CARACTERÍSTICAS DAS ÁGUAS RESIDUÁRIAS Prof. Dr. Francisco José Moreira Chaves Escola de Engenharia de Lorena – EEL/USP Adaptado de: Prof. Dr. Marcos von Sperling Universidade Federal de Minas Gerais, 2002 VAZÃO DE ESGOTOS Principais componentes • esgotos domésticos (incluindo residências, instituições e comércio); • águas de infiltração • despejos industriais (diversas origens e tipos de indústrias). VAZÃO DE ESGOTOS Consumo de Água Fator de influência Disponibilidade de água Clima Porte da comunidade Condições econômicas da comunidade Grau de industrialização Medição do consumo residencial Custo da água Pressão da água Comentário Em locais de escassez de água o consumo tende a ser menor Climas mais quentes induzem a um maior consumo Cidades maiores geralmente apresentam maior QPC Um melhor nível econômico associa-se a um maior consumo Localidades industrializadas apresentam maior consumo A presença de medição inibe um maior consumo Um custo mais elevado reduz o consumo Elevada pressão no sistema de distribuição induz a maiores gastos VAZÃO DE ESGOTOS Consumo de Água Faixas Típicas Porte da Comunidade Povoado rural Vila Pequena localidade Cidade média Cidade grande Faixa da população (hab.) < 5.000 5.000 – 10.000 10.000 – 50.000 50.000 – 250.000 > 250.000 Consumo per capita (QPC) (L/hab.d) 90 – 140 100 – 160 110 – 180 120 – 220 150 – 300 VAZÃO DE ESGOTOS Consumo de Água Médias Estaduais VAZÃO DE ESGOTOS Consumo de Água 45 municípios em Minas Gerais VAZÃO DE ESGOTOS Consumo de Água 45 municípios em Minas Gerais VAZÃO DE ESGOTOS Vazão média de esgotos VAZÃO DE ESGOTOS Vazões Máxima e Mínima Hidrograma típico VAZÃO DE ESGOTOS Vazões Máxima e Mínima Coeficientes de Variação • K1 = 1,2 (coeficiente do dia de maior consumo) • K2 = 1,5 (coeficiente da hora de maior consumo) • K3 = 0,5 (coeficiente da hora de menor consumo) Qmáx/Qméd 1 + (14/(4+P0,5)) 5P-0,16 População 1.000 10.000 100.000 1.000.000 3,8 3,0 2,0 1,4 Qmín/Qméd 0,2P0,16 Harmon Autor Harmon Gifft Gifft 5,0 3,4 2,3 - Referência Qasim (1985) Fair et al (1966) Qmín/Qméd Gifft 0,20 0,14 0,09 - Qmáx/Qméd VAZÃO DE ESGOTOS Vazões Máxima e Mínima Controle das variações – Tanques de equalização • Necessário em sistemas com baixo TDH • Menos importante em sistemas com elevado TDH VAZÃO DE ESGOTOS Vazão de Infiltração Vazão parasitária ≠ Vazão de infiltração Valores típicos de taxa de infiltração: Fonte: Crespo (1997) • NBR 9649: 0,05 a 1,00 L/s.km (4 a 86 m3/d.km) • Metcalf & Eddy: 0,01 a 1,0 m3/d.km por mm de diâmetro VAZÃO DE ESGOTOS Vazão de Infiltração Extensão de Rede Extensão per capita em 45 municípios de MG: VAZÃO DE ESGOTOS Vazão de Industrial Faixas de valores para algumas tipologias QUALIDADE DOS ESGOTOS PARÂMETROS DE QUALIDADE Esgotos domésticos contêm aproximadamente 99,9% de água 0,1% - sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos e microrganismos Tradução do caráter ou potencial poluidor do despejo Necessidade de tratamento dos esgotos Utilização de parâmetros indiretos QUALIDADE DOS ESGOTOS ESGOTOS DOMÉSTICOS PRINCIPAIS PARÂMETROS Sólidos Indicadores de matéria orgânica Nutrientes Indicadores de contaminação fecal Substâncias individuais (metais, fenóis, etc) QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: Classificação por tamanho e estado • Sólidos em suspensão • Sólidos dissolvidos Classificação pelas características químicas • Sólidos voláteis • Sólidos fixos Classificação pela sedimentabilidade • sólidos em suspensão sedimentáveis • sólidos em suspensão não sedimentáveis QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: CLASSIFICAÇÃO PELO TAMANHO QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: CLASSIFICAÇÃO PELO TAMANHO • Separação feita através de filtração • Membrana com porosidade entre 0,45 e 1,2 µm • Sólidos retidos – em suspensão (particulados) • Sólidos que passam – dissolvidos (solúveis) QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: CLASSIFICAÇÃO PELO TAMANHO APARELHO DE FILTRAÇÃO ESTUFA DE SECAGEM QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: CLASSIFICAÇÃO PELAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS • Sólidos submetidos a temperaturas de 500 °C • Fração orgânica oxidada (volatilizada) • Permanência da fração inerte (não oxidada) SÓLIDOS VOLÁTEIS (MATÉRIA ORGÂNICA) SÓLIDOS SÓLIDOS FIXOS (MATÉRIA INORGÂNICA) QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: CLASSIFICAÇÃO PELA SEDIMENTABILIDADE • Valor expresso em mL/L – Cone Imhoff SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS (30 min.) CONE IMHOFF (1 hora) QUALIDADE DOS ESGOTOS SÓLIDOS: DISTRIBUIÇÃO TÍPICA NO ESGOTO DOMÉSTICO BRUTO QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: • Mistura heterogênea de compostos orgânicos • Compostos de proteínas (40 % a 60 %) • Carboidratos (25 % a 50 %) • Gorduras e óleos (8 % a 12 %) • Uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas, metais e outros (menor quantidade) Causadora do principal problema de poluição nos corpos d’água QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: DISTRIBUIÇÃO NO ESGOTO BRUTO Classificação quanto à forma e tamanho • em suspensão (particulada) • dissolvida (solúvel) Classificação quanto à biodegradabilidade • inerte (não biodegradável) • biodegradável QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO Métodos indiretos: medição do consumo de oxigênio • • • Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) Demanda Última de Oxigênio (DBOu) Demanda Química de Oxigênio (DQO) Métodos diretos: medição do carbono orgânico total • Carbono Orgânico Total (COT) QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: • Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO); “Quantidade de oxigênio requerida para degradar/estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica” • Principal efeito ecológico da poluição orgânica; • Medição do potencial poluidor pelo consumo de oxigênio. QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: • Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO Matéria orgânica (COHNS) + O2 + bactérias ↓ CO2 + H2O + NH3 + NO3 + outros produtos finais + bactérias + energia QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: DBO5 • Medição do consumo de oxigênio em laboratório • Procedimento com 5 dias de duração • Teste efetuado à temperatura de 20°C – DBO520 Esgotos domésticos: DBO ~ 300 mg/L QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Método DBO5 Principais vantagens do método: • • • • • • • Indicação aproximada da fração biodegradável do despejo Indicação da taxa de degradação do despejo Indicação da taxa de consumo de oxigênio em função do tempo Quantidade de OD requerido para a estabilização Parâmetro de dimensionamento Legislação QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Método DBO5 Principais limitações do método: • Pode-se encontrar baixos valores de DBO5 • Substâncias tóxicas podem matar ou inibir a microbiota • Tempo de duração do procedimento de análise QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Método DBO última QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Demanda Química de Oxigênio (DQO) Quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos químicos, a matéria orgânica através de um oxidante forte em meio ácido e calor QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Método DQO Principais vantagens do método: • O teste gasta 2 a 3 horas para ser realizado • O resultado dá uma indicação do oxigênio requerido para a estabilização da matéria orgânica Principais limitações do método: • • • O teste pode superestimar o oxigênio consumido Compostos inorgânicos podem ser oxidados Não indica o consumo de OD associado à matéria orgânica biodegradável • Não fornece a taxa de conversão da matéria orgânica com tempo QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Relação entre DQO/DBO • Relação DQO/DBO5 baixa (< 2,5): - a fração biodegradável é elevada - indicação para tratamento biológico direto • Relação DQO/DBO intermediária (entre 2,5 e 3,5): - a fração biodegradável não é elevada - estudos de tratabilidade: viabilidade p/ tratamento biológico • Relação DQO/DBO elevada (> 3,5 - 4,0): - a fração inerte (não biodegradável) pode ser elevada - possível indicação para tratamento físico-químico prévio • Relação DQO/DBO elevada (>>> 4,0): - Efluentes Recalcitrantes (de difícil biodegradação) - Necessidade real de tratamento físico-químico prévio QUALIDADE DOS ESGOTOS MATÉRIA ORGÂNICA: Relação entre DQO/DBO QUALIDADE DOS ESGOTOS CARBONO ORGÂNICO TOTAL • Medida direta da matéria orgânica; • Mede todo o carbono liberado na forma de CO2; • Utilização em pesquisas ou análises mais detalhadas; • Alto custo do equipamento. QUALIDADE DOS ESGOTOS NITROGÊNIO Forma Nitrogênio molecular Nitrogênio orgânico Amônia Livre Íon amônio Íon nítrico Íon nitrato Fórmula N2 Variável NH3 NH4+ NO2NO3- QUALIDADE DOS ESGOTOS NITROGÊNIO • Elemento indispensável para o crescimento de algas eutrofização de lagos e represas; • Conversão da amônia a nitrito e deste a nitrato (nitrificação) consumo de OD no corpo d'água receptor; diretamente tóxica aos peixes; • Amônia livre • Nitrato doenças como a metemoglobinemia; QUALIDADE DOS ESGOTOS NITROGÊNIO • Elemento indispensável para o crescimento dos microrganismos responsáveis pelo tratamento de esgotos; • Conversão da amônia a nitrito e deste a nitrato (nitrificação) consumo de oxigênio e alcalinidade; • Conversão do nitrato a nitrogênio gasoso (desnitrificação) (a) economia de oxigênio e alcalinidade (quando realizado de forma controlada) ou (b) deterioração da sedimentabilidade do lodo (quando não controlado – bolhas de N2) QUALIDADE DOS ESGOTOS NITROGÊNIO N-total = N-amônia (NH4+) + N-org + N-nitrito (NO2-) + N-nitrato (NO3-) NTK = N-amônia + N-org (predominante nos esgotos domésticos brutos) Origem fisiológica • Indicações sobre o estágio da poluição dos corpos d’água receptores • Recente – Orgânico ou amônia • Antigo – Nitrato QUALIDADE DOS ESGOTOS Amônia livre e amônia ionizada em solução NH3 + H+ amônia livre ↔ NH4+ amônia ionizada QUALIDADE DOS ESGOTOS Amônia NITRIFICAÇÃO: amônia é transformada em nitrato em duas etapas: 1ª Nitritação – Bactérias (ex: Nitrosomonas) (transformam amônia em nitrito) 2ª Nitratação – Bactérias (ex: Nitrobacter) (transformam nitrito em nitrato) DESNITRIFICAÇÃO: Bactérias desnitrificantes (Pseudomonas, que transformam nitrato em nitrogênio gasoso) QUALIDADE DOS ESGOTOS NITROGÊNIO Nitrosomonas Pseudômonas Nitrobacter QUALIDADE DOS ESGOTOS FÓSFORO Nutriente essencial para o crescimento dos microrganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica (usualmente esgotos domésticos: teor suficiente de fósforo, mas este pode estar deficiente em certos despejos industriais). Nutriente essencial para o crescimento de algas lagos e represas. eutrofização de QUALIDADE DOS ESGOTOS FÓSFORO NOS ESGOTOS BRUTOS • Orgânico (ligado a compostos orgânicos) – origem fisiológica • Inorgânico (polifosfatos e ortofosfatos) – origem principal nos detergentes e outros produtos químicos domésticos. QUALIDADE DOS ESGOTOS ORGANISMOS PATOGÊNICOS • Bactérias • Vírus • Protozoários • Helmintos QUALIDADE DOS ESGOTOS ORGANISMOS PATOGÊNICOS • Origem predominantemente humana • Reflexo direto do nível de saúde da população e as condições de saneamento básico Quantidade de patógenos depende: • • • • • Condições sócio-econômicas Condições sanitárias Região geográfica Presença de indústrias agro-alimentares Tipo de tratamento utilizado QUALIDADE DOS ESGOTOS CLASSIFICAÇÃO AMBIENTAL DAS INFECÇÕES RELACIONADAS COM A ÁGUA • Transmissão hídrica: organismo patogênico na água ingerida • Transmissão relacionada com a higiene: aquela que pode ser interrompida pela implantação de higiene pessoas e doméstica • Transmissão baseada na água: o patógeno desenvolve parte de seu ciclo vital em animal aquático • Transmissão por um inseto vetor: picada de insetos que procriam na água e transmissão QUALIDADE DOS ESGOTOS ORGANISMOS INDICADORES • Detecção de patógenos é extremamente difícil • Ocorrem em baixas concentrações • Demanda de grandes volumes de amostras • Organismos indicadores de contaminação fecal • Predominantemente não patogênicos • Satisfatória indicação de contaminação por fezes humanas e animais POTENCIALIDADE DE TRANSMISSÃO DE DOENÇAS QUALIDADE DOS ESGOTOS ORGANISMOS INDICADORES DISTRIBUIÇÃO RELATIVA DOS INDICADORES QUALIDADE DOS ESGOTOS RELAÇÃO ENTRE CARGA E CONCENTRAÇÃO • CARGA Per Capta • Contribuição de cada indivíduo por unidade de tempo. • CARGA • Quantidade de poluente (massa) por unidade de tempo. QUALIDADE DOS ESGOTOS RELAÇÃO ENTRE CARGA E CONCENTRAÇÃO QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS EXERCÍCIO: • Calcular a carga de Nitrogênio Total afluente a uma ETE, sendo dados: Concentração = 45 mg N/L Vazão = 50 L/s • Nesta mesma estação, calcular a concentração de Fósforo Total afluente, sabendo-se que a carga afluente é de 35 kg P/d. QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS DOMÉSTICOS QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS INDUSTRIAIS Tratamento Biológico: • Biodegradabilidade • Tratabilidade • Concentração de matéria orgânica • Disponibilidade de nutrientes • Toxicidade QUALIDADE DOS ESGOTOS OPÇÕES PARA LANÇAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS QUALIDADE DOS ESGOTOS OPÇÕES PARA LANÇAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS QUALIDADE DOS ESGOTOS LANÇAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS NA REDE PÚBLICA Remoção prévia de contaminantes que possam causar: Riscos à segurança e problemas na operação da rede de coleta e interceptação • Toxidez ao tratamento biológico dos esgotos • Toxidez ao tratamento do lodo e à sua disposição final • Presença do contaminante no efluente do tratamento biológico (não remoção no tratamento) QUALIDADE DOS ESGOTOS LANÇAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS NA REDE PÚBLICA • A companhia de saneamento deve ter suas normas para • • • • • recebimentos de efluentes industriais na rede coletora. Empresa deverá fazer um pré-tratamento ou pré condicionamento. Enquadramento nas normas da companhia de saneamento. A companhia é responsável pelo atendimento aos padrões. Lançamento no corpo receptor: pós-tratamento completo – atendimento aos padrões do órgão ambiental. Reuso ou reciclagem do efluente tratado – implicações para a saúde pública e enquadramento em padrões QUALIDADE DOS ESGOTOS LANÇAMENTO DE EFLUENTES INDUSTRIAIS NA REDE PÚBLICA QUALIDADE DOS ESGOTOS EQUIVALENTE POPULACIONAL QUALIDADE DOS ESGOTOS EQUIVALENTE POPULACIONAL • EXERCÍCIO: • Calcular o Equivalente Populacional (EP) de uma indústria que possui os seguintes dados: Vazão = 120 m3/d Concentração de DBO = 2000 mg/L QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES INDUSTRIAIS QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES INDUSTRIAIS QUALIDADE DOS ESGOTOS CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES INDUSTRIAIS • EXERCÍCIO: • Um matadouro abate 60 cabeças de gado e 100 porcos por dia. Dar as características estimadas do efluente quanto à: a) Carga de DBO produzida b) Equivalente Populacional (EP) c) Vazão de esgotos