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AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE UMA ETE DESCENTRALIZADA COMPOSTA POR REATOR UASB
SEGUIDO DE WETLANDS CONSTRUÍDOS
Salvador, 2013
Mestranda: Thaís LopesOrientador: Prof. Dr. Luciano M. QueirozCo-orientador: Prof. Dr. Asher Kiperstok
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTALMESTRADO EM MEIO AMBIENTE, ÁGUAS E
SANEAMENTO
INTRODUÇÃO/JUSTIFICATIVA
No Brasil, a associação de reator UASB e wetland construído se mostra eficiente para o tratamento de esgotos domésticos, porém, necessita de desinfecção do efluente.
A legislação brasileira estabelece padrões de lançamento do efluente tratado, mas não faz referência aos impactos ambientais associados à construção, operação e manutenção de uma ETE.
A ACV pode ser usada para avaliar os potenciais impactos de uma ETE, auxiliar na escolha de tecnologias e identificar pontos críticos.
OBJETIVO GERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar os aspectos ambientais e potenciais impactos associados à estação de tratamento de esgoto doméstico, como estudo de caso a ETE Vog Ville, composta por reator UASB seguido de wetlands construídos mais desinfecção com cloro, nas fases de construção e operação, aplicando a ACV.
Caracterizar os aspectos ambientais da ETE Vog Ville;
Obter inventário de ciclo de vida (ICV) da ETE Vog Ville;
Avaliar os potenciais impactos ambientais associados à ETE Vog Ville.
Contribuir para a composição do banco de dados brasileiro para o uso da ACV na escolha de tecnologias de tratamento de esgoto doméstico.
TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO: NECESSIDADE DE TRATAMENTO
Resoluções CONAMA no 357/05 e no 430/11.
Conversão biológica nos sistemas aeróbios e anaeróbios.
Fonte: CHERNICHARO et al., 2001.
O tratamento de esgoto em condições aeróbias e anaeróbias.
REATOR UASB
Representação esquemática de um reator UASB.Fonte: CAMPOS et al., 1999.
APLICABILIDADES E LIMITAÇÕES
PÓS-TRATAMENTO DE REATORES ANAERÓBIOS
O pós-tratamento objetiva o polimento do efluente tanto quanto à qualidade microbiológica, devido aos riscos à saúde pública e as limitações para o uso na agricultura, como à qualidade em função da matéria orgânica e nutriente, para proteção dos corpos hídricos (CHERNICHARO et al., 2001).
O tratamento das águas residuárias domésticas por reator UASB é adequado para países tropicais em desenvolvimento. Mas necessita de um tratamento adicional e os wetlands construídos se mostram como uma das tecnologias promissoras para o pós-tratamento do reator (KASEVA, 2004).
WETLANDS NATURAIS
Fonte: Adaptado de MITSCH & GOSSELINK, 1993.
Wetlands naturais são áreas inundadas ou saturadas,que suportam uma vegetação adaptada a estas condições. Incluem pântanos, brejos e áreas similares, que abrigam diversas formas devida aquática (FLORÊNCIO et al., 2006).
SISTEMAS DE WETLANDS CONSTRUÍDOS
WETLANDS CONSTRUÍDOS
Fonte: http://wetlandsconstruidos.blogspot.com.br/2011/09/artigos-publicados-na-area.html
Wetlands construídos utilizam plantas sobre um substrato, permitindo a formação de um biofilme que agrega uma população de microrganismos (SOUSA et al., 2000).
COMPONENTES DOS WETLANDS
Substrato
Macrófitas
Microfauna associada
Fonte: http://www.fucapi.br/blog/2011/11/da-teoria-prtica-projeto-utiliza-plantas-no-tratamento-de-esgoto-domstico/
CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO FLUXO:
Fluxo horizontal superficial
Fluxo horizontal subsuperficial
Fluxo vertical
Fonte: Adaptado de SALATI, 2009.
ASPECTOS CONSTRUTIVOS E OPERACIONAIS
Aspectos do dimensionamento:
Nível de tratamento requerido pelo sistema.
Variáveis climáticas.
Disponibilidade do material filtrante.
Área disponível.
Profundidade do lençol freático.
Impermeabilização do sistema.
Ações de operação e manutenção:
Manejo adequado das macrófitas.
Retirada de vegetação indesejada.
Elevação e rebaixo do mangote para controle de nível.
Retirada periódica do lodo.
Alta eficiência na remoção de poluentes.
Baixos custos de implantação e operação.
Baixo consumo de energia.
Simplicidade operacional e de manutenção.
Possibilidade da utilização da biomassa vegetal.
Maior integração com o ambiente natural.
Elevado requisito de área.
Necessidade de pré-tratamento do esgoto.
Necessidade de manejo da vegetação.
Susceptível a colmatação e curto-circuito hidráulico.
Possibilidade de mosquitos, no sistema de fluxo superficial.
Não é recomendado o uso de wetlands naturais para o tratamento de esgotos.
APLICABILIDADE E LIMITAÇÕES
DESINFECÇÃO
Objetiva a inativação de microrganismos patogênicos para proteger o corpo d´água receptor e a saúde humana (SOBRINHO & JORDÃO in CHERNICHARO, 2001).
Os processos de desinfecção mais comuns são a cloração, ozonização e utilização de ultravioleta (SOBRINHO & JORDÃO in CHERNICHARO, 2001).
Diante dos aspectos simplificados de operação do sistema UASB + wetland construído a desinfecção com cloro é um contra senso.
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV)
ACV CONCEITUAL
ACV é uma ferramenta que permite avaliar potenciais impactos ambientais de um processo, produto ou serviço, desde a extração das matérias-primas, distribuição, o uso até a disposição final (COLTRO, 2007).
Primeiros estudos durante a crise do petróleo.
Estudos custeado pela Coca-Cola©, em 1965, para comparar as embalagens e determinar qual tinha melhor desempenho ambiental (CHEHEBE, 1997).
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV)
Fonte: LEMOS, 2006
NORMAS DA ACV
Em 2006, as normas da ISO 14040, 14041,14042 e 14043 foram compiladas nas normas ISO 14040 e 14044:
ISO 14040. Life Cycle Assessment. Principles and Framework (2006). Avaliação do Ciclo de Vida. Princípios e Estrutura.
ISO 14044. Life Cycle Assessment. Requirements and Guidelines (2006). Avaliação do Ciclo de Vida. Requisitos e Orientações.
No ano de 2009 a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) publicou as versões em português das referidas normas.
METODOLOGIA DA ACV
Fonte: ABNT, 2009.
FASES DA ACV
Definição do objetivo e escopo: propósito e amplitude são definidos, juntamente com a unidade funcional, as fronteiras do sistema, estimativas e limitações.
Análise de inventário: levantamento de dados e quantificação de entradas e saídas.
Avaliação de impacto: os dados e informações gerados são associados a potenciais impactos ambientais.
Interpretação: os dados(resultados) obtidos são interpretados de acordo com os objetivos definidos.
AVALIAÇÃO DE IMPACTOS
Fonte: ANDERI, 2007
CONSUMO DE RECURSOS NATURAIS DEPLEÇÃO DE RECURSOS
RESULTADOS DO ICVCATEGORIAS DE IMPACTO
MIDPOINT
USO DO SOLO
DEGRADAÇÃO DE ECOSSISTEMAS E PAISAGENS
EMISSÕES GASOSAS
AQUECIMENTO GLOBAL
EFLUENTES LÍQUIDOS
DEPLEÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO
RESÍDUOS SÓLIDOS
ACIDIFICAÇÃO
EUTROFIZAÇÃO
CATEGORIAS DE IMPACTO ENDPOINT
ECOTOXICIDADE
TOXICIDADE HUMANA
RECURSOS
QUALIDADE DO ECOSSISTEMA
SAÚDE HUMANA
APLICABILIDADES
Auxilia na tomada de decisão.
Identifica oportunidades de melhoria.
Compara ambientalmente produtos/serviços de mesma função.
Desenvolvimento de novos produtos e serviços.
Rotulagem ambiental.
Elaboração de políticas públicas.
LIMITAÇÕES
Metodologia ainda em desenvolvimento.
Grande número de dados.
Falta de métodos de avaliação de impactos para o Brasil.
Necessita de um banco de dados nacional.
Caráter subjetivo.
Falta de interesse de empresas e setores públicos.
PRINCIPAIS SOFTWARES DE ACV
Software Características Desenvolvedores
Gabi Administração de dados e modelagem de ciclo de vida de produtos.
PE Europe e Universidade de Stuttgart (Alemanha)
Umberto Gestão ambiental e análise de fluxos de materiais e energia.
Instituto de Informática Ambiental Hamburg LTDA (IFU) (Alemanha)
SimaPro Comparação e análise do desempenho ambiental de produtos e serviços com ciclos de vida mais complexos.
Pré-Consultants (Holanda)
Fonte: SANTOS, 2012.
ACV NO SANEAMENTO Análise Resultados Autores / Ano/ Local
ACV para comparar o impacto ambiental de wetlands de fluxo vertical e horizontal, com as emissões de GEE. E comparar os wetlands com sistemas convencionais em relação à aquisição de materiais, montagem e operação.
Os wetlands de fluxo vertical são menos impactantes para a remoção de nitrogênio total do esgoto doméstico. E os wetlands apresentam menor impacto ambiental em termos de consumo de recursos e emissão de GEE.
FUCHS et al. (2011)
EUA
Estudo de ICV de diferentes cenários de tratamento de águas residuárias.
O aumento da remoção de nitrogênio e fósforo aumentam as emissões (GEE e lodo para aterro) e o consumo de recursos (energia, infraestrutura, substâncias químicas). Para uma melhor qualidade final do efluente, maior é a carga de impactos ambientais negativos.
FOLEY et al. (2010)
Austrália
ACV para analisar os impactos ambientais de diferentes tecnologias de tratamento de águas residuárias em pequenas populações.
Principais categorias de impacto: eutrofização e ecotoxicidade terrestre. Os tratamentos com aeração prolongada apresentaram maior impacto, devido ao uso de energia. Os estágios de maior contribuição ao longo do ciclo de vida da ETE foram: descarga da água, operação e em menor proporção a implantação do sistema.
GALLEGO et al. (2008)
Espanha
Aplicação de ACV para plantas de tratamento de esgoto, utilizando diferentes métodos de AICV.
Avaliação consistente entre os métodos para GEE, depleção dos recursos naturais e acidificação. Atenção especial deve ser dada a toxicidade humana devido as discrepâncias entre os métodos.
RENOU et al. (2008)
França
PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS:
A metodologia de ACV, baseada nas normas da ISO 14040, preconiza a definição do objetivo e escopo, que podem ser alterados durante o estudo. Alguns itens definidos nesse trabalho são:
Aplicação pretendida
Público-alvo
Sistema a ser estudado
Função do sistema
Unidade funcional
Fronteira do sistema
Figura : Desenho esquemático das unidades da ETE Vog Ville.
FRONTEIRA DO SISTEMA
Figura: Fluxograma da fronteira do sistema da ETE Vog Ville.
FASE DE CONSTRUÇÃO ETE VOG VILLE
FASE DE OPERAÇÃO
ETE VOG VILLE
FRONTEIRA DO SISTEMA
MATERIAIS
ENERGIA
EMISSÕES MATERIAIS
ESGOTO BRUTO
REDE COLETORA E TRATAMENTO
PRELIMINAR
TRATAMENTO DO LODO
FASE DE DESMONTAGEMETE VOG VILLE
DISPOSIÇÃO FINAL
RESÍDUOS DA CONSTRUÇÃO
CIVIL
RESÍDUOS
GERAÇÃO DE ESGOTO
DOMÉSTICO
FASE DE CONSTRUÇÃO
Fonte: Produção do próprio autor.
FASE DE CONSTRUÇÃOETE VOG VILLE
AÇO
CONCRETO ARMADO
CONCRETO MAGRO
BRITA
PVC
BLOCO DE CIMENTO
AREIA
FIBRA DE VIDRO
BOMBA DOSADORA
MACRÓFITAS
CIMENTO
USO DO SOLO
RESÍDUOS
EMISSÕESMADEIRA
ENERGIA
FASE DE OPERAÇÃO
Fonte: Produção do próprio autor.
FASE DE OPERAÇÃOETE VOG VILLE
HIPOCLORITO DE SÓDIO
ENERGIA
ESGOTO BRUTO
EMISSÕES PARA O AR
EMISSÕES PARA A ÁGUA
RESÍDUOS
LODO
ETE VOG VILLE Entradas conhecidas da natureza (recursos) Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem Esgoto bruto Raw sewageDBO5 (Demanda bioquímica de oxigênio) BOD5, Biological Oxygen Demand Kg EMBASADQO (Demanda química de oxigênio) COD, Chemical Oxygen Demand Kg EMBASASólidos em suspensão Suspended solids, unspecified Kg EMBASASólidos sedimentáveis Kg EMBASANitrogênio Amoniacal (N-NH3) Ammonia, as N Kg FERREIRA, 2013Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) Nitrogen, total Kg FERREIRA, 2013Nitrato (N-NO3-) Nitrate Kg FERREIRA, 2013Fósforo Total (P-Total) Phosphorus Kg FERREIRA, 2013Uso do solo Land use m2 EMBASA
Entradas conhecidas da esfera tecnológica (materiais/combustíveis) Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem Aço Reinforcing steel, at plant/kg/RER Kg EMBASAConcreto armado Concrete, normal, at plant/CH U m3 EMBASAConcreto magro Poor concrete, at plant/m3/CH m3 EMBASACimento Cement, unspecified, at plant/kg/CH Kg EMBASAAreia Sand, at mine/CH U Kg EMBASAForma em madeira Sawn timber, softwood, planed, air dried, at plant/m3/RER m3 EMBASABloco de cimento Concrete block, at plant/DE U Kg EMBASAPVC Polyvinylchloride, at regional storage/RER U Kg EMBASA
Fibra de vidro Glass fibre reinforced plastic, polyester resin, hand lay-up, at plant/RER U Kg EMBASABrita Gravel, crushed, at mine/CH U Kg EMBASAMacrófitas Macrophytes Kg EMBASABomba dosadora Pump and pumping equipment manufacturing USD EMBASAHipoclorito de sódio Sodium hypochlorite, 15% in H2O, at plant/RER U Kg EMBASA
Entradas conhecidas da esfera tecnológica (electricidade/calor) Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem Eletricidade Electricity, low voltage, at grid/BR S kWh Estimado
Emissões para o ar Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem Gás carbônico (CO2) Carbon dioxide, biogenic g Estimado Monóxido de nitrogênio (N2O) Dinitrogen monoxide g Estimado Amônia (NH3) Ammonia g Estimado Metano (CH4) Methane, biogenic g Estimado
Emissões para a água Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem DBO5 (Demanda bioquímica de oxigênio) BOD5, Biological Oxygen Demand Kg EMBASADQO (Demanda química de oxigênio) COD, Chemical Oxygen Demand Kg EMBASASólidos em suspensão Suspended solids, unspecified Kg EMBASASólidos sedimentáveis Kg EMBASANitrogênio Amoniacal (N-NH3) Ammonia, as N Kg FERREIRA, 2013Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK) Nitrogen, total Kg FERREIRA, 2013Nitrato (N-NO3-) Nitrate Kg FERREIRA, 2013Fósforo Total (P-Total) Phosphorus, total Kg FERREIRA, 2013
Emissões para o solo Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem
Fluxos finais de resíduo Nomenclatura SimaPro Quantidade Unidade Origem lodo sludge Kg Estimado
Levantamento bibliográfico
Apropriação do objeto de estudo
Coleta de dados
Definição do objetivo e escopo
ICV: Quantificação das entradas e saídas
Apropriação da modelagem usando o SimaProAICV: associação às categorias de impacto
Análise e Interpretação dos resultados
Várias rodadas de simulações da modelagem no
SimaPro
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 14.040: Gestão ambiental – Avaliação do ciclo de vida – Princípios e estrutura. Rio de Janeiro, 2009.ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 14.044: Gestão ambiental – Avaliação do ciclo de vida – Requisitos e orientações. Rio de Janeiro, 2009. BRASIL. Resolução CONAMA no 357 de 17 de março de 2005. Diario Oficial da União. 2005.CALIJURI, M. L. et al. Tratamento de esgotos sanitários em sistemas reatores UASB/wetlands construídas de fluxo horizontal: eficiência e estabilidade de remoção de matéria orgânica, sólidos, nutrientes e coliformes. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental. v.14, n.3 p. 421-430, 2009.CAMPOS, J. R. (coord.). Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. 464 p. PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, 1999. CHEHEBE, J. R. Análise do ciclo de vida de produtos: ferramenta gerencial da ISSO 14000. Rio de Janeiro: Qualitymark Ed., CNI, 120 p., 1997. CHENICHARO, C. A. L. (coord.). Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, 2001.COLTRO, L. (org.). Avaliação do ciclo de vida como instrumento de gestão. Campinas: CETEA/ITAL, 2007. DAVIS, L. for the USDA-Natural Resources Conservation Service and the US Environmental Protection Agency-Region III, in cooperation with the Pennsylvania Department of Environmental Resources. A handbook of constructed wetlands. A guide to creating wetlands for: agricultural wastewater, domestic wastewater, coal mine drainage, stormwater. Volume 1: general considerations, 19??.EL-KHATEEB, M.A., et al. Use of wetlands as post-treatment of anaerobically treated effluent. Desalination, 245, p. 50-59, Cairo, 2009.
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