Aula 1 caracterização quantitativa esgoto

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Aulas de Tratamento de Águas Residuárias e Tratamento de Efluentes. Aulas não revisadas. Vários autores.

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Aula 1 caracterização quantitativa esgoto

  1. 1. TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Aula 1 – Água, poluição, saneamento ambiental e caracterização quantitativa dos esgotos
  2. 2. Gestão do meio ambiente e saneamento ambiental A questão ambiental vem merecendo, a cada dia, maior interesse das nações, em todo o Planeta. Isto porque, o desenvolvimento do mundo moderno evidencia que os recursos naturais não estão sendo suficientes para atender a demanda do sistema econômico e também, por outro lado, o meio ambiente tem se mostrado limitado para absorver os resíduos e rejeitos gerados.
  3. 3. Crescimento populacional 1900 - De cada dez pessoas, apenas uma morava em área urbana. 2030 – De cada dez pessoas, seis viverão nas cidades 2030 2005 1900 Urbana Rural Rural Urbana Rural 13% 87% Urbana 40% 49% 51% 60%
  4. 4. Demanda de produção e consumo  Necessidades hídricas no setor produtivo industrial.
  5. 5. Demanda de produção e consumo  Necessidades hídricas no setor produtivo industrial.
  6. 6. Recursos hídricos Distribuição da água no planeta seliganageografia.blogspot.com  Ciclo do uso da água
  7. 7. Uso múltiplos da água AWAG – Arkansas Watershed Advisory Group
  8. 8. Fontes de poluição das águas Os corpos d’água são os maiores receptores de uma extensa gama de resíduos produzidos pelo homem. Tais resíduos podem ser conduzidos diretamente pelo lançamento de esgotos domésticos ou industriais ou ainda ser carreados ao longo da superfície pelas águas de chuva. saa-ambiente.agrinov.wikispaces.net
  9. 9. Fontes de poluição das águas  A forma através da qual os poluentes atingem um corpo aquático pode ser pontual ou difusa. A poluição pontual ocorre quando os poluentes são lançados no corpo aquático de forma concentrada, como no caso de tubulações que despejam esgotos domésticos ou industriais. oestudantesustentavel.blogspot.com
  10. 10. A poluição difusa ocorre quando os poluentes atingem o corpo receptor ao longo de uma certa extensão, como no caso da poluição associada à drenagem de águas pluviais e aos escoamentos provenientes de campos As fontes de poluição agrícolas pontuais são de mais fácil controle que as difusas. portalsaofrancisco.com.br Fontes de poluição das águas
  11. 11. Saneamento ambiental O saneamento ambiental (acesso a água, afastamento de esgotos e coleta de lixo) ainda não foi universalizado, apesar do aumento recente dos investimentos. Municípios - Com algum serviço de saneamento básico Brasil Rede geral de Distribuição de água Rede coletora de esgoto Manejo de resíduos sólidos Manejo de águas pluviais 5564 Municípios 5 531 3 069 5 562 5 256 PNSB, 2008 - IBGE
  12. 12. Saneamento Ambienta - Esgotamento Sanitário
  13. 13. Saneamento O lançamento indiscriminado de esgotos domésticos no estado bruto ou sem tratamento adequado nos corpos d’água contribui para a transmissão de doenças relacionadas com a água. No Brasil e em outros países em desenvolvimento, a falta de saneamento está sempre relacionada com a pobreza, sendo a população de baixa renda a mais afetada pela falta de água tratada e condições apropriadas de saneamento. A implantação de sistemas de saneamento, nesse caso, significaria interferir no ambiente de maneira a interromper o ciclo de transmissão da doença, melhorando a qualidade de vida da população.
  14. 14. Tipos de poluentes e seus principais efeitos Poluente Maiores fontes Efeitos Sólidos em Suspensão Esgoto doméstico, esgoto Problemas estéticos, aumento da turbidez, industrial, águas pluviais. deposição de lodo no fundo do corpo aquático, adsorção de poluentes, proteção de organismos patogênicos. Matéria orgânica Biodegradável Esgoto doméstico, escoamento superficial (carreando resíduos de agricultura e pecuária), alguns efluentes de agroindústrias etc. Consumo do oxigênio presente na água; prejuízo da flora e da fauna; a decomposição anaeróbia que se inicia causa a produção de gases mal-cheirosos e ausência de vida aquática. Nutrientes Esgoto doméstico, incluindo fosfatos presentes em detergentes, resíduos de agricultura e pecuária, especialmente nitratos usados como fertilizantes. Florescimento de algas (eutrofização dos cursos d’água), alta produção e morte de vegetação, depleção de oxigênio, contaminação da água subterrânea (nitrato).
  15. 15. Tipos de poluentes e seus principais efeitos Poluente Maiores fontes Efeitos Ácidos Chuva ácida, águas drenadas Acidificação das águas naturais, queda de mineração. aguda das espécies, morte de peixes, aumento do nível de metais tóxicos na água (ex. alumínio). Metais pesados Mineração, indústrias, emissão Bio-aumento de metais tóxicos em cada de chumbo pelos estágio sucessivo da cadeia alimentar, com escapamentos de veículos. ameaça aos consumidores, inclusive humanos; redução da capacidade de autodepuração das águas; contaminação da água subterrânea. Sólidos inorgânicos Dissolvidos Esgotos industriais Contribuição para a salinidade da água, comprometendo alguns de seus usos.
  16. 16. Tipos de poluentes e seus principais efeitos Poluente Maiores fontes Efeitos Óleos e matérias flutuantes (sólidos) Extração de petróleo; vazamentos de tanques de óleo, disposição de resíduos, esgoto doméstico e industrial, drenagem pluvial. Contaminação do ambiente aquático, aumento da turbidez, formação de escuma, morte de pássaros e mamíferos etc. Organoclorados Aplicação direta, resíduos de Bio-aumento; risco para carnívoros, agricultura, esgoto doméstico, com efeitos na saúde humana. incineração, disposição de resíduos em aterros. Microrganismos Patogênicos Esgotos domésticos, esgotos Transmissão de doenças infecciosas. hospitalares, águas pluviais. Sais Causa natural, efluente de Alterações na tensão osmótica e na dessalinizadores, outras condutividade elétrica, prejuízo a contribuições. certos usos da água.
  17. 17. Tipos de poluentes e seus principais efeitos Poluente Maiores fontes Efeitos Detergentes Esgotos domésticos industriais. e Redução na tensão superficial, sabor, formação de espuma e toxicidade. Radiação 80% de fontes naturais, Lesão de tecidos em vários graus e risco de 20% de testes de armas morte dependendo da exposição. nucleares, radiografias médicas, energia nuclear, indústrias etc. Despejos Aquecidos Água de resfriamento das Redução da concentração de gases indústrias, principalmente dissolvidos, inclusive oxigênio; aumento da geradoras de energia. atividade química e biológica; migração ou morte de peixes por sufocação; interrupção no ciclo reprodutivo de peixes e outros organismos aquáticos.
  18. 18. Impurezas encontradas na água   Os diversos componentes presentes na água, e que alteram seu grau de pureza, podem ser tratados sinteticamente através de suas características, a saber: Características físicas: Sólidos presentes na água. Eles podem estar em suspensão - sólidos não filtráveis (sólidos de maiores dimensões – maiores que 10-3mm. Exemplo: areia, pedaços de folhas, etc.), na forma coloidal - de difícil identificação (sólidos de dimensão entre 10-6 mm e 10-3mm) , ou dissolvidos - sólidos filtráveis (sólidos de menores dimensões entre 10-9mm e 10-6mm) , dependendo do seu tamanho.
  19. 19. http://dc129.4shared.com/doc/8E3aXa9k/preview.html Classificação dos sólidos por tamanho
  20. 20. Impurezas encontradas na água  Características biológicas: Seres vivos ou mortos. Na avaliação da qualidade da água, os microorganismos assumem o papel de maior importância, devido a sua grande predominância em determinados ambientes e também porque são esses organismos microscópios (bactérias, algas, protozoários, etc.) que promovem a auto depuração dos despejos. Os microorganismos da água são especialmente importantes porque estão associados a doenças.
  21. 21. Impurezas encontradas na água  Características químicas: As impurezas podem ser matéria orgânica ou inorgânica. As substancias orgânicas presentes na água são representadas em analise laboratorial como sólidos voláteis. As inorgânicas relacionam-se aos sólidos fixos.
  22. 22. Impurezas encontradas na água
  23. 23. Consequências ambientais Entre as consequências ambientais, destacam-se as alterações físicas, químicas e biológicas da água, como resumido a seguir: • alterações das características físicas: cor, turbidez, deposição de materiais no leito dos corpos d’água, temperatura, viscosidade, tensão superficial; • alterações das características químicas: compostos tóxicos, pesticidas, detergentes, salinização, substâncias radioativas, pH, excesso de nutrientes (eutrofização), consumo de oxigênio; • alterações das características biológicas: presença de microrganismos patogênicos, vegetação, larvas de inseto.
  24. 24. Conceitos básicos O que é esgoto? E todo despejo proveniente dos diversos usos da água, tais como as de uso domestico, contendo matéria fecal e águas servidas, industrial, de utilidade publica, de áreas agrícolas, de superfície, de infiltração, pluviais e outros efluentes sanitários. Outra denominação: águas residuárias. 
  25. 25. Classificação dos esgotos  • • • Os esgotos que chegam as Estações de Tratamento de Esgotos são basicamente originados de três fontes distintas: Esgotos domésticos; Águas de infiltração; Efluentes não domésticos - os esgotos não domésticos deverão passar por pré-tratamentos e/ou tratamentos específicos antes de serem lançados no sistema coletor publico ou no corpo receptor.
  26. 26. Classificação dos esgotos   Esgotos Domésticos: Provem principalmente das residências, edificações comerciais, instituições ou quaisquer edificações que contenham instalações de banheiro, lavanderias, cozinhas ou qualquer dispositivo de utilização de água para fins domésticos. Esgotos Não Domésticos: Provem principalmente de industrias – esgotos industriais, de hospitais, laboratórios, unidades de saúde, lavanderias, lava jatos, oficinas mecânicas. Esses esgotos possuem características próprias em função da atividade e do processo industrial empregados.
  27. 27. Classificação dos esgotos  Águas de infiltração: parcela de contribuição dos esgotos que provem das águas do subsolo, que penetra nas canalizações de esgotos através das juntas, poços de visita e defeitos nas estruturas do sistema.
  28. 28. Características do esgoto - físicas Características físicas Teor de sólidos: Os esgotos domésticos apresentam em media 0,08% de matéria solida e 99,2% de água. A matéria solida total do esgoto pode ser definida como a matéria que permanece como resíduo apos evaporação a 103°C. Temperatura: ligeiramente superior a das águas de abastecimento; variação conforme as estações do ano, sendo mais estável que a temperatura do ar. Influencia na atividade microbiana, na solubilidade dos gases e na viscosidade do liquido; 
  29. 29. Características do esgoto - físicas Cor: Os componentes responsáveis pela cor são os sólidos dissolvidos. No esgoto fresco a cor e ligeiramente cinza, no esgoto séptico a cor e cinza escuro ou preto; Turbidez: Representa o grau de interferência com a passagem de luz através do liquido, conferindo uma aparência turva no mesmo. E causada por uma grande variedade de sólidos em suspensão. Esgotos mais frescos ou mais concentrados geralmente possuem maior turbidez.
  30. 30. Características do esgoto - físicas Odor: No esgoto fresco o odor e oleoso, relativamente desagradável, no esgoto séptico o odor e fétido, desagradável, devido ao gás sulfídrico e outros produtos da decomposição;
  31. 31. Características do esgoto - químicas Características químicas A origem dos esgotos permite classificar as características químicas em dois grandes grupos: a) da matéria orgânica; b) da matéria inorgânica  Cerca de 70% dos sólidos no esgoto são de origem orgânica. Geralmente, estes compostos orgânicos são uma combinação de carbono, hidrogênio, oxigênio, algumas vezes com nitrogênio. 
  32. 32. Características do esgoto - químicas  • • • • Os grupos de substancias orgânicas constituídos principalmente por: compostos de proteínas (40 a 60%); carboidratos (25 a 50%); gordura e óleos (10%); uréia, surfactante, fenóis, pesticidas, etc. são
  33. 33. Características do esgoto - químicas  A matéria inorgânica contida nos esgotos e formada, principalmente pela presença de areia e de substancias minerais dissolvidas. A areia e proveniente de água de lavagem de ruas e de águas do subsolo, que chegam as galerias de indevidamente ou se infiltram através das juntas das canalizações.
  34. 34. Características do esgoto - biológicas Características do esgoto biológicas Os principais organismos encontrados nos rios e nos esgotos são as bactérias, os fungos, os protozoários, os vírus, as algas e os grupos de plantas e de animais. As bactérias constituem talvez o elemento mais importante deste grupo de organismos, que são responsáveis pela decomposição e estabilização da matéria orgânica, tanto na natureza como nas unidades de tratamento biológico. 
  35. 35. Características do esgoto - biológicas Ha vários organismos cuja presença num corpo d'água indica uma forma qualquer de poluição. As bactérias coliformes são típicas do intestino do homem e de outros animais de sangue quente (mamíferos em geral) e, justamente por estarem sempre presentes no excremento humano (100 a 400 bilhões de coliformes/habitante x dia) e serem de simples determinação, são adotadas como referencia para indicar a grandeza da contaminação.
  36. 36. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A quantidade dos esgotos sanitários depende de alguns fatores, como a quantidade de água fornecida ou consumida pela população, a quantidade de águas de chuva que se junta ao esgoto, a quantidade de água infiltrada na rede de esgotos etc.  Vazão doméstica A vazão domestica de esgotos é calculada com base na vazão de água da respectiva localidade. A vazão é usualmente calculada em função da população de projeto e de um valor atribuído para o consumo médio diário de água de um indivíduo, denominado Quota Per Capita (QPC).
  37. 37. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários O consumo individual de água de 3,9 m3/mês (130 litros/dia) gera-se 2,7 a 3,1 m3/mês de esgoto. Produção de esgotos por atividade e usuário QPC Quota per capta
  38. 38. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A quantidade de esgoto gerado a partir de 1m3 de água consumida é calculada usando o Coeficiente de Retorno. Tal coeficiente situa-se geralmente na faixa de 70- 80%, ou seja, para cada 1000 litros de água fornecida são lançados, aproximadamente, 700-800 litros de esgoto na rede de coleta ou em outros sistemas de tratamento/disposição final.
  39. 39. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A fração da água fornecida que adentra a rede de coleta na forma de esgoto (coeficiente de retorno) R: Vazão de esgoto/ vazão de água. Média em R=0,8. O cálculo da vazão doméstica média de esgoto é dado por: Qdméd = vazão doméstica média de esgotos (m3 /d ou l/s) QPC = quota per capta de água R = coeficiente de retorno esgoto/água Qdméd = _ Pop x QPC x R 1000 (m3 / d) Qdméd = _ Pop x QPC x R 86400 (l / s)
  40. 40. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A vazão de esgoto varia ao longo do dia, no decorrer da semana e do ano. Para descrever essas variações existem alguns parâmetros, cujos valores são determinados, entre outros, por: • Tipo de esgoto • Sistema de coleta • Condições climáticas • Tipo e material das canalizações • Concepção e quantidade de estações elevatórias
  41. 41. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A variação da vazão é caracterizada por três parâmetros: a variação máxima diária, a variação máxima horária e a variação mínima horária. A variação máxima diária (k1) é o resultado da divisão da vazão máxima diária registrada no período de um ano pela vazão média diária anual. Se não existem dados específicos para este valor, a Norma Brasileira NBR-9649 (ABNT, 1986) indica um valor de 1,2.
  42. 42. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A variação máxima horária (k2) é o resultado da divisão da vazão máxima horária pela vazão média horária registrada no mesmo dia. A variação mínima horária (k3) é o resultado da divisão da vazão mínima horária pela vazão média horária registrada no mesmo dia. Se não existem dados específicos para k2 e k3 a Norma Brasileira NBR-9649 (ABNT, 1986) indica valores de 1,5 e 0,5 respectivamente.
  43. 43. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários As variações de vazão podem ser mostradas num hidrograma, a variação máxima horária, por volta das 10 horas de manhã, é de (50,98/36,63) = 1,43 e a variação mínima horária, por volta das 3 horas da manhã, é de (21,35/36,63) = 0,60.
  44. 44. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários  Fórmulas para correlacionar os coeficientes de variação com a população, ou com a vazão média. (autores: Harmon (Qasim,1985) e Gifft (Fair et al,1973) ) Qmáx/Qméd 1 + (14/(4 + √P)) Qmin/Qméd - Autor Harmon 5P-0,16 0,2P0,16 Gifft P = População, em milhares A fórmula de Gifft é indicada para P< 200 (população < 200000hab
  45. 45. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários A vazão geralmente é medida com uma calha Parshall, mas existem também outros tipos de equipamentos para este fim, a serem montados dentro ou fora da tubulação. Vertedor triangular Calha Parshall
  46. 46. Caracterização quantitativa dos esgotos sanitários Vazão de infiltração Dependendo da execução da tubulação da rede de esgoto, água infiltra na rede, especialmente em partes porosas da tubulação, poços de inspeção e conexões. Esta água de infiltração pode ter uma vazão significante, especialmente se a maior parte da rede de coleta for construída usando materiais permeáveis e/ou se o nível do lençol freático estiver acima da rede coletora. A vazão de infiltração geralmente varia entre 0,05 l/s e 1,0 l/s por quilômetro de rede de esgoto construída, dependendo das condições. 
  47. 47. Quantificação das cargas poluidoras   Para a avaliação do impacto da poluição e da eficácia das medidas de controle, é necessária a quantificação das cargas poluidoras afluentes ao corpo d’água. Para tanto, são necessários levantamentos de campo na área em estudo, incluindo amostragem dos poluentes, análises de laboratórios, medições de razões e outros. Quando não possível a execução de todos esses itens, pode-se complementar com dados de literatura.
  48. 48. Quantificação das cargas poluidoras Levantamento sanitário de uma bacia hidrográfica Dados físicos da bacia: aspectos geológicos; precipitação pluviométrica e escoamento; variações climáticas; temperatura; evaporação etc. Informações sobre comportamento hidráulico dos corpos d’água: vazões máxima, média e mínima; volumes de reservatórios; velocidades de escoamento; profundidade etc. Uso e ocupação do solo: tipos densidades; perspectivas de crescimento; distritos industriais etc. 
  49. 49. Levantamento sanitário de uma bacia hidrográfica Caracterização sócio-economica: demografia; desenvolvimento econômico etc. • Usos múltiplos da água • Requisitos de qualidade para o corpo d’água • Localização, quantificação e tendências das principais fontes poluidoras • Diagnósticos da situação atual da qualidade da água: características físicas, químicas e biológicas
  50. 50. Quantificação das cargas poluidoras  A quantificação dos poluentes deve ser apresentada em termos de carga. A carga é expressa em termos de massa por unidade de tempo, podendo ser calculada por um dos seguintes métodos, dependendo do tipo de problema em análise, da origem do poluente e dos dados disponíveis.
  51. 51. Quantificação das cargas poluidoras Carga = Concentração x vazão Carga = Contribuição per capta X população Carga = Contribuição por unidade produzida (kg/uid.Prod) X Produção (Uniid. Prod) Carga = Contribuição por unidade de área (kg/km2. dia) x área (km2 )
  52. 52. Quantificação das cargas poluidoras  Esgoto domésticos e industriais Carga = Concentração x vazão Carga(kg/d) = ___concentração(g/m3 ) x vazão(m3/d)___ 1000 (g/kg) Obs: g/m3 = mg/l
  53. 53. Quantificação das cargas poluidoras  Esgoto domésticos Carga = Contribuição per capta X população Carga(kg/d) = _população (hab) x carga per capita vazão(g/hab.d)_ 1000 (g/kg)
  54. 54. Quantificação das cargas poluidoras  Drenagem superficial Carga (kg/d) = Contribuição por unidade de área (kg/km2. dia) x área (km2 )
  55. 55. Material consultado       Tratamento De Esgoto Sanitário - Roque Passos Piveli - São Paulo, 2007 Universidade De São Paulo Universidade De São Paulo Escola Politécnica Da Usp - Pece – Programa De Educação Continuada Ead – Ensino E Aprendizado À Distância Est-603a / St-10 Proteção Ao Meio Ambiente (Parte A) - São Paulo, 2010 Epusp/Pece Phd – 2538 Gerenciamento De Recursos Hídricos Política E Sistema Nacional De Gestão De Recursos Hídricos. O Papel Do Estado E Da Sociedade Civil Organizada. Braga B.P.F. Esgotamento Sanitário: Qualidade Da Água E Controle Da Poluição: Guia Do Profissional Em Treinamento: Nível 2 / Secretaria Nacional De Saneamento Ambiental (Org). – Salvador: Recesa, 2008. ABNT – NBR 12.209/1992: ―Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário
  56. 56. Material consultado    Saneamento De Goiás S/A Diretoria De Produção Operação De Estação De Tratamento De Esgoto - Gerencia De Desenvolvimento De Pessoal Manual De Operacao De Estacao De Tratamento De Esgoto - P-get / P-gte / E-gsh / Pr-gg / P/Sle INTRODUÇÃO A QUALIDADE DAS ÁGUAS E AO TRATAMENTO DE ESGOTO, VOLUME 1, MARCOS VON SPERLING 2ª EDIÇÃO AMPLIADA; 2ª 2006. Editora Ufmg (Publicação Do Desa) Fundação Estadual Do Meio Ambiente . F981o Orientações Básicas Para Operação De Estações De Tratamento De Esgoto / Fundação Estadual Do Meio Ambiente. —- Belo Horizonte: Feam, 2006.

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