Engenharia sanitária/Tratamento de águas residuais

Segundo Rosén in Hahn (1996) o tratamento de águas residuais é um processo técnico-industrial consistindo numa série de tratamentos físicos, biológicos e químicos, configurados por forma a tecnicamente e economicamente obter a solução ótima, adaptada à condições do projeto.

É o processo industrial mais difícil do mundo. Ao contrário dos outros processos industriais:

A matéria prima, o afluente, varia consideravelmente, em quantidade e qualidade.
O produto, o efluente tratado, por outro lado, deve respeitar cada vez mais requisitos de restrição.

Efluentes

Água residual urbana

A principal componente de uma água residual urbana é proveniente de zonas residenciais, zonas de serviços e outras instalações comerciais. Os efluentes líquidos de processos industriais e processos industrializados, tais como, lavandarias, são também descarregados habitualmente para coletores de drenagem públicos, juntamente com água residual doméstica. Os sistemas de drenagem mais antigos foram dimensionados para também receber águas pluviais, drenadas de ruas, telhados e outras áreas pavimentadas ou impermeáveis. Apesar desta prática ser ainda utilizada, é cada vez mais comum a instalação de uma rede de coletores separada para drenar as águas residuais (AEA, 1998).

Água residual doméstica

O resíduo líquido produzido por atividades domésticas tem duas componentes principais (AEA, 1998):

Água de sabão - água que foi utilizada para banhos, chuveiros, lavatórios e lavagem de roupa e chão.
Água negra - água e resíduos originários de sanitários e lava-loiças. No entanto, os resíduos líquidos de sanitas, em áreas não servidas por sistemas públicos de drenagem, são também designados por night soil, sendo armazenados e transportados separadamente da habitação.

Normalmente estas duas componentes, água negra e água de sabão, são misturadas e descarregadas para um sistema de drenagem único, sendo genericamente designadas por água residual doméstica ou simplesmente esgoto (AEA, 1998).

Águas residuais industriais

Os efluentes industriais são os resíduos líquidos dos processos industriais (AEA, 1998). Em alguns casos os efluentes industriais têm componentes semelhantes à águas residuais domésticas. Como acontece com os efluentes da indústrias alimentares, de refrigerentes e lavandarias, embora sejam, frequentemente, mais concentrados e produzidos em quantidades consideráveis. Noutros casos os efluentes contêm materiais potencialmente tóxicos ou corrosivos se descarregados sem tratamento para um meio hídrico ou coletor, como por exemplo, os efluentes de indústrias químicas, refinarias, fábricas de gás de cidade, fábricas de galvanização e decapagem de metal e oficinas de pintura. Embora alguns resíduos industriais sejam semelhantes aos presentes em águas domésticas, como o sangue, os óleos e as gorduras, são extremamente poluentes devido às elevadas concentrações com que ocorrem em certos efluentes de indústrias tais como matadouros, indústrias de lacticínios, produção de cerveja e destilarias (AEA).

Descarga nos coletores

Excetuando os efluentes de grandes indústrias, como por exemplo de refinarias de petróleo, para a maioria dos efluentes industriais é considerado aceitável que sejam descarregados para o sistema de coletores público, e posteriormente tratados na estação de tratamento municipal, desde que seja previamente controlada a sua qualidade e quantidade. Existem uma série de justificações para esta prática (AEA, 1998):

Muitos efluentes industriais necessitam de um sistema de tratamento semelhante ao normalmente utilizado em estações de tratamento municipais e, por vezes, o tratamento é mais efetivo para a mistura com água residual doméstica do que individualmente para o efluente industrial (AEA, 1998).
Sendo necessário tratar localmente os efluentes antes da descarga para um coletor ou curso de água, é frequente a estação de tratamento não ter uma operação e manutenção adequadas como consequência de o tratamento não ser considerado parte integrante do processo industrial. Em resultado, é necessário que a entidade reguladora fiscalize atentamente estas unidades. Assim, os recursos técnicos em estações de tratamento municipais poderão ser utilizados em condições que poderão não existir na instalação industrial (AEA, 1998).
Todas as estações de tratamento de efluentes industriais produzem lamas e poderão produzir materiais gradados. Estes resíduos poderão ser tratados localmente ou transportados para tratamento noutro local. Esta última solução poderá originar odores consideráveis e perturbação de tráfego e, dependendo da indústria, ser potencialmente perigosa (AEA).
Em alguns casos o tratamento de efluentes encarece significativamente o custo de produção industrial, resultando na redução da competitividade da indústria, refletindo-se na economia local, se os custos associados ao tratamento impostos à indústria forem mais elevados que o necessário. Quanto maior a estação de tratamento menor o custo por metro cúbico de água residual tratada. será então de esperar que juntar os efluentes industriais às águas residuais domésticas resulte em custos de tratamento mais baixos. Os custos associados ao transporte e tratamento das águas domésticas deverão ser calculados e faturados à indústria (AEA, 1998).
Em vários países, a descarga de efluentes industriais com ou sem tratamento é apenas permitida após avaliação cuidadosa já que os efluentes poderão conter substâncias que podem degradar a qualidade das lamas e comprometer a sua potencial aplicação na agricultura (AEA, 1998).

No entanto, antes de ser permitido à indústria descarregar os seus efluentes processados num coletor público-sistema de drenagem municipal, a entidade pública responsável deverá concordar com as condições da descarga. Estas deverão incluir limites para o caudal de ponta horário e diário, limites para características físicas, químicas e bacteriológicas do efluente e as taxas a aplicar pela autorização de descarga e tratamento. As condições deverão ser estabelecidas numa licença válida legalmente que seja vinculativa (AEA, 1998).

Presentemente na União Europeia é utilizada a abordagem preventiva, ou seja, qualquer indústria necessita de mostrar que os efluentes, tratados ou não, não irão afetar negativamente os sistema público de águas residuais, sem o que a licença de descarga nos coletores será atribuída. De qualquer forma, é benéfico para a indústria, para a comunidade e para o ambiente fomentar a utilização de processos e práticas que minimizem a produção de resíduos (AEA, 1998).

Existe informação disponível sobre os limites de qualidade a impor aos efluentes industriais para que seja atribuída licença de descarga em coletores públicos e sobre métodos para a tarifação deste serviço de uma forma equilibrada e adequada (AEA, 1998).

Antes de ser atribuída a uma determinada indústria a licença de descarga dos seus efluentes num coletor público será necessário comprovar que esses efluentes não contêm substâncias que, individualmente ou misturadas com outros efluentes, possam (AEA, 1998):

Conduzir ao aparecimento de substâncias tóxicas ou explosivas na atmosfera.
Ser corrosivos para o material das infra-estruturas ou equipamentos em contacto com as águas residuais.
Ter um efeito negativo nos coletores e processos de tratamento na estação municipal de tratamento de águas residuais.
Ter um efeito prejudicial no uso e deposição final dos efluentes e produtos derivados das lamas.
Obstruir, súbita ou gradualmente, os coletores, por exemplo, devido a quantidades excessivas de óleos e gorduras.
Causar inundações em consequência de falhas em estações elevatórias.

Adicionalmente, a temperatura dos efluentes não deverá ser excessivamente alta ou baixa, A indústria poderá ter necessidade de instalar uma estação para pré-tratamento dos seus efluentes de forma a que as suas características se tornem compatíveis com a descarga para os coletores públicos (AEA, 1998).

Restrição da descarga no coletor público

Se uma indústria não cumprir os limites estabelecidos pelas autoridades para os caudais e qualidade dos efluentes então terá de desenvolver um sistema adequado de tratamento local e posterior transporte dos efluentes tratados até uma linha de água (AEA, 1998).

No entanto, outros fatores poderão influenciar a decisão de autorizar ou não uma indústria de descarregar os seus efluentes para coletores de águas residuais públicos (AEA, 1998).

Uma vila ou cidade têm normalmente uma existência longa. As indústrias têm uma existência menos permanente. Devido a incertezas de mercado, uma indústria não pode assegurar o seu futuro para além do curto prazo, frequentemente menos de 2 a 3 anos. Os sistemas de coletores são dimensionados e construídos para uma vida útil de 50 anos ou mais, as estruturas das estações de tratamento para 30 anos e os equipamentos para 10 a 15 anos (AEA, 1998).

Se for necessário implantar capacidade de transporte ou tratamento adicional a fim de receber efluentes de uma indústria, a entidade gestora municipal terá de recuperar o significativo investimento adicional da indústria em causa. É difícil precisar quando será necessária capacidade adicional de transporte ou tratamento, mas será necessário considerar essa possibilidade se os caudais ou cargas de poluentes de uma indústria excederem 5% do caudal urbano e é seguramente necessário se este número exceder os 15% (AEA, 1998).

No caso de ser necessário implantar capacidade adicional podem-se colocar as opções seguintes (AEA):

A indústria em causa paga diretamente essa capacidade adicional, ou
Pode estabelecer cláusulas financeiras para garantir o pagamento em caso de enecerramento ou alteração das necessidades devido a redução nos processos de fabrico ou capacidade de produção.

Se a indústria não puder satisfazer uma destas opções a descarga dos seus efluentes poderá não ser permitida e será necessário providenciar tratamento local. No entanto, esta análise poderá ser mais complexa devido a fatores econômicos como, por exemplo, o desenvolvimento de uma área poderá ser incentivado por várias entidades através de subsídios ou redução de contribuições (AEA, 1998).

Pequenos aglomerados populacionais

Em zonas rurais, as águas residuais domésticas são geridas individualmente em cada propriedade através de fossas estanques ou fossas sépticas (AEA).

Para grandes instalações em zonas rurais, tais como hotéis e restaurantes, deverá ser instalada uma pequena estação de tratamento, frequentemente pré-fabricada. Estas estações usam basicamente os mesmos processos que as estações de tratamento municipais. No entanto, providências têm de ser tomadas para transportar as lamas produzidas para tratamento numa estação municipal e deposição adequada (AEA, 1998).

Transição de um sistema individual para uma estação comunitária

A opção pela construção de um sistema de coletores e estação de tratamento comunitária deverá ser feita quando é mais econômico do que construir e operar sistemas individuais locais ou quando o terreno onde se localizam os edifícios é pouco permeável para absorver as descargas das fossas sépticas. Neste último caso, as descargas podem dar origem a condições de insalubridade e problemas de odores ou a qualidade da água pode ser reduzida para um nível inaceitável (AEA, 1998).

Problemas específicos das estações dos pequenos aglomerados

Idealmente uma estação de tratamento de águas residuais receberia efluentes de um sistema de drenagem pouco extenso, um caudal de águas residuais constante e seria de uma dimensão que justifique a existência de uma equipa de técnicos e pessoal de apoio a trabalhar localmente. Os sistemas de coletores e estações de tratamento de pequenas dimensões localizadas em zonas rurais com aglomerados populacionais dispersos não satisfazem geralmente estes critérios e portanto problemas que possam ocorrer devem ser considerados durante a fase de planeamento para ser tido em conta no seu dimensionamento e operação, nomeadamente (AEA, 1998):

Coletores com grande extensão e estações elevatórias em sistemas com pequenas populações servidas resultam em grandes tempos de retenção e consequentemente a água residual pode tornar-se séptica, com ocorrência de odores intensos e problemas no tratamento (AEA, 1998).
Quanto menor for a população servida maiores serão as flutuações diárias no caudal e cargas associadas afluentes à estação de tratamento e as unidades de tratamento têm de ser dimensionadas levando isto em consideração (AEA, 1998).
Frequentemente é difícil ter pessoal operacional a trabalhar exclusivamente numa pequena estação de tratamento; se existirem várias pequenas estações próximas pode ser justificado ter uma equipa móvel ou, alternativamente, pessoal de estações de maior dimensão com formação adequada em problemas operacionais de unidades de pequenas dimensões poderá efetuar visitas regulares (AEA, 1998).

Deposição final de efluentes

Aviso em praia poluída no Havaí.

O efluente tratado na estação de tratamento de águas residuais é normalmente descarregado no meio hídrico mais próximo com capacidade para receber essa descarga sem causar efeitos prejudiciais não admissíveis. Este meio receptor pode ser um canal de drenagem, um rio, um lago ou oceano (AEA, 1998).

Nalguns casos é necessário construir um coletor submerso equipado na secção de saída com um difusor, para se assegurar a diluição adequada e efetiva do efluente no meio receptor. Em particular quando a descarga do efluente é efetuada em zonas costeiras é comum recorrer a um emissário submarino quando limites admissíveis de contaminação bacteriana impostos perto da costa assim o exigem e quando não é efetuada desinfecção do efluente. A problemática das zonas de mistura é importante e a avaliação ambiental e econômica de cenários com várias pequenas descargas ou uma grande descarga terá de ser avaliado cuidadosamente (AEA, 1998).

Um longo emissário submarino, para além de favorecer a diluição, proporciona mais tempo para o decaimento natural das bactérias antes que algum efluente muito diluído atinja a costa. Estão disponíveis técnicas para prever a diluição, dispersão e decaimento que se pode atingir (AEA, 1998).

Reutilização de efluentes

Reciclar efluentes tratados para outros usos não é geralmente necessário ou compensador em situações em que os recursos hídricos necessários naturais são suficientes para satisfazer todos os consumos normais existentes numa dada área, por exemplo, sendo suficiente para abastecer as populações, o comércio e indústria, os serviços público, as áreas ajardinadas e a agricultura (AEA, 1998).

No entanto, se os recursos hídricos disponíveis são insuficientes para satisfazer, periodicamente ou continuamente, os consumos da região, a reciclagem de efluentes tratados para reutilização deverá ser considerada (AEA, 1998).

Geralmente é possível reutilizar efluentes na agricultura, na rega de áreas ajardinadas e florestas mas, no caso de cultura de vegetais que irão ser consumidos crus ou se for utilizada rega por aspersão, é recomendável proceder a desinfecção ou armazenamento dos efluentes por algum tempo antes de aplicação (AEA, 1998).

Águas residuais tratadas podem ser utilizadas para usos secundários em indústrias, tal como arrefecimento, sem outro tratamento além de desinfecção e dosagem de algicida (AEA, 1998).

Em algumas áreas com carência de água são usados sistemas duplos (sistema dual) de abastecimento em edifícios de habitação ou públicos, que consistem em ter um sistema de tubagens separado para o autoclismo para além do sistema normal de água potável para todos os outros usos. É possível utilizar assim efluente tratado na sanita se forem tomadas precauções adequadas para evitar trocas e interligações entre tubagens de sistemas diferentes, como sejam usar códigos de cor par as tubagens ou coloração do efluente tratado, e que o efluente seja desinfectado e doseado com algicida (AEA, 1998).

Se outros usos forem considerados, tais como certos processos industriais ou consumo humano, será necessário proceder a tratamento adicional tal como é feito para qualquer outra origem primária de água para consumo. O efluente tem geralmente qualidade inferior à de águas de origens naturais pelo que o seu tratamento pode ser consideravelmente dispendioso e assim esta solução é pouco utilizada (AEA, 1998)

Definição do grau de tratamento de um efluente

Estação de medição da toxicidade final da água.

O tratamento das águas residuais é efetuado para evitar condições inaceitáveis tais como (AEA):

Riscos para a saúde pública.
Poluição dos recursos hídricos para os quais são descarregados efluentes - rede hidrográfica, lagos e o mar - até ao ponto em que danificam a flora e fauna aquática ou em que limitam as atividades econômicas, sociais e de recreio normais como consequência de contaminação ou desoxigenação.
Poluição do ambiente em geral, sob a forma de odores desagradáveis ou paisagem e contaminação das águas subterrâneas.

Parâmetros de Controle:

Exigências de qualidade da água no rio.
Limites de emissão à saída da ETAR.
Limites de emissão à entrada da ETAR.
Exigências quanto às descargas nos coletores.
Limites de emissão em cada uma das correntes (líquida e sólida).
Limites exigidos à unidades industriais.

Existem substâncias que, embora não entrem na qualidade exigida no meio receptor, têm importância no tratamento.

Os metais pesados deverão ser controlados no meio receptor (parâmetros de saída)e nas lamas (especialmente se estas são para utilização na agricultura).

Existem substâncias que não podem ser feitos balanços de massa devido à sua bioacumulação e persistência. As suas emissões devem ser tendencialmente zero (por exemplo: mercúrio [Hg] e cádmio [Cd]).

Controle da poluição dos meios hídricos receptores

É errado controlarmos a poluição hídrica por controle das descargas. Deve-se fazer através dos usos do meio hídrico.

É a partir da qualidade do meio hídrico desejada que se determinam as condições de descarga (balanço de massas).

As normas de descarga devem ser consideradas como o esforço mínimo de tratamento de água. As condições de tratamento são feitas pela situação mais desfavorável do ano (período de estiagem). Dificilmente os resíduos satisfazem as condições do meio hídrico.

Exigências à entrada da estação de tratamento

Efluente.

Parâmetros de Controle da Qualidade Final do Efluente :

Se a estação tiver um determinado rendimento (capacidade de depuração) na remoção de um determinado parâmetro. Esta não pode ter à entrada um valor superior a determinado valor para esse parâmetro.
Conjunto de parâmetros que têm a ver com o funcionamento a ETAR (tratamento biológico).
Conjunto de parâmetros que não há possibilidade de reduzir mas repartir (fase líquida-fase sólida). Caso dos metais pesados.

Os sistemas de tratamento de águas residuais podem dividir-se em dois grupos :

Sistemas intensivos ou convencionais: são sistemas que através de apreciáveis consumos energéticos (equipamentos eletromecânicos), utilizam pequenas áreas de implantação por habitante equivalente (por exemplo: lamas ativadas e leitos percoladores).
Sistemas extensivos ou naturais: Baseiam-se em processos naturais, com pequeno ou nenhum recurso a consumos energéticos e que ocupam áreas superiores de implantação por habitante equivalente (por exemplo: lagoas, fito-ETAR's e sistemas de tratamento pelo solo).

A seleção do sistema de tratamento de águas residuais deve atender a diversos fatores, nomeadamente:

Qualidade do afluente bruto;
Qualidade pretendida do efluente final;
Custos do investimento;
Custos de exploração;
Custos de transporte (sistemas de drenagem e bombagem de águas residuais).

O tratamento de águas residuais é tanto mais econômico, quanto maior for o número de habitantes equivalentes a tratar num só local, minorando os custos de investimento e exploração per capita. Neste caso, os sistemas intensivos apresentam-se como vantajosos.

Os custos per capita associados à concentração dos efluentes (custos de transporte) num só local, aumentam com a dispersão geográfica dos aglomerados populacionais e relevo acentuado.

A utilização dos sistemas de tratamento de águas residuais intensivos versus extensivos passa pela análise dos fatores anteriormente referidos por forma a minimizar os custos, mantendo a qualidade final do efluente.

Face ao exposto, para pequenos aglomerados populacionais caracterizados por dispersão geográfica, como é o caso do interior do Algarve, a utilização de sistemas extensivos torna-se vantajosa face aos outros.

Bibliografia

Agência Europeia de Ambiente (1998), sistemas de Águas Residuais Urbanas - Um Guia Para Não especialistas}.