Capitulo 1 final by GEORGE DIAMANDIS

ELEARNI NG FOR THE OPERATORS OFWASTEWATER TREATMENT

Capí t ul o1

ABORDAGEM PRELI MI NAR

NIREAS

CAPITULO 1

Capítulo 1 – ABORDAGEM PRELIMINAR Conteúdos 1.1. Papel e contribuição dos operadores na gestão das águas residuais 1.1.1 Introdução 1.1.2 O que faz um operador de uma estação de tratamento? 1.1.3 Para quem trabalha um operador de uma estação de tratamento? 1.1.4 O que é necessário para se ser operador de uma estação de tratamento? 1.1.5 O seu curso de formação personalizado 1.1.6 O que é que já sabe? 1.1.7 Os processos de proteção da qualidade da água 1.1.8 As qualificações do operador 1.1.8.1 A função do operador 1.1.9 Necessidades de pessoal e oportunidades de emprego futuras 1.1.10 Autoformação para ir de encontro às necessidades 1.2. Informação e conhecimentos básicos 1.2.1 Definições 1.2.2 Alguns dados básicos relacionados com o ciclo da água e a poluição 1.2.2.1 O que é uma bacia hidrográfica? 1.2.2.2 O ciclo da água 1.2.2.3 Poluentes nas águas de superfície 1.2.2.4 Processo da poluição explicado em imagens 1.2.2.5 Eutrofização 1.2.2.6 Prevenção da poluição 1.2.2.7 Tipos de descargas de resíduos 1.2.2.8 Efeitos das descargas de resíduos 1.2.2.8.1 Lama e espuma 1.2.2.8.2 Depleção do oxigénio 1.2.2.8.3 Saúde do ser humano 1.2.2.8.4 Outros efeitos 1.2.3 Principais sistemas de esgotos 1.2.3.1 História da conceção da rede de esgotos 1.2.3.2 Sistema de esgoto unitário ou combinado 1.2.3.3 Esgotos sanitários (ou esgoto em bruto) 1.2.3.4 Esgotos sob pressão 1.2.3.5 Sistema de esgoto do efluente (bomba para fossa sética para o efluente) 1.2.3.6 Sistemas de esgotos sob vácuo

NIREAS

CAPITULO 1

1.1 Papel e contribuição dos operadores na gestão das águas residuais Sumário: Papel dos operadores em relação à sociedade, ao ambiente e ao desenvolvimento sustentável, numa gestão holística ambiental, tendo em conta a adequada Gestão das Águas Residuais. 1.1.1 Introdução Antes do início da era moderna, a água era purificada através do ciclo natural, representado na Figura 1.1.1.

Figura 1.1.1: Ciclo natural simples de purificação da água

Na sociedade moderna, o uso intensivo dos recursos hídricos e a poluição não tornam viável que se espere pela ação dos agentes do ciclo natural de purificação da água; por isso, construíram-se estações de tratamento. A Natureza passou a ter uma equipa assistente, constituída por designers, construtores e operadores de estações de tratamento. Os designers e os construtores têm uma função apenas temporária, mas os operadores mantêm-se nas estações de tratamento. Eles desempenham a função final e essencial de manter e proteger o ambiente aquático do qual todas as formas de vida dependem. A Figura 1.1.2 exemplifica o “ciclo atual da água”.

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.1.2: O complicado ciclo natural artificial de purificação da água que ocorre atualmente Os operadores da Estação de Tratamento têm um papel extremamente importante na sociedade, no ambiente, no desenvolvimento sustentável, numa gestão ambiental holística.

1.1.2 O que faz um operador de uma Estação de Tratamento? É o operador quem mantém a estação de tratamento de águas residuais (esgotos) a funcionar. A nível de trabalho físico, braçal, o operador abre e fecha válvulas, aciona comandos e botões, recolhe amostras, lubrifica o equipamento, lê a informação de modelos e regista dados. Um operador também pode ser responsável por fazer a manutenção do equipamento e de áreas da estação, ao efetuar trabalhos de pintura, soldagem, jardinagem, reparação de máquinas ou substituição de partes. Intelectualmente, um operador fiscaliza registos, observa condições, efetua cálculos para determinar se a estação está a funcionar eficientemente e faz o diagnóstico das necessidades de manutenção e de infraestruturas para que o funcionamento eficaz da estação seja assegurado. O operador tem também a obrigação de explicar aos supervisores, a entidades civis, ao município e ao público em geral o que se faz numa estação de tratamento e, ainda mais importante, porque é que o seu contínuo apoio financeiro é vital para o bemestar da comunidade.

NIREAS

CAPITULO 1

1.1.3 Para quem trabalha um operador de uma Estação de Tratamento? O ordenado de um operador é normalmente pago por uma cidade, distrito sanitário ou outra instituição pública. No entanto, um operador pode ser funcionário de diversas indústrias, grandes hotéis, parques de campismo, ou outras instituições que tenham a sua própria estação de tratamento de águas residuais (ETAR). Os operadores também podem trabalhar para entidades privadas a quem seja adjudicada a responsabilidade do funcionamento e manutenção das ETAR municipais ou industriais. Como operador, é responsável, perante o seu empregador, por manter uma instalação a funcionar de modo económico e eficiente. Além disso, tem uma responsabilidade ainda maior para com todas as pessoas que confiam nas redes de abastecimento de água, cuja qualidade depende totalmente da competência e honestidade do operador. Na verdade, é para estes utilizadores finais das redes de abastecimento de água que o operador trabalha.

1.1.4 O que é necessário para se ser operador de uma Estação de Tratamento? Vontade. Em primeiro lugar, terá de optar por esta profissão. Pode ser efetuada independentemente do nível de escolaridade ou formação científica. O nível de escolaridade necessário depende largamente do tipo de estação de tratamento e também da certificação local e dos requisitos para o nível de posto de trabalho. O trabalho manual será sempre essencial em algumas funções, mas o que tem vindo a aumentar é a necessidade de operadores com formação. Novas técnicas, equipamento avançado e um número mais elevado de maquinaria requerem um novo tipo de operador: alguém que esteja disposto a aprender hoje e a aperfeiçoar-se amanhã, pois decerto que a estação onde trabalha tem interesse em se atualizar com procedimentos e processos de tratamento novos e mais eficientes. Na verdade, um operador completo contribui para o desenvolvimento e aperfeiçoamento contínuos do desempenho da estação. Pode tornar-se um operador amanhã, começando a sua formação já hoje; ou pode tornar-se um operador mais eficiente, com vontade de progredir e alargar os seus conhecimentos, começando a desenvolver a sua aprendizagem hoje. Nesse sentido, este Curso de Formação é o início do seu percurso em direção a um futuro mais promissor para si e também para os utilizadores da água da rede de abastecimento que consequentemente irão usufruir de água de melhor qualidade, graças aos seus esforços.

NIREAS

CAPITULO 1

1.1.5 O seu Curso de Formação personalizado A partir desta página, entra num curso de formação que foi cuidadosamente preparado para permitir que melhore o seu conhecimento e a sua capacidade de operar uma ETAR. Poderá prosseguir ao seu ritmo; poderá optar por aprender apenas um pouco, ou muito, sobre cada tópico. O curso foi preparado desta forma para atender às diversas necessidades dos operadores, dependendo do tipo de estação de tratamento em que trabalha ou do que necessita de aprender sobre ela. Para estudar para os exames de certificação, precisa de dominar todo o material. Nunca saberá tudo sobre a ETAR onde está inserido, nem sobre a água residual que corre sob a sua estação, mas pode começar a dominar o conhecimento necessário para responder a algumas questões muito importantes sobre como e quando certas coisas acontecem na estação. Também poderá aprender a manipular a sua estação para que ela opere com a máxima eficiência.

1.1.6 O que é que já sabe? Se já tem experiência como operador de uma ETAR, pode utilizar os três primeiros capítulos para fazer uma revisão de conteúdos. Se o seu contacto com a área de tratamento de águas residuais é relativamente recente, estes capítulos fornecem-lhe a informação de base necessária para compreender os conteúdos dos capítulos seguintes. A restante informação neste capítulo introdutório descreve o papel do operador como protetor da qualidade da água, as qualificações necessárias para exercer esta função, esclarece um pouco sobre as necessidades do pessoal que trabalha na área do tratamento das águas residuais e fornece alguma informação sobre outras oportunidades de formação. Centramo-nos no problema dos odores no Capítulo 3, tendo em conta que esta é uma questão muito importante em áreas de clima quente e em qualquer zona limítrofe de uma ETAR.

1.1.7 Os processos de proteção da qualidade da água Historicamente existe uma grande falha a nível do interesse pela proteção dos recursos hídricos. Temo-nos contentado com a ideia que “a solução para a poluição é a diluição.” Durante anos foi possível simplesmente despejar os lixos, com pouco ou sem tratamento algum, nas ÁGUAS RECEPTORAS mais próximas, no oceano, ou curso de água mais próximo, enseada, ou poço. Havendo água suficiente para diluir e absorver os resíduos, a natureza ocupar-se-ia dos problemas afetos à sua eliminação. À medida que cada vez mais cidades e indústrias foram crescendo, a quantidade de resíduos aumentou de tal forma que o processo natural de purificação deixou de ser suficiente para resolver a questão. Muitos cursos de água foram convertidos em esgotos a céu aberto. Infelizmente, em muitas áreas, esta situação não

NIREAS

CAPITULO 1

significou o início de uma campanha de limpeza. Pelo contrário, aumentou a frequência do alarme: “Nós não temos dinheiro para uma estação de tratamento”, ou o sempre popular, “Se obrigarmos as indústrias a tratar os seus próprios resíduos, vão mudar-se para outra cidade ou para outra área, longe de nós.” Por isso, a poluição das nossas águas (superfície, subsolo e mar em áreas de golfo) aumentou. Nos últimos 30 anos, assistimos a muitas alterações nesta situação deprimente. Agora apercebemo-nos que temos que dar uma ajuda à natureza através do tratamento dos resíduos antes de serem despejados. O tratamento adequado dos resíduos não só protege a saúde pública, como também pode proporcionar o aumento do valor das propriedades, permitir a pesca desportiva e diversas outras utilizações recreativas dos meios aquáticos, podendo ainda atrair a instalação de outras indústrias que utilizem os recursos hídricos da área. Atualmente tem havido um esforço extraordinário para controlar a poluição da água e melhorar a sua qualidade. Isto inclui os esforços não só da nossa comunidade, região e país, mas também da União Europeia. Têm vindo a ser investidas avultadas quantias de fundos privados e públicos em grandes e complexas infraestruturas municipais e industriais para tratamento de águas residuais, para que se ultrapasse este problema da poluição; o operador da estação de tratamento desempenha um papel crucial nesta batalha. Sem um funcionamento eficiente da estação, muita da pesquisa, planeamento e construção que tem sido feita, e que deve continuar a ser feita, para se atingirem os objetivos do controle da qualidade da água da sua área, terão sido em vão. O operador é quem faz a diferença entre a infraestrutura e o desempenho da unidade. Ele é, sem dúvida, o protetor da qualidade da água na linha da frente da batalha contra a poluição dos recursos hídricos. Os padrões de qualidade da água recetora e os requisitos de descarga de resíduos a que a ETAR tem de obedecer foram formulados para proteger os utilizadores da rede de abastecimento de águas. As utilizações podem incluir abastecimento de água a nível doméstico, industrial e agrícola, rega, cultura piscatória e de outras formas de vida aquática e marinha, cultura de marisco, utilização em ambientes de desportos aquáticos como a natação, o remo ou a canoagem, navegação, para produção de energia hidroelétrica, entre outros. Sendo assim, o operador da estação tem uma obrigação perante os utilizadores a jusante da estação onde trabalha, assim como para com as pessoas do seu município. O operador é um elemento essencial na proteção da qualidade da água e tem de se aperceber que está numa posição de grande responsabilidade. O maior benefício de um programa de tratamento de águas residuais bem-sucedido é a proteção da saúde pública.

NIREAS

CAPITULO 1

1.1.8 As qualificações do operador As competências requeridas para desempenhar este trabalho dependem, em larga escala, do tamanho e tipo de estação de tratamento onde o operador está a exercer funções. Caso trabalhe numa estação de tratamento moderna de grandes dimensões que sirva alguns milhares de pessoas e empregue cem ou mais funcionários, o operador pode ser um especialista numa ou mais fases do processo de tratamento. Por outro lado, pode trabalhar numa pequena estação que sirva apenas mil pessoas ou menos, onde só exista um operador ou, na melhor das hipóteses, que tenha mais um ou dois funcionários adicionais. Neste caso, o operador exerce todas as funções, sendo responsável por todas as tarefas.

1.1.8.1 A função do operador Para descrever as responsabilidades do operador, vamos começar pelo início. A necessidade da existência de novas e melhores estações de tratamento de águas residuais já há muito que é reconhecida pela comunidade. A comunidade votou para que fossem acionados os mecanismos necessários ao financiamento do projeto, os engenheiros consultores submeteram o projeto e as suas especificações. É do interesse da comunidade e também é a opinião do engenheiro consultor que o operador esteja presente desde a criação das fundações da estação. Caso seja uma estação nova, o operador deve estar presente, ou pelo menos estar disponível, durante o período da construção para que se familiarize completamente com a estrutura da estação, incluindo o equipamento e a maquinaria e o seu modo de funcionamento. Este acompanhamento irá permitir que estabeleça a ligação entre o projeto da estação, a conceção das instalações, e as suas infraestruturas reais. O operador e o engenheiro devem discutir a melhor forma de dirigir a estação e os meios de operacionalização que o projetista tinha em mente quando a projetou. No caso de ser uma estação já antiga que esteja a ser remodelada ou ampliada, o operador pode oferecer bons conselhos ao engenheiro consultor. A sua experiência fornece conhecimentos técnicos valiosos no que diz respeito às características das águas residuais, das suas fontes e das limitações das instalações atuais. Em conjunto com o consultor, o operador é um membro de uma equipa de peritos capaz de aconselhar o distrito ou Concelho. Assim que a estação estiver a funcionar, o operador torna-se administrador. Numa estação pequena, as suas responsabilidades podem não incluir a supervisão do pessoal, mas continua a ser o responsável pelos registos. É

NIREAS

CAPITULO 1

responsável por conduzir a operacionalização da estação o mais eficientemente possível, tendo em mente que o seu objetivo principal é proteger a qualidade das águas recetoras, através do desempenho contínuo e eficiente da estação. Sem registos adequados e fiáveis de todas as fases da operação, a eficácia do processo não é documentada (registada). O operador também pode ser responsável pela administração do orçamento. Ele é, decerto, quem está na melhor posição para avaliar e aconselhar em relação às condições de financiamento, problemas de gestão e planeamento futuro. O operador deve ter consciência da necessidade de despesas adicionais, incluindo dos fundos necessários à ampliação da estação, substituição de equipamento e exigências dos laboratórios. Deve reconhecer e definir essas necessidades em tempo útil de modo a informar as entidades oficiais, para que estas possam efetuar o planeamento e definir o orçamento antecipadamente. O operador está também no campo das relações públicas, como tal, deve ser capaz de explicar o propósito da estação a quem a visita, a entidades civis, grupos vindos de escolas, repórteres ou jornalistas, e mesmo a representantes da Câmara Municipal ou representantes dos órgãos governamentais do distrito. O interesse público pela qualidade da água tem vindo a aumentar, por isso, o operador deve estar preparado para orientar visitas guiadas à estação, que podem contribuir para um maior apoio e uma melhor aceitação deste serviço. Uma visita guiada bem preparada e bem orientada, dirigida a representantes de agências reguladoras ou a outros operadores, pode fornecer a estes grupos o conhecimento e compreensão suficientes sobre a estação que lhes permita contribuir com sugestões úteis para a solução de problemas operacionais. A apresentação e limpeza da estação indicam a quem a visita o tipo de funcionamento e como é dirigida. Se estiver suja, com moscas ou outros insetos a pairar, será difícil convencer os visitantes que a estação está a funcionar eficientemente e a cumprir as suas funções. Mesmo que os registos revelem um efluente com grande qualidade, isso não significará nada para os visitantes, a não ser que a estação tenha um aspeto limpo e cuidado e o efluente esteja em bom estado. Outra vertente das responsabilidades do operador como relações públicas é o seu relacionamento com os utilizadores finais da rede de abastecimento de águas. Infelizmente, o operador é frequentemente visto como responsável pela poluição das águas e não como um protetor da sua qualidade. Através da criação de um programa informativo público bem estruturado, apoiado em dados de confiança, o operador pode corrigir essa impressão negativa, esclarecer os utilizadores e estabelecer com eles “boas relações de vizinhança.” Isto é, de facto, um desafio. É, pois, essencial que o operador compreenda que a sua posição é de extrema responsabilidade e que tenha consciência que o objetivo primordial da estação que dirige é proteger o

NIREAS

CAPITULO 1

utilizador da rede de abastecimento de águas quer esse utilizador seja o dono de uma propriedade privada, quer seja outra cidade ou distrito, uma empresa, ou um pescador. Ao operador é exigido que domine alguns procedimentos laboratoriais para que possa conduzir diversos testes em amostras de águas residuais e de águas recetoras. Com base nos dados obtidos, o operador deve ser capaz de ajustar o modo de operação da estação de tratamento para que cumpra as normas e padrões exigidos quer de qualidade das águas recetoras quer de descarga de resíduos. O operador deve ter conhecimentos sobre os complexos princípios mecânicos dos diversos mecanismos de tratamento. Para medir e controlar o fluxo das águas residuais na estação, o operador tem de dominar alguns conteúdos de hidráulica. É ainda essencial que tenha conhecimento prático sobre motores elétricos, circuitos e controlos. A segurança é outra responsabilidade muito importante do operador. Infelizmente, demasiados operadores consideram a segurança das instalações um dado adquirido. Esta é uma das razões pelas quais a indústria de tratamento de águas residuais tem um dos piores níveis de registo a nível da segurança. O operador tem a responsabilidade de se certificar que a estação de tratamento é um local seguro para trabalhar e para ser visitado. Todos têm a obrigação de seguir os protocolos de segurança e de compreender porque é que têm de ser sempre respeitados. Todos os operadores têm de conhecer os riscos de segurança dentro da estação de tratamento e na área circundante. O operador tem de saber planear ou participar na criação de um programa de segurança ativo. Os operadores chefe são frequentemente responsáveis pela formação dos novos operadores, devendo instruir todos os operadores a trabalhar em segurança. É evidente que, atualmente, o operador de uma ETAR tem de ter um leque abrangente de qualificações.

1.1.9 Necessidades de pessoal e oportunidades de emprego futuras O sector do tratamento das águas residuais, tal como muitas outras áreas, tem vindo a transformar-se rapidamente. Estão a ser construídas novas estações e outras antigas estão a ser renovadas e ampliadas para que passem a ter capacidade para lidar com a quantidade de águas residuais, resultante do aumento populacional, e para tratar os novos químicos produzidos pelas novas tecnologias. Há uma grande necessidade de operadores, pessoal de manutenção, encarregados, gestores, peritos de instrumentação e técnicos de laboratórios.

NIREAS

CAPITULO 1

Comparando os registos passados e as previsões para o futuro, percebe-se rapidamente que o tratamento das águas residuais é um campo em expansão. De acordo com as nossas estimativas, as estações de tratamento de águas e de águas residuais e os operadores de sistema detinham cerca de 1500 postos de trabalho em 2010 . Quatro em cada cinco operadores trabalhavam . Outros primordialmente para o sector privado das águas, águas residuais e outros sistemas utilitários, ou para empresas privadas de tratamento e eliminação de resíduos e de serviços de gestão de resíduos. As empresas privadas têm vindo a fornecer aos governos locais cada vez mais serviços de operacionalização e de gestão sob um sistema de contrato. Os operadores de estações de tratamento da água e das águas residuais estão empregados um pouco por todo o país, mas a maioria dos postos de trabalho centra-se nas grandes cidades. Embora a quase a totalidade dos operadores estivesse a trabalhar a tempo inteiro, os que se encontram em cidades mais pequenas só trabalham a meio tempo na estação de tratamento e o restante horário laboral é ocupado no desempenho de outros serviços municipais. É expectável que a empregabilidade dos operadores de estações de tratamento da água e das águas residuais suba tão rapidamente como a média prevista para todas as ocupações ao longo de 2014. Informação atual revela que muitos dos operadores no ativo estão em vias de se reformarem, o que pode gerar uma necessidade ainda maior de operadores qualificados. Fatores que contribuem para esta situação são o crescimento da população, a reforma de muitos operadores ainda em exercício, exigências regulamentares, tratamentos mais sofisticados e regras de certificação de operadores. A necessidade de operadores com formação qualificada está a aumentar rapidamente e espera-se que esta tendência se mantenha.

1.1.10 Autoformação para ir de encontro às necessidades Este não é o único curso de formação a que pode aceder para melhorar as suas competências. Várias organizações (entidades, institutos ou centros de formação e mesmo universidades) oferecem diversos tipos de formação, a longo e a curto prazo, através dos seus departamentos de saúde, dirigida a operadores; associações de controlo da poluição das águas disponibilizam aulas de formação orientadas por membros das associações, maioritariamente em regime de voluntariado. Este sistema de formação pretende ajudar as organizações locais ou nacionais de cada país a desenvolverem um sistema de e-learning adaptável às necessidades educativas reais dos operadores das estações de tratamento de águas residuais. Carreiras, opções, mudanças; Papel dos parceiros (administração, Autoridades), filosofia da colaboração

NIREAS

CAPITULO 1

Que tipo de salário pode esperar um operador de recursos hídricos? Em Euros? Prestigio? Satisfação profissional? Serviço comunitário? Oportunidades de evolução? Independentemente da escala que utilize, o retorno só depende de si. Se optar por um grande município, o ordenado é bom e as perspetivas de progressão são elevadas. Se optar por uma cidade pequena, o ordenado pode não ser tão alto, mas sairá a ganhar em satisfação profissional, em serviço prestado à comunidade, liberdade fora do horário de trabalho e, certamente, prestígio poderá ser um acréscimo a nível pessoal. A recompensa global vai depender de si. Na profissão de operador, os problemas são diferentes. Dependem essencialmente da região do país, da legislação em vigor, da dimensão da estação, do tipo de tratamento que se efetua, entre outros fatores. A lista que se segue inclui as referências mais importantes na área da operacionalização das estações de tratamento de águas residuais que são frequentemente referidas neste curso. "MOP 11." OPERATION OF MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS (MOP 11). Obtido de Water Environment Federation (WEF), Publications Order Department, 601 Wythe Street, Alexandria, VA 223141994. Cruz-Lopes L. (2012). Módulo de Operações e Processos Unitários. Serviço de Reprografia da ESTGV-IPV, IPV, 83 pages. Duarte E. (2008). Manual de Tratamento águas, efluentes e resíduos. Serviço de Reprografia do ISA. Universidade Técnica de Lisboa. Estas publicações cobrem por completo o campo da operacionalização das estações de tratamento. No final de cada um dos diversos capítulos será disponibilizada uma lista de outras referências.

Nos Estados Unidos da América, muitos Estados têm vindo a oferecer diversos tipos de formação para operadores, a longo e a curto prazo, através dos departamentos de saúde e as organizações de controlo da poluição da água têm disponibilizado aulas de formação orientadas por membros das associações, maioritariamente num regime de voluntariado. A Water Environment Federation (WEF) – Federação Ambiental da Água – desenvolveu dois cursos de formação com suportes visuais que complementam o manual Manual of Practice No. 11 (MOP 11). Faculdades públicas e locais têm disponibilizado formação valiosa, financiada pelos próprios ou em parcerias com outras instituições. Muitas agências estatais, locais e privadas têm conduzido formação a longo e a curto prazo e organizado seminários interessantes e informativos. A Associação Ambiental

NIREAS

CAPITULO 1

da Água da Califórnia preparou guias de estudo excelentes para os operadores. Muitas entidades estatais escreveram manuais excelentes. Os do Departamento de Saúde do Estado de Nova Iorque e da Associação dos Serviços Públicos de Água merecem especial atenção. O governo canadiano desenvolveu manuais de formação para operadores de muito boa qualidade. Na lista em baixo estão três referências muito boas no campo da operacionalização das estações de tratamento de águas residuais, que são frequentemente referidas ao longo deste curso. O termo entre aspas representa o termo usualmente utilizado pelos operadores quando mencionam esta referência. Os preços listados são os que vigoravam à data da conceção deste curso – é provável que sofram aumentos no futuro.

"MOP 11." OPERATION OF MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANTS (MOP 11). Retirado de Water Environment Federation (WEF), Publications Order Department, 601 Wythe Street, Alexandria, VA 223141994. Order No. M05110. Preço para membros, $120.00; não-membros, $148.00; mais custos de embalagem e envio. "NEW YORK MANUAL." MANUAL OF INSTRUCTION FOR WASTEWATER TREATMENT PLANT OPERATORS (two-volume set) distribuído em Nova York por New York State Department of Health, Office of Public Health Education, Water Pollution Control Board. Distribuído fora do Estado de Nova York por Health Education Services, PO Box 7126, Albany, NY 12224. Preço: $20.00 pelos dois volumes, mais $5.00 de custos de embalagem e envio. Cheques em nome de Health Education Services (Serviços de Educação Social). “TEXAS MANUAL”, MANUAL OF WASTEWATER TREATMENT, publicado pela Texas Water Utilities Association.

NIREAS

CAPITULO 1

Principais Termos Utilizados em Gestão de Águas Residuais ÁGUA RECETORA Riacho, rio, lago, oceano, ou outra área aquática de superfície ou subterrânea, onde águas residuais tratadas ou não são descarregadas. ALGAS Plantas microscópicas que contêm clorofila e que vivem flutuando ou em suspensão em água. Estas plantas também podem estar agarradas a estruturas, rochas, pedras, ou outras superfícies submersas. O excesso de crescimento de áreas de algas pode transmitir sabor e odor à água potável. As algas produzem oxigénio durante o dia (nas horas de luz) e utilizam-no durante a noite. As suas atividades biológicas afetam de forma significativa o pH, a alcalinidade e a quantidade de oxigénio diluído na água. BACTÉRIAS AERÓBICAS Bactérias que vivem e se reproduzem apenas num ambiente que tenha oxigénio disponível para o seu processo respiratório (respiração), nomeadamente oxigénio atmosférico ou oxigénio dissolvido na água. O oxigénio combinado quimicamente, como nas moléculas de água (H20), não pode ser utilizado no processo respiratório das bactérias aeróbias. BACTÉRIAS ANAERÓBICAS Bactérias que vivem e se reproduzem num ambiente sem oxigénio livre ou dissolvido. As bactérias anaeróbicas obtêm o seu fornecimento de oxigénio através da decomposição dos compostos químicos que contêm oxigénio, tais como o sulfato (S042-). CARÊNCIA BIOQUÍMICA DE OXIGÉNIO (CBO) Ver CBO. CBO Carência Bioquímica de Oxigénio. Taxa à qual os organismos usam o oxigénio em água ou águas residuais, enquanto estabilizam a matéria orgânica decomposta sob condições aeróbias. Em decomposição, a matéria orgânica serve como alimento para as bactérias e a energia resulta da sua oxidação. As medições de CBO são utilizadas como uma medida de substituição da resistência orgânica dos resíduos na água. CICLO DO NUTRIENTE

NIREAS

CAPITULO 1

Transformação ou mudança de um nutriente de uma forma para outra, até o nutriente voltar à sua forma original, completando, assim, o ciclo. O ciclo pode ocorrer quer sob condições aeróbicas, quer anaeróbicas. COLIFORMES Grupo de bactérias existentes no intestino de animais de sangue quente (incluindo os seres humanos) e também em plantas, no solo, no ar e na água. A presença de bactérias coliformes é um indicador de que a água está poluída e que pode conter organismos patogénicos (que provocam doenças). Os coliformes fecais são os que se encontram nas fezes de vários animais de sangue quente, enquanto o termo "coliforme" indica que os recursos hídricos podem estar contaminados com matérias provenientes de outras fontes. DESINFEÇÃO Processo concebido para matar ou inativar a maioria dos microorganismos da água ou de águas residuais, incluindo essencialmente todas as bactérias patogénicas (causadoras de doenças). Existem várias maneiras de neutralizar, sendo a cloração a técnica mais utilizada em estações de tratamento de água e de águas residuais. Compare com ESTERELIZAÇÃO. EFLUENTE Água ou outro líquido primário (não tratado), parcialmente tratado, ou completamente tratado, com origem num reservatório, recipiente, que flui de um reservatório, recipiente, processo de tratamento, ou estação de tratamento. ESTABILIZAÇÃO Conversão para uma forma que resiste à mudança. A matéria orgânica é estabilizada por bactérias que a convertem em gases e outras substâncias relativamente inertes. A matéria orgânica estabilizada, geralmente, não liberta odores desagradáveis. ESTERILIZAÇÃO Remoção ou destruição de todos os microorganismos, incluindo bactérias e outros agentes patogénicos, formas vegetativas e esporos. Comparar com DESINFEÇÃO. EVAPOTRANSPIRAÇÃO Processo pelo qual o vapor da água é libertado para a atmosfera através das plantas vivas. Também denominada TRANSPIRAÇÃO. Total de água removido de uma área de transpiração (de plantas) e por evaporação de superfícies de solo, neve e água. MILIGRAMAS POR LITRO, mg/L

NIREAS

CAPITULO 1

Medida da concentração em peso de uma substância por unidade de volume em água ou em águas residuais. Ao comunicar os resultados das análises da água e das águas residuais, o mg/L é preferido em relação à unidade de partes por milhão (ppm), à qual é, aproximadamente, equivalente. NUTRIENTE Qualquer substância assimilada (recolhida) por organismos e que promova crescimento. O nitrogénio e o fósforo são nutrientes que promovem o crescimento de algas. Existem outros elementos essenciais e distintos que também são considerados nutrientes. Ver também: CICLO DO NUTRIENTE ORGANISMOS PATOGÉNICOS Bactérias, vírus, cistos, ou protozoários que podem causar doenças (giardíase, criptosporidiose, febre tifóide, cólera, disenteria) num hospedeiro (uma pessoa, por exemplo). Existem muitos tipos de organismos que não causam doença e não são, por isso, chamados patogénicos. Nos processos de tratamento de águas residuais encontram-se muitas bactérias benéficas que limpam ativamente os resíduos orgânicos. pH Expressão da intensidade da condição básica ou ácida de um líquido. Matematicamente, o pH é o logaritmo (base 10) do recíproco da atividade de iões de hidrogénio. O pH pode variar de 0 a 14, sendo 0 o mais ácido, 14 o mais básico e 7 neutro. POLUIÇÃO Diminuição (redução) da qualidade da água devido à existência de resíduos agrícolas, domésticos ou industriais (incluindo resíduos térmicos e radioativos), ao ponto de comprometer a sua qualidade natural, impedindo qualquer uso benéfico da água, ou tornando-a mesmo prejudicial à visão, ao palato, ou olfato, ou quando determinadas quantidades de resíduos põem em causa a saúde dos seres humanos ou do ambiente. RESÍDUOS INORGÂNICOS Resíduos como a areia, o sal, o ferro, o cálcio e outros materiais minerais que são afetados de modo residual pela ação dos organismos. Os resíduos inorgânicos são substâncias químicas de origem mineral, enquanto os resíduos orgânicos são substâncias químicas geralmente de original animal ou vegetal. Ver também MATÉRIA NÃO-VOLÁTIL, RESÍDUOS ORGÂNICOS e SÓLIDOS VOLÁTEIS. RESÍDUOS ORGÂNICOS Lixo originário de fontes animais ou vegetais. Os resíduos orgânicos naturais são normalmente decompostos por bactérias ou outros organismos

NIREAS

CAPITULO 1

pequenos. Resíduos orgânicos manufaturados ou sintéticos originários de indústrias como a metalúrgica, de processos químicos ou de petrolíferas não são normalmente combustáveis por bactérias ou outros organismos da natureza. Ver também RESÍDUOS INORGÂNICOS e SÓLIDOS VOLÁTEIS. SÉTICO Condição produzida por bactérias anaeróbias. Se for grave, o lodo produz sulfureto de hidrogénio, fica preto, liberta odores desagradáveis, contém pouco ou nenhum oxigénio dissolvido e as águas residuais exigem uma alta quantidade de oxigênio. TESTE SOBRE A CARÊNCIA BIOQUÍMICA DE OXIGÉNIO (CBO) Procedimento que mede a taxa de utilização de oxigénio sob condições controladas de tempo e temperatura. As condições regulamentares do teste incluem a incubação no escuro a 20 ° C, durante um tempo especificado (geralmente cinco dias, conhecido como CBO5). TRANSPIRAÇÃO Processo pelo qual o vapor de água é libertado para a atmosfera através de plantas vivas. Este processo é semelhante ao das pessoas quando transpiram (suam). Ver também EVAPOTRANSPIRAÇÃO TRATAMENTO PRIMÁRIO Processo de tratamento de águas residuais, que tem lugar num tanque retangular ou circular, que permite que as substâncias que facilmente se instalam ou flutuam presentes nas águas residuais sejam separadas do efluente a ser tratado. A fossa séptica é considerada um tratamento primário. TRATAMENTO SECUNDÁRIO Processo de tratamento de águas residuais utilizado para converter matérias dissolvidas ou suspensas numa forma que se separe mais facilmente da água a ser tratada. Normalmente, este processo segue o tratamento primário por sedimentação. Este processo geralmente consiste num tipo de tratamento biológico seguido de clarificadores secundários que permitem que os sólidos sejam extraídos da água a ser tratada.

NIREAS

CAPITULO 1

PERGUNTAS 1.1A_Como é que muitas das águas recetoras ficaram poluídas?

1.1B_Porque é que as águas residuais municipais e industriais necessitam de receber tratamento adequado?

1.1C_Porque é que é importante que o operador esteja presente durante a construção de uma nova estação?

1.1D_De que forma é que o operador se envolve na área das relações públicas?

NIREAS

CAPITULO 1

NIREAS

CAPITULO 1

RESPOSTAS SUGERIDAS Não se pretende que a sua resposta corresponda exatamente à que é sugerida nas questões abertas, mas espera-se que tenha a ideia correta correspondente. A numeração das perguntas remete para a secção do manual onde poderá encontrar os conteúdos necessários para responder corretamente. Por exemplo, a informação para responder às perguntas numeradas 1.1 pode ser encontrada na Secção 1.1, “Papel e contribuição dos operadores na gestão das águas residuais”.

1.1A_As águas recetoras passaram a ficar poluídas devido à falta de preocupação em relação ao impacto das descargas de resíduos nestas áreas e pela descarga de quantidades de águas residuais que excediam a capacidade de purificação natural da área de águas recetoras. 1.1B_As águas residuais municipais e industriais têm de receber tratamento adequado para que os seus consumidores possam utilizar a água de modo seguro. 1.1C_O operador deve estar presente durante a construção da nova estação para se familiarizar com a estação antes de iniciar os trabalhos. 1.1D_O operador envolve-se em relações públicas quando explica os objetivos e o modo de funcionamento de uma estação a visitantes, organizações cívicas, grupos de estudantes, repórteres e representantes municipais ou de distrito.

NIREAS

CAPITULO 1

1.2 Informação e conhecimentos básicos Sumário: Proteção ambiental; Poluição: Impactos da Poluição; Contaminação; Eutrofização 1.2.1 Definições Poluição é o ato ou efeito de poluir, de contaminar o meio-ambiente <http://www.infopedia.pt/lingua(Dicionário da Língua Portuguesa portuguesa/polui%C3%A7%C3%A3o>). Esta ação humana é exercida principalmente sobre o solo, a água e o ar. A poluição pode surgir nas mais diversas formas, incluindo as menos reconhecidas como o ruído, a luz ou a poluição térmica. De todos os países desenvolvidos, os Estados Unidos e a China e, de seguida, os países europeus são os que mais poluem a Terra, de acordo com diversas indicações estatísticas.

Figura 1.2.1: Poluição do Solo.

Figura 1.2.2: Poluição da Água.

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.3. Poluição do ar.

Figura 1.2.4: Modo como os poluentes atmosféricos poluem os cursos de água

Através destas imagens (Figuras 1.2.1 a 1.2.4) é possível perceber que a poluição está em todo o lado. A questão da poluição é uma crise global, não é uma ocorrência isolada, afeta todos os indivíduos do Planeta Terra. É essencial ter-se consciência que todos nós, seres humanos, cidadãos de todo o mundo, temos que cuidar do mundo onde vivemos!

Contaminação A prevenção e o controlo da emissão de matérias poluentes é o melhor caminho para resolver os problemas da poluição e eliminar os seus impactos.

NIREAS

CAPITULO 1

Normalmente, os procedimentos necessários para reverter os impactos da poluição são muito onerosos para a sociedade, para a saúde humana e para o ambiente.

mais informação… ALGUNS IMPACTOS CONHECIDOS DA POLUIÇÃO NA SAÚDE: http://www.pages.drexel.edu/~cy34/health.htm

1.2.2 Alguns dados básicos relacionados com o Ciclo da Água e a Poluição 1.2.2.1 O que é uma bacia hidrográfica? Uma bacia hidrográfica ou bacia de drenagem é um conjunto de terras que fazem a drenagem da água das precipitações para um curso de água específico e seus afluentes (riacho, rio ou lago). Os limites de uma bacia hidrográfica variam de acordo com a escala: bacias mais pequenas alojam-se dentro de bacias hidrográficas maiores. A Delaware River Basin, nos Estados Unidos da América, por exemplo, abrange partes de Nova Iorque, Pensilvânia, Nova Jersey e Delaware, mas dentro desta grande bacia hidrográfica encontramos outras mais pequenas que drenam as águas para cursos de águas locais como rios e riachos. Esses cursos de água, por sua vez, desaguam em rios maiores que correm em direção ao Rio Delaware. 1.2.2.2 O ciclo da água A água que cai, em forma de precipitação, numa bacia hidrográfica pode seguir percursos diferentes ao dirigir-se em direção a um curso de água. Alguma ir-se-á infiltrar no solo, onde pode seguir para áreas de águas subterrâneas (lençóis freáticos) e ir-se movimentando lateralmente, lentamente, no solo e assim manter a base freática de um curso de água local. As águas infiltradas podem seguir para lençóis freáticos mais profundos e mais tarde serem bombeadas para uso doméstico ou irrigação. A infiltração é um processo que implica a absorção da água pelo solo. Durante a infiltração, o solo absorve a água da chuva, da irrigação ou da neve. Se a precipitação ou a água de irrigação atingirem o solo com demasiada força que a impeça de se infiltrar, ou cair sobre outras superfícies como telhados ou estradas, a água pode mover-se à superfície da terra como escoamento superficial. O escoamento superficial movimenta-se

NIREAS

CAPITULO 1

rapidamente até aos rios locais quer pelos terrenos, quer através dos bueiros (valetas, sarjetas, sumidouros), aumentando a probabilidade de inundações. O escoamento superficial é também uma preocupação porque pode, no seu percurso, adquirir potenciais poluentes e consequentemente contaminar os cursos de água onde desaguar. Dependendo do clima e da utilização dada ao solo na bacia hidrográfica, uma parte significativa da chuva e da irrigação que cai sobre essa área pode voltar para a atmosfera através da transpiração das plantas e da evaporação do solo ou de outras superfícies. 1.2.2.3 Poluentes nas águas de superfície Muitas atividades humanas são potenciais fontes de poluição para rios, lagos e lençóis freáticos (recursos hídricos subterrâneos). Fontes pontuais (ou fixas) de poluição correspondem áquelas que podem ser relacionadas com um ponto identificável, específico, de descarga poluente, como uma instalação fabril, ou industrial, com a libertação de fumos para a atmosfera, ou uma ETAR com um tubo de descarga. Pelo contrário, fontes não fixas são aquelas que estão dispersas pela paisagem, como as provenientes da agricultura, do aumento da população nas áreas residenciais suburbanas, da vida selvagem, dos animais domésticos e da erosão do solo. As áreas residenciais são responsáveis por diversos tipos de poluentes, incluindo nutrientes (advindos dos fertilizantes), pesticidas, sedimentos da erosão do solo e bactérias. Os elementos poluentes incluem nitrogénio e fósforo advindos de fertilizantes para relva, bactérias de dejetos de animais domésticos, ou selvagens, mau funcionamento de sistemas séticos, metais de depósitos nos telhados, pesticidas de uso doméstico aplicado na relva, óleo de motor e outros fluidos de automóveis provenientes de fugas de combustível. Cada um destes elementos pode ter impactos negativos nos recursos hídricos superficiais e subterrâneos, em diversas vertentes da sua utilização, como na água potável, nos locais de entretenimento e na vida selvagem. Enquanto estes agentes poluidores podem ser arrastados pelo escoamento superficial, outros podem facilmente seguir com a água infiltrada para os lençóis freáticos. É de notar que os poluentes que se podem infiltrar para as águas subterrâneas incluem o nitrogénio na forma de nitrato e alguns herbicidas.

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.5: Eutrofização num corpo de água depois de poluído por nutrientes.

A abundância de algas ou vegetação num lago podem ser fatores indicadores de que o lago está poluído por nutrientes, normalmente fósforo. Estes impactos podem esgotar o oxigénio da água, provocando a morte da fauna e tornando as massas de água desapropriadas para a prática de natação e canoagem.

NIREAS

CAPITULO 1

1.2.2.4 Processo da poluição explicado em imagens

Figura 1.2.6: Contaminação de um poço aquífero por transferência simplificada

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.7: As milhares de atividades humanas dificultam muito a resolução dos problemas adjacentes à poluição na área circundante

mais informação... A sua contribuição como proprietário para prevenir a poluição Como prevenir a poluição na sua casa: boas práticas de gestão A propensão para problemas de poluição na sua propriedade pode ser minimizada através da adoção de boas estratégias de gestão, incluindo as seguintes: •

•

• •

Fazer testes ao solo para controlar e evitar o excesso de fertilização de relvados e jardins. Minimizar a utilização de pesticidas no exterior e regar criteriosamente. Recolher as águas de escoamento de telhados e relvados com um barril de escoamento. Com esta medida, recolhe-se a maior quantidade possível de águas pluviais na propriedade, impedindo-a de seguir para as redes de escoamento e, assim, conduzindo-a a infiltrarse no solo da propriedade. Limpar os resíduos produzidos pelos animais e não os despejar nos bueiros. Inspecionar a fossa sética de três em três anos ou de cinco em cinco, no máximo.

NIREAS

• •

CAPITULO 1

Estar atento e atuar caso surja algum tipo de odor a esgoto ou humidade ou cresça erva viçosa à volta da área de lixiviação. Caso exista uma lagoa ou curso de água na propriedade, deve deixarse a vegetação natural à volta da água e utilizar plantas que desencoragem a presença de gansos.

Figura 1.2.8. Jardim agradável, irrigado com água reciclada. Jardim de chuva na Igreja da Santa Natividade Luterana em Wenonah, Nova Jersey. A água de escoamento drena para o jardim que é plantado com plantas tolerantes à água. A água infiltra-se lentamente no solo, permitindo que os agentes poluentes sejam removidos das plantas e micróbios. Foto: Christine Boyajian, Programa dos Recursos Hídricos da Extensão Cooperativa Rutgers.

1.2.2.5 Eutrofização Do grego eutrophia, que significa boa nutrição, desenvolvimento saudável, adequado; do alemão: Eutrophie, a eutrofização, ou mais precisamente a hipereutrofização, é a resposta do ecossistema à presença excessiva de substâncias naturais ou artificiais, como os nitratos e os fosfatos, devido à utilização de fertilizantes ou de águas de esgoto, num meio aquático. Os nutrientes de substâncias orgânicas adicionados a uma massa de água pela descarga de águas residuais alimentam os microorganismos que crescem em larga escala, consumindo o oxigénio dissolvido e prejudicando os organismos superiores, o que resulta na destruição do equilíbrio ecológico, conduzindo, assim, à deterioração do ciclo. Muito do impacto negativo deriva do desenvolvimento dos consumidores primários, fomentado pela excessiva presença de algas. Existem, no entanto, três impactos no ecossistema

NIREAS

CAPITULO 1

particularmente preocupantes: a diminuição da biodiversidade, as alterações na composição e domínio das espécies e os efeitos tóxicos de um modo geral.

Impactos da Eutrofização: • • • • • • • • • • • • •

Aumento da biomassa de fitoplanton Aparecimento de espécies de fitoplanton tóxicas ou não comestíveis Aumento de zooplanton gelatinoso nas flores Aumento da biomassa de algas bentónicas e epífitas Mudanças na composição e biomassa de espécies de macrófitas Diminuição da transparência da água (fica com um aspeto turvo) Tratamento de problemas da cor e cheiro da água Depleção do oxigénio dissolvido Aumento das incidências de mortandade nos peixes Perda de espécies de peixe boas para consumo Diminuição da biodiversidade Redução da quantidade de peixe e de marisco a ser pescado Diminuições dos valores afetos às características de um corpo de água saudável

mais informação… http://pt.wikipedia.org/wiki/Eutrofiza%C3%A7%C3%A3o

1.2.2.6 Prevenção da Poluição A tarefa principal do operador é proteger os utilizadores das águas recetoras. Como operador, terá de fazer o melhor possível para remover qualquer substância que possa ser prejudicial para estes utilizadores. Muitas pessoas pensam que qualquer tipo de descarga para um corpo de água resulta em poluir essa água. No entanto, com o atual sistema em que se utiliza a água como veículo de transporte para eliminar os resíduos domésticos e industriais é impossível, e mesmo pouco sensato, proibir por completo a descarga de resíduos no oceano, nos cursos de água e nas bacias hidrográficas. Com a tecnologia atual é possível tratar os resíduos de modo a que não afetem a utilização das águas recetoras. Considera-se que existe poluição quando há interferência na reutilização benéfica da água, ou não é possivel atingirem-se os padrões de qualidade. Questões ou comentários sobre este aspeto devem ser esclarecidos pela entidade responsável adequada.

NIREAS

CAPITULO 1

1.2.2.7 Tipos de Descargas de Resíduos A descarga de resíduos que se considera de imediato em qualquer discussão sobre poluição de cursos de água é a descarga de águas residuais domésticas. A água residual contém uma grande quantidade de RESÍDUOS ORGÂNICOS.2 A indústria também contribui substancialmente para as quantidades de resíduos orgânicos que é necessário eliminar. Parte destes resíduos orgânicos industriais provêm dos processos de embalagem de frutas, vegetais, carne e de outros produtos alimentares, do processamento de laticínios, do curtimento de animais de abate, do refinamento de azeites, da produção papel e fibra (da madeira), e de muitas outras indústrias. As matérias orgânicas têm um aspeto em comum: todas contêm carbono. Outro tipo de resíduos são os RESÍDUOS INORGÂNICOS.3 As águas residuais domésticas contêm matéria orgânica e inorgânica. Além disso, muitas indústrias descarregam resíduos inorgânicos que se juntam ao conteúdo mineral das águas recetoras. Por exemplo, uma descarga de sal (cloreto de sódio) advindo do processo de amaciamento da água vai aumentar a quantidade de sódio e de cloro nas águas recetoras. Alguns resíduos industriais podem introduzir substâncias inorgânicas como o crómio ou o cobre, que são muito tóxicos para a vida aquática. Outras indústrias (como as estações de lavagem de cascalho) descarregam quantidades consideráveis de solo, areia, ou saibro, que também são classificados como resíduos inorgânicos. Existem mais dois tipos importantes de resíduos que não se enquadram nas classificações de orgânico ou inorgânico. São eles os resíduos térmicos e os resíduos radioativos. As águas cuja temperatura exceda os padrões regulamentados podem ter origem em processos de arrefecimento utilizados em diversas indústrias, e em estações térmicas produtoras de energia elétrica. Normalmente, os resíduos radioativos são controlados imediatamente na fonte, mas podem também ter origem em hospitais, em laboratórios de investigação e em estações de energia nuclear. 1.2.2.8 Efeitos das Descargas de Resíduos Certas substâncias que não tenham sido removidas pelos processos de tratamento de águas residuais podem ser prejudiciais para as águas recetoras. Esta secção revê algumas dessas substâncias e explica porque devem ser tratadas. 1.2.2.8.1 Lama e espuma Se certos resíduos, incluindo as águas residuais domésticas, não recebem o tratamento adequado, podem acumular-se grandes quantidades de sólidos nas margens das águas recetoras, ou podem alojar-se no fundo, formando

NIREAS

CAPITULO 1

depósitos de lodo/lama, ou flutuar na superfície das águas e formar placas de espuma. Os depósitos de lodo e lama não são visíveis, mas se contiverem material orgânico podem provocar depleção de oxigénio e ser uma fonte de odores desagradáveis. As unidades de TRATAMENTO PRIMÁRIO* numa estação de tratamento de águas residuais têm como função remover a lama e a espuma das águas residuais antes de estas atingirem as águas recetoras.

Figura 1.2.9: Contaminação por descarga de esgotos num pequeno riacho.

1.2.2.8.2 Depleção do oxigénio A maioria dos seres vivos necessita de oxigénio para sobreviver, incluindo os peixes e os restantes seres cujo habitat é o meio aquático. Embora a maioria dos cursos de água e de outras superfíces aquáticas contenham menos do que 0,001% de oxigénio dissolvido (10 miligramas de oxigénio por cada litro de água, ou 10 mg/L), a maioria dos peixes só consegue sobreviver e desenvolver-se se existir pelo menos 5 mg/L e outras condições favoráveis. Quando se despejam resíduos oxidáveis num curso de água, as bactérias começam a alimentar-se desses resíduos, decompondo as substâncias complexas dos resíduos em compostos químicos simples. Estas bactérias também utilizam o oxigénio dissolvido na água (à semelhança do que acontece na respiração humana) – são as chamadas BACTÉRIAS AERÓBICAS. Quanto maior for a quantidade de lixo orgânico presente, mais rapidamente estas bactérias se reproduzem. Existindo um grande fluxo de

NIREAS

CAPITULO 1

resíduos, a população de bactérias pode crescer tão rapidamente, utilizando todas as reservas de oxigénio do curso de água tão rapidamente que a natureza não tem capacidade de reabastecer pelo processo natural de difusão atmosférica. Quando esta situação acontece, quer os peixes, quer todas as formas de vida que habitam o curso de água e que precisam de oxigénio morrem. Sendo assim, um dos principais objetivos do tratamento das águas residuais é impedir que este tipo de matéria orgânica que consome oxigénio chegue às águas recetoras. A estação de tratamento remove a matéria orgânica da água do mesmo modo que um curso de água o faz, mas é muito mais eficiente neste processo no que se refere à remoção de lixo das águas residuais. As unidades de TRATAMENTO SECUNDÁRIAS são concebidas e operacionalizadas para utilizar, na estação, organismos naturais, como as bactérias, no processo de ESTABILIZAÇÃO e remoção da matéria orgânica. Outro efeito da depleção do oxigénio, para além de conduzir à morte dos peixes e de outras formas de vida aquática, é o problema da emissão de odores. Quando já não existe oxigénio dissolvido na água, as BACTÉRIAS ANAERÓBICAS passam a utilizar o oxigénio que está combinado quimicamente com outros elementos na forma de compostos químicos, como o sulfato (enxofre e oxigénio), que também se dissolvem na água. Quando as batérias anaeróbicas removem o oxigénio dos compostos de enxofre, é produzido sulfureto de hidrogénio (H2S), que tem um cheiro semelhante ao de um ovo podre. Este gás, para além de ter um odor desagradável, provoca a ersão (corrói) do betão e pode descolorar e remover a tinta das paredes de casas e estruturas. O sulfureto de hidrogénio também pode formar misturas explosivas com o ar e é um gás tóxico capaz de paralisar o sistema respiratório do ser humano. Outros produtos derivados da decomposição anaeróbica (putrefação) também podem ser indesejáveis. A descarga de águas residuais provoca normalmente uma diminuição de O2, seguida de um aumento gradual do impedimento de concentração de oxigénio dissolvido (OD), ou seja, a carência bioquímica de oxigénio (CBO). Os nutrientes das substâncias orgânicas adicionadas, pela descarga de águas residuais, a uma massa de água alimentam os micoorganismos baixos que crescem em larga escala, consumindo o oxigénio dissolvido, agindo contra os organismos superiores (eutrofização, etc.). O oxigénio dissolvido (OD) atinge assim um valor mínimo, até ao ponto em que a taxa de oxigenação será igual ou superior ao consumo de oxigénio. Este fenómeno é descrito pela equação e modelo de Streeter e Phelps. Consequentemente, todo o equilíbrio ecológico sasonal do corpo de água é destruído. Esta alteração danifica o sistema. As condições ecológicas no corpo de água só podem melhorar quando a concentração de oxigénio atingir os níveis

NIREAS

CAPITULO 1

adequados. Para que o curso de água recupere do problema através de reoxigenação, o tempo (há quanto tempo tem privação de oxigénio) e a extensão do rio (ou curso de água) são parámetros críticos que ditam a sobrevivência das formas de vida superiores e o equilíbrio ecológico desse curso de água. A deficiência de concentração de oxigénio e o processo de reoxigenação são descritos pelo modelo de Streeter e Phelps.

mais informação… 1. O conteúdo de OD é um dos indicadores mais utilizados para aferir a saúde geral do ecossistema de um corpo de água o O peixe precisa de 4 a 5 mg/L para sobreviver o Sob condições anaeróbicas, desenvolvem-se microorganismos indesejáveis (que libertam odores) o Muitos fatores afetam o nível de OD 2. Se um rio era saudável antes de se receber descargas de águas residuais, um fator significativo para se aferir a continuidade da sua qualidade sanitária ou degradação é o nível de CBO provocado pelas águas residuais que recebe. a. de:

Na emissão, a CBO da mistura rio/águas residuais (L0) é dada através

NIREAS

CAPITULO 1

Lembre-se que a CBO (Lt) numa garrafa teste, num tempo t, é dado pela seguinte expressão: Lt = L0e-kDt Esta fórmula também é aplicável ao rio (kD é a constante de desoxigenação que anteriormente referimos apenas como k; pode ser ajustável à temperatura usando kT = k200(T-20)) Se a velocidade média do caudal for conhecida, pode calcular-se a CBO para uma determinada distância a jusante

3. O interesse maior será, provavelmente saber-se qual é o nível de OD restante, o que depende tanto da taxa de desoxigenação (como na garrafa teste) e na taxa de reoxigenação ou arejamento (que não ocorre na garrafa teste) o A taxa de arejamento, rR, é dada por: rR = -kR×D com kR - constante de tempo de arejamento D = défice de OD= ODs-OD o

A constante do tempo de arejamento pode ser estimada utilizando da Tabela 3.2, ou calculada a partir da equação:

NIREAS

CAPITULO 1

Cursos de água rápidos Quedas de água e cataratas

0,69-1,15 > 1,15

Fonte: Peavy, Rowe e Tchobanoglous, 1985.

Logo à partida, os resíduos têm algum défice de oxigénio, o que provoca um défice inicial de OD no caudal do curso de água, o A quantidade de oxigénio na água (ODsat) depende da temperatura da água, o Calcula-se o oxigénio dissolvido inicial (OD0) usando a mesma fórmula que se utiliza no cálculo do L0, o Subtraindo esse valor da ODsat inicial: o

D0 = ODsat - OD0 1. O OD em qualquer ponto do curso de água em movimento depende do processo competitivo: Taxa de aumento do defice = taxa de desoxigenação - taxa de arejamento o

Dando origem à seguinte equação diferencial:

NIREAS

CAPITULO 1

NIREAS

CAPITULO 1

NIREAS

CAPITULO 1

1.2.2.8.3 Saúde do ser humano Até agora, temos abordado os efeitos físicos e químicos que as descargas de resíduos podem ter na utilização da água. Mais importante ainda, no entanto, são os efeitos que podem ter na saúde do ser humano pela propagação de bactérias e vírus que provocam doenças. Os esforços iniciais para controlar os resíduos de origem humana evoluiram da necessidade de prevenir a propagação de doenças. Embora as águas residuais não tratadas contenham biliões de bactérias por metro cúbico, a maioria não é prejudicial para os humanos e algumas são até benéficas nos processos de tratamento de águas residuais. No entanto, os humanos que tenham contraído uma doença provocada por bactérias ou vírus podem expelir alguns destes organismos prejudiciais juntamente com os seus resíduos corporais que seguem, posteriormente, nas águas residuais. Muitas das situações mais graves de epidemias tiveram origem na contaminação direta da água potável ou de alimentos pelos resíduos corporais de um ser humano portador da doença. Alguns exemplos de doenças que podem propagar-se por via das descargas de águas residuais são a giardíase ou giardiose (giárdia) e criptosporidíase ou criptosporidiose (cryptos). Felizmente, as bactérias que se desenvolvem no trato intestinal dos seres humanos doentes dificilmente encontram ambiente favorável, para o seu crescimento e reprodução, nas estações de tratamento de águas residuais ou de águas recetoras. Embora muitos ORGANISMOS PATOGÉNICOS™ sejam removidos pelo processo natural de tratamento, podem ainda ficar em número suficiente para constituir ameaça a qualquer utilização a jusante que envolva contacto ou consumo humanos. Se essas utilizações surgirem a jusante, a estação de tratamento deve considerar também um processo de DESINFEÇÃO™. O processo de desinfeção mais utilizado é a adição de cloro. Na maioria dos casos, a cloração adequada de um resíduo bem tratado irá resultar, essencialmente, na exterminação dos organismos patogénicos por completo. Os operadores devem, no entanto, compreender que a avaria ou o mau funcionamento do equipamento podem resultar, em qualquer momento, na descarga de um efluente que contenha bactérias patogénicas. Até à data, não se conhece ninguém que tenha ficado infetado com o vírus da SIDA por trabalhar na recolha ou tratamento de águas residuais, devido às condições do local de trabalho. Manter bons hábitos de higiene pessoais é a melhor defesa que um operador pode adotar contra infecções e doenças. 1.2.2.8.4 Outros efeitos Alguns lixos afetam a limpidez e a cor das águas recetoras, tornando-as desagradáveis mesmo para a prática de qualquer desporto ou atividade aquática recreativa. Muitos resíduos industriais são altamente ácidos ou

NIREAS

CAPITULO 1

alcalinos (básicos), e qualquer uma destas condições pode interferir com a vida aquática, o uso doméstico, ou outras utilizações. A medição do pH (12) é uma forma reconhecida de se perceber a condição de basicidade ou de acidez dos resíduos. Antes dos resíduos serem descarregados, têm, em princípio, um pH semelhante ao das águas recetoras. As descargas de resíduos podem conter substâncias tóxicas, como metais pesados (chumbo, mercúrio, cádmio e crômio) ou cianeto que podem afetar a utilização das águas recetoras a nível doméstico e a vida aquática. Os efluentes de estações clorados para fins de desinfeção podem ter de ser declorados para proteger as águas recetoras dos efeitos tóxicos do cloro residual. As substâncias que produzem sabor e odor podem atingir tais níveis nas águas recetoras que podem ser prontamente detetadas na água bebível ou na carne do peixe. As águas residuais tratadas contêm NUTRIENTES™ capazes de estimular o desenvolvimento de ALGAS™ e o crescimento de plantas nas águas recetoras. Estes fenómenos impedem o seu uso para fins domésticos, industriais e recreativos. As estações de tratamento de águas residuais convencionais não removem a maior parte dos nutrientes de nitrogénio e fósforo.

CICLOS NATURAIS Quando a água tratada de uma estação é descarregada nas ÁGUAS RECETORAS™, tais como riachos, rios, ou lagos, os ciclos naturais do meio aquático podem resentir-se. A existência, ou não, de problemas provocados nas águas recetoras depende dos seguintes fatores: 1. Tipo e nível de tratamento; 2. Extensão do curso das águas na estação de tratamento; 3. Características das águas residuais da estação de tratamento; 4. Quantidade de caudal no curso de água recetor ou volume do lago recetor que pode ser utilizado para diluição; 5. Qualidade das águas recetoras; 6. Quantidade de mistura entre o EFLUENTE™ e as águas recetoras; 7. Utilizações das águas recetoras. Os ciclos naturais de interesse no tratamento de águas residuais incluem os ciclos naturais de purificação da água por evaporação ou TRANSPIRAÇÃO™

NIREAS

CAPITULO 1

que conduzem à condensação e precipitação, seguida de escoamento a que se segue novamente a evaporação, o ciclo de vida dos organismos aquáticos e o ciclo dos nutrientes. Estes ciclos ocorrem continuamente numa ETAR e nas águas recetoras com níveis diferentes, dependendo das condições ambientais. Os operadores das estações de tratamento de águas residuais controlam e aceleram estes ciclos de modo a que funcionem em benefício da estação de tratamento e das águas recetoras, impedindo que estes ciclos provoquem problemas operacionais na estação ou que prejudiquem a utilização da água a jusante.

CICLOS DE NUTRIENTES™ são tipos de ciclo naturais devido à sensibilidade que algumas águas recetoras têm em relação aos nutrientes. Os nutrientes importantes incluem o carbono, o hidrogénio, o oxigénio, o nitrogénio, o enxofre e o fósforo. Todos os nutrientes têm os seus próprios ciclos, mas cada ciclo é influenciado pelos outros ciclos. Os ciclos destes nutrientes são muito complexos e implicam mudanças químicas em organismos vivos. Para ilustrar o conceito de ciclo dos nutrientes, utilizamos uma versão simplificada do ciclo do nitrogénio como exemplo, representado na Figura 1.2.10. Uma estação de tratamento de águas residuais descarrega no efluente da estação, para as águas recetoras, nitrogénio na forma de nitrato (N03-). As algas absorvem o nitrato e produzem mais algas. As algas são ingeridas pelos peixes, que convertem o azoto em aminoácidos, ureia e em resíduos orgânicos. Se os peixes morrem e os seus corpos permanecem no fundo, estes compostos de nitrogénio podem ser convertidos em amónio (NH4+). Na presença de oxigénio dissolvido e de bactérias especiais, o amónio é convertido em nitrito (N02-), em seguida em nitrato (N03-) e, finalmente, as algas podem ocupar o nitrato e iniciar o ciclo novamente. Se for descarregado demasiado nitrogénio nas águas recetoras, podem produzir-se demasiadas algas. As águas onde existe uma quantidade exagerada de algas são turvas, desagradáveis. As bactérias que decompõem as algas mortas de escoamentos ocasionais podem esgotar o oxigénio dissolvido e provocar a morte dos peixes. Assim, o ciclo do nitrogénio fica interrompido e o mesmo acontece com os restantes ciclos de outros nutrientes. Não existindo oxigénio dissolvido na água, os compostos de nitrogénio convertem-se em amónio (NH4+), os compostos de carbono em metano (CH4) e os de enxofre em sulfureto de hidrogénio (H2S). O amoníaco (NH3) e o sulfureto de hidrogénio são gases com cheiro. Nestas condições, as águas recetoras são SÉTICAS20, cheiram mal e têm um aspecto terrível. Neste manual, ser-lhe-á fornecida informação sobre o modo de controlar o

NIREAS

CAPITULO 1

ciclo dos nutrientes na ETAR, para tratar os resíduos e controlar os odores, e também proteger as águas recetoras.

Figura 1.2.10: Ilustração simplificada do Ciclo do Nitrogénio.

O Título de Utilização dos Recursos Hídricos (TURH) aplicável às rejeições nos recursos hídricos (domínio público e privado) de águas residuais urbanas, industriais e domésticas foi criado com o objetivo de controlar o estado das águas do país de modo a que se mantenham viáveis para a prática da natação e para a existência de peixes e outras formas de vida aquática e selvagem. Estes títulos assumem a forma de licença com a validade de 10 anos. Uma indústria que efetue as suas descargas para os sistemas de recolha e tratamento municipais não necessita de ter uma licença, mas tem, obrigatoriamente, que obeceder a determinados padrões de pré-tratamento especificados. Estas licenças (TURH) apresentam as condições e normas de descarga, nomeadamente os parâmetros e VLE, as condições de verificação de conformidade, condições de autocontrolo, como: parâmetros; periodicidade; tipo de amostragem e procedimentos analíticos. A principal preocupação do operador deve ser as limitações a nível do efluente (descarga), especificadas no TURH atribuído à sua estação. A licença pode especificar a média mensal e os níveis máximos de sólidos em suspensão (SS), a carência bioquímica de oxigénio (CBO) e o número mais provável (NMP) de bactérias do grupo das COLIFORMES. As estações de maior dimensão têm de declarar as temperaturas do efluente devido ao impacto que as alterações de temperatura têm nos ciclos naturais. Para além disso, é necessário identificar não só o valor médio e máximo dos caudais, mas também a gama aceitável de valores de pH. Espera-se que quase todos

NIREAS

CAPITULO 1

os efluentes não tenham praticamente nenhuma substância potencialmente tóxica para os organismos nas águas receptoras. Os TURH têm restrições do limite de efluentes no que concerne as substâncias tóxicas. O TURH irá especificar a frequência com que as amostras devem ser recolhidas e os métodos de comunicação dos resultados.

NIREAS

CAPITULO 1

PERGUNTAS Registe as suas respostas num caderno e compare-as com as fornecidas ao longo do Capítulo 1.2.2. 1.2A_O que provoca a depleção de oxigénio quando os resíduos orgânicos são despejados na água?

1.2B_Que tipo de bactéria provoca a libertação de gás sulfureto?

1.2C_Quais são os principais impactos da Eutrofização?

NIREAS

CAPITULO 1

NIREAS

CAPITULO 1

RESPOSTAS SUGERIDAS 1.2A_Os resíduos orgânicos na água alimentam as bactérias. Estas bactérias necessitam de oxigénio para sobreviver, consequentemente, utilizam o oxigénio da água de forma semelhante ao que acontece quando as pessoas e outros animais consomem o oxigénio do ar enquanto respiram. 1.2B_Gás de sulfureto de hidrogénio é produzido por bactérias anaeróbias. 1.2C_Os principais impactos da Eurotrofização podem ser: • • • • • • • • • • • • •

Aumento da biomassa de fitoplanton Aparecimento de espécies de fitoplanton tóxicas ou não comestíveis Aumentos de zooplanton gelatinoso nas flores Aumento da biomassa de algas bentónicas e epífitas Mudanças na composição e biomassa de espécies de macrófitas Diminuição da transparência da água (aumento do estado turvo) Problemas de cor, cheiro e tratamento da água Depleção do oxigénio dissolvido Aumentos da incidência de mortandade de peixes Perda de espécies de peixes desejáveis Diminuição da biodiversidade Redução da quantidade de peixe e de marisco culturável Diminuição da qualidade estética do corpo de água

NIREAS

CAPITULO 1

NIREAS

CAPITULO 1

1.2.3. Principais sistemas de esgotos 1.2.3.1 História da conceção da rede de esgotos As redes de esgotos mais antigas de que se tem conhecimento pertencem às cidades planeadas da Civilização do Vale., Arqueólogos encontraram esgotos cobertos e canalizações abertas para conduzir a água das chuvas do tempo da Grécia Antiga, da Idade Minoan. Na Roma Antiga, a Máxima Cloaca, considerada uma maravilha da engenharia, conduzia os resíduos para o rio Tiber. Durante a Dinastia Zhou, na China Antiga, havia esgotos em diversas cidades como Linzi. Nas cidades medievais europeias, pequenos cursos de água naturais utilizados para escoar as águas residuais eram, eventualmente, cobertos, funcionando como esgotos. O Rio Fleet, em Londres, é um sistema desta natureza. Condutas abertas no centro de algumas ruas, conhecidas como “kennels” (canais), orientavam o percurso das águas. Muitas cidades do início século XX, ou mais antigas, utilizavam sistemas de tubos singulares que recolhiam e escoavam quer as águas residuais quer as pluviais. Este tipo de sistema de escoamento denomina-se sistema de esgotos combinado (SEC). A lógica das cidades que justifica a construção destes sistemas relaciona-se com o aspeto financeiro: era mais barato construir um sistema de tubagem singular. A maioria das cidades dessa época não tinha estações de tratamento de esgotos, por isso não era considerado o benefício para a saúde pública da construção de um sistema de recolha de águas pluviais separado.

1.2.3.2 Sistema de esgoto unitário ou combinado O sistema de esgoto combinado (SEC) é um tipo de esgoto que recolhe na mesma tubagem as águas sanitárias e as pluviais (Figura 1.2.11). Este tipo de esgoto pode ser uma fonte de sérios problemas de poluição das águas, uma vez que as descargas em conjunto dependem da variação da abundância da água, variável entre as estações mais húmidas e as secas (Figura 1.2.12). Este tipo de rede de esgoto já não é utilizado na construção atual, mas muitas cidades mantêm os dois sistemas. A descarga do esgoto combinado (DEC) é a descarga de águas residuais e de águas pluviais de um sistema de esgotos de tubagem singular diretamente num rio, riacho, lago ou oceano. A frequência e duração das descargas variam de acordo com o sistema e de emissão para emissão dentro do sistema de esgoto combinado. Algumas emissões de DEC despejam raramente, enquanto outras são ativadas sempre que chove. Num período de precipitação abundante, quando as águas pluviais excedem o caudal das águas sanitárias, a descarga diluise.

NIREAS

CAPITULO 1

A água da chuva contribui com uma quantidade significativa de poluentes para o DEC. Cada período de precipitação tem as suas particulartidades, diferindo na quantidade e no tipo de poluentes com que contribui. Por exemplo, a precipitação que tem lugar no final do verão, quando não chove por um tempo, tem uma maior quantidade de poluentes. Poluentes como o petróleo, a gordura, os coliformes fecais de animais e de resíduos da fauna selvagem, e os pesticidas são enviados para o sistema de esgoto. Em áreas de clima frio, os poluentes de carros, pessoas e animais também se acumulam em superfícies duras e na vegetação durante o inverno, sendo de seguida conduzidos para os sistemas de esgotos pela força da água das chuvas que ocorrem na primavera.

. Figura 1.2.11: Esgoto unitário/combinado durante uma tempestade, com o detalhe do curso das águas no sistema de tubagem.

Figura 1.2.12. Esgotos combinados simplificados durante a estação seca e a estação húmida.

NIREAS

CAPITULO 1

1.2.3.3. Esgotos sanitários (ou esgoto em bruto) Um esgoto sanitário é um sistema subterrâneo separado, especificamente concebido para o transporte dos resíduos sanitários das habitações e dos edifícios comerciais para tratamento ou eliminação. Os esgotos sanitários que servem as áreas industriais também transportam efluentes industriais. O "sistema de esgotos" é habitualmente referido como esgotos. Os esgotos sanitários estão separados das condutas de águas pluviais que transportam os escoamentos vindos da chuva e de outras águas que caem nas ruas das cidades. Todos os esgotos se deterioram com o tempo, mas a infiltração/excesso de afluxo é um problema exclusivo dos esgotos sanitários, uma vez que quer os esgotos combinados, quer os bueiros são concebidos e dimensionados para transportar este tipo de contribuições. Manter a infiltração em níveis aceitáveis exige mais manutenção do que a que é necessária para manter a integridade estrutural dos esgotos combinados. É necessário um programa abrangente de inspeção da construção para que se evite a ligação inadequada de quintais, adegas e drenos e caleiras de telhados aos esgotos sanitários. A probabilidade de existirem ligações desadequadas é maior nas áreas onde os esgotos combinados e os sanitários estão muito próximos, porque o pessoal da construção pode não saber distinguí-los. Muitas cidades mais antigas ainda usam esgotos combinados, enquanto os edifícios na periferia adajacente às cidades já foram sendo construídos com esgotos sanitários separados. Em áreas onde o "volume de humidade" é muitas vezes superior ao "volume seco", o sistema de esgotos combinado tem vindo a ser substituído pelo sistema de esgotos que funciona em separado. Durante décadas, quando a tubagem dos esgotos sanitários se danificava, a única opção era escavar até ao tubo danificado e substituí-lo. Esta operação implicava normalmente a necessidade de se repavimentar a rua, o que era dispendioso. Em meados dos anos 50, foi inventada uma unidade constituída por duas unidades, uma em cada extremidade, suportando entre si uma mistura de cimento especial; através dos poços de visita, essa mistura é puxada revestindo o tubo com o cimento sob elevada pressão que, ao secar rapidamente, veda todas as fendas e fissuras que possam existir na tubagem.

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.13. Sistema de esgoto sanitário simplificado e esgoto de águas pluviais separados.

Figura 1.2.14. Problemas de fissuras e de infiltração nos esgotos sanitários.

NIREAS

CAPITULO 1

1.2.3.4. Esgotos sob Pressão (Fonte: EPA Wastewater Technology Fact Sheet, Sewers, Pressure – Documento de factos da Technologia das Águas Residuais da EPA, Saneamento e Pressão.)

Os esgotos sob pressão são adequados essencialmente para comunidades rurais ou semi-rurais, onde o contacto do público com o efluente de campos de drenagem é uma fonte de preocupação de saúde pública significativa. Uma vez que os esgotos da rede sob pressão são, pelo projeto, à prova de água, as ligações entre os tubos garantem uma fuga mínima de matéria do esgoto. Este aspeto é consideravelmente importante em áreas sujeitas a contaminação através das águas subterrâneas. Os sistemas de esgoto sob pressão destinam-se a ser utilizados em pequenas aldeias remotas, onde é impraticável ou dispendioso utilizar um sistema de esgoto gravítico. Os sistemas de esgotos sob pressão têm sido amplamente utilizados nos EUA e na Europa desde há cerca de 30 anos. Estes sistemas são uma solução eficiente para áreas de reduzida dimensão e onde não é praticável utilizarem-se os sistemas convencionais devido às circunstâncias do terreno, por exemplo, por ser rochoso, montanhoso e/ou demasiado aquaso. Os sistemas de esgoto sob pressão são uma forma económica e ambientalmente amigável de recolher, transportar e eliminar as águas residuais provenientes de habitações familiares. Uma vez instalado, as únicas partes visíveis do sistema de esgoto são a tampa do tanque de pressão e o painel de controlo, como se pode ver na Figura 1.2.16, na secção que se segue (1.2.3.5). Atualmente, as duas tecnologias principais de esgoto sob pressão disponíveis são a bomba para fossa sética dos efluentes (BFSE) e a bomba trituradora (BT). Ambas as tecnologias utilizam canalizações de esgoto em PVC ou HDPE de pequeno diâmetro, normalmente entre 2 a 8 polegadas, que acompanham o contorno do solo, para conduzir as águas residuais a uma instalação de tratamento ou a uma rede de esgotos principal num município vizinho, sem a necessidade de escavações profundas, poços de visita, ou estações elevatórias.

1.2.3.5. Sistema de esgoto do efluente (bomba para fossa sética para o efluente)

NIREAS

CAPITULO 1

Nos sistemas BFSE, as águas residuais são orientadas para uma fossa sética convencional que recolhe os sólidos. O efluente líquido é orientado para um tanque suspenso que contém uma bomba e controladores. O efluente é, então, bombeado e transportado para tratamento. Reabilitar fossas séticas existentes em áreas servidas por sistemas de fossa sética/campo de drenagem seria uma oportunidade para se poupar nos custos, mas um grande número desses equipamentos (quase sempre a maioria) tem de ser substituído ou ampliado durante o período de durabilidade do sistema, devido à insuficiência da sua capacidade, deterioração dos tanques de betão ou fugas. Em cada habitação, a fossa sética, o filtro e a bomba removem os sólidos em depósito e os caudais de efluentes, através da tubagem de recolha, para o sistema de tratamento de recirculação fixo. Este sistema utiliza uma tecnologia simples, de baixos custos de operação e manutenção, produzindo um efluente que é frequentemente, no seu todo, de melhor qualidade do que um efluente que tenha sido sujeito a um tratamento secundário tradicional. Por exemplo, no tipo de sistema BFSE descrito em cima, manter os sólidos em depósito nas fossas séticas individuais permite a utilização de tubagem coletora com um diâmetro de menor dimensão, o que é muito mais fácil e rápido de instalar do que as tradicionais tubagens coletoras de 6 a 8 polegadas de diâmetro (150 a 200 mm de diâmetro). A instalação de tubos mais largos é mais invasiva e implica custos muito mais elevados por metro de tubagem coletora, implicando também uma maior perturbação no traçado (ver Figura 1.2.15).

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.15. Sistema de esgotos BFSE.

Triturador de Esgotos (De: EPA Wastewater Technology Fact Sheet, Sewers, Pressure) Num sistema BT, os resíduos fluem para um poço onde uma bomba de trituração desfaz os resíduos sólidos e os descarrega para um sistema de tubagem pressurizada. Os sistemas BT não necessitam de fossa sética mas consomem mais energia do que o sistema BFSE devido ao processo de trituração. Um sistema BT pode permitir uma poupança significativa nos custos em áreas urbanas recentes, onde não existam fossas séticas, ou em áreas mais antigas, onde muitas fossas tenham que ser substituídas ou reparadas. A Figura 1.2.15 apresenta uma fossa sética com bombagem do efluente tradicional, enquanto a Figura 1.2.16 mostra uma bomba de trituração típica de uma área residencial de tratamento de águas residuais. As bombas de trituração são muito utilizadas em áreas de terreno muito irregular ou muito plano, em áreas propícias a inundações regulares ou com grandes lençóis de água, ou onde é impraticável instalar outro tipo de sistem de esgoto. Um sistema de esgoto sob pressão é constituído por uma rede de tubos selada que é alimentada pelas unidades de bombagem localizadas em cada propriedade. A unidade de bombagem processa as águas residuais dessa propriedade e transfere-as para o esgoto sob pressão localizado na

NIREAS

CAPITULO 1

rua, através das tubagens da propriedade. O esgoto sob pressão é uma parte da rede global de tubagem que, em última instância, transfere as águas residuais para as instalações de tratamento mais próximas, que podem estar localizadas na área circundante ou a uma distância de muitos quilómetros.

Figura 1.2.16. Unidade de esgotos sob pressão; detalhe da secção e aspeto final num jardim.

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.17. Unidade de esgotos sob pressão, instalada e em funcionamento.

Este sistema necessita apenas de trincheiras rasas e de tubagem relativamente estreita, de 40 mm de diâmetro nas imediações da propriedade, e de, no máximo, 160 mm de diâmetro na rua. Uma vez instalado, as únicas partes visíveis do sistema de esgoto sob pressão são a tampa do poço e o painel de controlo, como apresentado nas Figuras 1.2.16 e 1.2.17.

Quais são os componentes de um sistema de esgoto sob pressão (Esgotos de trituração)? O sistema de esgoto sob pressão de uma propriedade é constituído por quarto elementos-chave: 1. Unidade de Bombagem (Entidade reguladora das Águas Municipais ou Distritais) – inclui uma pequena bomba, um poço de armazenamento e monitores de nível que são instalados debaixo do solo, sendo assim apenas visível o topo, ou tampa do poço. 2. Um Kit de Válvulas de Divisão (Entidade reguladora das Águas Municipais ou Distritais), que assegura que as águas residuais armazenadas no esgoto sob pressão não regressem para a propriedade e permite que o pessoal da manutenção isole a propriedade do sistema em situações de emergência. 3. Tubagem de Serviço da Habitação (Proprietário) – tubos de diâmetro reduzido (em nada semelhantes a um grande sistema de canalização de

NIREAS

CAPITULO 1

irrigação) que ligam o sistema de drenagem da unidade habitacional ou propriedade à unidade de bombagem dessa propriedade. 4. Painel de Controlo (Entidade Reguladora das Águas Municipais ou Distritais).

mais informação… Escolher entre um sistema BT e um BFSE depende essencialmente de três fatores principais: 1. Custo: As infraestruturas, incluindo bombas e tanques, vão dispender muito mais do que 75% dos custos totais, podendo mesmo atingir os 90%. Assim, interessa optar por um sistema cujos custos de construção de infraestruturas sejam o menos dispendiosos possível. Os sistemas BFSE podem baixar os custos de instalação porque permitem a utilização intensiva dos serviços de ligação devido ao uso continuado da fossa sética. Por seu lado, uma bomba de trituração terá de ser mais potente do que uma bomba BFSE para lidar com a tarefa de trituração, sendo, por isso, mais cara. No entanto, se for necessário substituir muitas fossas séticas, os custos de instalação vão ser significativamente mais elevados do que os da instalação de um sistema BT. 2. Tratamento a jusante: Os sistemas BT produzem um nível mais elevado de SST (sólidos suspensos totais) que pode não ser aceite numa estação de tratamento. 3. Condições de fluxo lento: os sistemas BFSE toleram melhor as condições de fluxo lento que ocorrem em áreas com variações significativas de ocupação sasonal e naquelas onde a formação da área populacional é lenta, começando com um número reduzido de habitações singulares. Nestas áreas, os sistemas BFSE são mais vantajosos dos que os BT.

VANTAGENS E DESVANTAGENS Vantagens Os sistemas de esgoto sob pressão que ligam diversas habitações singulares a uma estação de bombeamento aglomeradora podem tornar-se menos dispendiosos do que os sistemas gravíticos convencionais. As instalações numa propriedade unitária representam a maior parte dos custos de todo o sistema e são partilhadas num agrupamento. Esta situação pode ter uma vantagem económica, uma vez que os componentes da propriedade só são necessários quando se constrói uma casa, ficando assim a cargo do proprietário. O baixo investimento à partida faz com que o valor real de todo o sistema seja inferior ao dos esgotos gravíticos convencionais, especialmente nas áreas urbanas em

NIREAS

CAPITULO 1

desenvolvimento, onde as casas vão sendo construídas ao longo de diversos anos. Como a água residual é bombeada sob pressão, o efeito da gravidade no fluxo não é necessário, sendo assim possível não se ser tão rigoroso com o alinhamento e restrições de declive como no caso dos esgotos gravíticos convencionais. A organização da rede de esgotos não depende do traçado dop terreno: os tubos podem ser instalados em qualquer localização e as extensões podem ser feitas na rua nos locais necessários, com custos relativamente baixos e sem danificar as estruturas existentes. Outras vantagens dos esgotos sob pressão incluem o facto de os custos de material e de abertura de fossos serem relativamente baixos, uma vez que o tamanho das tubagens e as exigências de profundidade da instalação são reduzidos. Recorre-se à instalação de saídas limpas e conjuntos de válvulas de baixo custo, em vez de poços de visita, que podem ser colocados a uma maior distância uns dos outros do que os poços de visita num sistema convencional. A infiltração é reduzida, consequentemente, o tamanho dos tubos também é menor. O utilizador paga a energia elétrica necessária para a unidade de bombagem funcionar. No entanto, o aumento nos custos de energia elétrica não é significativo e deixa de ser necessária a intervenção dos serviços municipais, e respetivo pagamento desses serviços, uma vez que o sistema de bombagem central é substituído pelo sistema sob pressão. O tratamento final pode também ser substancialmente reduzido na carga hidráulica e orgânica utilizada nos sistemas BFSE. A carga hidráulica também é substancialmente menor nos sistemas BT. Uma vez que os resíduos são transportados sob pressão, é possível uma maior flexibilidade no alojamento das instalações finais de tratamento, o que pode ajudar a reduzir a extensão das tubagens de emissão ou os custos de construção da estação de tratamento. Desvantagens A utilização do sistema sob pressão requere bastante envolvimento institucional porque tem muitos componentes mecânicas ao longo de toda a área de serviço. Os custos de operação e de manutenção (O&M) de um sistema sob pressão são normalmente mais elevados do que os de um sistema gravítico convencional devido ao grande número de bombas em uso. No entanto, as estações elevatórias existentes num sistema de esgotos gravíticos convencional podem reverter esta situação. Normalmente são agendados anualmente períodos de manutenção preventiva para os componentes das BT dos esgotos sob pressão. Os sistemas BFSE também necessitam de bombas de extração nas fossas séticas entre duas a três vezes por ano. A formação pública é importante para que o utilizador saiba como lidar com situações de emergência, saiba como evitar bloqueios ou outros problemas de manutenção. O número de bombas que podem ser partilhadas na mesma rede é limitado. As falhas de energia podem resultar em inundações se não houver geradores disponíveis. Espera-se que os custos de substituição dos equipamentos sejam mais elevados porque os esgotos sob pressão têm uma esperança de vida mais reduzida do que os

NIREAS

CAPITULO 1

sistemas convencionais. Os odores e a corrosão são potenciais problemas porque, normalmente, as águas residuais nos coletores de saneamento são séticas. A ventilação adequada e o controlo dos odores têm de ser assegurados na conceção, devendo ser utilizados componentes nãocorrosivos. Os respiradores ventilam, usualmente, para as camadas do solo de modo a minimizar os problemas de odor. Por seu lado, as descargas específicas e a projeção dos tratamentos são imprescindíveis para se evitarem problemas de descargas desnecessárias.

CRITÉRIOS PARA O PROJETO Podem ser utilizadas configurações de trajetos muito diferentes nos sistemas sob pressão. Quando são utilizadas unidades positivas de deslocação BT, a configuração do traçado obtém-se multiplicando a descarga da bomba pelo número máximo de bombas que se espera estarem a funcionar em simultâneo. Quando as bombas trituradoras são utilizadas, a equação a que se recorre é Q= 20 + 0,5D (onde Q corresponde ao traçado em gpm e D ao número de habitações unitárias que usufruem do serviço). A operação do serviço sob variadas condições assumidas deve ser simulado por um computador para se verificar se a configuração é adequada. Não são exigidas licenças de infiltração e de afluxo. No projeto não se utiliza habitualmente a velocidade mínima, mas os sistemas BT têm de alcançar 1,5 a 3 metros por segundo, pelo menos uma vez por dia. É sugerido um coeficiente Hazen-Williams (C) = 130 a 140, para as análises hidráulicas. Um ramal sob pressão utiliza geralmente tubos PVC (SDR 21) de 50 mm (2 polegadas) ou mais largo, e juntas de ligação de borracha ou de solvente de ligação para unir as juntas tubulares. Os tubos de polietileno de alta densidade (PEAD) com juntas fundidas são muito utilizados no Canadá. As exigências de energia elétrica, especialmente nos sistemas BT, podem implicar a necessidade de renovar a instalação elétrica na área de serviço. As tubagens são normalmente enterradas, pelo menos, à profundidade de penetração da geada de inverno. Nos locais mais a norte, as tubagens são isoladas termicamente e, geralmente, enterradas a uma profundidade mínima. As bombas BT e BFSE estão dimensionadas para corresponder às exigências de certificação de qualidade hidráulica do sistema. Os pontos de descarga devem ter quedas adequadas para se minimizarem os odores e a corrosão. As grelhas de ventilação são colocadas em pontos elevados do sistema de esgoto e, muitas vezes, ventilam para camadas do solo. Ambos os sistemas, BFSE e BT, podem ser anaeróbicos e propícios à libertação de maus-cheiros se forem submetidos a turbulência (remoção de gases como o H2S).

DESEMPENHO BFSE

NIREAS

CAPITULO 1

Quando instaladas corretamente, as fossas séticas removem cerca de 50% da CBO, 75% dos SS (sólidos suspensos), todo o cascalho, e cerca de 90% da gordura, reduzindo-se assim a probabilidade de entupimento. Além disso, as águas residuais que chegam à estação de tratamento são menos concentradas do que o esgoto em bruto. Os valores médios habituais de CBO and SST são de 110mg/L e 50mg/L, respetivamente. Por outro lado, o efluente da fossa sética não tem literalmente nenhum oxigénio dissolvido. A sedimentação primária não é exigida para tratar o efluente da fossa sética. O efluente responde positivamente ao tratamento aeróbico, mas o controlo do odor na estação de tratamento tem de ser reforçado. De seguida apresentam-se exemplos de pequenas comunidades que alteraram o seu sistema de saneamento para um sistema BFSE, contribuindo para a melhoria da saúde pública local. A pequena comunidade de High Island, no Texas, estava preocupada com os danos que as falhas do desempenho da fossa sética estavam a provocar numa área local frequentada por aves migratórias. Foram assegurados fundos e materiais por parte da EPA, de diversas instituições estatais e da Sociedade Audubon para substituir as fossas séticas de tamanho reduzido, então existentes, por fossas maiores, equipadas com unidades BFSE e conduta de esgotos de baixa pressão, a serem descarregados numa zona húmida (pântano ou charco) artificial. Espera-se que este sistema atinja um efluente com uma qualidade de menos do que 20mg/L quer de CBO quer de SST, de menos do que 8 mg/L de amónia, e maior do que 4 mg/L de OD (Jensen 1999). Em 1996, a Vila de Browns, em Illinois, substituíu um sistema de fossa sética em decadência por um sistema BFSE a descarregar em esgotos de baixa pressão e, em última instância, num filtro de areia purificador. Os custos eram a preocupação principal dos habitantes da vila que estavam habituados a ter uma despesa média de saneamento de $20. As condições na vila eram pobres para a instalação de sistemas de esgotos convencionais, tornando-os extremamente caros. Um sistema BFSE de baixa pressão alternativo custa, em média, apenas $19,38 por mês, por residente, e elimina a questão da saúde pública provocada pelas fossas séticas deficientes (ICAA, 2000). Tratamento BT As águas residuais que chegam à estação de tratamento serão tipicamente mais fortes do que as dos sistemas convencionais porque o sistema BT não permite infiltrações. As concentrações médias de CBO e SST são de 350 mg/L (WPCF, 1986). BT/sistemas de esgotos de baixa pressão substituiram as fossas séticas deterioradas em Lake Worth, no Texas (Head, et. al., 2000); em Beach Drive no Estado de Kitsap, em Washington (Mayhew and Fitzwater, 1999); e Cuyler, em Nova York (Earle, 1998). Cada uma destas comunidades escolheu sistemas alternativos em substituição dos convencionais, baseando-se nos custos mais baixos e na melhor sustentabilidade para as condições do solo local.

OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO

NIREAS

CAPITULO 1

As necessidades de funcionamento e de manutenção de rotina quer para o sistema BFSE quer para as BT são mínimas. Sistemas de pequena dimensão que servem 300 ou menos habitações unifamiliares habitualmente não necessitam de pessoal de manutenção a tempo inteiro. O serviço pode ser desempenhado por pessoal dos serviços municipais públicos ou do departamento das estradas. A maioria das atividades de manutenção dos sistemas envolve responder a chamadas dos moradores da área do serviço, normalmente devido a problemas eléctricos ou bloqueios na bomba. Os sistemas BFSE também requerem bombagem cada dois a três anos. A natureza sética inerente às águas residuais em esgotos sob pressão exige que o pessoal encarregue da manutenção do sistema tome medidas de segurança apropriadas durante as tarefas de manutenção para minimizar a exposição aos gases tóxicos como o sulfureto de hidrogénio, que pode estar presente na rede de esgotos, poços de bombagem ou fossas séticas. Os problemas de odores podem desenvolver-se nos sistemas de esgoto sob pressão devido a ventilação inadequada das habitações. A adição de agentes fortes de oxidação, como o cloro ou peróxido de hidrogénio, pode ser necessária para controlar o odor qiando a ventilação não é a causa do problema. Geralmente é do interesse do município e dos proprietários das habitações que seja o município ou os utilizadores do saneamento, a serem responsáveis pela manutenção dos componentes do sistema. No entanto, é essencial estabelecerem-se acordos que facilitem o acesso aos componentes instalados nas propriedades privadas, como fossas séticas, unidades BFSE ou BT.

CUSTOS Nas zonas rurais, os esgotos sob pressão têm geralmente uma relação custo-eficiência mais vantajosa do que os sistemas de esgoto gravítico convencionais, porque os custos de capital dos esgotos sob pressão é, normalmente, inferior aos dos esgotos gravíticos. Embora já se tenham alcançado poupanças nos custos capitais de 90%, não é possível criar-se uma declaração universal de poupança, porque cada local e cada sistema são únicos. A Tabela 1 apresenta uma comparação genérica entre as características comuns dos sistemas de saneamento que devem ser consideradas no processo inicial de tomada de decisão sobre qual o sistema a utilizar. A Tabela 2 apresenta dados de avaliações recentes sobre os custos das redes de esgotos sob pressão e respetivo equipamento (essencialmente o mesmo para os sistemas BFSE e BT), incluindo os itens específicos de cada sistema de esgoto sob pressão. Adquirir estações de bombagem em quantidades pode reduzir os custos até 50%. O custo linear de redes principais pode variar de acordo com um fator de dois ou três, dependendo do tipo de equipamento das valas e dos custos locais do aterro e de tubagens de alta qualidade. A geologia local e os sistemas utilitários terão impacto no custo da instalação de cada sistema. O proprietário é responsável pelos custos da energia elétrica que podem variar entre $1,00 e $2,50/mês nos sistemas BT, dependendo da potência da unidade. As

NIREAS

CAPITULO 1

unidades BFSE geralmente custam menos do que $1,00/mês. Deve ser feita uma manutenção preventiva anual a cada unidade e mensal aos restantes componentes mecânicos. Os sistemas BFSE precisam de extrações periódicas da fossa sética. O custo total médio da O&M é de $100-200 por ano, por unidade, incluindo custos de resolução de problemas, inspeção de novas instalações e resposta a problemas. A média de tempo entre chamadas de serviço (MCTS) é bastante variável, mas valores entre 4 e 10 anos são estimativas razoáveis para a qualidade das instalações quer de unidades BFSE, quer BT.

Tabela 1. Características Relativas de Esgotos Alternativos Tipo Esgoto

de Requisito Custos de Requisitos de s do construção Operacionalizaçã Terreno em terrenos o e Manutenção rochosos, ou de níveis elevados de águas subterrânea s

Convenciona Declive l

Requisito s de Energia Ideais

Elevado

Moderado

Nenhum*

Pressão BFSE

Nenhum

Baixo

Moderado-elevado

Baixo

Nenhum

Baixo

Moderado-elevado

Moderado

*Energia pode ser necessária nas estações elevatórias Fonte: Small Flows Clearinghouse, 1992.

Tabela 2. Custo médio por unidade instalada de redes de esgoto sob pressão e acessórios Item

Custo por Unidade ($)

Mains de 8 polegadas

9.40/LF

Mains de 3 polegadas

10.00/LF

Mains de 4 polegadas

11.30/LF

Mains de 6 polegadas

15.80/LF

Mains de 8 polegadas

17.60/LF

Extras para mains em pavimentos de betão e asfalto

6.30/LF

NIREAS

CAPITULO 1

Válvulas de estancamento de 2 polegadas

315/cada

Válvulas de estancamento de 3 polegadas

345/cada

Válvulas de estancamento de 4 polegadas

440/cada

Válvulas de estancamento de 6 polegadas

500/cada

Válvulas de estancamento de 8 polegadas

720/cada

Bomba de trituração individual

1 505/cada

Sistema de bombagem singular (simplex)

5 140/cada

Instalação do pacote

625 – 1 880/cada

Estações de emissão de ar automáticas

1 255/cada

Fonte: U.S. EPA, 1991.

REFERÊNCIAS Outros Documentos de Factos Relacionados. Outros documentos da EPA (Fact Sheets) podem ser consultados no seguinte endereço eletrónico: http://www.epa.gov/owm/mtb/mtbfact.htm 1. Barrett, Michael E. and J. F. Malina, Jr., Sep. 1, 1991. Technical Summary of Appropriate Technologies for Small Community Wastewater Treatment Systems, The University of Texas at Austin. 2. Barrett, Michael E. and J. F. Malina, Jr., Sep. 1, 1991. Wastewater Treatment Systems for Small Communities: A Guide for Local Government Officials, The University of Texas at Austin. 3. Earle, George, 1998. Low Pressure Sewer Systems: The Low Cost Alternative to Gravity Sewers. 4. Falvey, Cathleen, 2001. Pressure Sewers Overcome Tough Terrain and Reduce Installation Costs. Small Flows Quarterly, National Small Flows Clearinghouse. 5. F.E. Meyers Company, 2000. Diagram of grinder pump provided to Parsons Engineering Science. 6. Gidley, James S., Sep. 1987. Case Study Number 12: Augusta, Maine, Grinder Pump Pressure Sewers. National Small Flows Clearinghouse.

NIREAS

CAPITULO 1

7. Head, Lee A., Mayhall, Madeline R.,Tucker, Alan R., and Caffey, Jeffrey E., 2000. Low Pressure Sewer System Replaces Septic System in Lake Community. http://www.eone.com/sewer/resources/resource01/content.html 8. Illinois Community Action Association, 2000. Alternative Wastewater Systems in Illinois. http://www.icaanet.com/rcap/aw_pamphlet.htm. 9. Jensen, Ric., August 1999. Septic Tank Effluent Pumps, Small Diameter Sewer, Will Replace Failing Septic Systems at Small Gulf Coast Community. Texas OnSite I n s i g h t s , V o l . 8 , N o . 3 . http://twri.tamu.edu/./twripubs/Insights/v8n3/a rticle-1.html. 10. Mayhew, Chuck and Richard Fitzwater, September 1999. Grinder Pump Sewer System Saves Beach Property. Water Engineering and Management. 1.2.3.6 Sistemas de esgotos sob vácuo (Fonte: Wikipedia, the free encyclopedia)

Um sistema de esgoto sob vácuo utiliza a pressão diferencial entre a pressão atmosférica e um vácuo parcial mantido na rede de tubagem e o depósito coletor da estação sob vácuo (Figuras 1.2.18 a 1.2.20). Esta pressão diferencial permite que a estação central sob vácuo recolha as águas residuais de vários milhares de habitações, dependendo do terreno e da situação local. Os esgotos de vácuo aproveitam as irregularidades naturais do terreno e são mais económicos em áreas planas de solo arenoso com elevados níveis de lençóis freáticos. Um sistema de esgotos sob vácuo é composto por: 1. Câmaras coletoras e unidades de válvulas de vácuo, 2. sistema de monotorização das câmaras coletoras e das unidades de válvulas de vácuo, 3. canalizações de esgotos sob vácuo.

NIREAS

CAPITULO 1

Figura 1.2.18. Ligação típica a uma Estação Central sob Vácuo.

Figura 1.2.19. Sistema de esgotos sob vácuo típicos.

Figura 1.2.20. Diagrama de uma estação sob vácuo típica.

mais informação….. A tecnologia de vácuo baseia-se na pressão diferencial do ar. As bombas sob vácuo de palhetas rotativas geram uma pressão operacional de -40 kPa a -60 kPa na estação sob vácuo, que é também o único elemento do sistema de esgotos que necessita de energia elétrica. As válvulas de interface instaladas nos poços coletores funcionam pneumaticamente. Qualquer fluxo de esgoto flui por gravidade até chegar a um depósito coletor ou fossa. Assim que a capacidade máxima do depósito é atingida, a válvula de interface abre. O impulso que conduz à abertura da válvula é normalmente transmitido por uma unidade de controlo, controlada pneumaticamente (ou seja, advém de uma pressão pneumática estimulada pelo nível de enchimento atingido). Não é utilizada energia elétrica para abrir ou fechar a válvula, a energia necessária é fornecida pelo próprio vácuo. Enquanto a válvula abre, a

NIREAS

CAPITULO 1

pressão diferencial resultante entre a atmosfera e o vácuo, torna-se na força motora, transportando, assim, as águas residuais em direção à estação de vácuo. Para além destes poços coletores, não é necessário utilizar outro tipo de câmara de visita nem para efetuar alterações no traçado, nem para inspeção ou ligação de ramais. Altos níveis de fluxo mantêm o sistema livre de quaisquer bloqueios ou sedimentação. Os sistemas de esgoto sob vácuo são considerados confiáveis no que respeita à propenção para fugas e infiltrações, o que permite a sua utilização mesmo em áreas onde a água está sob proteção ambiental. Por esta razão, as redes de esgoto sob vácuo podem ser instaladas no mesmo traçado das redes de água potável (dependendo das orientações locais). O fornecedor deste sistema deve assegurar que este produto pode ser utilizado dessa forma. Para corresponder às características de um sistema sem infiltrações e, assim, permitir a redução do volume de águas residuais que necessita de tratamento, devem ser utilizados poços coletores à prova de água (em material PE ou semelhante). A válvula e o depósito coletor (de águas residuais) devem, preferencialmente, estar separados fisicamente (em poços distintos) por um lado para proteger o pessoal que executa os serviços do contacto direto com as águas residuais e, por outro, para que a longevidade do sistema seja assegurada (as águas residuais são corrosivas). Para que o percurso das águas residuais seja seguro, o traçado da rede de esgotos sob vácuo apresenta um perfil longitudinal do tipo “dente de serra”. Toda a rede de esgoto é preenchida com ar a uma pressão de -40 kPa a -60 kPa. O aspeto mais importante para um funcionamento de confiança é a razão ar-líquido. Quando um sistema está bem concebido, os esgotos contêm apenas quantidades muito reduzidas de resíduos. A razão entre o ar e o líquido é mantido, normalmente, por unidades de controlo inteligentes ou válvulas que ajustam os seus períodos de abertura em função da pressão existente no sistema. Considerando que o sistema de vácuo utiliza energia externa para realizar o transporte dos fluídos, os esgotos podem ser instalados em terreno plano e, até determinados limites, com orientação ascendente. O perfil de “dente de serra” mantém as linhas de esgoto superficiais, as elevações minimizam a profundidade das valetas (aprox. 1,0-1,2 m). A esta profundidade, evita-se dispender os custos de abertura de valas indispensáveis no sistema de esgotos gravítico, onde é necessária a instalação de encostas em declive de pelo menos 0,5 – 1,0%. Também não é necessária a instalação de estações elevatórias. Assim que chega ao poço coletor de vácuo, na estação sob vácuo, as águas residuais são bombeadas para um ponto de descarga que poderia ser um esgoto gravítico ou diretamente para a estação de tratamento. Como o tempo de permanência da água dentro do sistema é bastante curto e as águas residuais se misturam constantemente com o ar, o mantém-se fresco, evitando-se qualquer tipo de depósito ou incrustação dentro do sistema (menos H2S). Vantagens

NIREAS

CAPITULO 1

• Sistema fechado, controlado pneumaticamente, com uma estação central de vácuo; • A energia elétrica é necessária apenas nesta estação central; • Não existe sedimentação devido ao sistema de auto-limpeza a altas velocidades, tornando desnecessária a manutenção das redes de esgoto; • Não são necessários poços de escoamento; • Normalmente, só é necessária uma única estação de bomba sob vácuo, em vez das múltiplas estações essenciais num sistema de esgotos de declive e de redes de baixa pressão. Este aspeto diminuiu a quantidade de terreno e reduz os custos não só de energia, mas também de funcionamento; • Os custos financeiros podem ser reduzidos até 50%, devido à abertura de valas simples e a pouca profundidade, perto de superfície; • Flexibilidade de tubulação, obstáculos (como canais abertos) podem ser ultrapassadados; • Tempo de instalação reduzido; • Tubos de esgoto de pequeno diâmetro em materiais de HDPE e PVC o que leva a uma poupança nos custos de material; • Arejamento dos esgotos, menor desenvolvimento de H2S e do perigo que implicam para os trabalhadores e habitantes, e ainda evita a corrosão dos tubos; • Sem infiltrações, menos carga hidráulica na estação de tratamento e na descarga dos esgotos; • Não há absolutamente nenhum vazamento (o vácuo evita as fugas); • Os esgotos podem ser colocados na mesma valeta com outras redes, incluindo as da água potável ou das águas residuais, e é compatível com áreas de proteção dos recursos hídricos; • Menor custo de manutenção a longo prazo, devido à abertura de valas rasas e à fácil identificação de problemas • Em combinação com sanitários sob vácuo, cria fluxos de resíduos concentrados, o que torna viável a utilização de diferentes técnicas de tratamento de águas residuais, como o tratamento anaeróbio. Limitações •

• • • •

Os sistemas sob vácuo não são capazes de transportar esgoto em distâncias muito longas (até 5 km), mas podem bombear longas distâncias a partir da estação sob vácuo para o TAR ou esgoto gravítico principal mais próximo; Os sistemas de esgoto sob vácuo são adequados apenas para a recolha de águas residuais dentro de um sistema separativo (não se destinam à recolha de águas pluviais); Os traçados podem ter no máximo até 3-4 km colocados em zona plana (restrições do sistema, devido a perda de velocidade (3-4,5 m) (atrito estático)); Os sistemas devem ser projetados com o auxílio de um fabricante experiente (geralmente os conceitos são gratuitos); É necessária energia num ponto central para a recolha dos resíduos;

NIREAS

• • • •

CAPITULO 1

Podem surgir odores nas imediações da estação de tratamento, podendo ser necessário um biofiltro; É fundamental a integridade das juntas de ligação das tubagens; É necessária a manutenção preventiva dos controladores mecânicos para substituição de peças desgastadas e chancelas; A válvula sob vácuo pode ficar encravada, mantendo-se aberta, sendo assim necessário identificá-la.

Áreas de Aplicação Os sistemas de esgoto sob vácuo têm-se tornado no sistema preferido em determinadas circunstâncias: Em situações especialmente difíceis, por exemplo, instalações periféricas em terrenos planos com determinados comprimentos de conduta mais extensos do que 4 metros por unidade habitacional estão destinadas à aplicação de sistemas de esgoto sob vácuo. No caso de a densidade populacional ser reduzida, a influência dos custos de instalação das câmaras coletoras e das estações sobre vácuo são menos relevantes quando comparados com os custos das infraestruturas necessárias para a instalação de um esgoto gravítico. No caso de baixa densidade populacional a influência dos custos para as câmaras de recolha e estações de vácuo são menos importantes, em comparação com os custos dos esgotos gravíticos. A falta de inclinação do terreno, características do solo desfavoráveis (rochoso ou pantanoso) ou o facto de ser uma área com vasto lençol freático (a que acresce a necessidade de construção de trincheiras para a remoção da água) implica a necessidade de um grande investimento a nível financeiro quando se pensa num sistema de esgoto gravítico. Ao contrário dos esgotos gravíticos, os esgotos sob vácuo, cujas tubagens são pequenas em termos de diâmetro, podem ser instalados quase à superfície, em valas relativamente baixas. Os esgotos sob vácuo podem atravessar zonas de proteção aquática e áreas com lençois freáticos sensíveis porque devido à fiabilidade do material à prova de água que utilizam e ao facto de o vácuo impedir a existência de fugas, não existe risco de contaminação dos recursos hídricos subterrâneos. Os sistemas sob vácuo também têm sido aplicados para recolher e transportar águas residuais tóxicas. Este tipo de sistema de esgoto é considerado uma prioridade em muitas áreas ambientalmente sensíveis como as da Reserva Ecológica de Couran Cove perto da Costa de Corais na Austrália. Nos locais onde a utilização das instalações é sazonal, como em áreas recreativas, parques de campismo, entre outros, com sistemas de esgotos gravíticos convencionais, podem facilmente surgir problemas de sedimentação uma vez que não ocorre o bombeamento automático diário feito pela passagem das águas residuais. A velocidade elevada dos cursos das águas num sistema sob vácuo previne este tipo de problemas de sedimentação. As pistas da Fórmula 1 em Shanghai e Abu Dhabi utilizam um sistema de esgoto sob vácuo por esse motivo. Mesmo em vilas históricas, com arruamentos antigos, estreitos, recorrer-se ao sistema de esgoto sob

NIREAS

CAPITULO 1

vácuo torna-se cada vez mais importante, uma vez que permite uma instalação rápida, flexível e eficiente. Em França, podem ser encontrados alguns bons exemplos da utilização deste sistema neste âmbito, como o da vila de Flavigny, ou em Oman, no município de Khasab e Al Seeb. A escassez de água em muitos países e as medidas drásticas de poupança de recursos hídricos têm conduzido ao aumento dos problemas em redes de sistemas de esgoto gravítico devido à acumulação de sólidos que bloqueiam as tubagens. Nos sistemas de esgoto sob vácuo não existe o problema derivado da escassez de água, nem o do bloqueio das tubagens provocado por sólidos. Esta é a razão pela qual esta tecnologia se torna interessante neste tipo de aplicações. Como são utilizadas tubagens em PE ou PVC, neste sistema não entram sólidos de tubagens antigas. Os sólidos não entram nas câmaras coletoras. Os sistemas de esgoto sob vácuo não têm poços de visita para descarregar os sólidos no sistema. Câmaras coletoras / válvulas sob vácuo Os resíduos de esgoto fluem por gravidade de um ou mais locais até a um depósito coletor selado. É instalada uma válvula interface de vácuo, controlada e operacionalizada pneumáticamente, sem recurso à energia elétrica. Quando é atingida uma determinada quantidade de resíduos acumulados, o controlador abre a válvula. É importante compreender que a válvula abre apenas se a baixa pressão dentro da canalização do esgoto é suficiente para assegurar um transporte adequado; caso contrário, é enviado um alarme ao centro de controlo que avisa sobre a insuficiência do vácuo. É necessário um valor mínimo de 0,15 bar para que a pressão baixa existente na canalização sob vácuo adjacente seja eficiente. Quando a válvula abre, cerca de 20 a 40 L (dependendo do ajuste da válvula) porções de efluente são sugados pela canalização de vácuo. O ar que chega através da entrada da canalização gravítica ou dos respiradouros é sugado para o interior da canalização de esgoto devido à diferença de pressão que empurra os resíduos de esgoto. A válvula de interface fecha-se novamente após alguns segundos. O tempo exato entre a abertura da válvula e o seu fecho deve ser pré-definido, devendo ser o tempo necessário para assegurar que entra ar suficiente para empurrar os resíduos com eficácia. Este aspeto depende das condições de pressão negativas: Geralmente, o volume do fluxo de ar deve ser diminuído o mais possível para garantir que as bombas não trabalham quando não é necessário. Por outro lado, as razões mínimas entre ar e líquido devem ser garantidas para que existam condições adequadas de transporte. Normalmente os sitemas funcionam com razões ar:líquido de cerca de 4:1 até 15:1. A tecnologia de vácuo é uma tecnologia muito fiável e testada quando se utiliza o equipamento adequado. No entanto, devido à existência de inúmeras câmaras coletoras e válvulas sob vácuo ao longo do sistema de esgoto sob vácuo e da manutenção necessária nestas câmaras e válvulas ao longo do ano, é necessário um sistema de monotorização que indique em que locais é preciso realizar inspeção e manutenção preventiva. O facto de existir um diâmetro mínimo para as tubagens do sistema serve como medida de prevenção para que as válvulas da interface não entupam. A ligação entre o depósito e a válvula de interface deve ter um valor mínimo de 75mm para que não se crie nenhum ponto de bloqueio.

NIREAS

CAPITULO 1

Normalmente, as partículas mais volumosas não chegam à bomba, mas existe essa possibilidade. As partículas maiores podem ser facilmente removidas do depósito coletor por um operador, caso surja essa necessidade. De um modo geral, tudo o que cabe no diâmetro das tubagens de uma habitação deve caber na canalização do sistema sob vácuo e na estação de bombagem sob vácuo sem que existam bloqueios. Tubagens sob Vácuo / Descrição do Transporte Hidropneumático As situações do fluxo em esgotos sob pressão não podem ser descritas simplesmente pelas leis hidráulicas. Em vez disso, tem de ser considerado um transporte em duas fases (por exemplo, hidropneumático). O transporte efetua-se num regime de duas fases: ar (compressível) e o efluente. Devido a este aspeto, a equação de continuidade torna-se bastante complicada. Como referido anteriormente, a principal característica do esgoto sob vácuo é a necessidade de intalar a canalização dos esgotos na forma distinta de dente de serra ou em perfil de degraus. O transporte eficiente do esgoto só pode ser garantido se as perdas hidráulicas foram acordadas por um fornecedor certificado. As doses de esgoto entram na canalização a vácuo pelas câmaras coletoras. Assim que o esgoto chega a um ponto mais baixo da rede de esgoto, é aí recolhido, até que as válvulas a montante abram e, ao entrar ar, volte a aumentar o gradiante de pressão. O ar em movimento a grande velocidade na direção da estação a vácuo vai exercer um grande impulso sobre os resíduos em depósito, fazendo-os proceguir pela canalização. Desta forma, os resíduos de esgoto são deslocados aproximadamente com a mesma velocidade até ao pico seguinte ao longo da canalização. O transporte de esgoto continua ao longo da canalização desde que o gradiante de pressão se mantenha. Num traçado horizontal, o ar fluiria sobre a água, sem fazer com que ela se movimentasse. As altas velocidades do fluxo em pontos baixos até 5m/s evitam a criação de qualquer tipo de sedimentação, uma vez que durante o movimento inicial esta espécie de efeito de descarregamento tipo autoclismo arrasta qualquer hipotético depósito. Nunca foram relatados problemas de sedimentação em sistemas de esgotos sob vácuo. Os diâmetros predominantes das tubulagens dos esgotos sob vácuo são em média de 80 DN e 315 DN (diâmetro interior). Normalmente são aplicados nos sistemas de esgoto sob vácuo tubos de HDPE ou PVC devido não só ao seu baixo custo de instalação mas também à sua flexibilidade. Os esgotos sob pressão têm de ser completamente estanques. Por isso, DIN EN 1091 requere uma espessura de, pelo menos, 10 PN. Não existem fugas ou pingamentos num sistema sob vácuo devido à completa impermeabilidade e estancamento das instalações (qualquer empresa de construção é capaz de instalar tubulagens de vácuo facilmente). Estação de Vácuo A estação sob vácuo consiste em bombas de palhetas rotativas (geram o vácuo nas canalizações de esgoto), um depósito coletor e bombas de

NIREAS

CAPITULO 1

saneamento em duplicado (em serviço/em standby) que descarregam o esgoto dos depósitos coletores para as instalações de tratamento de águas residuais. As bombas de vácuo mantêm a pressão negativa no coletor, entre -0,4 e -0,6 bar. Quando a pressão baixa até um limite pré-definido, as bombas de vácuo começam a trabalhar para restabelecer a pressão. Sendo assim, as bombas de vácuo trabalham apenas durante algumas horas do dia, não sendo necessário que estejam a funcionar continuamente. Os depósitos coletores são, na sua maioria, feitos de aço e não de aço inoxidável devido ao risco de corrosão pelos elementos químicos locais. Os depósitos sob vácuo são dimensionados de acordo com as médias de fluxo e com a capacidade de sucção de vácuo, sendo as capacidades de volume mais comuns entre os 5 e os 12m3. Cerca de 75% do volume do tanque é necessário como reservatório de vácuo. Com esta reserva de vácuo, previnese que as bombas sob vácuo se iniciem com médias de arranque muito elevadas, normalmente limitadas a 10-15 arranques por hora (na pior das hipóteses). Projeto Projetar um sistema de esgotos sob vácuo parece, inicialmente, uma questão de traçado. Nunca existe apenas uma solução para as redes de esgoto em geral, mas as redes de esgoto sob vácuo podem ser delineadas de formas muito distintas (por exemplo, o nível da área abrangida, a localização da estação de vácuo, a escolha do comprimento do perfil, etc.). Um bom projeto precisa de ter uma visão perfeita do enquadramento total dos parâmetros do sistema. Alguns fornecedores de componentes para sistemas sob vácuo contribuem com a sua colaboração preciosa durante a conceção do projeto. A ajuda destes profissionais é importante em termos de decisão sobre osmateriais mais recomendados. Nas linhas orientadoras referidas em cima, é exigido o controlo dos seguintes parâmetros: • Razão ar-líquido (dependendo das distâncias e da densidade populacional); • Perda energética (derivada não só do comprimento do ramal entre a estação de vácuo e a válvula de interface mais distante, mas também dos características topográficas do terreno –degraus geodéticos; • Comprimento da rede (conjunto de todos os ramais que pertencem à rede); • Taxa de fluxo; • Volume da reserva de vácuo (considerando também a rede de esgoto); • Distâncias máximas toleradas entre as entradas de ar (válvulas de interface). O passo mais significativo no projeto de um sistema de esgotos sob vácuo é a escolha de um bom traçado para as tubagens. As fronteias do sistema, tais como o comprimento dos ramais e das elevações adicionais do perfil de comprimento das tubagens não precisam de ser ultrapassados. Uma vez que este tipo de trabalho requere iterações é necessário desenvolver diagramas do traçado. A extensão do traçado não pode ultrapassar os 4000 m em

NIREAS

CAPITULO 1

terreno plano. Pode eventualmente ser estruturada uma distância mais longa, mas sob consulta de um fornecedor do sistema. Enquanto as normas não fornecerem informação suficiente sobre os parâmetros de verificação, dimensionamento e traçado, é necessário reforçar que os sistemas de esgoto sobre vácuo podem ser significativamente mais extensos do que as normas revelam

Dicas sobre o Funcionamento Preconceitos injustificados em relação às “novas” tecnologias ainda permanecem. A estimativa de custos de manutenção elevados e operacionalização são o principal obstáculo à expansão dos sistemas de esgoto sob vácuo no mercado. O aparecimento de problemas constantes, em especial nas câmaras coletoras, e as falhas constantes (afogamentos) estiveram na origem da criação dos primeiros sistemas de esgoto sob vácuo. Atualmente, os sistemas de vácuo são fiáveis o suficiente sempre que a seu traçado é estruturado de acordo com o conhecimento de empresas profissionais. Um sistema de monitorização é uma opção que indica o estado das válvulas de vácuo e das câmaras coletoras. As estações de vácuo devem ser visitadas pelo menos uma vez por semana para inspeção local. A experiência tem demonstrado que uma estação de vácuo bem projetada não necessita mais do que um controlo presencial e uma verificação breve uma vez por semana (semelhante a um sistema de bombagem). O horário de funcionamento das bombas e o seu consumo energético devem ser verificados com regularidade. A manutenção mecânica e elétrica, a limpeza do poço sob vácuo e uma verificação total breve da estação devem ter lugar pelo menos uma vez por ano (mudança de óleo e de filtro das bombas sob vácuo).

Conclusão A estimativa de custos elevados de funcionamento e o receio de defeitos no funcionamento têm sido os principais preconceitos e obstáculos contra a expansão da utilização de sistemas de esgoto sob vácuo. Para uma escolha sem preconceitos de um conceito de recolha de esgoto, é necessário não valorizar em demasia os custos de funcionamento de sistemas de recolha de esgotos alternativos. Além disso, é importante ter em conta que as condições durante a construção de sistemas de esgoto gravítico convencionais são ainda mais difíceis. Se um sistema de esgoto sob vácuo for bem concebido, está garantida a sua fiabilidade em termos operacionais O esgoto sob vácuo parece estar a tornar-se cada vez mais importante, à medida que os custos capitais vão sendo consideravelmente reduzidos. As boas referências vindas das comunidades aderentes a este

NIREAS

CAPITULO 1

sistema revelam satisfação em relação à sua eficácia. Em particular em locais onde a densidade populacional é reduzida, a morfologia do terreno é rasa, e a aplicação de tubagens muito cara, os sistemas alternativos podem tornar-se muito mais económicos, mesmo a longo prazo. É importante não sobrevalorizar os custos de operacionalização dos sistemas de recolha de águas residuais alternativas, em comparação com os custos de um sistema convencional gravítico (que implica condições de trabalho muito mais difíceis). Quando o sistema de esgoto sob vácuo é concebido e construído com consistência e correção, a fiabilidade da sua operacionalização está garantida. À medida que os engenheiros e os governantes dos municípios se vão familiarizando com as vantagens dos esgotos sob vácuo, provavelmente, a utilização desta tecnologia ir-se-á expandir cada vez mais a nível mundial. Espera-se que a utilização de conceitos alternativos de esgoto venha permitir designers e reguladores para encontrar uma forma de reduzir ao máximo os custos do projeto. A combinação de sistemas alternatives diferentes com secções convencionais vai tornar a solução de recolha de águas residuais mais execuível e fiáveis.

Links úteis Referências [1] CEN: European Standard DIN EN 1091 “Vacuum Sewerage outside buildings”, (1992) [2] ATV Arbeitsblatt A 116: “Besondere Entwässerungsverfahren, Unterdruckentwässerung – Druckentwässerung”, Hennef (1992) [3] ATV Arbeitsgruppe 1.1.2: “Fragen des Betriebs und der Nutzungsdauer von Druck- und Unterdrucksystemen”, Korrespondenz Abwasser (1997), P. 921-922 [4] ATV-Handbuch: “Bau und Betrieb der Kanalisation”, (1995) [5] Ciaponi, C.: Fognature Nere in depressione”, Sistemi di Fognatura, (Centro Studi Deflussi Urbani), Milano (1997) [6] Ciaponi, C.: Un’Esperienza di applicazione del sistema di Fognatura Nera con funzionamento in depressione, Università di Pavia (1986) [7] Garnier, C., Brémond, B.: “Assainissement sous-vide, étude techniqueéconomique”, CEMAGREF, Groupement de Bordeaux, Division Hydraulique Agricole (1986) [8] Ghetti, A.: “Prove Idrauliche e technologiche relative alla fognatura di Venezia”, Padova (1970) [1] Vacusatec vacuum drainage systems

NIREAS

CAPITULO 1

PERGUNTAS Escreva as suas respostas num caderno e depois compare-as com as fornecidas ao longo da secção 1.2.3.

1.2D_O que é um derramento de esgoto combinado (DEC)?

1.2E_Em que consiste um sitema de esgoto sanitário?

1.2F_Quais são os principais components de um sistema de esgoto sob pressão (Triturador, BT)?

NIREAS

CAPITULO 1

1.2G_Quais sรฃo os principais componentes de um sistema de esgotos sob vรกcuo?

NIREAS

CAPITULO 1

RESPOSTAS SUGERIDAS

1.2D_Um derramento de esgoto combinado (DEC) é uma descarga de água residual e de águas pluviais de um sistema de esgoto combinado diretamente num rio, riacho, lago ou no oceano. 1.2E_Um esgoto sanitário é um sistema de tubagem subterrâneo concebido especificamente para transportar os resíduos de esgoto das habitações e de edifícios comerciais para serem tratados ou eliminados. 1.2F_Um sistema de esgoto sob pressão (GF) é composto por: 1. Unidade de Bombagem (Isto inclui uma pequena bomba, um depósito e monitores de nivelação) 2. Kit de Válvulas de Divisão 3. Rede de Serviço de Habitação Unitária (tubulagem de diâmetro estreito que liga a canalização da habitação/propriedade unitária à unidade de bombagem) 4. Painel de Controlo 1.2G_Um sistema de esgoto sob vácuo (http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_sewer) é composto por: 1. Câmaras coletoras e unidades de válvulas de vácuo 2. Sistema de monotorização para as câmaras coletoras e unidades de válvulas de vácuo 3. Redes de esgoto sob vácuo