Sistema de Tratamento de Agua e Esgoto

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Almeida Meque Gomundanhe1

Sistemas de Tratamento de Água e Esgoto

2015

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Mestrado em Educação/Ensino de Química. Docente no Departamento de Ciências Naturais e Matemática, no curso de Química, na Universidade Pedagógica-Niassa. Email: [email protected]

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ÍNDICE Introdução ................................................................................................................................. 3 1. O meio aquático .................................................................................................................... 4 1.1. A água e sua ocorrência ....................................................................................................... 4 1.2. Características da água ........................................................................................................ 4 1.3. Ciclo hidrológico ................................................................................................................. 4 1.4. Uso da água ......................................................................................................................... 5 1.5. A qualidade da água: parâmetros indicadores ..................................................................... 6 1.6. Componentes do sistema de abastecimento de água ........................................................... 7 2. Poluição da água ................................................................................................................... 8 2.1. Principais poluentes da água................................................................................................ 8 2.2. A autodepuração da água..................................................................................................... 8 3. Sistema de tratamento de água ........................................................................................... 9 3.1. Objectivos de tratamento de água ........................................................................................ 9 3.2. Reuso da água .................................................................................................................... 10 3.3. Vantagens de reuso da água............................................................................................... 11 4. Sistema de tratamento do esgoto ....................................................................................... 11 4.1. Características do esgoto ................................................................................................... 11 4.2. Componentes do sistema de esgoto sanitário .................................................................... 12 4.3. Processos de tratamento de esgoto .................................................................................... 13 4.4. Tipos de sistemas de tratamento do esgoto ....................................................................... 13 5. Conclusão ............................................................................................................................ 15 Referências bibliográficas ...................................................................................................... 16

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Introdução A água é um recurso natural muito importante para o homem, pois sem ela não seria possível a sobrevivência do mesmo na face da terra. E todos os dias, esse líquido tem-se mostrado menos acessível ao homem. Mas mesmo assim, diariamente o homem tem lançado para o corpo de água quantidades enormes de poluentes, tornando-a imprópria ao consumo humano e dos outros animais. Por isso, ciente disso, o homem tem-se empenhado no processo de tratamento deste líquido precioso, recorrendo vários processos, nomeadamente físico, químico e biológico. A água tratada através dos processos físicos, químicos e biológicos ainda não é considerada própria ao consumo humano, mas a mesma pode ser usada para outros fins (ex.: irrigação de plantas, lavagem de carros, etc), poupando o consumo da mesma. Daí que, o presente ensaio objectiva analisar os processos e sistemas de tratamento de água e esgoto. Este ensaio é constituído por quatro pontos, designadamente: 1. O meio aquático, 2. Poluição da água 3. Sistema de tratamento de água 4. Sistema de tratamento do esgoto. 1. O meio aquático: trata da água, ciclo hidrológico, uso da água e poluição da e tratamento da água e o seu abastecimento. 2. Poluição da água: poluentes da água e a sua autodepuração. 3. Sistema de tratamento de água: trata de fases de tratamento de água e componentes de sistema de tratamento de água e a necessidade do seu reuso. 4. Sistema de tratamento do esgoto: trata de processos de tratamento de esgoto e componentes de sistema de esgoto e tipos de sistema de esgotos.

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1. O meio aquático 1.1. A água e sua ocorrência Na natureza as substâncias podem ser encontradas em três estados físicos, nomeadamente sólido, líquido e gasoso. A água é uma das substâncias que se encontra sobretudo no estado líquido e ocupa aproximadamente 70% da superfície planetária. Ela pode ser encontrada por exemplo, nos oceanos, no solo, lagoas, rios, pântanos, na atmosfera, nos organismos, etc. Entretanto, no planeta, a água não se encontra distribuída de igual forma em termos percentuais. Da percentagem total da água disponível no planeta, 96,5% encontra-se nos oceanos e a restante percentagem encontra-se distribuída noutras partes do planeta. De salientar que, a percentagem da água doce disponível é correspondente a 0,055. Isto significa que as população mundial, disputa uma parte insignificativa da água doce.

1.2. Características da água A água pode ser caracterizada sob o ponto de vista físico, químico e biológico.  Físico: ela é uma substância líquida nas condições normais de temperatura e pressão, possui uma densidade relativamente elevada, é menos densa no estado sólido e possui um calor específico bastante elevado.  Químico: é solvente, seu pH é 7 (25ºC) e o mesmo pH varia entre 0 e 7 (meio ácido) e 7 e 14 (meio básico).  Biológico: na água pode conter organismos como vírus, bactérias, fungos, algas, macrófitas, protozoários, rotíferos, crustáceos, insectos aquáticos, vermes, moluscos, peixes, anfíbios, repteis, aves e mamíferos.

1.3. Ciclo hidrológico A recuperação natural da água é feita através de um processo que chama ciclo hidrológico. Este ciclo é caracterizado por três etapas, a saber: armazenamento temporário de água, transporte e mudança de estado. Estas etapas decorrem na atmosfera e na terra. Portanto, para a ocorrência destas etapas deve-se verificar:  As precipitações atmosféricas sob a forma de chuva, granizo, neve e orvalho;  Escoamentos subterrâneos por processo de infiltração (água subterrânea);

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 Escoamentos superficiais (torrente, rios e lagos);  Evapotranspiração.

1.4. Uso da água A água é uma substância muito importante e é universalmente usada para diversos fins. Estes fins estão relacionados com o abastecimento humano, abastecimento industrial, irrigação, geração de energia eléctrica, navegação, assimilação e transporte de poluentes, preservação da flora e fauna, recreação.  Abastecimento humano: o homem tem usado a água para tomar banho, lavar e cozinhar alimentos, lavar loiças, etc. 

Abastecimento industrial: na indústria a água pode ser usada para lavar a matériaprima e os insumos, como solventes e no resfriamento das máquinas.

 Irrigação: a água é usada para irrigar as culturas agrícolas. Entretanto, a quantidade usada depende do tipo de cultura.  Geração de energia eléctrica: a água é responsável por exemplo, na produção da corrente eléctrica nas barragens.  Navegação: a circulação das embarcações nos mares, rios, lagos é feita graças a existência neles, de água.  Assimilação e transporte de poluentes: a água constitui o meio importante para a dissolução e disseminação dos poluentes 

Preservação da flora e fauna: a água garante a dissolução de sais minerais, CO2 e a quantidade mínima de oxigénio.

 Recreação: a existência do meio aquático permite a prática da natação e da pesca esportiva.

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1.5. A qualidade da água: parâmetros indicadores Dependendo da qualidade que a água apresenta, ela pode ser considerada boa para o consumo humano ou não. O nível de qualidade deste líquido é determinado por parâmetros indicadores estabelecidos nacional ou internacionalmente. Esses parâmetros podem ser físicos, químicos e biológicos. Parâmetros físicos  Cor: a água não poder apresentar alguma cor (incolor). Caso contrário, ela é considerada sem qualidade.  Turbidez: a água não se pode apresentar turva.  Sabor e odor: a água não pode apresentar sabor nem cheiro. A água com estas características é imprópria ao consumo humano e consequentemente não tem qualidade. Parâmetros químicos (alguns)  Salinidade: a água que é usada para o consumo humano não pode conter sais (bicarbonatos, cloretos, sulfatos). A presença de sais na água é causada por esgotos domésticos.  Dureza: a água que possui qualidade deve fazer espuma com sabão. Esta dureza é causada por sais de cálcio, magnésio, etc.  Alcanidade: a água é considerada própria ao consumo humano se apresentar um carácter neutro, isto é, pH = 7, mas acima deste valor passa a ser considerada alcalina e consequentemente imprópria ao consumo humano.  Corrosividade: a água própria ao consumo humano não pode apresentar o carácter corrosivo. Parâmetros biológicos  Algas: a água própria ao consumo humano não pode apresentar algas, pois estes provocam a turbidez, reduzem a quantidade de oxigénio na e atribuem sabor e cheiro desagradáveis a mesma.

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 Microrganismos patogénicos: a presença destes microrganismos na água periga a saúde pública.

1.6. Componentes do sistema de abastecimento de água Para a água chegar até ao consumo humano, ela deve ser canalizada através de instalações de equipamentos para esse efeito, constituindo um sistema de abastecimento. Este sistema é constituído por manancial, captação, adução, tratamento, reservatório de distribuição e rede de distribuição.  Manancial: corresponde ao local onde é retirada a água para o abastecimento. E o uso deste manancial depende da quantidade da água e da sua qualidade.  Captação: é usado o equipamento instalado para se retirar a água do local (manancial) onde ela se encontra.  Adução: corresponde de conjunto de tubos (sem desvios) que faz a ligação desde a captação até ao tratamento ou deste até ao reservatório de distribuição. E para efeitos de poupança de energia, faz-se a adução por gravidade.  Tratamento: consiste na remoção de impurezas existentes na água e na eliminação de microrganismos patogénicos.  Reservatório de distribuição: armazena a água para se garantir a satisfação do consumo humano nos momentos de carência da mesma.  Rede de distribuição: consiste no encaminhamento da água às residências, indústrias, escolas, hospitais, etc. Portanto, a garantia permanente da qualidade da água depende:  Da compatibilidade do manancial com os processos de tratamento disponíveis;  Da estabilidade dos parâmetros indicadores por longo tempo;  Da compatibilidade do sistema concebido com o número de consumidores. Para tal, ministério da saúde deve fazer a inspecção periódica do sistema de abastecimento e também deve-se fazer análise deste líquido. Essas acções devem ser desenvolvidas a partir da fonte (manancial) onde se retira a égua até ao consumidor.

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2. Poluição da água As actividades desenvolvidas pelo homem e indústrias têm causado vários problemas ambientais. Estes problemas estão relacionados com poluição da água tornando-a imprópria para ao consumo humano, para de irrigação das plantas, lavar loiças, roupas, tomar banho, sobrevivência das espécies que se encontram nos mares, rios, lagos, lagoas e também imprópria para a natação, etc.

2.1. Principais poluentes da água Os principais poluentes da água são: matéria orgânica, detergentes sintéticos, pesticidas, combustíveis (petróleo), metais, fertilizantes, microrganismos patogénicos (bactérias, vírus, protozoários), sólidos em suspensão, calor e radioactividades.

2.2. A autodepuração da água Após a água ser poluída, ela própria desenvolve naturalmente processos que lhe permite “salvar” através da eliminação das impurezas contidas nela. Este processo de “salvamento” (recuperação) natural dá-se o nome de autodepuração. O mesmo ocorre em duas etapas, nomeadamente a decomposição e recuperação do oxigénio dissolvido ou reaeração.  Decomposição: a matéria orgânica é decomposta através da acção dos microrganismos aeróbios (decompositores). E para que esta acção seja efectiva é necessário que se dissolva uma quantidade necessária de oxigénio (DBO) na água para que os microrganismos aeróbios o respirem.  Recuperação do oxigénio dissolvido ou reaeração: a recuperação deste gás é feita a partir da atmosfera e do processo fotossintético. Mas há vezes em que a quantidade da matéria orgânica despejada para o meio aquático tem sido elevada em relação ao oxigénio dissolvido, causando a carência ou eliminação do oxigénio. Neste caso, a acção dos microrganismos aeróbios cessa dando lugar a acção dos microrganismos anaeróbios originando desta modo metano, gás sulfídrico e outros (decomposição incompleta).

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De salientar que a autodepuração decorre em cinco zonas, designadamente: zona de águas limpas, de degradação, de decomposição activa, de recuperação e de “águas limpas”.  Zona de águas limpas: é a zona que apresenta maior concentração de oxigénio (sem poluição).  Zona de degradação: aqui começa a registar-se a diluição da concentração de oxigénio (ponto do lançamento do esgoto).  Zona de decomposição activa: aqui regista-se o decréscimo da concentração de oxigénio até ao valor mínimo e também regista-se a diminuição ou a morte de microrganismos aeróbios.  Zona de recuperação: regista-se o aumento das algas que contribuem grandemente na reoxigenação da água e consequentemente na sua qualidade.  “Zona de águas limpas”: há aumento da quantidade de microrganismos aeróbios devido ao aumento da concentração do gás oxigénio e DBO. Regista-se o aumento de outros seres vivos (ex.: peixes) Mas isso não significa que a água retoma as características iniciais.

3. Sistema de tratamento de água 3.1. Objectivos de tratamento de água A água que vem do manancial, geralmente carrega consigo uma certa quantidade de impurezas que podem perigar a saúde humana. Para fazermos face a esse problema devemos submeter a água a um tratamento que visa:  Eliminar os microrganismos e substâncias tóxicas existentes na água;  Reduzir o teor de compostos orgânicos existentes na água;  Corrigir o problema relacionado com a turbidez, cor, sabor e odor existentes na água;  Reduzir o nível de corrosibilidade, dureza, etc. da água.

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E para a concretização destes objectivos, ela é submetida aos seguintes processos de tratamento: sedimentação ou decantação, coagulação/floculação, filtração, desinfecção, fluoretação, etc.  Sedimentação ou decantação: consiste na deposição por força de gravidade, da matéria no fundo do reservatório de água. Só se deposita para o fundo do reservatório, matéria grande ou pesada.  Coagulação/floculação: é aplicada esta técnica, a matéria que não foi sedimentada. Neste caso, a água é submetida ao tratamento químico, usando coagulantes (sulfato de alumínio ou sulfato ferroso) que visam unir as partículas. A união destas partículas, origina aglomerado de material sólido (flóculos) que depois são removidos por decantação ou filtração.  Filtração: esta técnica é usada para retirar as partículas que ainda permanecem em suspensão. A retirada dessas partículas é feita através do uso filtros como por exemplo, a areia, antracito, diatomita etc. Estes filtros devem apresentar granulometria fina que não permita o escoamento de bactérias, vírus etc.  Desinfecção: consiste na aplicação de substâncias químicas (compostos de cloro) para a eliminação de organismos patogénicos.  Fluoretação: visa evitar através da introdução na água de compostos de flúor, o problema de saúde pública relacionado com a cárie dentária.

3.2. Reuso da água O homem tem recorrido a água para satisfazer as suas necessidades. Depois do seu uso, ele não tem tipo a capacidade de reusa-la por falta do domínio de tecnologias. Mas há necessidade de adoptar o homem de tecnologias capazes de lhe permitir reusar a água, pois esta está cada vez mais escasseando. O reuso de água depende do nível do tratamento da mesma para a redução da carga de poluentes, nomeadamente os microrganismos, metais, etc. Por exemplo, podemos usar esgotos tratados para efeitos de irrigação de plantas, campos de futebol, reserva de protecção contra incêndios, sistemas decorativos aquáticos, descarga sanitária em banheiros públicos, lavagem de viaturas, etc.

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3.3. Vantagens de reuso da água O reuso de água aumenta a produção de alimentos e aumentando consequentemente o nível de vida da população, sobretudo naquelas regiões onde há carência de chuvas, evita que os esgotos sejam descarregados nos rios, lagos, mares; protege os recursos subterrâneos contra a intrusão salina, fertiliza os solos através da acumulação de húmus

4. Sistema de tratamento do esgoto O esgoto pode ser definido como sendo um conjunto de despejos que podem ser domésticos, industriais e águas de lençol freático.  Os despejos domésticos são conduzidos pela água, excrementos humanos e água de lavagem.  Os despejos industriais geralmente são compostos por ácidos, óleos, graxas e materiais animais e vegetais descarregados pelas fábricas.  As águas de lençol freático são constituídas por águas superficiais e atmosféricas que entram no sistema de esgoto. Assim, existem três tipos de esgotos a saber: esgotos sanitários, esgotos pluviais e esgotos combinados.  Esgotos sanitários: os despejos têm origem nas residências e indústrias.  Esgotos pluviais: os despejos são constituídos por águas superficiais e das chuvas.  Esgotos combinados: são constituídos por esgotos sanitários e pluviais.

4.1. Características do esgoto A água de esgoto pode ser caracterizada sob o ponto de vista físico, químico e biológico.  Físico: o esgoto é constituído por sólidos suspensos, tonalidade acinzentada, cheiro desagradável, apresenta uma temperatura superior em relação à água de abastecimento.  Químico: o esgoto é constituído por substâncias inorgânicas e orgânicas.

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Biológico: o esgoto é constituído microrganismos como fungos, protozoários, algas, bactérias e vírus.

4.2. Componentes do sistema de esgoto sanitário O sistema de esgoto é constituído por colectores e interceptores. Colectores são tubulações que conduzem os esgotos. Já os interceptores são tubulações de grande porte que impedem o contacto de esgotos com o curso de água, lagos, praias, etc, evitando as descargas directas. Os colectores são subdivididos em colector predial, colector de esgoto ou colector secundário e colector tronco.  Colector predial: conduzem esgotos sanitários dos edifícios.  Colector de esgoto ou colector secundário: permite a recepção dos esgotos provenientes dos colectores prediais através de tubulações de diâmetro menor.  Colector tronco: caracterizado por tubulações de tamanho maior (principal) que recebe os efluentes de vários colectores e depois esses efluentes são conduzidos a um interceptores e emissário. Os interceptores são constituídos por emissário, estações elevatórias, sifões invertidos, órgãos complementares, estações de tratamento de esgotos (ETEs) e obras de lançamento final  Emissário: visa afastar os efluentes da rede e depois lança-los (descarga) sem adição dos outros ao longo de caminho (condução final de esgoto sanitário).  Estações elevatórias (instalações electromecânicas): visam elevar os esgotos sanitários através da elevação das canalizações.  Sifões invertidos (canalizações rebaixadas): permitem à travessia de canais, obstáculos etc.  Órgãos complementares: são constituídos por poços de visita, tanques flexíveis, etc. Poços de visita garantem a inspecção do funcionamento do sistema e a introdução de equipamento de limpeza. E também são elementos de junção de colectores, mudança de inclinação, etc.

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 Estações de tratamento de esgotos (ETEs): consiste em evitar que se lance para os rios, lagos, mares, uma quantidade enorme de poluentes existentes nos esgotos sanitários.  Obras de lançamento final: visam lançar para o corpo de água receptor uma quantidade muito reduzida de poluentes existentes no esgoto sanitário.

4.3. Processos de tratamento de esgoto Os processos de tratamento de esgoto são: tratamento preliminar, tratamento primário, tratamento secundário, terciário e tratamento avançado.  Tratamento preliminar: consiste na retirada de sólidos de tamanho maior (grosso), gorduras e areia. Aqui ocorre processo físico.  Tratamento primário: consiste em retirar a matéria em suspensão (sedimentável) por técnicas de decantação, flotação. A matéria que se sedimenta, forma um lodo primário.  Tratamento secundário (biológico): tem por objectivo decompor a matéria orgânica e reduzir a demanda bioquímica de oxigénio. A decomposição da matéria orgânica é feita pelos microrganismos (bactérias, protozoários, fungos, etc).  Tratamento terciário: este corresponde a fase final e consiste em retirar os poluentes que tenham sobrado no tratamento secundário. Este tratamento é feito por via de floculação química, filtração, remoção dos fosfatos e cloração do efluente líquido. Mas antes do descarregamento final no corpo da água, o efluente final deve lhe ser retirado o cloro, pois este é prejudicial aos seres vivos que se encontram no meio aquático.

4.4. Tipos de sistemas de tratamento do esgoto Os sistemas de tratamento do esgoto podem ser classificados em aeróbios e anaeróbios.  Sistema aeróbio: este sistema funciona graças a presença de oxigénio. Os microrganismos que se encontram neste sistema necessitam de oxigénio para decompor a matéria orgânica que se encontra nos esgotos. Entretanto, este sistema exige gasto de energia para o seu funcionamento. Durante a decomposição da matéria orgânica, obtêm-se o gás carbónico (CO2) e água.

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 Sistema anaeróbio: este sistema funciona na ausência de oxigénio, isto é, os microrganismos que se encontra nele, são anaeróbio. A matéria orgânica que se encontra neste sistema deve ser biodegradável. Neste sistema verifica-se a combustão incompleta da matéria orgânica, daí que se produz por exemplo, o gás metano (CH4). Portanto, a estação de tratamento de esgotos (ETEs) deve funcionar com os dois sistemas acompanhados por outros processos, nomeadamente físicos e químicos.

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5. Conclusão Os sistemas de tratamento de água e esgoto desempenham um papel muito importante para o ambiente, pois reduzem significativamente a quantidade de poluentes existentes na água e nos esgotos, respectivamente. E com a reduzir da quantidade desses poluentes diminuem-se os diversos problemas relacionados com a saúde pública, poluição das águas dos rios, lagos, mares e poluição dos lençóis freáticos. Os processos envolvidos no tratamento de água e esgoto são físicos, químicos e biológicos. Os processos físicos consistem na separação dos materiais existentes na água e no esgoto. Os químicos consistem na aplicação de substâncias químicas para a eliminação dos microrganismos. E já os processos biológicos consistem no uso de microrganismos na decomposição da matéria orgânica. Esta decomposição pode ser feita na presença ou ausência de oxigénio. Entretanto, esses todos processos devem funcionar duma forma integrada para que no final do processo de tratamento tenha a garantia de que houve uma redução significativa dos poluentes existentes tanto na agua como no esgoto.

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Referências bibliográficas BRANCO, Samuel Murgel. (1972). Poluição. Rio de Janeiro: Ao Livro Tecnico S.A. BRAGA, Benedito et al. (2005). Introdução à Engenharia Ambiental. 2ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall. ENGENHARIAS E PROJECTOS. Manual de Saneamento. Monte Santo de Minas –MGCEP. GARCEZ, Lucas Nogueira; ALVAREZ, Guillermo Acosta. (1988). Hidrologia. 2ª ed. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda. PELCZAR, Michael J.; CHAN, E.C.S; KRIEG, Noel R. Microbiologia: conceitos e aplicações. 2ª ed., v.2, São: Makron Books. SERVIÇO AUTÔNOMO MUNICIPAL DE ÁGUA E ESGOTO. Apostila de Estação de Tratamento de Agua e Esgoto. Caixas do Sul.