou infiltração, indicam que a sufocação por deficiência de oxigênio ou processo de gás carbônico, como resultante da respiração humana é potencialmente impossível em construções não-subterrâneas. Composição do ar (porcentagem em volume) COMPONENTE AR EXTERNO (seco) 79,00 AR INTERNO (21°C, U.R.50%) 78,00 AR EXPIRADO (36°C, U.R.100%) 75,00 20,97 20,69 16,00 Vapor d’água 0,00 1,25 5,00 Dióxido de Carbono 0,03 0,06 4,00 Gases inertes Oxigênio Simples cálculos demonstrarão que o homem não requer mais que alguns metros cúbicos de ar por hora para satisfazer suas demandas de oxigênio e diluir o dióxido de carbono em concentrações não-nocivas. Um homem, mesmo em trabalhos pesados, respira cerca de 40 litros de ar por minuto, consome cerca de 9 litros de oxigênio e produz cerca de 7,5 litros de dióxido de carbono. Experiências já há muito realizadas (1963) concluíram que a concentração de dióxido de carbono no ar de ambientes ocupados não é um índice adequado das necessidades de ventilação, sob o ponto de vista de suprimento de ar exterior e intensidade de odor. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 19 Quantidades recomendadas de ar externo por pessoas no ambiente AR EXTERNO (pés³/min). pessoa 5-10 10-15 15-20 20-30 30-60 TIPO DE ESPAÇO OU OCUPAÇÃO Bancos, auditórios, igrejas, teatros, grandes lojas, espaço onde não se fuma. Apartamentos, barbearias, institutos de beleza, quartos de hotel, espaços onde se fuma pouco. Lanchonetes, restaurantes, quartos de hospitais, espaços onde se fuma moderadamente. Bares, escritórios privados, espaço onde se fuma bastante. Salas de reunião, boates, espaços onde se fuma demasiadamente. Grandes salas têm uma vantagem sobre as pequenas, pois agem como reservatórios, permitindo que os odores do corpo desapareçam com um mínimo suprimento de ar exterior e que haja máxima eficiência de ventilação. Uma pequena sala requererá um maior suprimento de ar por pessoa, para controle de odores. Necessidades de ar para diluição de odores corporais VOLUME DO ESPAÇO OCUPADO Pés³ x pessoa 100 100 200 200 300 300 500 500 SUPRIMENTO DE AR EXTERIOR (pés³/min). pessoa 29 25 21 16 17 12 11 7 TIPO DE OCUPANTE Escolas de crianças Adultos sedentários Escolas de crianças Adultos sedentários Escolas de crianças Adultos sedentários Escolas de crianças Adultos sedentários Obs.: 1 pé cúbico = 28 L Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 20 Composição do Ar COMPOSIÇÃO PROVÁVEL DA ATMOSFERA TERRESTRE NOME Nitrogênio Oxigênio Argônio Vapor de Água Dióxido de Carbono Neônio Hélio Metano Criptônio Hidrogênio Óxido Nitroso Monóxido de Carbono Xenônio Ozônio Dióxido de Nitrogênio Iodo FÓRMULA (N2) (O2) (Ar) (H2O) (CO2) (Ne) (He) (CH4) (Kr) (H2) (N2O) (CO) (Xe) (O3) (NO2) (I) PPMV 780.840 209.460 9.340 4000 390 18,18 5,24 1,79 1,14 0,55 0,3 0,1 0,09 0,0 – 0,07 0,02 0,01 % (78,084) (20,946) (0,9340) (0,4) (0,0390) (0,001818) (0,000524) (0,000179) (0,000114) (0,000055) (0,00003) (0,00001) (0,000009) (0 – 0,000007) (0,000002) (0,000001) MASSA MOL 28,0 32,0 40,0 18,1 44,1 20,8 4,0 16.042 83,798 2,0 44,0128 28,01 131,3 48,0 46,0 126,9 Mais informações estão na tabela 1. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 21 7. TOXICOLOGIA INDUSTRIAL 7.1 Generalidades Sobre Toxicologia A toxicologia pode ser definida como o estudo das ações nocivas de produtos químicos sobre mecanismos biológicos. Evidentemente o toxicologista, na procura de informações relacionadas com essas ações nocivas, adquire também informações relevantes, quanto ao grau de segurança no uso desses produtos. A toxicologia moderna é um campo multidisciplinar e depende do conhecimento e do desenvolvimento de uma série de ciências básicas como a física, a química, a físicoquímica, a biologia e em particular, a bioquímica. Para adequada compreensão dos problemas toxicológicos são necessários conhecimentos de fisiologia, de estatística, e de saúde pública. A patologia é considerada parte da toxicologia, pois um efeito nocivo de um produto químico sobre uma célula, tecido ou órgão, deve manifestar-se necessariamente sob a forma de anormalidades grosseiras, microscópicas e sub-microscópicas. O campo mais intimamente ligado com a toxicologia é a farmacologia, pois o farmacologista deve compreender não somente os efeitos benéficos das substâncias químicas, mas também os efeitos nocivos dessas substâncias com fins terapêuticos. A toxicologia tem se desenvolvido em três aspectos principais, dependendo do interesse presente: toxicologia ambiental, toxicologia econômica (utilitária) e toxicologia forense. FARMACOLOGIA PATOLOGIA FISIOLOGIA QUÍMICA SAÚDE PÚBLICA BIOLOGIA IMUNOLOGIA TOXICOLOGIA AMBIENTAL ECONÔMICA FORENSE Poluição Desenvolvimento de Drogas Diagnóstico Resíduo Aditivos alimentares Terapia Higiene Industrial Pesticidas Aspectos médicos legais Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 22 A toxicologia ambiental é o ramo da toxicologia que trata da exposição casual do tecido biológico e, mais especificamente, do homem a produtos químicos basicamente poluentes de seu ambiente e de seus alimentos. É o estudo das causas, condições, efeitos e limites de segurança, para tais exposições. A toxicologia econômica é o ramo da toxicologia que trata dos efeitos nocivos de produtos químicos intencionalmente administrados ao tecido biológico com o propósito de obter-se um efeito específico. A toxicologia forense é o ramo da toxicologia que trata dos aspectos médico-legais de efeitos nocivos de substâncias químicas sobre os seres humanos. A toxicologia forense envolve as condições de exposição aos agentes tóxicos, quer acidental, quer intencional. 7.2 Agentes Tóxicos O homem, desde o início da civilização, em sua procura por alimentos, deve ter tentado comer uma variedade de materiais de origem vegetal e animal. É provável que, através dessa experiência, ele tenha determinado que certas substâncias, principalmente vegetais, quando ingeridas, produziam doenças ou causavam a morte, ou ainda, se transformavam numa forma desejável de alimento. Por isso, parece razoável conceber que o homem logo reconheceu que havia conseqüências danosas ou benéficas associadas com a ingestão de materiais pelo seu organismo. Todos os materiais podiam ser colocados em duas classes – seguros ou nocivos. Assim, a palavra “veneno” seria o termo utilizado para descrever os materiais ou produtos químicos que fossem distintamente nocivos ao organismo, e “alimento” seria o termo para os materiais que fossem benéficos e necessários para que o organismo funcionasse. Esse conceito envolvendo a divisão dos produtos químicos em duas categorias, tem persistido até hoje e como tal serve um propósito útil na sociedade. Ele prontamente coloca certas substâncias animais e vegetais, e todos os produtos químicos distintamente nocivos numa categoria, para a qual é dado o devido respeito. Contudo, num sentido estritamente científico, tal classificação não é segura. Reconhece-se atualmente que não é possível estabelecer uma rigorosa linha de separação entre materiais benéficos e materiais nocivos. A experiência tem mostrado que é mais razoável considerar a existência de graus de segurança e de graus de risco, na utilização de um determinado material. Mesmo em quantidades suficientemente elevadas alguns materiais benéficos podem ocasionar efeitos indesejáveis, ou mesmo distintamente nocivos. Do mesmo modo, o mais nocivo de todos os produtos químicos, pode ser absorvido em quantidade suficientemente pequena, sem causar dano ao organismo, como por exemplo, os remédios. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 23 7.3 Conceito de Toxidade Toxidade é uma propriedade inerente a toda matéria. Manifesta-se num ambiente fisiológico vivo, produzindo uma alteração indesejável do mesmo, que, se suficientemente intensa, é chamada de dano. O dano é produzido em resposta a alguma dose de uma substância. A dose é a quantidade de substância experimentada num dado intervalo de tempo. Algebricamente, a dose pode ser expressa pela regra de Haber, em sua forma mais simples. Ct=K, onde C é a concentração e t o tempo. A constante K é usualmente L D50 ou L C50 ; L D50 é a dose de um agente tóxico que matará 50% de um grupo animal de teste; L C50 é a concentração de uma dada substância que, quando inalada num determinado período de tempo, matará 50% dos animais sob o teste. A toxidade pode também ser entendida como o efeito líquido de duas reações opostas: (1) substâncias tóxicas agindo sobre o organismo, e (2) o organismo agindo sobre as substâncias tóxicas. O efeito líquido é uma redução no potencial tóxico. 7.4 Sinergismo e Antagonismo Sinergismo pode ser definido como o aumento da toxidade acima daquela comumente expressada, quando o agente tóxico é utilizado em combinação com outras substâncias. Antagonismo é a expressão oposta à toxidade, quando duas ou mais substâncias estão presentes no organismo. O antagonismo pode resultar na completa eliminação dos efeitos tóxicos, ou a toxidade pode ser parcialmente reduzida. 7.5 Risco e Segurança Pode-se conceituar risco como a probabilidade de ocorrência de um dano quando se utiliza a substância de um determinado modo e numa particular quantidade e segurança como a certeza prática de que um dano não irá ocorrer quando a substância for utilizada de um determinado modo e numa particular quantidade. Os elementos básicos a serem considerados na avaliação de um risco no uso de uma substância são: Toxidade da substância usada Propriedades físicas e químicas da substância Probabilidade de absorção da substância pelo indivíduo A extensão e a intensidade de exposição a essa substância Medidas de controle utilizadas Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 24 7.6 Toxidade Seletiva Os agentes danificam certas células, órgãos e espécies, e não outros na mesma dosagem. Os compostos que constituem os pesticidas são planejados para matar insetos, por exemplo, e não danificar o homem. Assim, a seletividade do DDT, está baseada no tamanho do animal e não no peso. 7.7 Toxidade Associada Quando dois ou mais agentes estão presentes pode haver: Efeitos independentes A efeito A B efeito B Efeitos aditivos – quando as ações básicas são mais que aditivas efeito A + B = efeito A + efeito B Efeitos sinergéticos – quando as ações tóxicas são mais que aditivas efeito A + B > efeito A + efeito B Efeitos antagônicos – quando as ações tóxicas são menos que aditivas efeito (A + B) < efeito A + efeito B Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 25 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 26 8. MÉTODOS DE DEPURAÇÃO DE GASES O crescimento acelerado industrial, observado nestes últimos anos, nos indica consequentemente, um aumento na quantidade de emissões de diversos produtos, elementos e compostos na atmosfera. Assim, a tendência da criação de pólos industriais em áreas definidas, não afasta o crescimento de áreas urbanas, que podem se instalar nas proximidades das primeiras. Como consequência imediata, as emissões de poluentes têm alcançado limites alarmantes, ultrapassando os previstos na legislação pertinente. A prevenção da contaminação atmosférica se resume em duas medidas: - Alterar a formação de contaminantes - Impedir seu lançamento na atmosfera A formação dos produtos contaminantes é um fenômeno suscetível de se evitar, em certas ocasiões, mediante uma atuação adequada sobre o processo gerador. Pode-se sugerir algumas medidas como: - Substituição das matérias-primas empregadas - Modificação nos equipamentos - Modificação nos processos - Modificação nos procedimentos E numa condição extrema o encerramento das atividades. 8.1 Tipos de Contaminantes Industriais Os principais poluentes presentes na atmosfera, de acordo com os seus estudos físicos, podem ser classificados em dois grandes grupos: Partículas sólidas e líquidas Gases e vapores O tamanho das partículas, normalmente, oscila entre 10-2 e 10-3 m, sendo que 30% delas estão entre 10-1 e 10-2 m. As partículas maiores de 10 m são produzidas nos processos mecânicos, como erosão, moenda, etc.. Os contaminantes gasosos possuem um tamanho entre 10-3 e 10-5 m. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 27 8.2 Processos de Depuração A separação dos contaminantes pode ser efetuada com diversos mecanismos, empregados isoladamente ou em conjunto. Para as partículas sólidas ou líquidas, o processo é do tipo físico onde não há variação de natureza química, enquanto que para os gases, o processo pode implicar modificações em sua natureza. 8.2.1 Separação de partículas Os principais mecanismos são os seguintes: Gravidade As partículas sólidas e líquidas de tamanho elevado (maior que 50 m), podem sedimentar, se for diminuída a velocidade da corrente gasosa que as envolve. Inércia Esse fenômeno é utilizado para se modificar a linha de progressão da corrente gasosa, onde se consegue uma separação completa. Força Centrípeta Através da centrifugação, modifica-se a linha de progressão das partículas, de forma circular. Precipitação Eletrostática A separação é feita através da carga elétrica do contaminante e posteriormente através de um campo elétrico que o desvia e o obriga a sedimentar. Difusão Browniana É considerado um caso especial de interceptação, onde a colisão das partículas com o obstáculo se deve à energia que as moléculas gasosas transmitem, como resultado dos choques produzidos em consequência do movimento browniano. Só é viável em caso de partículas de tamanho extraordinariamente pequeno. Deposição Ultrassônica Os ultrassons favorecem as colisões e aglomerações das partículas. Com isso, o aumento de tamanho tornará melhor a separação. É considerado um processo auxiliar e não propriamente um mecanismo efetivo. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 28 8.2.2 Separação de Gases São aplicadas as seguintes técnicas: Absorção Trata-se de um processo de transferência de matéria entre um gás e um líquido, em que o contaminante pode reagir com o líquido absorvente ou dissolver-se nele. Adsorção Neste caso a transferência se faz entre um gás e um sólido e como regra geral, não há reação química. Combustão Quando os contaminantes são oxidáveis, recorre-se à combustão para eliminá-los. Redução Catalítica De certo modo é uma técnica inversa à da combustão. Esta transformação se faz com catalisadores, geralmente do tipo metálico. 8.3 Equipamentos de Separação de Partículas Pode-se classificar esses equipamentos em dois grupos: Secos: ciclones, filtros, separadores eletrostáticos, etc. Úmidos: lavadores, torres de enchimento, etc. Outras classificações podem ser: Separação por Gravidade Os equipamentos consistem de uma câmara de grandes dimensões, na qual ocorre a sedimentação das partículas maiores por perderem a velocidade. Pode-se reduzir essas dimensões utilizando uma série de superfícies (obstáculos) para aumentar, inclusive, sua eficácia, porém, a limpeza se torna mais difícil. As câmaras de sedimentação são pouco empregadas devido a sua baixa eficiência e necessidade de grandes espaços. Por seu custo baixo e funcionamento simples, podem ser utilizadas como equipamento prévio de limpeza montadas em série com equipamento de maior rendimento. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 29 Separação por Inércia Estes equipamentos funcionam imprimindo uma mudança brusca de direção da corrente gasosa, o que determina a separação das partículas. Eles tem uma forma geométrica similar à das câmaras de sedimentação. As câmaras de desvios obrigam a corrente efetuar uma mudança de direção para poder ultrapassar um obstáculo situado estrategicamente. Como as partículas maiores tendem a conservar sua direção, chocam-se nele, perdem velocidade e se depositam. As câmaras de “persianas” possuem no seu interior um sistema de placas que formam uma espécie de persiana com pequenos interstícios. Separação por força centrípeta Os equipamentos baseados neste mecanismo recebem o nome genérico de ciclones. É um artifício mecânico que obriga a corrente gasosa percorrer uma trajetória helicoidal. A força centrípeta gerada impulsiona as partículas contra a parede do aparelho e em seguida elas caem, se separando da corrente. Separação por Filtração Os filtros são mecanismos de impactação direta, onde as partículas de tamanho superior à dos interstícios, ficam retidos. Separação por Lavagem Também são equipamentos de impacto direto, em que o meio separador é formado por gotas de líquido, cuja função é somente mecânica. A colisão das partículas com o meio líquido pode se efetuar de vários modos, o mais utilizado sendo o tipo venturi. A corrente gasosa atravessa uma “garganta” de seção mínima onde se submete a uma pulverização de água. Separação por Forças Eletrostáticas Os precipitadores eletrostáticos são utilizados em casos em que o tamanho das partículas é muito pequeno e necessita-se de rendimentos de depuração elevados. Podem ser classificados em depuradores secos ou úmidos. Nos primeiros, as partículas se separam dos eletrodos, ao serem golpeadas com martelos ou vibradores. Nos segundos as placas coletoras se lavam de tal forma que o líquido arrasta os contaminantes depositados. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 30 8.4 Equipamentos de Eliminação de Gases De Absorção São constituídos, fundamentalmente, por um espaço físico limitado adequadamente, onde se produz a transferência da fase gasosa para a fase líquida. Este espaço, ou zona de contato, deve ter a forma de coluna, podendo admitir outras variantes. Quando se deseja que a superfície de contato seja maior, se empregam colunas de enchimento de diversos materiais, que se resume em uma maior perda de carga na corrente gasosa. O líquido receptor deve estar constituído de tal modo que os gases retidos possam reagir quimicamente com alguns de seus componentes, o que determina que a velocidade de absorção aumente sensivelmente. De Adsorção Esse sistema é constituído fundamentalmente por diversas formas de torres ou colunas, que contém um sólido absorvente, através da qual passa a corrente gasosa e ficam retidas as partículas. Os meios adsorventes possuem uma elevada porosidade e área superficial. Os materiais mais utilizados são carvão ativado, bauxita, etc. De Combustão Incineradores são mais complicados pois seu desenho deve ser feito com as máximas precauções devido aos perigos que um mau funcionamento possa causar. São aconselháveis quando as concentrações de contaminantes estão dentro dos limites de inflamabilidade. De Redução Catalítica Quando os contaminantes apresentam um estado máximo de oxidação, pode-se recorrer à redução catalítica, onde existe um processo de combustão. No interior de um reator ou coluna encontra-se o catalisador. Quando a corrente passa por ele, a reação catalítica destrói os contaminantes. Os catalisadores mais utilizados são os metais nobres, como o paládio em suportes do tipo cerâmico. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 31 9. EQUIPAMENTOS TÍPICOS COLETORES DE PÓ LIMITAÇÕES E VANTAGENS DOS PRINCIPAIS TIPOS Parâmetro Ciclone Filtro de Mangas Precipitador Eletrostático Eficiência De 70 a 90% Superior a 99,99% Superior a 98% Emissão Maior que 150 mg/m³ Menor que 50 mg/m³ De 75 a 150 mg/m³ Tamanho de partícula retida Maior que 10 Maior que 1 Maior que 0,001 Custo de investimento Baixo Médio Alto Custo de manutenção Baixo Médio Alto Custo de operação Baixo Baixo Alto Princípio de operação Características Decantação forçada Impactação e aglomeração Indução de eletricidade do pó por inércia. do pó com posterior estática no pó e posterior decantação. aglomeração por atração eletrostática e decantação. Pode sofrer Aceita variações das Pode apresentar elevada abrasão condições pó+gás elevadas emissões no pelo pó ou corrosão (concentração de pó, início e parada de pelo gás temperatura, umidade, operação (maiores que Baixa eficiência etc.) sem variar a emissão 300 mg/m³) para pós finos (com significativamente Não aceita gases tamanho menor que Aceita pós finos e inflamáveis e variações gases/pós inflamáveis das condições do pó+gás 5 ) É o mais utilizado no A eficiência de coleta mundo depende da resistividade elétrica do pó Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 32 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 33 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 34 FILTRO DE MANGAS Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 35 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 36 FILTROS DE MANGAS CICLONE ACOPLADO A FILTRO DE MANGAS Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 37 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 38 Lavador de Contra-Corrente Horizontal Vazões 5.000 a 150.000 m3/h Lavador de Jatos Turbulentos Vazões 1.000 a 30.000 m3/h Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 39 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 40 LAVADOR DE GASES DE GERADORES DE EMERGÊNCIA – SÃO PAULO, SP LAVADOR DE GASES QUÍMICOS – São Paulo, SP Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 41 TABELA 1 GASES MAIS COMUNS FÓRMULA MASSA G/MOL GÁS H2 He CH4 NH3 H2O Ne C2H2 HCN N2 CO C2H4 N2 + O2 NO C2H6 O2 CH3F Ar C3H4 C3H6 C3H8 CO2 N2O NO2 O3 CH3Cl C4H6 C4H8 C4H10 SO2 Cl2 Kr CH3Cl CHClF2 CCl2O Hidrogênio Hélio Metano Amônia Água Neônio Acetileno (Etino) Cianeto de Hidrogênio Nitrogênio Monóxido de Carbono Etileno (Eteno) Ar Monóxido de Nitrogênio Etano Oxigênio Fluorometano Argônio Propino Propeno Propano Dióxido de Carbono Óxido Nitroso Dióxido de Nitrogênio Ozônio Clorometano Butino (2) Buteno (4) Butano (2) Dióxido de Enxofre Cloro Criptônio Diclorometano Clorodifluorometano Fosgênio GASES (USADOS PARA REFRIGERAÇÃO) GÁS - CLOROFLUORCARBONOS FÓRMULA MASSA G/MOL FREON 11 Triclorofluorometano FREON 12 Diclorodifluorometano FREON 115 Cloropentafluoroetano DENSIDADE GR/L 2 4 16,042 17,03 18,01 20,18 26,04 27,03 28 28,01 28,05 28,96 30,006 30,07 32 34,03 40 40,06 42,08 44,10 44,01 44,0128 46,0 48,0 50,49 54,091 56,11 58,124 64,05 70,8 83,798 84,93 86,47 98,92 0,0899 0,1785 0,717 0,76 0 – 4,0 0,9 1,18 1,21 1,25 1,25 1,18 1,29 1,25 1,28 1,429 1,4397 1,784 1,91 2,0 1,98 1,98 2,05 2,144 2,22 2,41 2,71 2,73 3,2 3,708 1,3266 3,66 4,25 DENSIDADE GR/L CCl3F CCl2F2 ClF2C-CF3 137,37 120,91 154,466 1,49 1,486 1,546 IH3C CH3Br CH2BrCl CCL4 CBr3F CHCl2F CHBrF2 CBr2F2 CBrClF2 CCl2F2 CBrF3 CF4 C2Cl2F4 C2Br2F4 C2F6 141,94 94,94 129,38 153,82 270,72 102,92 130,92 209,82 165,36 120,91 148,91 88,00 170,92 259,8 138,01 2,27 1,73 1,991 1,59 (L) 2,76 (L) 1,40 1,55 2,27 1,799 1,486 1,538 3,72 1,455 2,18 (L) 5,734 GÁS – HALOGENATE HIDROCARBON HALON 10001 Iodometano HALON 1001 Bromometano HALON 1011 Clorobromometano HALON 104 Tetracloretodemetano HALON 1103 Tribromofluormetano HALON 112 Fluordiclorometano HALON 1201 Bromodifluorometano FM 100 HALON 1202 Dibromodifluorometano HALON 1211 Bromoclorodifluormetano HALON 122 Diclorodifluorometano HALON 1301 Bromotrifluorometano HALON 14 Tetrafluorometano HALON 242 1,2 Diclorotetrafluoroetano HALON 2402 Dibromotetrafluoretano HALON 2600 Hexafluoroetano GÁS FM 200 Heptafluorpropano GAS (PARA COMBATE A INCÊNDIOS) FÓRMULA MASSA G/MOL C3HF7 DENSIDADE GR/L 170,03 1,46 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 42 TRATAMENTO DE ÁGUA PARA A INDÚSTRIA QUÍMICA, FARMACÊUTICA, COSMÉTICA E AFINS Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO 1 2. CARACTERÍSTICAS DOS CURSOS D’ÁGUA 2 3. EFLUENTES LÍQUIDOS 4 4. LEGISLAÇÃO AMBIENTAL NO BRASIL 5 5. SITUAÇÃO HÍDRICA NO BRASIL E NO MUNDO 14 6. SITUAÇÃO HÍDRICA NO ESTADO DE SÃO PAULO 15 7. 7.1 7.2 7.3 NECESSIDADES HÍDRICAS Consumo de Água Abastecimento de Água Potável Tratamento de Esgoto Municipal 15 15 15 16 8. 8.1 8.2 TRATAMENTO DE ÁGUA Captação Tratamento de Água Potável 17 17 18 9. 9.1 9.2 9.3 ARMAZENAGEM, RECALQUE E DISTRIBUIÇÃO Armazenagem Recalque Distribuição 30 30 30 30 10. 10.1 10.2 10.3 QUALIDADE E QUANTIDADE Qualidade Materiais de Construção Quantidade 31 31 31 31 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 1. INTRODUÇÃO A água é fundamental à vida humana. Depois do ar é a principal responsável pela nossa constituição e sobrevivência. Um ser humano adulto consome em média 2 L/dia de água para manter o organismo equilibrado. O ciclo hidrológico natural descreve o movimento da água na natureza. A evaporação dos oceanos é carreada para terras interiores por massas de ar marítimas. Vapores de águas interiores e a transpiração das plantas acrescentam à atmosfera a umidade que eventualmente precipita na forma de chuva. As águas da precipitação percorrem as superfícies dos terrenos podendo ser absorvidas pelas plantas, reevaporar ou atingir os cursos d’água. As águas subterrâneas e superficiais fluem aos oceanos para recirculação. Isto ocorre no planeta desde a formação do estágio da vida hidrocarbonética, onde a água e os compostos de carbono deram origem à vida vegetal e animal. As águas oceânicas são chamadas de águas salgadas e as de superfície de águas doces. O mesmo nome se dá às águas subterrâneas em função de sua qualidade, ou ainda as salobras, cuja qualidade é intermediária. O ser humano interfere no ciclo hidrológico, gerando um ciclo modificado da água (ciclo artificial). As comunidades captam águas subterrâneas ou superficiais. Após tratamento a água é distribuída às residências e indústrias. Os esgotos captados são coletados e transportados a uma estação de tratamento e tem sua disposição final nos rios ou oceanos. Vale a pena lembrar que os sistemas de tratamento promovem apenas uma recuperação parcial da qualidade da água original. A diluição em um corpo receptor e a purificação pela natureza promovem melhora adicional na qualidade da água. Entretanto, outra cidade a jusante da primeira, provavelmente captará água para abastecimento municipal antes que ocorra a recuperação completa. Essa cidade, por sua vez, a trata e dispõe o esgoto gerado novamente por diluição. Esse processo de captação e devolução por sucessivas cidades em uma bacia resulta em um reuso indireto da água. Durante as estiagens, a manutenção da vazão mínima em muitos rios pequenos depende, fundamentalmente, do retorno destas descargas de esgotos efetuadas a montante. Assim, o ciclo artificial da água, integrado no ciclo hidrológico natural, envolve: 1) captação de água superficial, tratamento e distribuição; 2) coleta, tratamento e disposição em corpos receptores dos esgotos gerados; 3) purificação natural do corpo receptor; e 4) repetição deste esquema por cidades a jusante. 1 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2. CARACTERÍSTICAS DOS CURSOS D’ÁGUA Um curso d’água, em seu estado natural, constitui-se num ecossistema. Nele coexistem inúmeros organismos que se relacionam entre si e com o próprio ambiente. Qualquer modificação introduzida pode provocar sérios desequilíbrios, eliminando algumas espécies, desenvolvendo exageradamente outras, enfim, provocando a alteração do meio ambiente. A grande maioria das espécies de organismos que habitam um curso d’água necessita de oxigênio dissolvido no meio líquido para sua sobrevivência. O oxigênio existe em abundância na atmosfera, tendo a característica de ser solúvel em água. A concentração de oxigênio dissolvido na água varia em função de diversos fatores, dentre os quais a temperatura é destacada, sendo que temperaturas baixas permitem uma maior concentração. A existência de seres vivos no meio líquido implica num consumo contínuo de oxigênio dissolvido. Se não ocorresse um processo de suprimento de oxigênio dissolvido no meio líquido, em pouco tempo ocorreria a morte da maioria dos organismos. Entretanto os cursos d’água têm capacidade de absorver oxigênio da atmosfera, ocorrendo o fenômeno da reaeração. Esta capacidade está limitada a uma série de fatores, dentre eles a altitude, a temperatura, acidentes geográficos e vazão. Genericamente o teor de oxigênio dissolvido em um curso d’água sofre a influência de suas ações: uma tendência a abaixar, devido ao consumo, e uma tendência a recuperarse, devido à reaeração. Em condições naturais, existe normalmente equilíbrio entre os dois fatores, porém no caso do curso receber o lançamento de despejos sanitários ou industriais, esse equilíbrio pode ser quebrado. A carga poluidora, contendo grande demanda de oxigênio, sendo lançada em um certo ponto do curso d’água concentra o consumo de oxigênio dissolvido. Deste modo, no início do fenômeno, quando oxigênio dissolvido consumido é maior que o oxigênio dissolvido recuperado, o nível de oxigênio dissolvido irá cair até um mínimo, ou mesmo poderá deixar de existir, gerando condições sépticas. Ao longo do percurso do curso d’água o consumo de oxigênio dissolvido irá baixando, até ocorrer o equilíbrio com o oxigênio dissolvido recuperado, voltando à condição anterior ao ponto de lançamento dos esgotos. O teor de oxigênio dissolvido no curso d’água tem importância fundamental quanto à presença dos seres vivos em seu interior. Assim, os diversos níveis de oxigênio dissolvido existentes ao longo do curso d’água após o lançamento, correspondem determinados tipos de organismos que se ambientam melhor às condições do mesmo. A Biota (conjunto de seres vivos que habitam um determinado ecossistema) existente antes do lançamento, adaptada a um nível de oxigênio dissolvido elevado, irá sofrendo modificações à medida que o nível de oxigênio dissolvido vai caindo, e pode-se distinguir, à jusante do lançamento, seções características do estado do curso d’água, que correspondem ao nível de oxigênio dissolvido. Tais seções são: 2 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Seção natural Compreende desde as nascentes, também chamadas de cabeceiras, até o ponto de lançamento de efluentes. Possui um teor de oxigênio elevado, rica em espécies aquáticas da flora e fauna. Seção de degradação ou de mistura Situada após o lançamento dos efluentes, geralmente a água fica escura e turva, diferente das características anteriores. Em função das concentrações dos esgotos e vazão despejada haverá uma queda rápida no teor de oxigênio dissolvido no curso d’água, aparecendo metano, gás carbônico e amônia provenientes da decomposição anaeróbia dos sólidos decantáveis dos esgotos que se depositam no fundo do leito. Peixes, quelônios e formas de vida mais exigentes podem ser expulsas ou extintas. Encontram-se nesta área alguns fungos e grande número de bactérias anaeróbias. Seção de decomposição ativa Localiza-se após a área anterior e apresenta níveis muito baixos de oxigênio dissolvido podendo ser zerado quando a carga poluidora é elevada, gerando uma decomposição anaeróbia em toda a área atingida, onde gases, sulfetos e mercaptanas saem do meio líquido vindo para a atmosfera e cujos odores são desagradáveis. Há predominância de microorganismos anaeróbios desaparecendo os fungos. Poderão aparecer alguns vermes e larvas de insetos. Seção de recuperação Na sequência inicia-se o processo de recuperação da concentração de oxigênio dissolvido em função do consumo ser menor que a reposição. Aos poucos o gás carbônico e a amônia desaparecem, os nitritos passam a nitratos e os sulfetos passam a sulfatos, com uma redução significativa do mau cheiro. Reaparecem fungos e algumas plantas aquáticas, dando reinício à cadeia alimentar podendo aparecer alguns peixes mais resistentes. Seção de água limpa Com a reaeração, o curso d’água retoma seus teores de oxigênio dissolvido anteriores, permitindo o crescimento das populações de peixes e outros seres aeróbios mais sensíveis. No entanto jamais chegará aos mesmos padrões da seção natural em função de muitos compostos químicos persistentes cuja vida é extremamente longa. A salinidade da água sofrerá algumas alterações, o excesso de nutrientes poderá ocasionar a proliferação de algas diferentes da condição inicial, gerando um ecossistema diferente da seção natural. 3 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] É evidente que existe um certo limite na carga poluidora a ser lançada ao corpo receptor, desejando-se que o nível mínimo de oxigênio dissolvido (ponto crítico) esteja acima de um dado valor. Caso as necessidades de oxigênio do esgoto lançado sejam muito altas, todo o oxigênio dissolvido do corpo receptor será consumido, e, no ponto crítico teremos ausência de oxigênio dissolvido. Esta situação, dependendo da carga poluidora, pode se prolongar por um longo trecho do rio ou mesmo por todo o seu percurso, o que seria bastante indesejável. A carga poluidora vai depender da vazão de esgoto lançado e da demanda bioquímica de oxigênio deste esgoto (o que vai determinar a necessidade total de oxigênio a ser consumido). A capacidade de autodepuração vai depender do teor de oxigênio dissolvido do corpo receptor antes do lançamento, da vazão do corpo e da taxa de aeração (o que dá o total de oxigênio disponível para suprir as necessidades da carga poluidora). 3. EFLUENTES LÍQUIDOS Esgotos, ou águas residuárias, ou águas servidas, são efluentes líquidos gerados pela atividade humana ou animal, nos mais diversos usos. Seja no uso residencial, na atividade comercial ou nas mais sofisticadas indústrias, hospitais, ou áreas de lazer, a água é utilizada, sendo posteriormente descartada direta ou indiretamente num curso d’água, arrastando consigo uma série de compostos que certamente são diferentes do corpo receptor, e provavelmente nocivos ao meio ambiente. Nacional e internacionalmente são conhecidos inúmeros casos de populações que foram afetadas por doenças patogênicas ou de origem em contaminantes industriais (muitas vezes também usados em residências, tais como produtos de dedetização, formicidas, etc.). Estes compostos, quando lançados em regiões desprovidas de tratamento de efluentes ou tratamento de água, além de afetar a vida humana podem também afetar a vida animal e até mesmo a vegetal, que é uma forma de vida bastante resistente. Já, ao contrário, nas regiões onde os efluentes sanitários e industriais são tratados, a incidência dessas doenças é praticamente nula e o meio ambiente aquático é propício ao desenvolvimento de suas espécies características. Uma estação de tratamento de efluentes tem por objetivo reduzir a carga poluidora ou baixar a carga contaminante a um nível compatível com o corpo receptor, ou seja, os efluentes tratados não irão provocar degradação do meio ambiente e nem riscos à saúde humana, animal e vegetal. Apenas para exemplificar, quando o mercúrio cai nos cursos d’água, os peixes sobrevivem e se contaminam produzindo metil-mercúrio (que pode alterar a composição genética dos peixes), mas se o homem comer estes peixes acabará morrendo por envenenamento. Atualmente as estações de tratamento de água, a maioria do tipo convencional (clarificação + filtração + desinfecção), tem tido muita dificuldade em atender à legislação em função da baixa qualidade do corpo hídrico. Em muitos casos tem sido abandonadas e substituídas por sistemas artesianos. 4 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 4. LEGISLAÇÃO AMBIENTAL NO BRASIL PORTARIA 2914/2011 TABELA 1 PADRÃO MICROBIOLÓGICO DE POTABILIDADE DA ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO PARÂMETRO VMP (1) Água para consumo humano (2) Escherichia coli ou coliformes Ausência em 100ml termotolerantes (3) Água na saída do tratamento Coliformes totais Ausência em 100ml Água tratada no sistema de distribuição (reservatórios e rede) Escherichia coli ou coliformes Ausência em 100ml termotolerantes (3) Coliformes totais Sistemas ou soluções alternativas coletivas que abastecem menos de 20.000 habitantes Apenas uma amostra, entre as amostras examinadas no mês, poderá apresentar resultado positivo Sistemas ou soluções alternativas coletivas que abastecem a partir de 20.000 habitantes Ausência em 100 mL em 95% das amostras examinadas no mês. NOTAS: (1) Valor máximo permitido. (2) Indicador de contaminação fecal. (3) Indicador de eficiência de tratamento. (4) Indicador de integridade do sistema de distribuição (reservatório e rede). 5 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 2 PADRÃO DE TURBIDEZ PARA ÁGUA PÓS-FILTRAÇÃO OU PRÉ-DESINFECÇÃO TRATAMENTO DA ÁGUA Desinfecção (água subterrânea) Filtração rápida (tratamento completo ou filtração direta) Filtração lenta 1,0 UT (2) VMP (1) em 95% das amostras 0,5(3) UT (2) em 95% das amostras 1,0(3) UT (2) em 95% das amostras NOTAS: (1) Valor máximo permitido. (2) Unidade de turbidez. (3) Este valor deve atender ao padrão de turbidez de acordo com o especificado no § 2º do Art. 30. 6 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 3 PADRÃO DE POTABILIDADE PARA SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS QUE REPRESENTAM RISCO À SAÚDE PARÂMETRO INORGÂNICAS Antimônio Arsênio Bário Cádmio Cianeto Chumbo Cobre Cromo Fluoreto Mercúrio Nitrato (como N) Nitrito (como N) Selênio Urânio Acrilamida Benzeno Benzo[a]pireno Cloreto de Vinila 1,2 Dicloroetano 1,1 Dicloroeteno 1,2 Dicloroeteno (cis+trans) Diclorometano Di (2-etilhexil) ftalato Estireno Pentaclorofenol Tetracloreto de Carbono Tetracloroeteno Triclorobenzenos Tricloroeteno UNIDADE VMP (1) mg/L 0,005 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L ORGÂNICAS g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L 0,01 0,7 0,005 0,07 0,01 2 0,05 1,5 0,001 10 1 0,01 0,03 0,5 5 0,7 5 10 30 50 20 8 20 9 4 40 20 20 7 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 3 (Cont.) PADRÃO DE POTABILIDADE PARA SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS QUE REPRESENTAM RISCO À SAÚDE PARÂMETRO 2,4 D + 2,4,5 T Alaclor Aldicarbe + Aldicarbesulfona + Aldicarbesulfóxido Aldrin e Dieldrin Atrazina Carbendazim + benomil Carbofurano Clordano (isômeros) Clorpirifós + clorpirifós-oxon DDT + DDD + DDE Diuron Endossulfan (α β e sais) (3) Endrin Glifosato + AMPA Lindano (gama HCH) (4) Mancozebe Metamidofós Metolacloro Molinato Parationa Metílica Pendimentalina Permetrina Profenofós Simazina Tebuconazol Terbufós Trifluralina UNIDADE AGROTÓXICOS VMP (1) g/L g/L g/L 30 20 10 g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L g/L 0,03 2 120 7 0,2 30 1 90 20 0,6 500 2 180 12 10 6 9 20 20 60 2 180 1,2 20 8 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 3 (Cont.) PADRÃO DE POTABILIDADE PARA SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS QUE REPRESENTAM RISCO À SAÚDE PARÂMETRO UNIDADE VMP (1) DESINFETANTES E PRODUTOS SECUNDÁRIOS DA DESINFECÇÃO Ácidos haloacéticos total mg/L 0,08 Bromato mg/L 0,01 Clorito mg/L 1 Cloro residual livre mg/L 5 Cloraminas Total mg/L 4,0 2,4,6 Triclorofenol mg/L 0,2 Trihalometanos Total mg/L 0,1 NOTAS: (1) CAS é o número de referência de compostos e substâncias químicas adotado pelo Chemical Abstract Service. (2) Valor Máximo Permitido. (3) Somatório dos isômeros alfa, beta e os sais de endossulfan, como exemplo o sulfato de endossulfan. (4) Esse parâmetro é usualmente e equivocadamente conhecido como BHC. (5) Análise exigida de acordo com o desinfetante utilizado. (6) Ácidos haloacéticos: Ácido monocloroacético (MCAA) - CAS = 79-11-8, Ácido monobromoacético (MBAA) - CAS = 79-08-3, Ácido dicloroacético (DCAA) - CAS = 79-436, Ácido 2,2 - dicloropropiônico (DALAPON) - CAS = 75-99-0, Ácido tricloroacético (TCAA) - CAS = 76-03-9, Ácido bromocloroacético (BCAA) CAS = 5589-96-3, 1,2,3, tricloropropano (PI) - CAS = 96-18-4, Ácido dibromoacético (DBAA) CAS = 631-64-1, e Ácido bromodicloroacético (BDCAA) - CAS = 7113-314-7. (7) Trihalometanos: Triclorometano ou Clorofórmio (TCM) - CAS = 67-66-3, Bromodiclorometano (BDCM) - CAS = 75-27-4, Dibromoclorometano (DBCM) - CAS = 12448-1, Tribromometano ou Bromofórmio (TBM) - CAS = 75-25-2. TABELA 4 PADRÃO DE RADIOATIVIDADE DA ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO PARÂMETRO(1) Radio-226 Radio-228 UNIDADE Bq/L Bq/L VMP 1 0,1 NOTAS: (1) Sob solicitação da Comissão Nacional de Energia Nuclear, outros radionuclídeos devem ser investigados. 9 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 5 PADRÃO ORGANOLÉPTICO DE POTABILIDADE PARÂMETRO Alumínio Amônia (como NH3) Cloreto Cor Aparente 1,2 Diclorobenzeno 1,4 Diclorobenzeno Dureza Etilbenzeno Ferro Gosto e odor(3) Manganês Monoclorobenzeno Sódio Sólidos dissolvidos totais Sulfato Sulfeto de hidrogênio Surfactantes (como LAS) Tolueno Turbidez(4) Zinco Xilenos UNIDADE mg/L mg/L mg/L uH mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Intensidade mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L uT mg/L mg/L VMP (1) 0,2 1,5 250 15 0,01 0,03 500 0,2 0,3 6 0,1 0,12 200 1.000 250 0,01 0,5 0,17 5 5 0,3 NOTAS: (1) Valor permitido. (2) Unidade Hazen (mg Pt–Co/L). (3) Intensidade máxima de percepção para qualquer característica de gosto e odor com exceção do cloro livre, nesse caso por ser uma característica desejável em água tratada. (4) Unidade de turbidez. 10 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 6 PLANO DE AMOSTRAGEM Número mínimo de amostras e frequência para o controle da qualidade da água de sistema de abastecimento, para fins de análises físicas, químicas e de radioatividade, em função do ponto de amostragem, da população abastecida e do tipo de manancial. Parâmetro Cor Tipo de Manancial Saída do Tratamento Nº Amostras Frequência Superfícial 1 A cada 2 horas Subterrâneo 1 Semanal Turbidez, Cloro Residual Livre(1), Cloraminas(1), Dióxido de Cloro(1) pH e Fluoreto Superficial Subterrâneo 1 1 A cada 2 horas 2 vezes por semana Superficial Subterrâneo 1 1 Gosto e Odor Superficial Subterrâneo Superficial 1 1 1 Superficial Subterrâneo 1 Dispensada a análise 1 A cada 2 horas 2 vezes por semana Trimestral Semestral Semanal quando nº de cianobactérias ≥ 20.000 células/ml Trimestral Dispensada a análise Semestral Cianotoxinas Produtos Secundários da Desinfecção Demais Parâmetros(3)(4) Superficial ou Subterrâneo Sistema de Distribuição (reservatórios e redes) Número de Amostras Frequência População Abastecida <50.000 50.000 a >250.000 <50.000 50.000 a >250.000 hab. 250.000 hab. hab. 250.000 hab. hab. hab. 10 1 para cada 40 + (1 para Mensal 5 mil cada 25 mil habtantes hab.) 5 1 para cada 20 + (1 para Mensal 10 mil hab. cada 50 mil hab.) Conforme § 3º do Artigo 41 Conforme § 3º do Artigo 41 Dispensada a análise Dispensada a análise Dispensada a análise Dispensada a análise Dispensada a análise Dispensada a análise 1(2) 1(2) 4(2) 1(2) 4(2) 1(2) (5) (5) (5) 1 1 1 Anual Trimestral Semestral Semestral Semestral NOTAS: (1) Análise exigida de acordo com o desinfetante utilizado. (2) As amostras devem ser coletadas, preferencialmente, em pontos de maior tempo de detenção da água no sistema de distribuição. (3) A definição da periodicidade de amostragem para o quesito de radioatividade será definido após o inventário inicial, realizado semestralmente no período de 2 anos, respeitando a sazonalidade pluviométrica. (4) Para agrotóxicos, observar o disposto no parágrafo 5º do Artigo 41. (5) Dispensada análise na rede de distribuição quando o parâmetro não for detectado na saída do tratamento e, ou, no manancial, à exceção de substâncias que potencialmente possam ser introduzidas no sistema ao longo da distribuição. 11 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 7 NÚMERO MÍNIMO DE AMOSTRAS MENSAIS Número mínimo de amostras mensais para o controle da qualidade da água de sistema de abastecimento, para fins de análises microbiológicas, em função da população abastecida. Parâmetro Coliformes Totais Escherichia Coli Saída do Tratamento (Número de amostras por unidade de tratamento) Duas amostras semanais(1) < 5.000 hab. Sistema de Distribuição (Reservatório e Rede) População Abastecida 5.000 a 20.000 hab. 20.000 a 250.000 hab. 1 para cada 500 hab. 30 + (1 para cada 2.000 hab.) > 250.000 hab. 105 + (1 para cada 5.000 hab.) Máximo de 1.000 NOTA: (1) Recomenda-se a coleta de, no mínimo, quatro amostras semanais. 12 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TABELA 8 NÚMERO MÍNIMO DE AMOSTRAS E FREQUÊNCIA MÍNIMA DE AMOSTRAGEM Número mínimo de amostras e frequência mínima de amostragem para o controle da qualidade da água de solução alternativa coletiva, para fins de análises físicas, químicas e microbiológicas, em função do tipo de manancial e do ponto de amostragem. Parâmetro Tipo de Manancial Saída do Tratamento (para água canalizada) Cor, Turbidez, pH e Coliformes Totais(1) e (2) Cloro Residual Livre(1) Superficial Subterrâneo Superficial ou Subterrâneo 1 1 1 Número de Amostras Retiradas no Ponto de Consumo (para cada 500 hab.) 1 1 1 Frequência de Amostragem Semanal Mensal Diário NOTAS: (1) Para veículos transportadores de água para consumo humano, deve ser realizada uma análise de cloro residual livre em cada carga e uma análise, na fonte de fornecimento, de cor, turbidez, pH e coliformes totais com frequência mensal, ou outra amostragem determinada pela autoridade de saúde pública. (2) O número e a frequência de amostras coletadas no sistema de distribuição para pesquisa de Escherichia coli devem seguir o determinado para Coliformes totais. 13 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 5. SITUAÇÃO HÍDRICA NO BRASIL E NO MUNDO A água cobre ¾ do planeta. No entanto, 97,4 % é salgada, 1,8 % encontra-se congelada nas regiões polares e 0,8 % é de água doce disponível para a população do planeta. Não existem estatísticas quanto à fração da água que se encontra contaminada. Disponibilidade hídrica per capita País m³/hab/ano Abundância Finlândia > 20.000 Suécia Muito rico > 10.000 Irlanda Luxembrugo Áustria Rico > 5.000 Países Baixos Portugal Grécia França Itália Espanha Reino Unido Alemanha Bélgica Situação correta > 2.500 Pobres < 2.500 Situação crítica < 1.500 Disponibilidade hídrica per capita Estado brasileiro m³/hab/ano 22.600 Roraima 21.800 Amazonas Amapá Acre Mato Grosso Pará Tocantins Rondônia Goiás M. Grosso Sul R. Grande Sul 14.000 Maranhão 12.500 S. Catarina 12.000 Paraná Minas Gerais 6.100 Piauí 6.100 Espírito Santo 5.900 3.600 Bahia 3.300 São Paulo 2.900 2.200 Ceará 2.000 Rio de Janeiro 1.900 R. Grande Norte Distrito Federal Alagoas Sergipe Paraíba Pernambuco Disponibilidade hídrica per capita m³/hab/ano 1.747.010 878.929 678.929 369.305 258.242 217.058 137.666 132.818 39.185 39.185 20.798 17.184 13.662 13.431 12.325 9.608 7.235 3.028 2.913 2.436 2.315 1.781 1.752 1.751 1.743 1.437 1.320 14 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6. SITUAÇÃO HÍDRICA NO ESTADO DE SÃO PAULO Região Mogi Guaçu Turvo/Grande Piracicaba Alto Tietê Disponibilidade hídrica per capita m³/hab/ano 1.500 900 400 200 7. NECESSIDADES HÍDRICAS 7.1 Consumo de Água Agricultura Indústria Consumo humano 7.2 69% 23% 8% Abastecimento de Água Potável Brasil Norte Nordeste Sudeste Sul Centro-Oeste 63,9 % 44,3 % 52,9 % 70,5 % 69,1 % 66,3 % FONTE IBGE 2000 15 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 7.3 Tratamento de Esgoto Municipal EVOLUÇÃO DO TRATAMENTO NO BRASIL % ANO POPULAÇÃO SEM COLETA SÓ COLETA COLETA + TRATAMENTO 1989 147.400.000 52,7 27,4 19,9 2000 169.800.000 47,8 32,0 20,2 2008 189.600.000 44,8 26,7 28,5 EVOLUÇÃO DO TRATAMENTO POR REGIÕES % SEM COLETA SÓ COLETA COLETA + TRATAMENTO 2000 2008 2000 2008 2000 2008 NORTE 92,9 86,6 3,5 5,8 3,6 7,6 NORDESTE 57,1 54,3 29,6 26,7 13,3 19,0 SUDESTE 7,1 4,9 59,8 46,7 33,1 48,4 SUL 61,1 60,3 17,2 15,6 21,7 24,1 CENTRO-OESTE 82,1 71,7 5,6 3,0 12,3 25,3 FONTE IBGE 2008 Em 2015, na grande São Paulo, foram produzidos 73,2 m³/s de água potável e apenas 16,7 m³/s (incluindo Guarulhos) de esgotos são tratados atualmente, nas cinco estações de tratamento de esgoto existentes da SABESP e do SAAE de Guarulhos, poderá chegar a 20,7 m³/s com a conclusão das redes coletoras. 16 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 8. TRATAMENTO DE ÁGUA 8.1 Captação Neste tópico estaremos analisando os sistemas divididos em dois processos fundamentais, as águas subterrâneas e as superficiais. 8.1.1 Águas Subterrâneas Em geral as águas subterrâneas são qualificadas de acordo com a profundidade de onde são captadas. O primeiro ponto de captação é o lençol freático, que se localiza abaixo da camada solta da superfície chegando na camada rochosa por onde escoa. Nesta profundidade que vai de 5 a 50 m, podendo variar de acordo com a região e país onde se perfura, encontramos uma água que em geral tem sua qualidade ligada diretamente ao que acontece na superfície. Assim sendo, nas áreas urbanas saturadas e nas áreas industriais é atualmente difícil de encontrar um lençol freático que não esteja contaminado, seja fisico-quimicamente ou bacteriologicamente. Na sequência temos os poços semi-artesianos, ou seja, os que perfuram a primeira camada da rocha. São alimentados pelas fendas geológicas e em geral apresentam uma razoável qualidade de água para consumo direto. As exceções mais frequentes estão ligadas à composição fisico-química da água, como altos teores de ferro e dureza, podendo também apresentar em alguns casos contaminação bacteriana. A maioria dos poços está entre 50 e 150 m. Já no caso dos poços artesianos, cuja profundidade varia de 150 a 500 m, são raros os casos de contaminação bacteriológica e a qualidade da água em geral está dada pela composição fisico-química da água. O componente definidor da qualidade da água é a dureza da água, representada pela presença de sais de cálcio e magnésio (alcalinos terrosos). Finalmente temos os poços profundos cujas dimensões situam-se na faixa de 500 m em diante, sendo 1.000 m uma profundidade comum. O aquífero Guarani, com cerca de 45.000 km3, que ocupa a área do oeste de São Paulo, sudeste do Paraguai, norte do Uruguai e norte da Argentina, possui uma qualidade de água excelente de baixíssima dureza (cerca de 5 ppm de CaCO3 o que representa 10% da água de superfície, em geral em torno de 50 ppm de CaCO3). Além disso, possui baixos teores de outros materiais metálicos, o que isenta a água de qualquer tipo de tratamento bastando a adição de flúor e cloro. Um tratamento adicional é o resfriamento prévio da água que geralmente sai do subsolo com temperaturas próximas de 50ºC. O aquífero Alter do Chão localizado nos estados do Amapá, Amazonas e Pará é um dos maiores do mundo, com cerca de 86.000 km3. Em resumo, a maioria da água subterrânea é bombeada e pouca tem pressão suficiente para sair do subsolo por pressão natural. 17 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 8.1.2 Águas Superficiais São todas as águas facilmente disponíveis para o uso direto, pois são as que estão ao alcance dos animais e seres humanos. Nelas se enquadram desde os pequenos cursos d’água, rios, lagos, represas e até os oceanos. A qualidade da água variará tanto do ponto de vista fisico-químico, quanto do biológico. Assim sendo, temos nascentes com águas potáveis, sem tratamento algum até águas que dependem de tratamento complementar seja ele fisico-químico ou biológico, convencional ou avançado. Dependendo de suas concentrações, algumas águas tornam-se antieconômicos do ponto de visto de tratamento. Um bom exemplo disso são as águas das áreas metropolitanas, que devido ao descaso dos governos ao longo dos anos, tornaramse esgotos a céu aberto e seu tratamento, além de complicado, torna-se oneroso. As consequências das contaminações das águas estão diretamente ligadas à escassez da água, à desertificação e à poluição ambiental. As captações em geral são feitas por bombeamento. As exceções são nas águas de serra onde as represas feitas a montante das Estações de Tratamento de Água permitem uma adução por gravidade o que elimina o uso de bombas, que estão sempre ligadas a cuidados adicionais, como manutenção energia elétrica, etc. As captações de águas superficiais podem ser do tipo fixo ou flutuante. 8.2 Tratamento de Água Potável Embora a grande maioria dos processos seja pelo método fisico-químico, as águas subterrâneas são mais facilmente tratáveis que as de superfície, com exceção das águas duras ou salinas. Nestes casos os bons mananciais levam uma grande vantagem. Os limitadores são em geral o custo do tratamento. 8.2.1 Águas Subterrâneas A grande maioria dos processos se resume em cloração e fluoretação das águas. Nas águas profundas, elas passam primeiro por torres de resfriamento para poderem ser usadas. As águas com elevada dureza terão que passar por processos de dessalinização, que serão semelhantes ao processo de tratamento de água oceânica. 8.2.2 Águas Superficiais As águas superficiais também apresentam grandes variações de qualidade, dependendo da região onde são captadas. Quanto maior a ausência do ser humano, melhor é a qualidade da água, de forma que quanto mais a civilização se aproxima, mais estará comprometida a qualidade do corpo receptor. A ignorância com o meio ambiente leva a gastos absurdos nas áreas de saúde pública. 18 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 8.2.3 Águas Salinas e Salobras Em geral estas águas são provenientes de oceanos ou áreas geológicas instáveis que permitem que seus compostos sejam dissolvidos e retirados pela água. Muitos poços nas áreas do nordeste brasileiro apresentam essas características, o que nos leva a supor que no passado, muitos lugares hoje desérticos já foram ocupados pelo oceano. Em geral o tratamento de águas de alta salinidade obedece a dois processos de desmineralização, osmose inversa e intercâmbio iônico. Na osmose inversa, em geral se produz uma água quase sem salinidade e um rejeito com salinidade muito superior à água captada, que pode esterilizar os locais onde for lançada. Já no intercâmbio iônico, os íons são substituídos por H+ e OH-, provenientes dos regenerantes, em geral com ácido clorídrico e soda cáustica. O vilão fica por conta da neutralização dos regenerantes que acabarão produzindo sais e dependendo de onde forem lançados gerarão os problemas do processo anterior. 8.2.4 Águas Doces As chamadas águas doces, que em geral são as da superfície, com maior ou menor salinidade, transformam-se em águas impróprias para o consumo humano pela degradação do meio ambiente causada pelo próprio ser humano que não se dá conta do estrago que causa no planeta. Para transformar esta água em água potável, aplicam-se os mais diversos processos de tratamento que, da antiguidade aos nossos dias, procuram evitar problemas de saúde pública na humanidade. Grande parte das doenças é de veiculação hídrica, daí a grande importância do controle no tratamento de águas brutas e águas servidas. Somente 30 % da população mundial tem garantia de água tratada, sendo que os 70 % restantes dependem de poços e outras fontes de abastecimento passíveis de contaminação. Tradicionalmente as doenças relacionadas com a água vêm sendo classificadas em dois grupos: Doenças de transmissão hídrica: são aquelas em que a água atua como veículo do agente infeccioso. Os microorganismos patogênicos atingem a água através das excretas de pessoas ou animais infectados, causando problemas principalmente no aparelho intestinal do ser humano. Estas doenças podem ser causadas por bactérias, fungos, vírus, protozoários e helmintos. Doenças de origem hídrica: são aquelas causadas por determinadas substancias químicas orgânicas ou inorgânicas presentes na água em concentrações inadequadas, superiores às especificadas nos padrões para águas de consumo humano. Estas substâncias podem existir naturalmente no manancial ou ser resultado de poluição. São exemplos de doenças de origem hídrica o saturnismo, provocado pelo excesso de chumbo na água, a metemoglobinemia em crianças, decorrente da ingestão de concentrações excessivas de nitrato e outras doenças de efeitos a curto e longo prazo. 19 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Microorganismos Patogênicos Transmitidos pela Água Categoria Bactéria Nome Patogênico Vibrio cholera Salmonella spp. Shigella spp. Escherichia coli tóxica Campylobacter spp. Leptospira spp. Francisella tularensis Yersinia enterocolitica Aeromonas spp. Helicobacter pylori Legionella pneumophila Mycobacterium avium Dose infecciosa 108 106-7 102 102-9 106 3 10 109 108 ? > 10 ? Protozoários Giardia lamblia Cryptosporidium parvum Naegleria fowleri Acanthamoeba spp. Entamoeba histolitica Cyclospora cayetanensis Isospora belli Microsporidia Ballantidium coli Toxoplasma gondii 1-10 1-30 ? ? 10-1000 ? ? ? 25-100 ? Vírus Norwalk virus, SRSV, calicivirus Poliovirus Coxsackievirus Echovirus Reovirus Adenovirus HAV/HEV Rotavirus Astrovirus Coronavirus Virus desconhecidos 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 Dentre os processos de tratamento podemos citar os clássicos e os acelerados (mais modernos). O objetivo é sempre o mesmo, produzir o máximo possível de água potável pelo menor custo. 20 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Os processos clássicos vêm sendo descartados pelos altos custos de investimento e de operação e a tendência é partir para os sistemas mais automatizados possíveis, acompanhando linha mundial de redução de custos, tendo em vista que cada vez mais se torna difícil a produção do bem: água. É fundamental antes de se projetar uma ETA, conhecer as características da água. As estações de tratamento aceleradas são normalmente classificadas em abertas e fechadas. As estações abertas possuem os melhores rendimentos e podem tratar as águas com pior qualidade. As estações fechadas, que vão desde uma simples filtração até sistemas completos de mistura rápida, floco-decantação e filtração, precisam de requisitos melhores de qualidade de água bruta e para produzir água potável dentro das normas. Em geral podemos sugerir o emprego das instalações, baseados na qualidade da água bruta, dividindo os sistemas em cinco faixas: Faixa 1: Tipo de Instalação: Faixa 2: Tipo de Instalação: Faixa 3: Tipo de Instalação: Faixa 4: Tipo de Instalação: Faixa 5: Tipo de Instalação: Águas de poço, geleiras, serras e nascentes, com materiais em suspensão não coloidal. Fechada Filtração simples e desinfecção. Águas superficiais com baixos teores de cor e turbidez, respectivamente 50-80 ppm Pt e 40-100 ppm SiO2. Fechada. Filtração em camadas múltiplas, seguida de desinfecção. Águas com teores médios de cor e turbidez na faixa respectivamente de 100-150 ppm e 200-400 ppm. Fechada. Mistura rápida, floculação hidráulica, decantação, filtração e desinfecção. Águas com teores de cor e turbidez na faixa respectivamente de 200-400 ppm e 400-700 ppm. Aberta. Mistura rápida, floculação mecânica, decantação, filtração em múltiplas camadas e desinfecção. Águas com teores de cor acima de 400 ppm e de turbidez acima de 700 ppm. Aberta. Pré-tratamento, mistura rápida, floculação mecânica, decantação com módulos tubulares, filtros autolaváveis de múltiplas camadas e desinfecção e tratamentos posteriores. 21 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 8.2.5 Águas Especiais para Indústrias Químicas, Farmacêuticas e Similares Para a obtenção de água de alta qualidade, partimos de água potável como premissa de início de processo. Em geral, a utilização da água está atrelada à sua especificação e para cada produto existem limties que atualmente são expressos em condutividade (s – microsiemens) e COT (carbono orgânico total). Além disso, no caso de água para injetáveis, há o controle de endotoxinas. Na ausência de padrões específicos usam-se os padrões da USP (United States Pharmacopea) que classifica a água nos seguintes tipos: Água Potável Entenda-se por Água Potável água proveniente do abastecimento público ou privado (ex. poços) que se encontra dentro dos padrões de qualidade recomendados pela EPA NPDWR, equivalente à Portaria 2914/2014 do Ministério da Saúde. Na indústria farmacêutica a Água Potável pode ser usada nos primeiros estágios de síntese química e nos primeiros estágios de limpeza dos equipamentos de fabricação. É a fonte de água de alimentação para a produção de água farmacêutica. Água Purificada (AP) É um líquido límpido e transparente, inodoro, utilizado como solvente. Pode ser preparada (a partir da Água Potável) por diferentes processos, incluindo destilação, troca iônica ou osmose inversa. É ideal para ser usada como componente de formas farmacêuticas oficiais. Não deve ser utilizada em preparações parenterais. Água Purificada Estéril (APE) É a Água Purificada esterilizada em embalagens apropriadas sem conter agentes microbianos. O rótulo deve indicar o método de preparação. Não pode ser empregada em produtos parenterais. Água para Injeção (API) É obtida a partir da Água Potável por destilação ou osmose inversa e não contém aditivos. Não pode ser obtida por troca iônica, visto que na coluna de troca iônica pode haver crescimento microbiano e surgimento de pirogênios. Não é estéril, não contém aditivos. Água Estéril para Injeção (AEI) É a Água para Injeção embalada e esterilizada. Usada como solvente para produtos parenterais como sólidos estéreis que têm pouca estabilidade em solução. Deve ser acondicionada em embalagens de dose única de no máximo um litro. Água Bacteriostática Estéril para Injeção (ABEI) É a Água Estéril para Injeção contendo um ou mais agentes antimicrobianos. Usada como solvente para produtos parenterais. Pode ser embalada em recipientes de dose única ou múltipla doses de até 30 mL. Água Estéril para Irrigação (AEIR) Utiliza-se a Água para Injeção esterilizada e embalada em recipientes de dose única (podendo ser maiores do que um litro) para uso imediato. 22 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Água Estéril para Inalação (AEIN) É a Água para Injeção, esterilizada e embalada. Utilizada para uso em inaladores ou no preparo de soluções para inalação. Para atingir tais padrões os processos mais usados são: - Desmineralização por troca iônica Osmose inversa Destilação Desmineralização A água potável passa por um filtro mecânico com capacidade de retenção de 5 Micras. Em seguida passa por um hidrômetro e uma válvula reguladora de pressão, dotada de manômetro em aço inoxidável, cuja função é proteger as colunas de uma possível sobrecarga, quando a fábrica está fora de operação. Posteriormente passa por um filtro de carvão ativo para retirada do excesso de cloro livre e finalmente passa por um filtro mecânico com capacidade de retenção de 1 Micra. A água passa por uma coluna de leito misto (que contêm resina catiônica e aniônica misturada). As regenerações das resinas são feitas geralmente por ácido clorídrico e soda cáustica. Após a desmineralização, a água vai para um reservatório de onde, por bombeamento, circula pelo anel distribuidor e retorna ao tanque. O tanque instalado é do tipo hermético, com filtro absoluto, para permitir a entrada e saída de ar do mesmo, sem a contaminação atmosférica. As reações de troca iônica podem ser exemplificadas como segue: a) Com as resinas catiônicas: Ca(CHCO3)2 + RH2 CaSO4 + RH2 2NH4OH + RH2 Mg(HCO3)2 + RH2 2NaHCO3 + RH2 MgSO4 + RH2 Na2SO4 + RH2 CaCl2 + RH2 NaCl + RH2 Na2SiO3 + RH2 RCa + 2H2CO3 RCa + H2SO4 R(NH4)2 + 2H2O RMg + 2H2CO3 RNa2 + 2H2CO3 RMg + H2SO4 RNa2 + H2SO4 RCa + 2HCl RNa2 + 2HCl RNa2 + H2SiO3 RCO3 + 2H2O RSO4 + 2H2O RCl2 + 2H2O RSiO3 + 2H2O RNO3 + H2O b) Com as resinas aniônicas: H2CO3 + R(OH)2 H2SO4 + R(OH)2 2HCl + R(OH)2 H2SiO3 + R(OH)2 HNO3 + ROH 23 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Osmose Inversa Processo pelo qual a água é forçada sobre pressão (bomba de alta pressão e baixa vazão), através de uma membrana semipermeável (filtro molecular), produzindo uma água de altíssima pureza química e microbiológica. O processo remove material particulado, pirogênios, microorganismos, material orgânico dissolvido e material insolúvel. Não remove gases ionizáveis dissolvidos. A qualidade da água que é obtida pela osmose inversa está correlacionada com a água de alimentação. Deve-se colocar filtros de partículas e de carvão ativado (por causa do cloro livre) antes da osmose inversa, para evitar a degradação da membrana. Destilação Os destiladores são equipamentos na maioria das vezes feitos em aço inoxidável com aquecimento elétrico e condensador resfriado com água corrente. Este processo acaba sendo oneroso pelo consumo de energia e desperdiço de água potável. As grandes instalações (acima de 100 L/h) estão sendo desativadas, substituídas por intercâmbio iônico ou por osmose inversa. Os pequenos destiladores (água para análises) para 5, 10 e 20 L/h feitos em vidro ainda são frequentemente usados. Ozonização Ozônio, O3, é uma forma alotrópica do oxigênio. O ozônio é um gás azul com cheiro pungente e característico, que teve seu nome derivado do grego, OZEIN, que significa cheirar. O ozônio é geralmente encontrado em forma diluída com ar ou oxigênio. Ele é formado fotoquimicamente na estratosfera terrestre, mas, ao nível do solo, ele só existe em altas diluições. O gás é um potente germicida e forte oxidante, sendo também conhecido por sua propriedade de inativar vírus. Em contato com substâncias orgânicas insaturadas, quebra as duplas ligações químicas, formando ozonidos. O cheiro de ozônio nas vizinhanças de uma máquina elétrica foi inicialmente percebido pelo holandês Van Marum em 1785. Entretanto, foi só em 1840 que o alemão Schonbein relatou a existência de uma nova substância, e somente anos mais tarde ficou conhecida esta peculiar forma triatômica do oxigênio. Schenbein observou seu odor peculiar ao realizar experiências elétricas. Ele também notou que esse odor era o mesmo observado durante a ocorrência de relâmpagos, e denominou essa substância “ozônio”. Em 1857, Siemens construiu a primeira máquina geradora de ozônio, e sua máquina, muito aperfeiçoada ao longo do tempo, foi a precursora dos modernos geradores de ozônio. As aplicações do ozônio são muito numerosas, destacando-se a medicina, o saneamento de efluentes industriais, o tratamento de água potável, a desodorização do ar, a preservação de alimentos refrigerados, o tratamento de água de torres de refrigeração e a química fina. 24 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] O primeiro experimento conhecido utilizando o ozônio como germicida foi conduzido em 1886 por De Meriteus, na França. Em 1893, foi inaugurada a primeira instalação para o tratamento de água potável em Oudshoom, na Holanda. Seguiram-se as construções em Padebom (1902) e Wiesbaden (1903) na Alemanha, e em 1906 foi inaugurada a famosa instalação de tratamento de água em Nice, França. Esta planta funcionou até 1970, quando esta e duas outras inauguradas subseqüentemente deram lugar à moderna instalação de Super Rimiez, também utilizando o ozônio. Em 1977 havia mais de 1000 instalações de água potável, que utilizavam o ozônio, em funcionamento em todo mundo. O ozônio é um gás relativamente instável, produzido comercialmente em grandes volumes pela reação de um gás contendo oxigênio em uma descarga elétrica chamada “corona”. A instabilidade do ozônio com respeito à sua decomposição em oxigênio leva à necessidade da produção do ozônio no próprio local de consumo. O ozônio pode ser produzido por reações químicas ou por processo físico. A reação química para a geração de ozônio é: 3BaO2 + 3H2SO4 3BaSO4 + 3H2O + 03 Já nos métodos físicos, para a produção de ozônio temos a geração por descarga de radiação ultravioleta ou por efeito corona (o mais usual). Dentro dos equipamentos geradores de ozônio que operam por efeito corona temos os ozonizadores tipo placas e os tipo tubos, sendo estes últimos os mais usados. Teoricamente quando uma corrente alternada de alta voltagem é descarregada através de uma ‘GAP’ na presença de um gás contendo oxigênio, ozônio é produzido. Este método de produção é ineficiente. Na prática, somente cerca de 10% da energia fornecida é usada para formar ozônio. O restante é perdido como luz, som e principalmente calor. A decomposição do ozônio em oxigênio é grandemente acelerada com o aumento de temperatura, e consequentemente os ozonizadores de alta produção devem ter um método eficiente de remoção de calor. Numa planta de tratamento de água ou resíduo, o “Sistema de Ozonização” pode ser descrito da seguinte forma: O gás de alimentação (ar ou oxigênio) é inicialmente filtrado para a remoção de partículas que poderiam causar danos aos equipamentos posteriores, entra no compressor e depois é novamente filtrado. Em seguida, o ar é resfriado para uma remoção grosseira da água nele contida (abaixamento do ponto de orvalho para cerca de 0ºC), passando então para as colunas de secagem, que através de substâncias dessecantes nelas contidas, tais como sílica-gel e/ou alumina ativada, removem a maior parte da água contida no gás até um ponto de orvalho mínimo de -50ºC (normalmente são usadas duas colunas dessecadoras, com ciclo de operação/regeneração automático, estando sempre uma coluna em operação e a outra em regeneração). O ponto de orvalho de -50ºC é necessário por dois motivos principais: aumento do rendimento na produção de ozônio e proteção dos materiais em contato com o ozônio produzido, pois a presença de água no interior da célula geradora pode levar à produção de ácido nítrico (corrosivo). 25 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] O ar isento de partículas e de água é então encaminhado para o gerador de ozônio onde, no seu interior, a energia elétrica fornecida gera a descarga corona na superfície dielétrica, que leva à formação do ozônio. O gás de saída, então, deixa o gerador e é encaminhado para a câmara de contato (reator de ozonização), onde é misturado com o líquido a ser tratado. O calor gerado na produção do ozônio é levado para fora das células geradoras através de um sistema de refrigeração especialmente projetado. Pré-Tratamento de Água Remoção de Metais Pesados Acontece através de dois mecanismos básicos: a destruição dos complexos metálicos de forma ionizada, e pelo aumento do potencial de oxidação do meio, o que leva a uma redução do pH requerido para a precipitação do hidróxido. Remoção de Cor É uma das principais aplicações do ozônio. A ação do ozônio na remoção de cor leva, em muitos casos, à formação de partículas sedimentáveis; nesse caso a ozonização pode ser considerada como tratamento único. Este é o caso da planta de Loch Turret na França. O mesmo princípio é usado em diversas plantas de tratamento na Suiça que usam água do Lago Constance como manancial, usando o ozônio como único coagulante. Este processo foi denominado “Microfloculação por Ozônio”. Em outros casos, a associação do ozônio com outros coagulantes pode ser necessária para precipitar os produtos de degradação da cor. Remoção de Matéria Orgânica A remoção de matéria orgânica é facilmente aumentada quando se usa a ozonização como etapa anterior à floculação/decantação. Mas, além desse efeito na floculação, a ozonização tem outros efeitos benéficos na remoção de matéria orgânica. A passagem das bolhas de ozônio/ar através da água bruta fisicamente carrega matéria orgânica para a superfície, eliminando parte por um efeito de “stripping”. Mais recentemente, com o uso de filtros de carvão ativo (GAC) após a etapa de floculação/decantação, tem-se observado que a capacidade de adsorção do carvão aumenta substancialmente quando se usa o ozônio como etapa de pré-tratamento (plantas de Mulheim e Langenan na Alemanha e Choisy-de-Roi, na França). Redução dos Níveis de Tri-Halometanos (THM) Estudos indicam que os níveis de tri-halometanos na porção do sistema de distribuição que receberá a água tratada tem em média 40 ppb, mas as concentrações podem atingir até 70/80 ppb quando a água é clorada após a estocagem nos grandes reservatórios. 26 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Na oxidação de fenóis com ozônio, a reação é completa até a formação de ácido oxálico e oxigênio, sendo influenciado o mecanismo pelo pH da solução e pelo tempo de contato entre os fenóis e o ozônio. Podemos verificar que a reação dobra se o pH passa de 8 para 11. A relação ozônio:fenóis pode ser considerada genericamente como sendo de 5:1 (cinco partes de ozônio para uma parte de fenóis). Pós-Tratamento Desinfecção de Águas O grande poder desinfetante do ozônio pode ser explicado pelo seu modo de ação: em constante com halogênios usualmente empregados, o ozônio não tem um efeito inibidor reversível nas enzimas intracelulares. Devido ao seu alto poder de oxidação, este desinfetante atua como um oxidante dos elementos constituintes das paredes celulares antes de penetrar no interior do microorganismo e oxidar certos componentes essenciais (ex.: enzimas, proteínas, DNA e RNA). Quando uma grande parte da parede celular é destruída, a célula da bactéria ou do protozoário se rompe, o que resulta na sua destruição. No entanto, caso o residual e o tempo de contato não tenham sido suficientes para causar o dano necessário à parede celular do microorganismo, ela pode ser recomposta pela célula, o que explica o fenômeno de reavivamento que algumas vezes pode ocorrer quando as dosagens mínimas requeridas não são fornecidas. Finalmente, atacando organismos diversos tais como: plasmódio, vírus, trofozóitos, cistos, esporos ou agregados celulares, o ozônio oferece uma barreira à transmissão de doenças, uma barreira que pode ser mantida com absoluta segurança, caso as condições pré-definidas para a ozonização sejam corretamente aplicadas. A aplicação do ozônio como único desinfetante deve ser feita quando a água no sistema de distribuição tenha um período de detenção pequeno (normalmente inferior a 2 dias), e o sistema seja novo ou esteja em boas condições (sem vazamentos). Em caso contrário, é necessário adicionar um desinfetante com vida mais longa (o ozônio é instável), tal como cloro, dióxido de cloro ou cloraminas, e em pequenas dosagens para se manter um residual mínimo de segurança e de tal maneira a não prejudicar a qualidade da água distribuída. A regra geral para a aplicação do ozônio na desinfecção de água para fins de potabilidade é a de se manter um residual de 0,4 mg 03/L durante 4 minutos, regra que vem sendo aplicada internacionalmente como sucesso nos últimos 40 anos. Um passo decisivo na prática da desinfecção com ozônio foi a automação do processo usando computadores ligados a sensores para continuidade e controle da dosagem do ozônio de acordo com a demanda do ozônio na água. 27 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Tratamento de Água de Refrigeração O tratamento de águas de refrigeração tem sido até hoje um problema muito difícil de resolver completamente, no que diz respeito à eliminação de incrustações, controle da corrosão e do crescimento biológico, levando à necessidade de operações independentes para limpeza das tubulações e dos trocadores de calor ao longo dos circuitos de refrigeração. Além disso, essas operações são complicadas pelas diferentes qualidades das águas de reposição, e do ar que passa através das torres de resfriamento. A dosagem de produtos químicos diversos, em concentrações variáveis, leva à necessidade de um descarte contínuo (“blow-down”) da água do sistema de resfriamento, o que representa um consumo considerável de água de reposição (“make-up”) a fim de manter a água circulante dentro dos padrões de qualidade aceitáveis. Os principais produtos químicos utilizados até o momento têm sido o cloro e produtos químicos específicos patenteados por algumas empresas que trabalham nessa área. Porém, no início da década de 1970, os padrões de organizações internacionais para o uso desses produtos químicos foram restringidos, o que levou à busca de um método mais efetivo para o tratamento das águas de torres de refrigeração. O ozônio, desde então, tem sido indicado como um dos mais promissores meios para se atingir tais objetivos, pois a partir da operação de diversas torres de resfriamento no mundo concluiu-se que o ozônio: - é auto-suficiente (dispensa o uso de outros produtos químicos); reduz os custos de operação e manutenção (consome somente energia elétrica – a sua operação pode ser totalmente automatizada, otimizando o uso de mão-de-obra); impede a formação de incrustações nas tubulações e nos condensadores; ajuda a remover incrustações existentes (no caso de torres de resfriamento já existentes); permite de 30 a 50 ciclos de concentração; não necessita de controle de pH; remove materiais inorgânicos por precipitação; dá um controle biológico efetivo; reduz a corrosão do cobre e do aço em 50% comparada com a corrosão encontrada em sistemas que usam outros produtos químicos; remove significativamente o cálcio, magnésio, sílica, alcalinidade e sólidos dissolvidos totais (SDT); não forma tri-halometanos (THM) e os existentes são completamente removidos; tem um manuseio mais seguro com menor toxidez. A aplicação do ozônio em torres de resfriamento tem sido feita de diferentes maneiras, basicamente em função da qualidade da água circulante e da água de reposição, da seguinte forma: - aplicação contínua aplicação descontínua (2-8 horas/dias ou 5-20 min/hora) aplicação em relação à massa total de água no sistema, por dia 0,0005 – 0,4 ppm O3 0,1 – 1,0 ppm O3 5 – 15 ppm O3 28 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Outras Aplicações Além das aplicações do ozônio, conforme descrito anteriormente, diversas outras possibilidades existem, tais como: tratamento conjunto com carvão ativado, visando a remoção de compostos orgânicos específicos; remoção de detergentes e pesticidas, em águas superficiais para fins de potabilidade, e em efluentes líquidos industriais; sistema de tratamento biológico de água potável; tratamento de águas subterrâneas contaminadas; reciclagem de efluentes urbanos e industriais. Ultravioleta Uma aplicação segura da desinfecção de água com luz ultravioleta só é possível através de uma técnica qualificada e parceiros qualificados, que representem uma técnica atualizada. Já estão disponíveis os resultados de um projeto público de pesquisa, bastante dispendioso, que estabelecem a aplicação da desinfecção de água com luz ultravioleta. Um dos resultados mais importantes dessa pesquisa é a constatação de que a desinfecção ultravioleta no setor de tratamento de água se apresenta com qualidade convincente no processo de desinfecção. Ela não agride o meio ambiente e quando os regulamentos técnicos forem seguidos, não devem surgir subprodutos. A água que desde sua origem não corresponder às exigências microbiológicas da regulamentação para água potável, deve ser tratada e desinfeccionada. Na desinfecção ultravioleta são utilizadas instalações de passagem ultravioleta, que a seguir serão chamadas simplesmente de “instalações UV”. O potencial de desinfecção de instalações UV é influenciado por diversos fatores, sejam eles específicos da instalação ou da empresa, além da natureza da própria água. Modelos de cálculos matemáticos e análises químicas e físicas informam sobre o dimensionamento de tais instalações. O potencial de desinfecção de uma instalação UV é confirmado no âmbito de um teste de modelo por meio de análises microbiológicas padrão e para determinados casos de aplicação. Para que a energia elétrica utilizada possa ser aproveitada ao máximo para a desinfecção, são escolhidos posições dos radiadores e concepções de passagem de vazão diferentes. 29 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 9. ARMAZENAGEM, RECALQUE E DISTRIBUIÇÃO Desde a produção da água até chegar ao consumidor, a água em geral passa por longas distâncias, em raros casos por gravidade. Na maioria dos casos sofre bombeamento até pontos altos, sendo distribuída em seguida por gravidade. 9.1 Armazenagem Os sistemas modernos têm um tempo de retenção não superior a 24 horas para evitar a degradação da qualidade. Em geral são constituídos por um grande reservatório apoiado (que pode alimentar as partes baixas) e um reservatório elevado (que alimenta as partes altas). A pressão de distribuição varia de 1 a 3 Kgf/cm2. 9.2 Recalque É muito difícil conseguir captar, tratar e distribuir água somente por gravidade. Na maioria dos casos a água sai de pontos inferiores e é recalcada a reservatórios superiores de onde é distribuída, visando manter uma pressão adequada para uso. Em raros casos ela ultrapassa 5 Kgf/cm2, sendo a maioria por volta de 3 Kgf/cm². Os bombeamentos são dos mais variados tipos, como conjuntos hidropneumáticos, estações de recalque, boosters, etc.. 9.3 Distribuição A partir dos reservatórios de acúmulo a água passa por tubulações até chegar ao consumidor. Na maioria dos pontos de consumo a água é medida em hidrômetros e cobrada em função da faixa de consumo. A maioria das tubulações é de plástico ou ferro fundido. Redes de cimento amianto e galvanizadas são desaconselhadas tanto do ponto de vista de saúde pública como de manutenção e qualidade do produto. 30 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 10. QUALIDADE E QUANTIDADE 10.1 Qualidade Existem maneiras para manter o sistema livre da proliferação de microorganismos: - - Manter o sistema em funcionamento no maior tempo possível (24 h/dia – 365 dias/ano). Usar um sistema hidráulico com velocidade alta para evitar a formação de filme biológico, com as paredes as mais lisas possíveis, para evitar a aderência de microorganismos e unidades formadoras de colônias. Usar ultravioleta e ozônio para manter o sistema completamente estéril. Os reservatórios devem ser herméticos com fundo cônico para esgotamento total. O looping deve permitir uma fácil sanitização seja ela por vapor ou produtos químicos. Os equipamentos de controle, produção, armazenagem, etc., devem permitir a sanitização sem que haja alteração de suas superfícies ou emendas. Um dos cuidados com a elaboração do projeto é a verificação das reais necessidades de consumo de água para não ter uma instalação ociosa. Mais vale fazer um sistema modular (com um custo de investimento maior) do que ter um sistema superdimensionado (que tem custo operacional elevado). 10.2 Materiais de Construção para Indústria Farmacêutica Para manter uma água de qualidade existem vários materiais de construção que podem ser usados. Como exemplos temos: - Aço inoxidável 316L mecanicamente polido Aço inoxidável 316L eletropolido Polipropileno extrudado PVDF extrudado Vidro (apenas em pequenas instalações) 10.3 Quantidade Uma das grandes dificuldades é o balanço de produção em função dos controles automáticos no processo. Em geral medidores de precisão só são usados em grandes instalações devido ao custo. Nas pequenas instalações (abaixo de 5 m³/h) toma-se como base o volume de água de entrada (através de hidrômetros) e subtrai-se o volume dos descartes ou rejeitos. O resultado é a água consumida. 31 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] CARACTERIZAÇÃO E ENSAIOS DE TRATABILIDADE DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS INDUSTRIAIS Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO 1 2. 2.1 2.2 PROCEDIMENTOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES Caracterização Quantitativa Caracterização Qualitativa 3 3 5 3. 3.1 3.2 ENSAIOS DE TRATABILIDADE Ensaios Físico-Químicos Ensaios Biológicos 6 6 6 4. FLUXOGRAMA 8 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 9 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 1. INTRODUÇÃO Para possibilitar a recuperação e preservação dos recursos hídricos, e manutenção e melhoria das condições de vida, também é necessário enquadrar os lançamentos de efluentes líquidos industriais aos padrões previstos em legislação. Na qualidade de órgão ambiental federal, o CONAMA – Conselho Nacional de Meio Ambiente, em sua Resolução nº 430 de 13 de Maio de 2011, Artigo 16, fixa parâmetros para lançamento de águas residuárias em coleções de água (corpos receptores), e de forma específica, cabe aos órgãos estaduais de controle ambiental o apoio técnico e fiscalização quanto ao cumprimento da legislação disponível e aplicável ao local, sendo normalmente obedecida àquela mais restritiva. Esta resolução ainda encontra-se em estudos e não está totalmente regulamentada. No estado de São Paulo, por exemplo, e, por enquanto, como diretriz básica, destacam-se as limitações preconizadas nos Artigos 18 e 19A do Decreto 8468 da Lei nº 997/76 de 31/05/76 e Decreto 15425 de 23/07/80. Esta lei está sendo atualizada e harmonizada com a federal. A seguir, um quadro comparativo das três leis, que definirão os parâmetros a serem considerados. 1 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS ÁGUAS PARÂMETROS UNIDADE (mg/L) Resolução 430 CONAMA 13/05/11 (ART. 16) Decreto 8.468 LANÇ. ESGOTO (ART. 19A CETESB) 0,5 5,0 5,0 0,2 0,5 0,2 1,0 1,0 1,0 em paration 0,05 2,0 0,5 0,5 120*** 1,0 4,0 0,5 15,0 10,0 Decreto 8.468 de 08.09.76 EMISSÃO (ART. 18 CETESB) 0,2* 5,0 5,0 0,2* 0,5* 0,2 1,0* 0,1* 5,0* 60** 4,0* 0,5 15,0 10,0 Arsênio Bário Boro Cádmio Chumbo Cianeto Clorofórmio Cobre COFósf.Carb.Totais CO Clorados Cromo Trivalente Cromo Hexavalente Cromo DBO Dicloroeteno Estanho Fenóis Ferro Solúvel (Fe2+) Fluor Manganês Solúvel (Mn2+) Material Flutuante Mercúrio Níquel Nitrogênio Amoniacal Óleos veget gord animais Óleos minerais Óleos e Graxas pH Prata Resíduo Sedimentável Selênio Subst. Gosto/Odor Sulfato Sulfeto Sulfeto de Carbono Sulfito Temperatura Tetracloreto de carbono Tricloroeteno Zinco As Ba B Cd Pb CN Cu Cr Cr Cr O2 C2H4Cl2 Sn C6H5OH Fe F Mn 1,0 1,0 - Hg Ni N ausente 0,01 2,0 20,0 0,01* 2,0* - 1,5* 2,0* - - 50 - - Ag Se SO4 S SO3 - 20 5,0 - 9,0 0,1 1,0 0,30 1,0 1,0 1,0 < 40º C 100 5,0 - 9,0 0,02* 1,0 0,02* < 40º C 150 6,0 - 10,0 1,5* 20,0 1,5* 1000 1,0 < 40º C - 1,0 - - Zn 1,0 5,0 5,0* 5,0* 1,5* 1,5* 1,5* 0,2 1,5* 1,5* 5,0* 4,0* 5,0 15,0 10,0 * Obs.: O total desses metais não pode ultrapassar 5,0 mg/L ** Ou 80% remoção ** OU 60% remoção 2 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2. PROCEDIMENTOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES Para a implantação de uma ETE industrial, há a necessidade primordial de saber o que e quanto será tratado. Os itens seguintes procuram sugerir procedimentos para o estabelecimento de ações por parte dos responsáveis pelas áreas de meio ambiente nas indústrias, visando adequação das águas residuárias geradas aos padrões de lançamentos exigidos. Trata-se de uma fase extremamente importante. Uma inadequada caracterização das águas residuárias trará reflexos negativos ao projeto, podendo prejudicar o futuro sistema de tratamento e causar todas as conseqüências técnicas, econômicas e jurídicas correspondentes. 2.1 Caracterização Quantitativa Refere-se aos estudos do balanço hídrico nas indústrias elaborados pelos técnicos de processo, com o intuito de minimizar perdas, estabelecer possibilidades de reutilização/recirculação de águas residuárias, e mesmo otimizar processos produtivos. O principal objetivo é obter informações sobre o regime de descarte: Vazão máxima, média e mínima da(s) corrente(s) de efluentes quando de descartes contínuos. Volume e periodicidade de descartes quando das operações por batelada (batch). Amplitudes e parâmetros passíveis de leitura em campo, tais como Condutividade, pH, Sólidos Sedimentáveis, Temperatura, etc. Nesta etapa dos trabalhos normalmente estão associados os serviços de coleta de amostras para análises dos parâmetros pertinentes. Entretanto, a maioria das águas brutas e residuárias apresenta grandes variações, tanto em qualidade quanto em quantidade, de modo que uma simples amostras casual fornece uma imagem não representativa da natureza da fonte. Portanto, para se obter uma avaliação correta nessa situação, é preciso gerar uma amostra composta a partir da coleta de amostras individuais simples em intervalos de tempo conhecidos ao longo de todo o período com uma medição de vazão simultânea. Avolumando-se amostras individuais em proporção à vazão, obtém-se uma amostra composta integrada. Procedimentos similares freqüentemente podem ser necessários quando na amostragem de ribeirões e rios e, em grandes seções de canais pode ser necessário amostragem em diversos pontos na seção transversal e em diversas profundidades. 3 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Vários dispositivos automáticos se encontram à disposição para a coleta de amostras compostas; esses dispositivos podem operar ou com base no tempo ou com base numa vazão proporcional. A amostragem da descarga de águas residuárias industriais pode ser ainda mais complicada, já que muitas vezes são de natureza intermitente. Nestas circunstâncias é importante conhecer-se completamente a natureza das operações que geram as descargas, de modo a desenhar um programa de amostragem capaz de obter uma imagem real das descargas em questão. Idealmente, todas as análises numa amostra deveriam ser realizadas imediatamente após a coleta desta e, certamente, quanto mais rapidamente a análise puder ser feita, tanto mais provável de os resultados constituírem uma avaliação fidedigna da natureza real do líquido “in situ”. Em se tratando de características suscetíveis de instabilidade, tais como gases dissolvidos, constituintes oxidáveis ou sujeitos à redução, as análises devem ser realizadas em campo ou a amostra deverá ser adequadamente tratada para fixar as concentrações dos compostos ao longo do tempo. A instabilidade pode ser retardada pelo acondicionamento das amostras em temperatura baixa (4º) e a exclusão de luz é também recomendável. Para evitar erros significativos na análise de uma amostra muito poluída, encurta-se o tempo permitido entre a amostragem e a análise. Como auxílio no desenvolvimento desses trabalhos pode-se seguir as especificações descritas na “GUIA DE PRESEVAÇÃO E COLETA DE AMOSTRAS DE ÁGUAS – CETESB – 1988” (NBR ISO 17025). 4 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2.2 Caracterização Qualitativa Na indústria, de modo geral, podemos dizer que os despejos variam de acordo com a proporção de diversificação dos processos fabris. Geralmente são divididos entre efluentes predominantemente orgânicos e efluentes predominantemente inorgânicos. Em uma mesma indústria pode ocorrer concomitantemente, a geração de efluentes orgânicos e inorgânicos. A partir das amostras coletadas conformes critérios previamente definidos, são então iniciados os trabalhos analíticos necessários. Especial atenção deve ser dada aos procedimentos analíticos, pois se inicia aqui a coletânea de dados de processo para definição da concepção do sistema de tratamento a ser adotado. Os procedimentos analíticos a serem empregados são aqueles preferencialmente descritos no “STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER”, última edição. 5 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 3. ENSAIOS DE TRATABILIDADE Estes ensaios são aplicados visando a definição de parâmetros de processo apropriados e necessários para otimização e dimensionamento seguro das unidades componentes do sistema de tratamento. Aplicam-se ainda quando da inexistência de informações de literaturas ou casos práticos que permitam a utilização direta de parâmetros de processo, ou quando se faz necessário adotar tecnologias não convencionais. Resumidamente dividem-se em: 3.1 Ensaios Físico-Químicos Gradeamento/Peneiramento Filtração Testes de sedimentação/decantação Separação gravimétrica Ensaios e coagulação/floculação Centrifugação Flotação Oxidação química Ozonização Filtração em carvão ativo Operações de destilação/“stripping”, etc. Visam determinar as seguintes informações principais: 3.2 Condições de tratabilidade Substâncias interferentes Consumo e tipo de reagentes aplicáveis Volume de lodo formado Tempos e taxas de aplicação envolvidas Performance do processo Ensaios Biológicos Lagoas de estabilização Lagoa aerada Processo de lodo ativado Biodigestão anaeróbica Filtros biológicos, etc. 6 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Estes ensaios visam determinar: Processos aerados: - Condições de tratabilidade - Substâncias interferentes - Consumo de oxigênio - Excesso de lodo formado - Necessidade de micro nutrientes - Taxas de aplicação envolvidas - Performance do processo Processos anaeróbios: - Condições de tratabilidade - Substâncias interferentes - Relação fase acidogênica/fase metanogênica - Quantidade de gás gerado - Excesso de lodo formado - Taxas de aplicação envolvidas - Performance do processo O produto final desta etapa é o fornecimento dos seguintes documentos: Fluxograma de processo da alternativa de tratamento selecionada Layout preliminar Folha de dados de processos dos equipamentos envolvidos Estimativa do montante do investimento exigido 7 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 4. FLUXOGRAMA No fluxograma a seguir, constam as etapas básicas e os procedimentos a serem usados na caracterização dos efluentes líquidos industriais. Avaliação Qualitativa dos Principais Contaminantes (Orgânicos e Inorgânicos) Localização e Identificação dos Pontos de Coleta Amostragem Pontual ou Composta Caracterização Quantitativa Medições de Vazão Determinação em Campo de pH, Temperatura, Presença de Sólidos Grosseiros, Odor, etc. Preservação das Amostras Caracterização Quantitativa dos Principais Contaminantes Ensaios de Tratabilidade Físico-Químicos e/ou Biológico Elaboração de Anteprojeto 8 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com base nas informações discutidas e apresentadas é possível fazer as seguintes considerações principais sobre as etapas de caracterização e ensaios de tratabilidade de águas residuárias industriais: Identifica processos poluentes Identifica eventuais perdas de matérias primas Identifica consumo excessivo de águas de processo e lavagens Verifica o atendimento aos padrões de lançamentos de efluentes e sua correlação com os padrões de qualidade do corpo receptor Auxilia na escolha do(s) processo(s) de tratamento Fundamenta a execução do projeto e implantação do sistema de tratamento em base técnicas, econômicas e legais. 9 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] ÍNDICE 1. 1.1 1.2 1.3 2. 3.1 3.2 4. 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6. 6.1 6.2 7. 8. 9. 10. 11. 12. INTRODUÇÃO Características dos Cursos D’Água Legislação e Responsabilidade técnica Controle da Poluição CONSEQÜÊNCIAS DA CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS MODO DE ENCARAR O CONTROLE E RECUPERAÇÃO DE DESPERDÍCIOS NOS PROCESSO INDUSTRIAIS Exemplos de Desperdícios Técnicas Usadas para Eliminar ou Reduzir Desperdícios O TRATAMENTO DOS EFLUENTES CONSIDERAÇÕES PARA A DEFINIÇÃO DO TRATAMENTO Destino Final Limites de Espaço Variação da Qualidade e Quantidade dos Efluentes Planos de Expansão da Indústria Custo do Tratamento ALTERNATIVAS DE TRATAMENTO Processos Físico-Químicos Processos Biológicos ELABORAÇÃO DO PROJETO EXECUÇÃO DA OBRA FUNCIONAMENTO DO SISTEMA ESTIMATIVA DE CUSTOS DE PROCESSO EXEMPLOS TÍPICOS MICROORGANISMOS PATOGÊNICOS TRANSMITIDOS PELA ÁGUA 13. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PROCESSO 13.1 13.2 13.3 14. 15. ETE vs. Fossa + Filtro Anaeróbio + Clorador Lodos Ativados vs. Processo Anaeróbio Lodos Ativados TERMOS TÉCNICOS UTILIZADOS BIBLIOGRAFIA 3. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 01 01 03 04 06 09 09 10 12 13 13 13 13 13 14 15 16 19 27 27 28 28 29 39 40 40 41 42 43 48 1. INTRODUÇÃO Águas residuárias, águas servidas ou esgotos são os efluentes líquidos produzidos pela atividade humana, animal e vegetal nas suas mais variadas utilidades. Nas industriais, hospitais, áreas de lazer, em atividades comerciais ou no uso doméstico, independente da classe social, a água é usada, sendo posteriormente descartada direta ou indiretamente num curso de água, levando consigo compostos solúveis e insolúveis que na maioria dos casos são diferentes das características físico-químicos e biológicas do corpo receptor e certamente irão alterar sua composição, podendo ainda em muitos casos ser nocivos ao meio ambiente. São conhecidos, tanto em nosso país como no exterior, casos de indivíduos ou até de populações afetados por doenças patogênicas ou com origem em contaminantes industriais (muitos com uso residencial, tais como formicidas, herbicidas e produtos de dedetização). Estes compostos, quando lançados em áreas sem tratamento de efluentes ou tratamento avançado de água, além de causar danos à vida humana podem afetar a vida animal e até mesmo a vegetal que é uma forma de vida muito resistente. Nas regiões onde os efluentes industriais e domésticos, assim como a água, são tratados adequadamente, a incidência desses danos é praticamente nula e o meio ambiente aquático possui todas as condições para o desenvolvimento de suas espécies características. Todos os cursos de água apresentam uma capacidade de absorverem uma determinada carga poluidora. No entanto, superados seus limites, as espécies irão desaparecer de acordo com o grau de poluição. Uma estação de tratamento de efluentes tem por objetivo reduzir a carga poluidora ou baixar o nível de contaminantes a um valor compatível com o curso d’água, ou seja, os efluentes tratados não colocarão em risco a saúde humana, animal ou vegetal, impedindo portanto a destruição do meio ambiente. Apenas para exemplificar, quando o mercúrio cai nos cursos d'água, os peixes sobrevivem e se contaminam produzindo metil-mercúrio (que pode alterar a composição genética dos peixes), mas se o homem comer estes peixes acabará morrendo por envenenamento. 1.1 Características dos Cursos D’água Todo curso d’água independente de seu tamanho, no seu estado natural é um ecossistema. No seu interior existem muitas espécies de seres vivos que se alimentam das substâncias presentes ou de outros organismos vivos, criando a cadeia alimentar. Qualquer modificação introduzida poderá provocar sérios desequilíbrios, eliminando algumas espécies, desenvolvendo exageradamente outras, provocando a alteração do meio ambiente anterior. Com raras exceções, todo o oxigênio dos cursos d’água é retirado da atmosfera por onde passam. Sua concentração pode variar de acordo com a temperatura e pressão, sendo esta última relacionada com a altitude. 1 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Exemplificando, os maiores teores de oxigênio dissolvido num curso d’água estão a 0ºC e ao nível do mar, quando chegam a 14,6 mg/L. Já numa altitude de 1.500 m e a 40ºC (limite para a maioria dos seres vivos) o oxigênio dissolvido não passa de 5,6 mg/L. A sobrevivência dos seres vivos no curso d’água exige a disponibilidade de oxigênio dissolvido e uma vez que o consumo é contínuo a reposição também deverá ser. Essa reposição, ou reaeração, se dá em função de uma série de fatores, dentre eles a altitude, temperatura, acidentes geográficos, vazão e geologia do solo por onde passa, podendo também ser suprido em parte por plantas aquáticas através da fotossíntese. Portanto o teor de oxigênio dissolvido no curso d’água tende a baixar, devido ao consumo e uma tendência a recuperar-se devido à reaeração. Em condições naturais, existe normalmente equilíbrio entre os dois fatores, porém no caso do curso receber o lançamento de despejos sanitários ou industriais, esse equilíbrio pode ser quebrado. A carga poluidora, contendo grande demanda de oxigênio, sendo lançada em um certo ponto do curso d'água concentra o consumo de oxigênio dissolvido. Deste modo, no início do fenômeno, quando o oxigênio dissolvido consumido é maior que o oxigênio dissolvido recuperado, o nível de oxigênio dissolvido irá cair até um mínimo, ou mesmo poderá deixar de existir, gerando condições sépticas. A biota (conjunto de seres vivos que habitam um determinado ecossistema) terá um desenvolvimento de acordo com as seções ou zonas características da qualidade do curso d’água. Tais seções são: Seção natural Compreende desde as nascentes, também chamadas de cabeceiras, até o ponto de lançamento de efluentes. Possui um teor de oxigênio elevado, rica em espécies aquáticas da flora e fauna. Seção de degradação ou de mistura Situada após o lançamento dos efluentes, geralmente a água fica escura e turva, diferente das características anteriores. Em função das concentrações dos esgotos e vazão despejada haverá uma queda rápida no teor de oxigênio dissolvido no curso d’água, aparecendo metano, gás carbônico e amônia provenientes da decomposição anaeróbia dos sólidos decantáveis dos esgotos que se depositam no fundo do leito. Peixes, quelônios e formas de vida mais exigentes podem ser expulsas ou extintas. Encontram-se nesta área alguns fungos e grande número de bactérias anaeróbias. 2 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Seção de decomposição ativa Localiza-se após a área anterior e apresenta níveis muito baixos de oxigênio dissolvido podendo ser zerado quando a carga poluidora é elevada, gerando uma decomposição anaeróbia em toda a área atingida, onde gases, sulfetos e mercaptanas saem do meio líquido vindo para a atmosfera e cujos odores são desagradáveis. Há predominância de microorganismos anaeróbios desaparecendo os fungos. Poderão aparecer alguns vermes e larvas de insetos. Seção de recuperação Na seqüência inicia-se o processo de recuperação da concentração de oxigênio dissolvido em função do consumo ser menor que a reposição. Aos poucos o gás carbônico e a amônia desaparecem, os nitritos passam a nitratos e os sulfetos passam a sulfatos, com uma redução significativa do mau cheiro. Reaparecem fungos e algumas plantas aquáticas, dando reinício à cadeia alimentar podendo aparecer alguns peixes mais resistentes. Seção de água limpa Com a reaeração, o curso d’água retoma seus teores de oxigênio dissolvido anteriores, permitindo o crescimento das populações de peixes e outros seres aeróbios mais sensíveis. No entanto jamais chegará aos mesmos padrões da seção natural em função de muitos compostos químicos persistentes cuja vida é extremamente longa. A salinidade da água sofrerá algumas alterações, o excesso de nutrientes poderá ocasionar a proliferação de algas diferentes da condição inicial, gerando um ecossistema diferente da seção natural. 1.2 Legislação e Responsabilidade Técnica Estes compostos químicos presentes na água, bem como a grande variedade de algas presentes, tornar-se-ão um tremendo problema para que os sistemas de tratamento de água potável possam chegar aos padrões da Portaria 2914/2011 (em revisão) do Ministério da Saúde. Embora atualmente haja um controle maior sobre o meio ambiente, o tema só passou a ter força a partir da Lei Nº 6938/81 que instituiu a Política Nacional do Meio Ambiente, respaldada pela Constituição Federal de 1988 e pela Lei Nº 9605/98 (conhecida como a Lei de Crimes Ambientais) quando então ficou bem definida a responsabilidade civil, administrativa e criminal. Com base na responsabilidade de cada um, na consciência ecológica e na ordem jurídica, o meio ambiente tende a ser cada vez mais respeitado para que haja condições de sobrevivência para as próximas gerações. 3 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 1.3 Controle da Poluição Para manter o curso d’água dentro de padrões aceitáveis de uso, o oxigênio dissolvido deverá estar acima de um determinado valor, cabendo aí duas intervenções: aumentar artificialmente o teor de oxigênio dissolvido no ponto crítico (seção de decomposição ativa) ou reduzir a carga poluidora para níveis compatíveis com a capacidade de assimilação do corpo receptor. A primeira alternativa resulta na intervenção no curso d’água com dispositivos eletromecânicos para aeração ou flotação, que resultam em soluções caras com controle muito difícil. A segunda alternativa é através do tratamento de efluentes, reduzindo os “consumidores” de oxigênio, medidos em DBO e DQO, a valores compatíveis com o corpo receptor. Para a nossa empresa, todos os efluentes devem ser tratados da melhor forma possível, não apenas para atender a legislação, mas para melhorar as condições ambientais já muito degradadas e com isto recuperar o curso d’água até onde for economicamente viável para que as próximas gerações possam desfrutar de uma qualidade de vida semelhante às gerações que nos antecederam. Simplesmente coletar efluentes e lançá-los num emissário submarino não é uma grande solução. Se não conseguimos despoluir um rio como iremos despoluir o mar? Para que possamos proteger um curso d’água dos efeitos da poluição é indispensável o tratamento dos efluentes, sejam eles de origem industrial, comercial ou doméstica. Os principais motivos para nos preocupar com este tratamento são: Saúde Pública A saúde é um bem assegurado pela Constituição de 1988 (Art. 225.: “Todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao Poder Público e à coletividade o dever de defendê-lo e preservá- lo para as presentes e futuras gerações”). Com o tratamento d’água evitamos que a população a jusante do lançamento adquira doenças de veiculação hídrica seja por contaminação direta (higiene pessoal, lavagem de roupa, etc.) ou indireta (irrigação de verduras, consumo de pescado contaminado, etc.) De acordo com o 19º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e ambiental (Setembro 1997), para cada R$ 1,00 investido em saneamento básico há uma economia de R$ 4,00 na área de Saúde Pública. Legais A população e os proprietários das terras têm direitos legais ao uso da água mediante autorga distribuída pelo Poder Público, devendo para tanto, obedecer os padrões de qualidade de água e de lançamento de efluentes tratados. 4 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Econômicos A água é matéria prima em todas as atividades econômicas: para consumo humano (potável), para incorporação ao produto ou operações indiretas (industrial), dessedentação de animais, pesca, irrigação, etc. Um corpo d’água degradado com materiais flutuantes e mau cheiro traz enormes prejuízos para o esporte e turismo. Na maioria das capitais onde os rios estão quase totalmente degradados, o valor venal das áreas próximas a estes rios é muito inferior ao de locais com boa qualidade. Ecológicos Evitando a degradação do meio ambiente manteremos no curso d’água todas as condições de biodiversidade das espécies, abrindo espaço para a sobrevivência dos animais, inclusive a do ser humano. Individuais As empresas ou instituições que pretendem se enquadrar dentro das normas da NBR/ISO 14001 tem que necessariamente atender à legislação e promover a melhoria contínua de seus processos. 5 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2. CONSEQÜÊNCIAS DA CONTAMINAÇÃO DAS ÁGUAS A vida e a saúde do homem, dos animais e dos vegetais estão diretamente relacionadas com a água, por seu potencial energético, seu uso necessário nas indústrias, por ser via natural de comunicação, um veículo para despejos sanitários (convenientemente tratados), um agente terapêutico e uma paisagem apreciada pelo homem para recreação e prática esportiva, além de múltiplos usos que facilitam o desenvolvimento sócio-econômico das nações. Em 1982, quando este trabalho foi feito pela primeira vez, 70% da população mundial não dispunha de fontes de água tratada, mais de dois bilhões de pessoas estavam expostas a enfermidades infecciosas por falta de água em condições salubres; havia duzentos e cinqüenta milhões de novos casos de enfermidades hídricas anualmente no mundo e morriam vinte e cinco mil pessoas diariamente por isso. Isto é um documento de identidade de países subdesenvolvidos ou em desenvolvimento. Em 1998 a OMS relatou que houve 4 bilhões de casos de doenças diarréicas em 1997, com 2,5 milhões de mortes, estimando-se que mais de 800.000 casos são atribuídos à água contaminada, que é responsável também por: - Insuficiência renal Danos cerebrais Artrite e outras doenças de auto-imunidade Doenças do coração Câncer estomacal Diabetes Crescimento prejudicado Desenvolvimento intelectual retardado Dispor de sistemas de abastecimento de água potável não garante a isenção de enfermidades, mas se considerarmos que os efluentes domésticos e industriais serão tratados antes do seu lançamento nos cursos d'água, esta garantia aumentará muito. Além disso, a poluição produz escassez de recursos, o que repercute economicamente nas empresas que os usam, e começam em alguns países grandes projetos com o objetivo de prevenir o esgotamento de suas reservas. Os países nórdicos e EUA já recirculam efluentes sanitários tratados como águas industriais, sem que se note nenhum problema técnico nos processos. 6 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Para exemplificar, mostramos abaixo dados do censo IBGE sobre a evolução do tratamento de efluentes sanitários no Brasil. TRATAMENTO DE ESGOTO MUNICIPAL EVOLUÇÃO DO TRATAMENTO NO BRASIL % ANO POPULAÇÃO SEM COLETA SÓ COLETA COLETA + TRATAMENTO 1989 147.400.000 52,7 27,4 19,9 2000 169.800.000 47,8 32,0 20,2 2008 189.600.000 44,8 26,7 28,5 EVOLUÇÃO DO TRATAMENTO POR REGIÕES % SEM COLETA SÓ COLETA COLETA + TRATAMENTO 2000 2008 2000 2008 2000 2008 NORTE 92,9 86,6 3,5 5,8 3,6 7,6 NORDESTE 57,1 54,3 29,6 26,7 13,3 19,0 SUDESTE 7,1 4,9 59,8 46,7 33,1 48,4 SUL 61,1 60,3 17,2 15,6 21,7 24,1 CENTRO-OESTE 82,1 71,7 5,6 3,0 12,3 25,3 FONTE IBGE 2008 Em 2015, na grande São Paulo, foram produzidos 73,2 m³/s de água potável e apenas 16,7 m³/s (incluindo Guarulhos) de esgotos são tratados atualmente, nas cinco estações de tratamento de esgoto existentes da SABESP e do SAAE de Guarulhos, poderá chegar a 20,7 m³/s com a conclusão das redes coletoras. 7 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 8 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 3. MODO DE ENCARAR O CONTROLE E RECUPERAÇÃO DE DESPERDÍCIOS NOS PROCESSOS INDUSTRIAIS Apresentado o grave problema que representam os efluentes industriais líquidos para o meio ambiente e por lógica, para nós mesmos, é desnecessário repetir que os efluentes devem ser encarados com a máxima seriedade. Em toda indústria, cabe colocar em prática três programas básicos; tentar minimizar o consumo de água e como corolário reduzir a quantidade de efluentes e combater eficientemente a contaminação. Esses programas são: a) Controle da planta, isto é, a implementação de políticas de educação e conscientização do valor da água e do perigo que representam os efluentes, tendendo a diminuir tanto o desperdício de água como a contaminação. b) Melhoramento da tecnologia de produção, ou seja, a introdução de modernas tecnologias que conduzem a um uso racional de água, sua reciclagem, etc., e daqui a uma preservação integral do meio ambiente industrial. c) O tratamento adequado dos efluentes líquidos produzidos, utilizando para isso a melhor tecnologia disponível e planos de trabalhos racionais. Deve-se ressaltar que em todos os casos é necessário implementar estes três programas para conseguir tanto uma economia de água como a redução dos contaminantes. Ao mesmo tempo melhorar-se-á a imagem da indústria, tanto do ponto de vista ambiental, como o de salubridade. 3.1 Exemplos de Desperdícios Geram volumes desnecessários de efluentes e cargas poluentes que encarecem o tratamento posterior. Indústria de Tratamento de Superfícies - Águas de lavagem: normalmente as torneiras ficam abertas para manter os tanques sempre com água limpa, para evitar a contaminação das peças. - Descarte de desengraxante/decapante: normalmente são descartados separadamente, devido aos diferentes períodos de saturação. - Arrastes de banhos de um tanque para as águas de lavagem devido à velocidade das máquinas ou método de trabalho do operador. - Descartes desnecessários de banhos. - Processos arcaicos. 9 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 3.2 Tinturarias/Estamparias - Mercerização e acabamento alcalino: normalmente a soda é descartada, necessitando para sua neutralização um volume equivalente de ácido. - Resfriamento do tecido: normalmente feito com água, a qual é descartada em seguida, arrastando todos os tipos de produto. Frigoríficos/Matadouros/Indústrias de Conservas e Laticínios - Uso indiscriminado da “mangueira”, sem se preocupar com o volume dos despejos. Indústrias Química, Petroquímica, e Siderúrgica - Descarte de água das unidades de desmineralização: normalmente as águas de enxágüe das resinas são jogadas fora e os regenerantes passam por processos de neutralização automática antes de seu descarte. Técnicas Usadas Para Eliminar ou Reduzir Desperdícios Indústrias de Tratamento de Superfície - Os tanques com água de lavagem são controlados por condutivímetro de forma que só entra água nova quando necessário. Isto pode reduzir o consumo em até 50% numa galvanoplastia. - Os desengraxantes/decapantes devem ser dosados proporcionalmente no tratamento pois automaticamente se neutralizam. Para isso basta ter tanques para acúmulo de descartes. - Muitas vezes as gancheiras ou tambores rotativos saem dos banhos indo para as águas de lavagem arrastando muito produto, o que além de enfraquecer o banho consumindo mais produto acaba saturando rapidamente a água de lavagem. Isto pode ser reduzido drasticamente fazendo com que os tambores rotativos girem na saída dos banhos ou que as gancheiras parem por um período pré-determinado sobre os tanques para que o banho escorra, carregando assim o mínimo possível do banho, diminuindo portanto o arraste e consequentemente usando menos água nas lavagens. - Muitos banhos (por exemplo o cromo – ácido crômico) são descartados, quando poderiam ser recuperados pelo processo de evaporação. - Muitos processos arcaicos como a cianuretação de zinco e cobre ainda são usados. Estes banhos foram substituídos na Europa, EUA e Japão por banhos ácidos isentos de cianetos. Tinturarias/Estamparias - No processo de mercerização o pano passa por uma lavagem com solução de soda cáustica ( 20 %). Quando a solução enfraquece é completada com soda concentrada. A água de lavagem (que contém de 3 a 5 % de soda) é descartada para a neutralização. Existem unidades que reprocessam as águas de lavagem por evaporação, concentrando a soda até os 20% necessários e retornando-a ao processo, economizando com isto, soda e água. 10 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] - Quando é necessário baixar a temperatura do tecido após o tingimento (para evitar quebradura) podem ser usados trocadores de calor em circuito fechado, evitando com isto o uso desnecessário da água. - Existem ainda processos que concentram corantes, que podem ser reutilizados nos tingimentos seguintes. Frigoríficos/Matadouros/Indústrias de Conservas e Laticínios - A “mangueira” é a ferramenta mais usada em todo o segmento industrial, da entrada ao armazém. Dificilmente se separam “sólidos” para serem reprocessados como tal. A grande parte acaba indo para o tratamento de efluentes carregado por água. Uma solução é coletores para as partes descartadas (que vão para a produção de subprodutos como farinha) e o uso de máquinas de pressão que chegam a economizar 80% do volume de água usado nas lavagens, com melhor eficiência na limpeza. Muitos produtos que aderem aos misturadores ou aos tanques poderiam ser “empurrados” com auxílio de ar (estéril) ao invés de irem para o tratamento de efluentes empurrados por água! Indústrias Química, Petroquímica, e Siderúrgica - Estas indústrias normalmente usam grandes unidades de desmineralização de água, que são regeneradas diariamente. As águas de lavagem das regenerações, por terem pH fora da legislação, são neutralizadas na maioria dos casos por sistemas automáticos e as águas de enxágüe (rápido e lento) descartadas até que a condutividade chegue aos padrões determinados. O que pode ser feito é a equalização dos descartes das regenerações (onde o ácido praticamente neutraliza o alcali) e retornar para a água industrial as águas de enxágüe (com o auxílio de um condutivímetro) que na maioria dos casos é melhor que a água disponível. - Existem processos de auto-regeneração de resinas (economicamente viáveis a partir de 5 m3/h) que eliminam o uso de ácido e álcali para regenerar as resinas. Outras - Existem atualmente muitas empresas tratando seus efluentes e reutilizando a água para irrigação de jardins, limpeza de pátios, descarga de privadas, podendo inclusive, com um tratamento complementar (ultrafiltração, microfiltração, nanofiltração, osmose inversa) utilizá-los como água para circuitos térmicos como caldeiras, torres de resfriamento, etc.. 11 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 4. DEFINIÇÃO DO TRATAMENTO DOS EFLUENTES Para se definir o tratamento de efluentes deve-se antes estudar a unidade de produção, que envolve: Diagrama de fluxo do processo produtivo É importante definir um processo industrial, inclusive a localização da empresa em função do corpo receptor, que pode ser rede pública ou rio. No caso deste último é necessário saber a categoria do mesmo. Análise da tecnologia disponível para o referido efluente Empresas cujos processos apresentam dificuldades de tratamento ou sazonalidades em geral, não devem ser implantadas em áreas pequenas, pois quanto mais compacta e tecnológica for a estação de tratamento, mais cara será sua construção e operação. Análise da rede de despejos da fábrica Sempre que possível, os efluentes sanitários deverão seguir por redes separadas dos efluentes industriais. Em muitos casos, como em galvanoplastias ou empresas de óleos e solventes, é comum ter várias redes de efluentes industriais. Em nenhum caso deve haver a possibilidade de águas pluviais entrarem nestas redes. Experiências em plantas piloto com o efluente real Efluentes pouco conhecidos em virtude de alta e recente tecnologia devem ter testes de tratabilidade antes da implantação da ETE/ETDI para evitar um investimento em muitos casos desastroso, pois não atende à legislação. 12 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 5. CONSIDERAÇÕES PARA A DEFINIÇÃO DO TRATAMENTO A seleção dos processos alternativos para o tratamento dos efluentes deve ser feita tomando em conta uma série de fatores, cuja resultante nos apontará a definição. Os fatores que devem ser levados em conta são: 5.1 Destino Final Tendo em vista que os efluentes, uma vez tratados podem ser dispostos em algum curso d'água ou em rede pública, devemos observar a legislação vigente no estado do lançamento, e os órgãos legisladores devem verificar o impacto ambiental dos efluentes, mesmo tratados. 5.2 Limites de Espaço Dado que a maior concentração industrial se encontra em zonas urbanas, as considerações de espaço devem ser muito bem estudadas, especialmente quando se opta por tratamento a céu aberto, que pode ter como inconvenientes a proliferação de insetos, emanação de maus odores, além dos aspectos estéticos. Colocar uma estação de tratamento ao lado de uma unidade industrial pode ocasionar problemas de higiene muito sérios, especialmente para indústrias têxteis e alimentícias. Este problema pode ser solucionado quando não são usados tratamentos biológicos anaeróbios ou processos físico-químicos, caso o destino final seja rede pública. 5.3 Variação da Qualidade e Quantidade dos Efluentes As descargas de efluentes variam de indústria para indústria em quantidade e qualidade, além das variações sazonais. Existem sistemas de tratamento que são extremamente sensíveis a variações bruscas dos efluentes. Para tanto são usados sistemas equalizadores, que em geral se aplicam ou deveriam ser aplicados a todos os efluentes, tanto para facilitar a operação como para manter uma descarga e diluição mais uniforme. 5.4 Planos de Expansão da Indústria Devem ser consideradas duas alternativas, dimensionando o sistema para a capacidade atual ou inicial da indústria, ou dimensionando-o para a fase final, operando no início com capacidade ociosa. No entanto, uma outra alternativa seria os sistemas modulares, para determinadas vazões, que se constroem quando os limites são alcançados. Outro fator além das vazões de ampliação é a mudança das características dos efluentes. Para corresponder a isto a estação de tratamento deve ter sua operação flexível. 13 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 5.5 Custo do Tratamento Na análise econômica, deve-se levar em conta a eficiência do sistema e seu custo. Assim, para efeitos comparativos de custos, devemos comparar metodologias de igual eficiência. Cabe ressaltar que uma decisão puramente econômica levou, na maioria dos casos, a fracassos. Dentro da análise econômica devemos verificar: a) Custos de implantação - área ocupada - equipamentos (mecânicos, elétricos, etc.) - obras civis b) Custos operacionais - mão de obra ocupada - produtos químicos - energia elétrica - manutenção c) Eficiências obtidas - se tratamos os efluentes e os lançamos fora - se recuperamos alguma matéria prima dos efluentes - se reutilizamos a água Utilizando-se os parâmetros acima é possível afirmar que o resultado indicará a melhor solução. Em alguns casos é possível reutilizar efluentes tratados como água de resfriamento de telhados, melhorando, com isto, as condições ambientais de trabalho. Esta técnica vem sendo aplicada em galpões, em vários países, destacando-se fábricas, supermercados, armazéns, etc. Também pode ser usada para descargas de privadas (cerca de 40% do uso industrial humano), irrigação de jardins, limpeza de pátios externos, limpeza de caminhões, etc. (cerca de 20%). Com isto é possível reduzir as despesas em 50% e o sistema se paga em torno de dois anos. 14 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6. ALTERNATIVAS DE TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICOS (Origem Inorgânica) BIOLÓGICOS (Origem Orgânica) Físicos, Químicos e Eletroquímicos Pequenas vazões Grandes vazões Batelada Contínuo Gradeamento Estático Peneiras rotativas Grades mecanizadas Medição de Vazão Vertedores Calha Parshall Caixas de Areia Manuais Pequenas vazões Médias e grandes vazões Grandes vazões Pequenas vazões Grandes vazões Normalmente 2 câmaras Mecanizadas Automáticas Flotação Filtração Adensamento Separadores Estáticos Decantadores Primários Neutralização ou Acerto de pH Aeróbios e Anaeróbios Batelada Contínuo Pré-Tratamentos Gradeamento Estático Peneiras rotativas Grades mecanizadas Medição de Vazão Vertedores Calha Parshall Caixas de Areia Manuais Automáticas Mineradoras Flotação Mineradores Mineradores Tratamento da superfície (desengraxantes) Metalúrgica (óleos/graxas) Tratamento Primário Usados para remoção de Decantadores Primários sólidos em suspensão Neutralização ou Pequenas vazões Grandes vazões Pequenas vazões Médias e grandes vazões Grandes vazões Pequenas vazões Grandes vazões Normalmente 2 câmaras Mecanizadas, com ar difuso para evitar degradação Química e petroquímica (óleos/graxas) Têxtil e papel/celulose (fibras) Alimentícia/frigoríficos (gorduras) Usados para remoção de sólidos em suspensão Acerto de pH Mistura Rápida Oxidação Redução Floculação + Decantação + Filtração Flotação Intercâmbio Iônico Tratamento Secundário Tratamento da superfície Sistemas Aeróbios Tratamento da superfície Tratamento da superfície Sistemas Anaeróbios Outros Desidratação de Lodo Pequenas vazões Leitos de Secagem Pequenas e médias vazões Filtro Prensa Grandes vazões Adensador/Prensa Desaguadora Grandes vazões Centrífuga Resíduos perigosos Incineração Tratamento Terciário (visando reaproveitamento da água) Remoção de N+P Remoção de Dureza Floculação + Decantação + Filtração Clarificação Cloração Desinfecção Ozonização UV Outros Osmose Inversa Leitos de Secagem Filtro Prensa Adensador/Prensa Desaguadora Centrífuga Incineração Ar difuso Aeradores mecânicos Oxigênio puro Filtros biológicos Lagoas aeradas Lagoas facultativas Lagoas anaeróbias Reatores Tratamento c/ microorganismos Anaeróbios + filtros aerados Anaeróbios + lodos ativados Anaeróbios + fisico-químico Pequenas vazões Pequenas e médias vazões Grandes vazões Grandes vazões Resíduos perigosos 15 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Todos os corpos receptores (rios, lagos e oceanos) têm uma capacidade natural de se autodepurar. Entretanto muitos desses rios e lagos não conseguem eliminar, naturalmente, a carga de poluentes a que são submetidos devido às grandes aglomerações urbanas e industriais. Nestes casos deve-se fazer o tratamento das águas residuárias antes de lançálas ao corpo receptor. A qualidade exigida do efluente é especificada pelos órgãos oficiais para as diversas regiões. Assim sendo estamos falando em rios Classe 2, 3 e 4. Lembramos que nos rios Classe I (abastecimento, legislação de S.Paulo, na Resolução Conama 357 é classe especial) não há permissão para lançamento de efluentes, mesmo tratados. No caso dos oceanos não há ainda legislação específica. Os critérios de lançamento obedecem mais ao bom senso do que à legislação. Sintetizando o assunto podemos dizer que captamos água, a tratamos, a usamos e a lançamos num corpo receptor. Os consumidores a jusante ou a montante fazem o mesmo. A falha em um dos elos pode prejudicar todos os demais. Portanto vamos admitir que os tratamentos funcionem em condições tais que não alterem a capacidade natural de autodepuração dos cursos d'água. Como alternativas de tratamento de efluentes temos os processos biológicos para efluentes orgânicos e os não-biológicos (físico-químicos) para efluentes inorgânicos. 6.1 Processos Físico-Químicos 6.1.1 Introdução São chamados de processos físico-químicos todos aqueles que empregam instalações destinadas a reagir, separar, combinar elementos, sejam por processos físicos (sem produtos químicos), como, por exemplo, decantação e filtração, como também com produtos químicos como flotação e floculação, ou ainda combinando os dois, como mistura, floculação, decantação e filtração. Muitos autores costumam chamá-los de processos não biológicos, ou seja, sempre que os microorganismos não tenham atividade fundamental. 6.1.2 Aplicação Os processos físico-químicos são aplicados sempre quando se deseje remover substâncias indesejáveis ou retirar um determinado produto de uma mistura. Em muitos casos, em saneamento, se usam os processos físico-químicos como pretratamento ou como antecedente aos processos biológicos, visando reduzir as cargas poluentes ou retirando do meio compostos que venham a atrapalhar o processo biológico. Essa prática é usada em frigoríficos, tinturarias, indústrias químicas e petroquímicas, e indústrias farmacêuticas. 16 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6.1.3 Resumo do Processo Basicamente os processos físico-químicos são feitos por: Equalização: quando as vazões são variáveis Mistura rápida: para adição de reagentes Floculação: para combinação dos produtos Flotação: para separação de produtos leves (d<1) Decantação: para separação de produtos pesados (d>1) Filtração ou acerto de pH: quando necessário Desidratação de lodo gerado: leitos de secagem, centrífuga ou filtro prensa Quando as vazões são pequenas, normalmente até 30 m3/dia usa-se o processo batelada. Acima disso usa-se o processo contínuo. 6.1.4 Precipitação Química Um dos processos foi desenvolvido na Hungria e se baseia no tratamento de efluentes com sais de ferro ou alumínio, bentonita ou caulim e copolímeros da amida do ácido acrílico. O pH deve ser ajustado convenientemente para conseguirmos uma ótima precipitação. O precipitado conseguido pode ser utilizado como meio de cultura bacteriológica, como alimento de animais, uma vez que foi esterilizado, ou ainda, como fertilizante. 6.1.5 Concentradores por Spray-Film Sistema desenvolvido nos EUA, são evaporadores verticais (ou horizontais apesar de raros) que permitem a concentração dos efluentes utilizando apenas 10% da energia de um evaporador convencional. A qualidade do efluente final obtida com este método é excelente, e o concentrado pode ser usado como complemento para rações animais. 6.1.6 Tratamento com Carvão Ativo Os tratamentos a base de carvão ativo são dimensionados sobre o fato de que é necessária a mesma quantidade de carvão ativo que a massa de DQO que quer se eliminar. Atualmente é uma tecnologia pouco utilizada e não desenvolvida completamente, principalmente no que se refere a sistemas de recuperação de carvão. 17 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6.1.7 Ozonização-Eletrofloculação - Tratamento Primário Utiliza-se o tratamento convencional, ou seja, remoção de sólidos grosseiros, através de grades fixas para vazões pequenas ou mecanizadas para grandes vazões. Ainda como tratamento primário podemos considerar ajustes de pH para valores entre 6 e 9 unidades. - Ozonização A ozona ou ozônio (O3) é um oxidante muito energético que, após sua atuação, não produz elementos de reação contaminantes. Por isso podemos considerá-lo como um oxidante limpo. Harvey Rosen (USA) tabelou a eficiência da oxidação da ozona sobre um grande número de substâncias contaminantes, algumas delas cancerígenas, demonstrando que são poucos os compostos refratários à sua ação. Além disso a ozona é um poderoso agente bactericida e viricida, removendo também cor, gosto e odores. Muitas águas não eram reutilizadas pois sua cor e odor estavam fora dos padrões para reutilização. - Eletrofloculação Assim é chamado o fenômeno eletroquímico produzido numa célula galvânica, cujos eletrólitos são os sais contidos naturalmente nos efluentes. Os eletrodos são metais que se dissolvem pela passagem de uma corrente elétrica, produzindo cátions, que atuam como floculantes da matéria orgânica presente na água residual. O processo físico-químico que nos permite uma separação eficiente de partículas coloidais, portanto sujeitas ao movimento Browniano, além de líquidos emulsionados no efluente, é a produção eletro-química (anódica) de íons polivalentes, que, sob determinadas condições de pH do efluente, reduzem as cargas das partículas coloidais a zero e assim se floculam; um segundo efeito é conseguir altos gradientes amperométricos, de maneira a aumentar os encontros binários, responsáveis pela coagulação. A eleição de íons multivalentes positivos é devida a que a grande maioria das miscelas dos colóides contidos por efluente industriais tem carga negativa, fundamentalmente óleos e graxas, e também proteínas. O valor de pH de carga zero para a maioria dos efluentes que foram ensaiados em laboratório se encontra entre 5,5 e 9,0 unidades. Na eletrofloculação, mediante uma adequada geometria dos eletrodos e de seu espaçamento, calculados previamente, se aceleram os encontros binários por efeito dos grandes gradientes amperométricos e por isso, há uma coagulação mais veloz. 18 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] O material coagulado é separado por flotação e/ou decantação, podendo usar, ainda, uma desinfecção final utilizando ozona do início do tratamento. 6.1.8 Intercâmbio Iônico Muitos efluentes possuem produtos de alto valor (ouro, prata) ou de alta toxicidade (níquel, cádmio, cromo) cujo descarte pode ser problemático em função da legislação. Nestes casos é amplamente empregado o uso de instalações de troca iônica para a recuperação de metais. Os sistemas são compostos basicamente por colunas de intercâmbio iônico com resinas específicas que retêm o metal desejado. Quando da regeneração os metais retornam ao banho ou são retirados por processo térmico. 6.2 Processos Biológicos Toda bibliografia e experiências indicam que uma série de substâncias, tais como detergentes inorgânicos (duros), bactericidas, antibióticos, etc., ou efluentes que as contenham devem ser separados antes de serem tratados por processos biológicos. Se não procedermos desta forma é muito difícil conseguir eficiências maiores que 50% com esta tecnologia. Em geral as substâncias de pH baixo podem inibir ou até eliminar a ação de enzimas e estabilizar os efluentes sob tratamento. Para tanto é crítica a estabilidade do pH nos reatores biológicos. O desenho de um processo biológico de tratamento depende de: a) a estequiometria da reação bioquímica. b) a velocidade destas reações. c) a dispersão dos poluentes no interior do reator. Também são importantes o tipo do reator biológico utilizado, o sistema de contato efluentemicroorganismo, etc. Tendo em vista que muitos destes parâmetros são muito difíceis de se controlar, o projeto do tratamento biológico é necessariamente empírico, e para conseguirmos êxito temos que realizar ensaios de tratabilidade em escala piloto, antes de se passar para o desenho da planta industrial. O processo biológico é utilizado quando existe carga orgânica impossível de ser removida por processo físico-químico. Em geral podemos classificar os processos como aeróbicos, anaeróbicos e mistos. Analisaremos em seguida os processos biológicos mais comuns. 19 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6.2.1 Processos Aeróbios Lodos Ativados Este processo se baseia no tratamento biológico aeróbio por meio de flocos microbianos, em suspensão no efluente em tratamento. Requerem, segundo o processo utilizado, um período de retenção de quinze a quarenta horas, com uma importante incorporação de oxigênio no reator. Tempos de retenção maiores produzem efluentes altamente nitrificados. Com o uso de oxigênio puro, o período de retenção varia de seis a doze horas. Cuidados especiais com a variação de pH tem que ser adotados, pois em muitos casos existe uma tendência de acidificação do meio, e nestes casos deva haver uma adição controlada de "leite de cal". Para conseguir uma eficiência melhor, os lodos ativados se recirculam, obtendo-se assim uma população microbiana ativa, fator este muito importante na eficiência do tratamento. A eficiência média conseguida pelo método de lodos ativados é de 85%, podendo em caso de bom controle analítico ultrapassar 95% na redução da carga orgânica. Geralmente vêm acompanhados de um problema adicional: a disposição final dos lodos. Antes da desidratação do lodo, este deve ser digerido para evitar problemas de mau cheiro, e em muitos casos este ainda é clarificado. Nas unidades pequenas utilizamos leitos de secagem, nas médias, filtros prensa ou prensa desaguadora e nas grandes, filtros prensa e centrífugas. Vale a pena ressaltar que os tempos aqui descritos aplicam-se apenas a esgotos sanitários. Quando há presença de efluentes industriais os tempos aumentam, alcançando períodos de muitos dias de retenção. O processo é composto basicamente de: - elevatórias de esgoto bruto gradeamento aeração decantação recirculação de lodo digestão do lodo leitos de secagem desinfecção final comando elétrico central Elevatórias de Esgoto Bruto Quando a cota de saída dos efluentes é inferior à da entrada da ETE, há a necessidade do recalque dos efluentes até a ETE. 20 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Para tanto é necessária a instalação de elevatórias automáticas de esgotos, que se encarregarão de alimentar a ETE. Cada elevatória terá comando independente para as bombas, que serão duas (sendo uma reserva da outra). - Gradeamento O tratamento é sempre precedido de um gradeamento, por telas de aço inoxidável com vão livre de 1 cm, destinado a remover todas as impurezas que possam vir a atrapalhar o funcionamento mecânico do sistema. A limpeza é feita manualmente. - Aeração Os efluentes líquidos da comunidade são conduzidos a um tanque de aeração onde são submetidos à ação de um rotor de aeração que promove a introdução de oxigênio no tanque. Além de garantir uma homogeneização na mistura promove a recirculação necessária para evitar a sedimentação da matéria em suspensão. O esgoto bruto afluente ao tanque de aeração contém matéria orgânica (DBO) que serve como alimento. As bactérias metabolizam os sólidos do esgoto produzindo novos desenvolvimentos, a medida que absorvem oxigênio e liberam gás carbônico. Por este processo mesmo que oxigênio dissolvido caia a zero, no decantador final, raramente produz odores ofensivos, pois a matéria orgânica foi extensivamente oxidada durante a aeração. - Decantação O grau de tratamento obtido num processo de aeração depende, diretamente, da decantabilidade do lodo. A decantabilidade do lodo biológico, em condições normais de operação, depende da razão alimento:microorganismos. O sistema de aeração prolongada, com grandes períodos de aeração e concentrações de SSTA relativamente altas, operam na fase endógena de crescimento. Isto permite uma alta eficiência na remoção da carga orgânica (DBO), pois os microorganismos famintos, efetivamente, procuram a matéria orgânica e rapidamente floculam sob condições favoráveis. Nas pequenas instalações usam-se decantadores tipo Dortmund, ou seja com uma parte cilíndrica plana e fundo cônico ou ainda com uma variação, ou seja, com uma parte cúbica e fundo tronco piramidal invertido. Nas instalações maiores que 600 m³/dia recomendamos decantadores cilíndricos de fundo plano com raspadores mecânicos que facilitam a remoção do lodo e são de fácil construção civil. 21 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] - Recirculação de Lodo O lodo é recolhido pelo fundo do decantador sendo recalcado através de bombas centrífugas de rotor aberto ou tubular para o tanque de aeração e o excedente irá para o digestor de lodo. - Digestão do Lodo O lodo excedente será recalcado para o digestor de lodo, onde por ação de um aerador a matéria orgânica residual mineralizar-se-á (todos os microorganismos serão mortos evitando odores desagradáveis). Após a digestão o lodo será desidratado nos leitos de secagem. - Desidratação Natural ou Mecanizada do Lodo Após a digestão do lodo (mineralização total), este é descartado em leitos de secagem (pequenas vazões) ou enviado para desidratação em filtro prensa (vazões médias) ou centrífugas (grandes vazões). Nesta etapa reduzimos o volume de água, permitindo o manuseio do lodo já como sólido, que por estar praticamente inorgânico pode ser incinerado ou enviado a aterro controlado. - Desinfecção Final Normalmente não se exige desinfecção, pois o processo mais usual (cloração) pode gerar organoclorados (com potencial cancerígeno e não removível em ETAs convencionais). A desinfecção é pedida apenas em casos de corpos d’água restritos (Classe 2) ou de efluentes potencialmente perigosos (hospitais, centros de pesquisa, laboratórios químicos e farmacêuticos, fábrica de defensivos agrícolas, etc.). Em muitos casos, para não usar a cloração usa-se ultravioleta (processo com muitas restrições) ou ozonização. - Comando Central Todos os equipamentos eletromecânicos da instalação são comandados num painel de fácil acesso aos operadores da instalação. Lagoas Aeradas É uma variante do processo anterior, só que neste caso não há recirculação de lodos. Como resultado, a biomassa ativa na lagoa é muito diluída e requer longos períodos de aeração para conseguir as eficiências anteriores. As lagoas aeradas são sensíveis a mudanças de temperatura, o que significa que a eficiência fica reduzida nos meses frios. Nos meses quentes o processo anaeróbio é incrementado, no fundo da lagoa, o que pode trazer problemas de odores e perda de eficiência. Por estas razões são muito importantes o desenho das lagoas e as características dos aeradores. 22 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Normalmente o período de retenção varia entre quatro e dez dias. Lagoas de Estabilização Diferem do caso anterior por não terem equipamentos. Estas dependem de aeração natural (superficial) e da fotossíntese, como fonte de oxigênio. Os raios ultravioletas atuam como desinfetantes. Necessitam de áreas muito grandes de terrenos a serem inundados. Como desvantagem principal temos a presença de odores desagradáveis nos meses de verão. Normalmente são calculadas, em regiões de clima quente com taxas em torno de 5,0 gr/DBO/m²/dia, com altura nunca superior a 1,5 m, o que resulta em períodos de retenção de três a seis meses. Outro fato que sempre ocorre é o assoreamento da lagoa e a proliferação de insetos nos meses quentes do ano. Há também um problema muito comum neste sistema, que é o desequilíbrio algas-bactérias, havendo em alguns casos a eutrofização das lagoas muito rapidamente. Modelo Australiano São usados três tipos de lagoas. A primeira lagoa é anaeróbia, a segunda facultativa e a terceira de maturação. Com este sistema tem se conseguido uma boa remoção de carga orgânica e microorganismos. Filtros Biológicos Horizontais (leitos percoladores) Esta variedade utiliza um meio suporte fixo onde se aderem os microorganismos. Os meios mais comuns são brita, seixos, argila expandida, madeira e materiais plásticos. A matéria orgânica contida no efluente se absorve ou se adsorve na película biológica fixa ao suporte e em seguida é oxidada. É necessário um longo estudo, antes de se projetar um sistema deste tipo, já que um excesso de matéria orgânica conduz a um intercâmbio de oxigênio ruim e, em conseqüência, uma eficiência baixa do leito. Como os demais processos biológicos, também são sensíveis a variações climáticas. Geralmente são dimensionados com taxas de 500 a 1.000 gr DBO/m³/dia ou de 10 a 20 m³/m²/dia. 23 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Discos Biológicos e Torres Biológicas Estes processos empregam materiais plásticos sintéticos. Os discos biológicos possuem uma superfície ativa bastante ampla, uma vez que são montados em paralelo, muito próximos uns dos outros. Um único eixo os faz girar lentamente ( 2 rpm). Estes discos têm 40% de sua superfície submersa no efluente a ser tratado, de maneira que o material orgânico é absorvido por um filme biológico, suportado nos discos e é oxidado na presença de um excesso de oxigênio. A principal vantagem que possui é sua construção modular, e desta maneira uma bateria destes discos em série pode conseguir altas eficiências de tratamento. As torres biológicas são uma variante do processo anterior, porém construído verticalmente, diminuindo a área ocupada. Seu recheio sintético (plástico) faz com que as estruturas sejam simples e leves. Os resultados são muito superiores aos que utilizam recheios clássicos. O inconveniente destes sistemas é o custo operacional, tendo em vista que em caso de obstrução do elemento filtrante, há a necessidade de desmontar todo o conjunto para limpeza. Em muitos casos há dificuldades construtivas na instalação. O cálculo de carga varia de caso para caso e em geral não se aplica para efluentes industriais. 6.2.2 Processos Anaeróbios O tratamento anaeróbio de efluentes só é possível em casos de vazões pequenas, através do uso de câmaras sépticas, seguidas de filtros anaeróbios. Para vazões maiores usam-se reatores anaeróbios, seguidos de filtros anaeróbios. O processo compreende três etapas, hidrólise enzimática, acidificação e metanização. Na primeira, os produtos se dissolvem em água formando a hidrólise. Na segunda, os açúcares se convertem em ácidos enquanto que as graxas e proteínas se decompõem em aminoácidos, álcoois, aldeídos, etc. Esta etapa de biodegradação é conhecida como fermentação ácida. Na terceira etapa temos a reação bioquímica de fermentação metânica, onde se convertem os ácidos orgânicos em metano e anidrido carbônico. Este processo é sensível a sobrecargas de poluentes, temperatura e detergentes. 24 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] O uso do metano requer cuidados de segurança adicionais. Em muitas instalações o metano é simplesmente lançado na atmosfera sem tratamento algum. O mesmo ocorre com o lodo no fundo do tanque, que é retirado por caminhões limpa-fossa, cujo destino é duvidoso. Em muitos casos a estabilização do lodo é feita com adição de cal na proporção de 0,5 Kg cal/Kg lodo o que resulta num lodo com pH 12. O controle deve ser muito bem definido, pois na lixiviação pode causar danos ambientais. Com a Resolução CONAMA 430/2011, muitas instalações tiveram que ter tratamento complementar para se adequar à legislação. Lagoas Anaeróbias São utilizadas com o objetivo de uma redução acentuada da matéria orgânica. Em geral ocupam pouco espaço em função de sua alta profundidade (4 a 6 m). Como sub-produto temos a exalação de maus odores devido ao processo de fermentação ácida (metanização). Reatores Anaeróbios Os reatores anaeróbios são uma compactação do sistema anterior. São construídos tanques com controle da produção do metano e todos os seus dispositivos de segurança. Tem a vantagem de disponibilizar o uso do metano. Devem ser seguidos de tratamento complementar, pois sua eficiência em média não ultrapassa 60% na remoção de carga orgânica, bem abaixo dos 80% mínimos exigidos pela legislação do Estado de São Paulo. Cuidados Adicionais a Serem Tomados: Até o presente, no Brasil, poucas unidades de tratamento anaeróbio têm seu biogás gerado destinado ao reaproveitamento, sendo que a maioria delas simplesmente tem esse efluente gasoso descartado na atmosfera. Ressalta-se que esta não é a atitude adequada. O biogás, diante de seus componentes, além de ser danoso às pessoas a ele expostas, também pode ser objeto de explosões e causar dano ao ambiente da circunvizinhança (corrosão de metais, etc.). Um dos problemas mais sérios recai sobre o perigo de explosão quando o metano é misturado com ar. O biogás gerado nos reatores, por não conter oxigênio, não é explosivo por si só, porém a introdução de ar, em qualquer etapa do transporte, armazenamento ou tratamento, pode resultar em mistura altamente explosiva. Geralmente, recomenda-se que a concentração de metano seja mantida fora da faixa de 5% a 15% (em volume) e a de oxigênio, inferior a 3% a 11%. 25 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Cuidado especial deve ser dado às conseqüências de vazamentos ou acúmulo dessa mistura em ambientes de trabalho, internos ou externos a edificações, pois pode ocorrer acúmulo de biogás e, caso a faixa de porcentagem de ar/metano resultar dentro de certos limites, as explosões podem ser fatais. 6.2.3 Outros Tratamento com Microorganismos Em muitos casos o sistema de tratamento de efluentes “quase” chega nos parâmetros de lançamento. Em outros casos os efluentes a serem lançados na rede coletora pública “quase” alcançam os padrões, e para atender o “quase” são necessárias obras muitas vezes caras. Na Europa e nos Estados Unidos, pesquisas foram feitas no sentido de se produzirem microorganismos específicos para degradarem efluentes específicos, em alternativa ao uso de produtos químicos que poderiam produzir efeitos colaterais indesejáveis. Estes trabalhos da década de setenta acabaram produzindo grandes coleções de cepas microbianas (tipo de bactérias) para biodegradar uma variedade de substâncias poluentes. Desta maneira, colônias específicas de microorganismos podem ser usadas nas redes de esgoto e instalações existentes com vantagens de reduzir poluentes com DBO, DQO, SS, O.G. e odores nocivos e com isto alcançar os parâmetros da legislação. Os microorganismos são inofensivos a seres vivos, não são patogênicos ou tóxicos e não são produzidos por engenharia genética, e na maioria dos casos são do tipo facultativo, ou seja podem ser usados tanto nos processos aeróbios como nos anaeróbios. Anaeróbio/Aeróbio Esta tem sido a alternativa para alcançar os parâmetros legislativos da área. Apresentam o grande desafio de controlar dois processos distintos e isto só se consegue instrumentalmente preparado para parâmetros físico-químicos e biológicos. Físico-Químico/Anaeróbio ou Vice-versa Em muitos casos se misturam estes processos para atingir os parâmetros legislativos. O processo físico-químico em geral consegue derrubar cerca de 30% da carga orgânica e o biológico cerca de 65%, o que resulta numa eficiência global de cerca de 85%. O grande vilão é quando não há continuidade de carga e vazão. Nestes casos o aeróbio apresenta inúmeras vantagens e eficiência superior. 26 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 7. ELABORAÇÃO DO PROJETO Uma vez determinada em bases técnicas e econômicas a alternativa de tratamento a ser implantadas, as atividades que se seguem são predominantemente aquelas da engenharia convencional. Quanto maior a complexidade e/ou tamanho das unidades de tratamento, maior o nível de preocupação com o detalhamento do projeto. Um projeto é composto basicamente por: Fluxograma de processo Fluxograma de instrumentação Layout Plantas dimensional, hidráulica e elétrica Cortes das plantas anteriores Especificação dos equipamentos e materiais Planilhas de custos Cronograma de implantação A partir do projeto básico, quando as obras são de grande porte, parte-se para o projeto executivo que é o detalhamento dos projetos: 8. Dimensional - Projeto civil (estrutural, fundações, arquitetura, etc.) Hidráulico - Mecânico, tubulações, bombeamentos, etc. Elétrico - Painel, fiação, instrumentos, monitoramento, etc. Detalhamento de compras EXECUÇÃO DA OBRA Com a definição dos projetos é contratada a(s) empresa(s) para a execução da obra. A obra é composta de: Obras civis Aquisição de equipamentos Montagem eletro-mecânica Treinamento de operação e manutenção Partida e operação inicial 27 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 9. FUNCIONAMENTO DO SISTEMA Uma vez implantado o sistema de tratamento deve ser preparado um programa de manutenção preventiva e controle analítico da instalação que visa medir a qualidade dos efluentes (brutos e tratados) visando salvaguardar a empresa de problemas com os órgãos ambientais e a sociedade, além de verificar se há deficiências no processo industrial. 10. ESTIMATIVA DE CUSTOS DE PROCESSO ETE IV BARRETOS Aeração Prolongada com Lodos Ativados VAZÃO: 5.300 m³ /dia 1.908.000m³/ano Em R$ Base 2000 ITEM CIVIL ELEVATÓRIA EQUIPAMENTOS MONTADOS SUB-TOTAL - IMPLANTAÇÃO ENERGIA ELÉTRICA MANUTENÇÃO PRODUTOS QUÍMICOS MÃO DE OBRA TOTAL CUSTO/R$/m³ Tratado CUSTO MENSAL (30 m³/Casa) = = 159.000 m³/mês 38.160.000m³/20 anos VALOR ORÇADO 714.000,00 300.000,00 407.400,00 1.421.400,00 2.832.808,00 836.500,00 173.667,00 1.056.000,00 6.320.375,00 0,165 5,00 28 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 11. EXEMPLOS TÍPICOS EFLUENTES DE LABORATÓRIOS EFLUENTES GRÁFICAS) PRECIPITAÇÃO DE METAIS E ACERTO DE pH INDUSTRIAIS (INDÚSTRIAS QUÍMICAS, FARMACÉUTICAS E 29 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 30 Av. 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General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 36 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 37 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] PROCESSOS PARA O TRATAMENTO DE EFLUENTES DOMÉSTICOS USADOS NOS ESTADOS UNIDOS FONTE: WEF (WATER ENVIRONMENT FEDERATION) 1984 Processo Lagoas de estabilização Lagoas aeradas Lagoas de polimento Biofiltro Discos biológicos rotativos Lodos ativados Valo de oxidação Oxigênio puro Lodos ativados c/oxigênio puro 1 Em uso atualmente Vazão Número mgd1 5.298 3.138 1.368 1.516 834 252 8 21 347 940 5.690 27.302 741 500 240 A serem construídas Vazão Número mgd1 2.783 118 1.494 148 433 30 5 8 276 433 2.585 2.713 474 131 5.800 20 1.500 mgd x 3785 = m³/dia EUROPA (Sem estatística) Conforme informações e catálogos de fornecedores de estações de tratamento de efluentes como Degremont, Esmil, Simon Hartley, Thames Group Ltd., Studio Delta, Salher Iberica S. L., OMS GmbH e Lurgi GmbH, as capitais e grandes cidades utilizem com mais freqüência o processo de Lodos Ativados. ÍNDIA, CHINA, INDONÉSIA, PAQUISTÃO (Sem estatística) Nestes países o Reator Anaeróbio é o sistema mais usado (Nogueira, 1992). 38 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 12. MICROORGANISMOS PATOGÊNICOS TRANSMITIDOS PELA ÁGUA Categoria Bactéria Nome Patogênico Vibrio cholera Salmonella spp. Shigella spp. Escherichia coli tóxica Campylobacter spp. Leptospira spp. Francisella tularensis Yersinia enterocolitica Aeromonas spp. Helicobacter pylori Legionella pneumophila Mycobacterium avium Dose infecciosa 108 106-7 102 102-9 106 3 10 109 108 ? > 10 ? Protozoários Giardia lamblia Cryptosporidium parvum Naegleria fowleri Acanthamoeba spp. Entamoeba histolitica Cyclospora cayetanensis Isospora belli Microsporidia Ballantidium coli Toxoplasma gondii 1-10 1-30 ? ? 10-1000 ? ? ? 25-100 ? Vírus Norwalk virus, SRSV, calicivirus Poliovirus Coxsackievirus Echovirus Reovirus Adenovirus HAV/HEV Rotavirus Astrovirus Coronavirus Virus desconhecidos 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 1-10 39 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 13. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PROCESSOS 13.1 ETE Vs. Fossa + Filtro Anaeróbio + Clorador BASE: Loteamento com 300 casas em São Paulo Componentes ETE Gradeamento Tanque de aeração Decantador Recirculação de lodo Digestão Leitos de secagem Clorador FOSSA EM CONCRETO Fossa Filtro anaeróbio Clorador FOSSA EM POLIETILENO Fossa Filtro anaeróbio Clorador Por lote = R$ 2.769,00* 300 lotes = R$ 830.700,00 Limpeza anual Por lote: R$ 300,00 Por lote = R$ 3.150,00* 300 lotes = R$ 945.000,00 Limpeza anual Por lote: R$ 300,00 300 lotes: R$ 90.000,00 300 lotes: R$ 90.000,00 Com infiltração 120.450 m³ R$ 0,91/m³ R$ 3,15/m³ > 90 % < 10 mg/L < 50 mg/L Sim Sim Não Não tem infiltração 87.600 m³ R$ 1,02/m³ R$ 10,50/m³ < 80 % > 70 mg/L > 100 mg/L Não Não Sim Não tem infiltração 87.600 m³ R$ 1,02/m³ R$ 11,81/m³ < 80 % > 70 mg/L > 100 mg/L Não Não Sim Não Sim Sim 150 70 > 24.000 > 24.000 > 24.000 > 24.000 Sim Não Não Custo do Investimento Custo Operacional – Anual Vazão Tratada – Anual Custo Unitário Custo Total – 1º Ano Eficiência DBO Remanescente DQO Remanescente Atende Art. 18 CETESB Atende Art. 21 CONAMA Pode Gerar Mau Cheiro Pode Gerar Organoclorados Nº de Bactérias com Dosagem de 0,2 Mg/L Coliformes Totais Coliformes Fecais Permite Reuso Simples da Água para Fins Secundários 300 lotes = R$ 270.000,00 Mão de obra/Energia elétrica/ Controle operacional/Manutenção 300 lotes: R$ 109.500,00 * Fonte: Revista Construção, Editora Pini, Dezembro 2004, Ano 57, nº 41 40 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] NR 0,8 6,2 0,5 0,0 710,2 481,3 10,28 Sólidos Voláteis Sólidos Sedimentáveis Amônia Nitrato Nitrito DQO DBO Óleos e Graxas Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] R$ 0,86 a R$ 1,05/m³ * > 2,97 x 10³ > 1,1 x 10³ NR 182 270 3,2 6,5 9,4 0,6 172 994 27ºC 153 5,94 > 24.000 > 24.000 10,27 387,6 503 0,3 2,3 8,2 0,6 NR 3.350 30ºC 140 6,87 HIPERMERCADO 3 R$ 0,75/m³ < 10² 45 NR 17,5 36 2,7 8,4 5,3 0,5 24,8 650 29ºC 57 5,81 HIPERMERCADO 1 R$ 0,66/m³ < 10² 60 NR 12 27 3,15 6,9 6,5 0,35 18,7 655 29ºC 88 6,48 HIPERMERCADO 4 LODOS ATIVADOS R$ 0,50/m³ NR NR 2,8 27 60 NR NR NR < 0,1 NR NR 30 NR 5,8 SUPERMERCADO * Fonte: Caderno Técnico Nº 1 – Gerenciamento do Saneamento em Comunidades Planejadas – AlphaVille Urbanismo S. A. - 2005 NR: Não Realizado Custo Operacional > 24.000 1.620 Sólidos Totais Dissolvidos Coliformes Totais 29ºC Temperatura > 24.000 620 Turbidez Coliformes Fecais 6,43 HIPERMERCADO 2 REATOR + FILTRO ANAERÓBIO HIPERMERCADO 1 Ph PARÂMETROS ANO 2006 LODOS ATIVADOS VS. REATOR ANAERÓBIO + FILTRO ANAERÓBIO EM HIPERMERCADOS E SUPERMERCADO ATACADISTA QUADRO COMPARATIVO 13.2 Lodos Ativados Vs. Processo Anaeróbio 41 mg/L mg/L mg/L DQO Óleos e Graxas Detergentes 0,25 m² Área de Ocupação/Pessoa *³ 0,25 m² R$ 0,33 R$ 180,00 0,3-0,5 10-30 20-80 10-20 Aerador Baixa Rotação 0,28 m² R$ 0,25 R$ 120,00 <0,04-0,17 <2-25 < 17-50 <1-10 Aerador Alta Rotação Fluxo Ascendente 0,29 m² R$ 0,35 R$ 100,00 0,5-0,9 5-25 30-80 15-25 Aerador Alta Rotação Fluxo Descendente 0,30 m² R$ 0,24 R$ 150,00 0,5-0,8 5-30 30-80 20-30 Discos ou Filtros Biológicos 0,35 m² R$ 0,38 R$ 110,00 0,3-0,6 5-30 20-80 10-30 Valo de Oxidação 0,18 m² R$ 4,00 R$ 210,00 0,3-0,8 5-25 30-80 10-30 Oxigênio Puro Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 42 *³ Inclui ETE com sala de operação e laboratório, para instalações de 5.000 a 25.000 pessoas, 5 pessoas por casa ou lote *² Inclui energia elétrica, manutenção, produtos químicos, mão de obra, amortização em 20 anos *¹ Sistemas dotados de gradeamento (manual), caixas de areia (manuais), aeração, decantação, desinfecção, recirculação, digestão de lodo e leitos de secagem R$ 0,35 R$ 120,00 0,5-0,9 5-25 30-80 10-20 Ar Difuso Custo Operacional/m² *² Custo de Implantação/Pessoa *1 mg/L Unidade DBO Características dos Efluentes Tratados ATUALIZAÇÃO 2005 QUADRO COMPARATIVO ETE LODOS ATIVADOS COM ESGOTO SANITÁRIO 13.3 Lodos Ativados 14. TERMOS TÉCNICOS UTILIZADOS Relacionamos a seguir alguns dos mais freqüentes termos técnicos utilizados na linguagem operativa de tratamento de efluentes e suas condições e definições: Ação Bioquímica Modificação química resultante do metabolismo de organismos vivos. Adensamento de Lodo Aumento da concentração de sólidos do lodo nos tanques de sedimentação, adensamento e de digestão. Aeração Ação de fazer um contato íntimo entre o oxigênio e o líquido, por um ou mais dos seguintes métodos: a. aspersão do líquido no ar b. insuflação do ar no líquido c. agitação do líquido para promover a absorção superficial do ar d. introdução de oxigênio puro Aeração por Ar Difuso Aeração produzida no líquido pela introdução de ar através de difusores. Aeração Prolongada Modificação do processo de lodos ativados que realiza a digestão do lodo dentro do sistema de aeração. Aeróbio Organismo que necessita de ar ou oxigênio elementar ou que é prejudicado pela ausência deste. Algas Organismos microscópicos, geralmente aclorofilados e de grande proliferação. Ativação de Lodo Obtenção sob condições aeróbias de organismos capazes de metabolizar matéria orgânica de água residuária. Bactérias Aeróbias São as que se reproduzem na presença de oxigênio. Bactérias Anaeróbias São as que se reproduzem na ausência de oxigênio. Bactérias Facultativas São bactérias que se reproduzem com ou sem oxigênio. 43 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Biodegradação Decomposição ou estabilização da matéria orgânica natural ou sintética, por microorganismos existentes no solo, na água, ou em um sistema de tratamento de água residuária. CADRI - Certificado de Destino de Resíduos Industriais Emitido pela CETESB-SP, permite o envio de resíduos para um destino adequado. Carga de DBO Quantidade de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) expressa em massa por unidade de tempo (ex.: Kg/dia, Kg/h). Clarificação Processo pelo qual uma água passa por floculação e decantação. Classificação dos Rios (Dec. 8468/76 SP) Classe 1: Para consumo – Não pode receber efluentes Classe 2: Para consumo após tratamento – Pode receber efluentes tratados Classe 3: Para consumo após tratamento – Pode receber efluentes tratados Classe 4: Usos menos exigentes – Pode receber efluentes tratados Vide Resolução CONAMA 357/2005 que tem a classificação geral dos cursos d’água, válido para o território nacional, prevalecendo o critério mais restritivo. Os padrões de lançamento estão na Resolução CONAMA 430/2011. DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio Quantidade de oxigênio utilizado na oxidação bioquímica da matéria orgânica, num determinado período de tempo, geralmente expressa em miligramas de oxigênio por litro. Decantação Processo pelo qual a fase sólida se separa naturalmente da fase líquida, por precipitação a Densidade > 1. Desidratação do Lodo Processo de remoção da parte líquida do lodo, por meio de centrifugação, filtração a vácuo, prensagem, etc., até uma condição de disposição final mais fácil. DQO - Demanda Química de Oxigênio Medida da capacidade de consumo de oxigênio pela matéria presente na água ou água residuária. É expressa como a quantidade de oxigênio consumido pela oxidação química no teste específico. Não diferencia a matéria orgânica estável e assim não pode ser necessariamente correlacionada com a DBO. Geralmente expressa em miligramas de oxigênio por litro. 44 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Escuma É uma dispersão na qual o ar ou outro gás, forma a fase dispersa e um líquido a fase contínua. Este termo é utilizado quando a concentração da fase dispersa é suficiente para que o sistema consista de bolhas de gás separadas por finas partículas de líquido. Efluente Tudo o que é descartado da atividade dos seres vivis. Escala de Ringelmann Nível 1 (Branco): Nível 2 (Claro): Nível 3 (Acinzentado): Nível 4 (Escuro): Ar bom (baixa poluição) Ar aceitável Ar inadequado Ar reprovado Floco Biológico Ativo Floco formado pela ação de agentes biológicos, como por exemplo, lodo ativado. Floculação Processo pela qual os sólidos são retirados de uma água, pode ser por processo químico ou biológico. Flotação Quando um produto tem densidade < 1,0, não decanta, assim é mais fácil através de aeração fazer com que flutue. Idade do Lodo Tempo em que uma partícula de sólido suspenso sofre aeração, no processo de lodos ativados, sendo expresso em dias. Índice de Densidade do Lodo O inverso do índice de volume de lodo, multiplicado por 100 (índice de Donaldson). Índice de Lodo É o volume em milímetros, ocupado por um grama de lodo ativado após decantação por 30 minutos (índice de MOHLMAN). Normalmente se usa proveta de 1000 L, para ter os valores em ML/L. Índice de Volume de Lodo (IVL) O mesmo que índice de lodo. Inoculação de Lodo Introdução de lodo com microorganismos biologicamente ativos, que venham proporcionar a estabilização da matéria orgânica da água residuária. 45 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Jusante Parte ou lado de baixo, falando-se de um rio para onde correm suas águas, ou seja, depois do lançamento. Landfarming (Disposição no Solo) Método usado para a disposição de resíduos sólidos em área agrícolas. LP – Licença Prévia Emitida pela CETESB, autoriza o projeto de uma indústria ou obra. LI – Licença de Instalação Emitida pela CETESB, permite a implantação de uma indústria ou obra. LO – Licença de Operação Emitida pela CETESB, permite o funcionamento de uma indústria ou obra. Obs.: Atualmente todas as licenças tem prazo de validade, de acordo com a atividade, pode variar de 1 a 5 anos. Lodo Sólidos acumulados e separados dos líquidos da água ou água residuária durante um processo de tratamento ou depositados no fundo de rios ou outros corpos receptores. Lodo Ativado Floco de lodo produzido em água residuária bruta ou sedimentada, formado pelo crescimento de bactérias e outros microorganismos na presença de oxigênio dissolvido. Lodo Recirculado Lodo ativado, sedimentado no decantador secundário, que retorna ao tanque de aeração, com intento de manter uma concentração de sólidos desejada. Metais Pesados São considerados: arsênio, cádmio, chumbo, cobre, cromo, estanho, mercúrio, níquel, prata, selênio e zinco. O total deles não pode ultrapassar 5 mg/L, de acordo com a Portaria 8468/76 art. 19 A de S.Paulo. Mineralização Processo pelo qual elementos combinados em forma orgânica, proveniente de organismos vivos ou mortos, ou ainda, sintéticos, são reconvertidos em formas inorgânicas. A mineralização de compostos orgânicos ocorre através de oxidação e metabolização por animais vivos, predominantemente microscópicos. Montante Para o lado da nascente de um rio, ou seja, antes do lançamento. MP – Material Particulado Quantidade de sólidos em suspensão no ar, expresso por mg/m3 ou g/m3. 46 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Nitrificação Conversão de amônia em nitratos, por bactérias aeróbias, passando por nitritos como etapa intermediária. OD – Oxigênio Dissolvido Quantidade de oxigênio livre num determinado líquido, em geral expresso por mgO2/L. Óleos e Graxas Grupo de substâncias incluindo gorduras, graxas, ácidos graxos livres, óleos minerais e outros materiais graxos, que sejam solúveis em haexana. Os resultados normalmente são dados em Mg/L. NOx Compostos gasosos obtidos com a oxidação do nitrogênio como NO, N2O, NO2, NO3. Poluente Qualquer forma de matéria ou energia que interfira prejudicialmente aos usos das águas, ar e solo, previamente definidos. pH (Potencial Hidrogeniônico) Mede a acidez ou a alcalinidade da água (> 7 = Alcalino - < 7 = Ácido). Para os processos biológicos recomenda-se pH entre 6 e 8. Na escala a variação é de 0 a 14 UpH (Unidades de pH). O pH igual a 7,0 é considerado neutro. SOx Compostos gasosos obtidos com a oxidação do enxofre como SO2, SO3. SI – Substâncias Inaláveis Todos os compostos líquidos ou gasosos que em temperatura ambiente se incorporam ao ar respirável. 47 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 15. BIBLIOGRAFIA Rosen, Harvey - Int. Ozone Institute, May 11 - 14 (1975) - Montreal, Canadá. Rosen, H. et. al., Water and Wastes Eng., Jul 1974 - p. 25 Mulligan, T. J. e Fox, R. D., Chem Eng., Out. 18 1976 - p. 50 Imhoff, Karl, Manual de Tratamento de Águas Residuárias, São Paulo, Ed. Edgard Blucher Ltda., 1976 Eckenfelder, W. W., Water Quality Engineering, New York, Barbes & Noble Inc., 1970 Braile, P. M., Cavalcanti, J. E. W. A., Manual de Tratamento de Águas Residuárias Industriais, São Paulo, Cetesb, 1979 Ferreira, J.A.M., Controle e Recuperação de Desperdícios nos Processos Industriais, XXIII Congresso Nacional de Química, Blumenau, SC, 1982 Técnica de Abastecimento e Tratamento de Águas, São Paulo, Cetesb, 1977 Nogueira, Luiz A. Horta, Biodigestão, Nobel, 1992 Ferreira, J.A.M., Tratamento de Efluentes Industriais e de Laboratórios, Seminário Expolabor/SENAI, Taboão da Serra, SP, 1997 a 2005 Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo, PROSAB, Rio de Janeiro, RJ, 1999 48 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] ÁGUA DE REUSO 1. Introdução Sem sombra de dúvidas podemos afirmar que toda a água superficial é água de reuso. A água que utilizamos hoje já serviu para fazer a comida do homem das cavernas, já encheu as banheiras de Arquimedes e de Cleópatra, já foi usada para lavar o cavalo branco de Napoleão, o Mercedes de Hitler, etc.. A água evapora, condensa, desde o início da vida no planeta até os nossos dias. O que ocorre com mais velocidade, ou seja, num intervalo de tempo menor é a reutilização da água, à medida que a população aumenta e as atividades para seu desenvolvimento também. Se analisarmos as 100 maiores cidades brasileiras a quase totalidade usa água de superfície. Poucas são abastecidas com poços artesianos. Todas as capitais possuem estações de tratamento de água operando por processo físico-químico convencional. Mesmo os lençóis subterrâneos dependem de água superficial para sua recarga. O esgotamento cada vez maior dos mananciais atuais tem levado a uma busca de alternativas cada vez mais distantes dos grandes centros consumidores resultando em grandes custos de investimento o que encarece cada vez mais a água. Com isto, muitas empresas de saneamento básico têm investido em tecnologias para reciclar águas residuárias. O mesmo ocorre nas indústrias onde a água é matéria prima e seu custo é considerável no preço final do produto. Muitos condomínios têm implantado sistemas para reuso de água de chuva e água cinza. A água produzida a partir de efluentes de estações de tratamento de esgoto pode ter como destino seu reuso como água potável e não potável. A água potável pode ter seu uso direto ou indireto. No caso do uso direto, após o tratamento, em geral, avançado, com alta tecnologia e custos elevados, volta ao sistema de água potável. Este processo tem sido usado com sucesso em locais carentes de água, como é o caso de Windhoek (Namíbia), Denver, (Colorado – EUA), Shanute, (Kansas – EUA) Los Angeles, Pleasanton, Lago Tahoe, Santee (Califórnia – EUA), entre outros. No Condado de Orange (sul da Califórnia) foram investidos em 2008, 500 milhões de dólares numa dessas instalações (265.000 m3/dia). 1 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] No caso do uso indireto, após o tratamento, em geral, convencional, o efluente tratado vai para o corpo receptor, onde a jusante do lançamento há uma captação de água para fins potáveis. Isto é o que ocorre na maioria das bacias hidrográficas brasileiras, sendo as mais carregadas a bacia do rio Paraíba do Sul, a bacia do rio Atibaia, Capivari, Piracicaba entre outras. Já no reuso não potável, as aplicações mais comuns são: Agrícola: silvicultura, pastagens, irrigação, plantas não comestíveis e paisagismo; Industrial: descarga de vasos sanitários, limpeza de pátios, reserva de incêndio e circuitos térmicos (com tratamento específico adicional); Recreacional: manutenção de lagos, represas, campos de futebol e de golf; Doméstico: descarga de vasos sanitários, limpeza de calçadas, jardins. 2 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2. Características das Águas de Reuso 2.1. Água de Chuva A água de chuva talvez seja a água de reuso mais fácil de obter e com as melhores características físico-químicas. A ABNT através da NBR 15527/2007 dá os requisitos para o aproveitamento de águas captadas pelas coberturas em áreas urbanas para fins não potáveis. 3 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2.2. Águas Servidas O esgoto tratado tem seu reuso classificado em quatro categorias de acordo com a ABNT através da Norma NBR 13969/2008. 2.2.1. Águas Cinzas As águas cinzas (águas residenciais provenientes de chuveiros, lavatórios e máquinas de lavar roupas), de acordo com publicações imobiliárias, podem ser usadas diretamente nas descargas de vasos sanitários. No entanto, no nosso entender isto poderá ocasionar problemas a curto prazo devido à formação de filme biológico que ao se desprender das paredes das tubulações causará entupimentos ou trava no sistema de vedação, especialmente em bacias com caixa acoplada, resultando num consumo contínuo, que acaba gastando mais água do que a disponível. O grande perigo nos sistemas de reuso de águas cinzas está na interligação com os ramais de água potável. Muitas vezes, pela ausência de uma delas, pode haver refluxo e a consequência é a contaminação da água potável. Muitos empreendimentos usam corantes para mascarar a cor da água cinza. Isto acarretará numa dificuldade a mais para o seu tratamento, pois a maioria dos corantes é de difícil degradação, mesmo os orgânicos, devido às longas cadeias. Na tabela abaixo citamos alguns valores encontrados em bibliografias. SEER. UFRGS.BR / AMBIENTE CONSTRUÍDO / 3676/2042 – (2008) PARÂMETROS Christova-Boal et. al. Santos et. al. Cor - Hz 60-100 52,30 Turbidez - NTU 60-240 37,35 pH - UpH 6,4-8,1 7,2 P Total – mg/L 0,11-1,8 6,24 NKjT – mg/L DBO – mg/L 76-200 96,54 DQO – mg/L C. Total – NMP/100 mL 500-2,4x107 11x106 C. Fecais – NMP/100 mL 170-3,3x10³ 1x106 Fiori S. et. al. 337,3 7,04 0,84 273 522,3 1,6x105 1,3x105 4 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 5 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 6 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 2.2.2. Esgoto Tratado O esgoto tratado tem seu reuso classificado em quatro categorias de acordo com a ABNT através da Norma NBR 13969/2008. O nível de tratamento dar-se-á de acordo com as necessidades legais em caso de lançamento em curso d’água ou para o fim que água será reusada. Tratamento Secundário O processo adotado foi aeração prolongada com lodos ativados. A ETE é composta por: gradeamento, aeração, decantação, desinfecção, recirculação de lodo, digestão aeróbia e desidratação de lodo em leitos de secagem. 7 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] PARÂMETROS Cor – Hz Turbidez – NTU pH –UpH P Total – mg/L NKjT – mg/L DBO – mg/L DQO – mgL C. Total – NMP/100 mL C. Fecais – MP/100 mL A 10 10 8,0 0,19 1,67 5 26 1.100 460 B 5 5 7,2 3 < 17 ND ND C 10 15 6,4 0,21 5,83 4’ 30 < 5.000 < 1.000 Tratamento Terciário Para o tratamento terciário atualmente dois processos são utilizados: o tratamento físico-químico e o tratamento por membranas. O tratamento por membranas vem se tornando uma alternativa cada vez mais viável devido ao fim da patente nos anos 90. Muitas empresas se interessaram por sua produção e em apenas uma década dos preços caíram para 30% do valor original (1990/2000) (Membranas Filtrantes – Rene P. Schneider, 2000/2010) (Milton T. Tsutiya – ABES 2001). Na década seguinte os valores caíram ainda mais permitindo seu uso não só para a dessalinização de água do mar, mas para o reuso em vários fins. Os tipos de membranas usadas variam desde a microfiltração, ultrafiltração, manofiltração e osmose inversa (nome correto da osmose reversa). Já existem casos de uso de membranas com esgoto bruto (precedido de tratamento por pré-filtração). Aqui cabe um comentário sobre o que fazer com os rejeitos. Em alguns casos o concentrado não atende aos parâmetros de lançamento e acaba criando um tremendo inconveniente par o usuário. Por outro lado quanto pior a qualidade da água bruta maiores serão os cuidados com as membranas, caso contrário a baixa durabilidade inviabiliza a operação. A área ocupada é mínima comparada com o tratamento físicoquímico. 8 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 9 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] O tratamento físico-químico é muito simples: sistema de flocodecantação convencional seguido de filtração e desinfecção. O lodo retorna para a ETE para aproveitamento dos nutrientes (nitratos e fosfatos). O grande inconveniente é a área ocupada (é uma ETA, na saída da ETE), com operador e sistema de preparo e dosagem de produtos químicos. 10 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 11 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Abaixo, alguns parâmetros do tratamento terciário por processo físico-químico: 12 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] 3. Conclusões e Comentários Pela nossa experiência com projeto, manutenção e operação de ETAs/ETEs ao longo de 30 anos, o sistema físico-químico é economicamente mais viável nas pequenas instalações (até 100 m3/h) quando as exigências técnicas não requerem uma água de reuso de alta qualidade (por exemplo, circuitos de troca térmica). Nos demais casos vale a pena o uso de membranas. 13 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] RESÍDUOS SÓLIDOS DOMÉSTICOS Os resíduos sólidos domésticos, nome pomposo para o popular lixo, podem ser vistos em todos os cantos do planeta, das populações mais selvagens às mais ilustradas. Todas produzem lixo. Um dos grandes desafios da humanidade tem sido o que fazer com essa enorme quantidade de materiais. O destino correto tecnicamente nem sempre é viável economicamente. Por outro lado o desenvolvimento cultural e tecnológico da população varia de país para país, de estado para estado, de cidade para cidade, de bairro para bairro, de casa para casa e até numa casa as pessoas olham o lixo de maneira diferente. A preocupação com seu destino é a mais variada possível, de acordo com a educação de cada um, seu conhecimento tecnológico, sua disponibilidade de tempo, de distâncias e até do dia. Estima-se que em média se gere 1 Kg de resíduos/habitante/dia, ou seja, no planeta com 7 bilhões de pessoas, podemos gerar 7 milhões de toneladas de lixo por dia. Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] O lixo é jogado a céu aberto, em terrenos baldios, ruas, estradas ou disposto em aterros que vão desde uma área restrita (lixão), passando por áreas com alguns cuidados (aterro controlado), aos aterros impermeabilizados (aterro sanitário). Em todos eles há o desagradável odor e formação de líquidos que podem contaminar as águas subterrâneas se o controle não for adequado. Mesmo aterros com queima eficiente dos gases exalam gases para a atmosfera, até que seja enterrado o lixo e a vala lacrada. Lixão Aterro controlado Aterro sanitário Nas cidades de porte médio para grande são comuns as usinas de transbordo que também apresentam dificuldades no controle de odores. A tecnologia mais barata para um destino adequado desses resíduos, o aterro sanitário, começa a ficar limitada devido à necessidade de grandes áreas, transporte, manuseio, geração de chorume, etc. Como alternativa pode-se pensar no uso da incineração; no entanto, temos que lembrar que mesmo calcinado (> 1200ºC) sempre haverá cinzas que terão que ser dispostas em algum lugar ou incorporadas a algum produto. Aterro Bandeirantes - SP 2 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Gostaria de lembrar aos nossos colegas e àqueles que não são químicos que, de acordo com a ACS (American Chemical Society) os produtos químicos tem um CAS Register (CAS = Chemical Abstracts Service), também conhecido como CAS Number. Esse registro de produtos químicos tem mais de 100 anos e em maio de 2015 já ultrapassa 98 milhões de substâncias com um acréscimo diário de 17.000 novos produtos, incluindo: Compostos orgânicos Compostos inorgânicos Metais Ligas Minerais Compostos (coordenados) Organometálicos Elementos Isótopos Partículas nucleares Proteínas e ácidos nucléicos Polímeros Materiais não estruturáveis (UVCBs) Grande parte desses produtos não foi analisada quanto à sua influência na saúde humana. Pouquíssimo se sabe qual é a influência da queima desses produtos na saúde, seja ela humana, animal ou vegetal. Apenas para dar uma referência, o Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) iniciou seus trabalhos com a Resolução Nº 1 em 1 de março de 1990, preocupado com o nível de ruído. Posteriormente, nas Resoluções 3 e 8/1990 dispõe sobre os padrões de emissões de poluentes no ar, que se resume no controle de material particulado, NOX, SOX e ozônio. Com isto, muitos incineradores prediais residenciais e comerciais foram proibidos em São Paulo. Os chamados “churrasqueiras” ou “forno de pizza” tiveram seu uso proibido pela CETESB e a qualidade do ar melhorou. No entanto os incineradores hospitalares continuaram queimando resíduos até que surgiu a preocupação com o lançamento de dioxinas e furanos, compostos oriundos da queima de produtos clorados de alto teor cancerígeno. No século 21 estes incineradores municipais foram fechados, ficando a cargo da iniciativa privada a incineração de resíduos perigosos em incineradores dotados de tecnologia avançada que captaria a maioria das partículas produzidas e lavador de gases. Com alta eficiência, os incineradores industriais que operam atualmente tem como lado negativo o alto custo do tratamento. Por este motivo são usados principalmente para resíduos industriais, na maioria proveniente da indústria química-farmacêutica e afirmar que são 100% seguros é quimicamente impossível, visto a falta de dados de que dispomos. Mesmo com relação à água que bebemos, não temos absoluta segurança se é boa ou não para a nossa saúde, tendo em vista que analisamos apenas 89 entre 98 milhões de compostos químicos. 3 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] No ar, (lembrando as aulas de química, cada molécula grama-mol ocupa 22,4 L) o grande volume é de difícil e cara caracterização. Assim sendo, vale mais evitar do que remediar e isto se aplica em todas as áreas do saneamento. Para quê gerar um subproduto, se depois terei que fazer mais um tratamento? Tudo aquilo que puder ser reciclado não precisará ser disposto nem tratado. Numa central moderna de tratamento é possível reduzir em 75% o volume de lixo a ser tratado, o que equivale a 50% em peso. A parte orgânica não-reciclável é embolsada em sacos plásticos de forma a obter metano num sistema controlado que pode ser queimado em pequenos volumes ou usado como combustível, alternativo para geração de energia elétrica, quando o volume é técnica e economicamente viável. Uma das grandes vantagens desta usina é o completo processo de inertização em 3 anos, gerando composto orgânico agrícola. Isto, além de usar pequenas áreas, reduz significativamente a geração de odores, pois à medida que o lixo é coletado é reciclado e disposto em bags onde se degrada. Nos sistemas atuais só no trânsito é lançada na atmosfera grande quantidade de gases em função da distância entre a coleta e a disposição, somando a isto o que é gerado enquanto às células estão abertas, até que se completem e sejam aterradas. A limpeza diária da área não só assegura um ambiente adequado para o trabalho dos recicladores como evita a presença de vetores, normalmente atraídos tanto pelos odores como pelos resíduos. Talvez mais importante ainda é a ausência de aves, tão comuns nos aterros sanitários e extremamente perigosas nas proximidades de helipontos ou aeroportos. Com as usinas também se elimina o risco de desabamentos, escorregamento de encostas, explosões e implosões. Aterro sanitário Desabamento da encosta 4 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Podemos pensar no reaproveitamento do gás metano para a geração de energia, já que a decomposição do lixo se dá por processo anaeróbio. Num aterro sanitário temos uma grande geração quando o mesmo está em operação, decaindo significativamente quando do seu encerramento, formando enormes áreas inúteis para qualquer uso exceto reflorestamento cujo reaproveitamento vegetal é duvidoso devido ao manuseio da madeira, com máquinas sobre um solo instável. Já numa usina temos uma geração de energia praticamente constante, o que viabiliza seu reaproveitamento. O resíduo ensacado produz 20% de gás no 1º ano, 60% no 2º ano e 20% no 3º ano e a partir daí já está inerte e pode ser usado como adubo orgânico na agricultura, abrindo espaço para nova leva de bags. Esteira Embolsamento Coleta de gás 5 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] A geração de chorume, cujo tratamento é dificílimo, é eliminada. Os líquidos provenientes da limpeza das máquinas e dos esgotos sanitários dos funcionários são tratados numa simples ETE biológica, operando por lodos ativados com oxidação total. Tratamento dos efluentes O tratamento dos efluentes líquidos gerados apresentam os seguintes valores: DBO DQO 13/4/2011 6/7/2011 8/11/2011 27/9/2012 B T E% B T E% B T E % B* T E% 421 11 97,4 3.553 40 98,9 334 14 95,8 23095 7 99,9 1.370 27 98 6.140 107 98,3 664 42 93,7 32831 <17 99,9 LD Legislação Legislação SP CONAMA 1 mg/L 60 mg/L 120 mg/L 17 mg/L 0,003 PT 1,8 0,34 81,1 13 2,9 77,6 8,5 0,04 99,5 67 0,6 99,1 mg/L NKj T 20,2 1,6 92,1 39,1 4,66 88,1 43,5 0,75 98,3 433 1,14 99,7 0,05 mg/L O.G. 4,2 ND 99,9 12 ND 99,9 <8 <4 <50 877 <4 99,9 2 mg/L 100 mg/L 80 mg/L Surf. 0,08 ND 99,9 1,24 ND 99,9 0,08 0,06 25 0,45 <0,1 99,9 0,04 mg/L pH 6,0 7,0 6,0 6,5 6,8 6,9 5,5 5,0 0,01 UpH 5-9 UpH 5-9 UpH R.S. 56 ND 99,9 30 ND 99,9 1,8 <0,1 99 8,5 0,1 98,8 0,1 mL/L 1 mL/L 1 mL/L Legenda: B= Bruto B*= Efluente da Prensa E= Eficiência LD= Limite Detecção Legislação SP: Portaria 8468/76 Legislação CONAMA: Res. 357/2005 e 430/2011 A água tratada é usada na irrigação da própria área, não sendo lançada em nenhum corpo receptor. 6 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] A título de comparação, seguem abaixo as análises de um aterro encerrado e um em operação. Análises Biológicas de Chorume do Aterro Sanitário de Cuiabá pH Sólidos Totais Sólidos Totais Voláteis Unidade mg/L mg/L Aterro em Operação 5,51 101483 34663 Aterro Encerrado 7,64 64440 15427 OD mgO2/L zero 0,3 DQO mgO2/L 120400 24000 DBO mgO2/L 66800 9870 Nitrogênio Amoniacal mg N-NH3/L 78 57 Nitrito mg N-NH3/L zero zero Nitrato Nitrogênio Total mg N-NH3/L mg N/L 121 2240 52 1189 Fósforo Total mg P-PO4/L 202 74 10 Coliformes Totais N.M.P./100mL 1,1x10 4,6x109 Coliformes Termotolerantes N.M.P./100mL 1,1x1010 4,6x109 Se compararmos os valores de alguns aterros que dispomos de dados, como o de Cuiabá, podemos concluir que uma célula aberta sob a influencia da chuva, como o ambiente é ácido, esse líquido irá solubilizar uma séries de compostos químicos, entre eles metais pesados presentes em todas as tintas, embalagens, recipientes e etc. Numa avaliação de nível de ruído, a usina situou-se na faixa de 67,1 a 88 dB. No entanto, o ruído de fundo na mesma região, com a planta desligada, variou de 65 a 88,6 dB. Assim sendo, concluímos que a usina não tem influência nas áreas adjacentes. Pensando no lado social do tratamento de resíduos sólidos, os “catadores de lixo”, pessoas com poucos recursos e instrução, foram organizados em cooperativas, tornando a reciclagem em fonte de renda contínua, com melhora significativa do padrão de vida dos envolvidos. 7 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected] Em resumo, a usina representa uma alternativa técnica e economicamente viável com baixo impacto ambiental: ocupa áreas reduzidas o que permite sua instalação próxima à geração, reduzindo transporte e eliminando na maioria dos casos o transbordo; não inutiliza a área ocupada, pois não há a contaminação do solo; não compromete recursos hídricos, pois além de não gerar chorume, reutiliza o esgoto tratado na própria usina, sem lançamento; evita o superaquecimento atmosférico de um incinerador; e finalmente, dá oportunidade de renda para pessoas de pouca qualificação. Referências: http://www.cas.org/expertise/cascontent/registry/regsys.html http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content http://www.mma.gov.br/conama/ http://www.youtube.com/watch?v=Vrlv41UeMZ8 8 Av. General Asdrúbal da Cunha, 672/700 | CEP. 05565-000 | São Paulo – SP 11 3785-2985 | 11 3781-5900 | www.mcleodferreira.com.br | [email protected]