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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 Lopes Orientador:

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1 AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE UMA ETE DESCENTRALIZADA COMPOSTA POR REATOR UASB SEGUIDO DE WETLANDS CONSTRUÍDOS Salvador, 2013 Mestranda: Thaís Lopes Orientador: Prof. Dr. Luciano M. Queiroz Co-orientador: Prof. Dr. Asher Kiperstok UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL MESTRADO EM MEIO AMBIENTE, ÁGUAS E SANEAMENTO

2 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.

3 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.

4 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., O tratamento de esgoto em condições aeróbias e anaeróbias.

5 REATOR UASB Representação esquemática de um reator UASB. Fonte: CAMPOS et al., APLICABILIDADES E LIMITAÇÕES

6 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).

7 WETLANDS NATURAIS Fonte: Adaptado de MITSCH & GOSSELINK, 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 de vida aquática (FLORÊNCIO et al., 2006). SISTEMAS DE WETLANDS CONSTRUÍDOS

8 WETLANDS CONSTRUÍDOS Fonte: Wetlands construídos utilizam plantas sobre um substrato, permitindo a formação de um biofilme que agrega uma população de microrganismos (SOUSA et al., 2000).

9 COMPONENTES DOS WETLANDS Substrato Macrófitas Microfauna associada Fonte: tratamento-de-esgoto-domstico/

10 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO FLUXO: Fluxo horizontal superficial Fluxo horizontal subsuperficial Fluxo vertical Fonte: Adaptado de SALATI, 2009.

11 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.

12 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

13 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.

14 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).

15 AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA (ACV) Fonte: LEMOS, 2006

16 NORMAS DA ACV Em 2006, as normas da ISO 14040, 14041,14042 e foram compiladas nas normas ISO e 14044: ISO Life Cycle Assessment. Principles and Framework (2006). Avaliação do Ciclo de Vida. Princípios e Estrutura. ISO 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.

17 METODOLOGIA DA ACV Fonte: ABNT, 2009.

18 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.

19 AVALIAÇÃO DE IMPACTOS Fonte: ANDERI, 2007

20 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.

21 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.

22 PRINCIPAIS SOFTWARES DE ACV SoftwareCaracterísticasDesenvolvedores GabiAdministração de dados e modelagem de ciclo de vida de produtos. PE Europe e Universidade de Stuttgart (Alemanha) UmbertoGestão ambiental e análise de fluxos de materiais e energia. Instituto de Informática Ambiental Hamburg LTDA (IFU) (Alemanha) SimaProComparação e análise do desempenho ambiental de produtos e serviços com ciclos de vida mais complexos. Pré-Consultants (Holanda) Fonte: SANTOS, 2012.

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24 ACV NO SANEAMENTO AnáliseResultadosAutores / 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

25 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.

26 FRONTEIRA DO SISTEMA Figura: Fluxograma da fronteira do sistema da ETE Vog Ville.

27 FASE DE CONSTRUÇÃO Fonte: Produção do próprio autor.

28 FASE DE OPERAÇÃO Fonte: Produção do próprio autor.

29 ETE VOG VILLE Entradas conhecidas da natureza (recursos)Nomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem Esgoto brutoRaw sewage DBO 5 (Demanda bioquímica de oxigênio)BOD5, Biological Oxygen DemandKgEMBASA DQO (Demanda química de oxigênio)COD, Chemical Oxygen DemandKgEMBASA Sólidos em suspensãoSuspended solids, unspecifiedKgEMBASA Sólidos sedimentáveisKgEMBASA Nitrogênio Amoniacal (N-NH3)Ammonia, as NKgFERREIRA, 2013 Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK)Nitrogen, totalKgFERREIRA, 2013 Nitrato (N-NO3-)NitrateKgFERREIRA, 2013 Fósforo Total (P-Total)PhosphorusKgFERREIRA, 2013 Uso do soloLand usem2m2 EMBASA Entradas conhecidas da esfera tecnológica (materiais/combustíveis)Nomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem AçoReinforcing steel, at plant/kg/RERKgEMBASA Concreto armadoConcrete, normal, at plant/CH Um3m3 EMBASA Concreto magroPoor concrete, at plant/m3/CHm3m3 EMBASA CimentoCement, unspecified, at plant/kg/CHKgEMBASA AreiaSand, at mine/CH UKgEMBASA Forma em madeiraSawn timber, softwood, planed, air dried, at plant/m3/RERm3m3 EMBASA Bloco de cimentoConcrete block, at plant/DE UKgEMBASA PVCPolyvinylchloride, at regional storage/RER UKgEMBASA Fibra de vidroGlass fibre reinforced plastic, polyester resin, hand lay-up, at plant/RER UKgEMBASA BritaGravel, crushed, at mine/CH UKgEMBASA MacrófitasMacrophytesKgEMBASA Bomba dosadoraPump and pumping equipment manufacturingUSDEMBASA Hipoclorito de sódioSodium hypochlorite, 15% in H2O, at plant/RER UKgEMBASA Entradas conhecidas da esfera tecnológica (electricidade/calor)Nomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem EletricidadeElectricity, low voltage, at grid/BR SkWhEstimado Emissões para o arNomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem Gás carbônico (CO 2 )Carbon dioxide, biogenicgEstimado Monóxido de nitrogênio (N 2 O)Dinitrogen monoxidegEstimado Amônia (NH 3 )AmmoniagEstimado Metano (CH 4 )Methane, biogenicgEstimado Emissões para a águaNomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem DBO 5 (Demanda bioquímica de oxigênio)BOD5, Biological Oxygen DemandKgEMBASA DQO (Demanda química de oxigênio)COD, Chemical Oxygen DemandKgEMBASA Sólidos em suspensãoSuspended solids, unspecifiedKgEMBASA Sólidos sedimentáveisKgEMBASA Nitrogênio Amoniacal (N-NH3)Ammonia, as NKgFERREIRA, 2013 Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK)Nitrogen, totalKgFERREIRA, 2013 Nitrato (N-NO3-)NitrateKgFERREIRA, 2013 Fósforo Total (P-Total)Phosphorus, totalKgFERREIRA, 2013 Emissões para o soloNomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem Fluxos finais de resíduoNomenclatura SimaProQuantidadeUnidadeOrigem lodosludgeKgEstimado

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31 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO : Gestão ambiental – Avaliação do ciclo de vida – Princípios e estrutura. Rio de Janeiro, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO : Gestão ambiental – Avaliação do ciclo de vida – Requisitos e orientações. Rio de Janeiro, BRASIL. Resolução CONAMA n o 357 de 17 de março de Diario Oficial da União 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 , CAMPOS, J. R. (coord.). Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. 464 p. PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, CHEHEBE, J. R. Análise do ciclo de vida de produtos: ferramenta gerencial da ISSO Rio de Janeiro: Qualitymark Ed., CNI, 120 p., CHENICHARO, C. A. L. (coord.). Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, COLTRO, L. (org.). Avaliação do ciclo de vida como instrumento de gestão. Campinas: CETEA/ITAL, 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 , Cairo, 2009.

32 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FOLEY, J., et al. Comprehensive life cycle inventories of alternative wastewater treatment systems. Water research, 44, p – 1666, FUCHS, V. J., et al. Life cycle assessment of vertical and horizontal flow constructed wetlands for wastewater treatment considering nitrogen and carbon greenhouse gas emissions. Water research, 45, p – 2081, GALLEGO A., et al. Environmental performance of wastewater treatment plants for small populations. Resources, Conservation and Recycling, 52, p. 931–940, GONÇALVES, R. F. (coord.). Desinfecção de Efluentes Sanitários, Remoção de Organismos Patógenos e Substâncias Nocivas. PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, JORDÃO, E. P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de esgotos domésticos. 5ª ed. 940 p. Rio de Janeiro, KADLEC, R. H.; KNIGHT, R. L. Treatment wetlands. United States of America: Lewis Publishers, KASEVA, M.E. Performance of a sub-surface flow constructed wetland in polishing pre-treated wastewater—a tropical case study. Water Research, 38, p. 681 – 687, Tanzânia, MANNARINO, C. F., et al. Wetlands para tratamento de lixiviados de aterros sanitários – experiências no aterro sanitário de Piraí e no aterro metropolitano de Gramacho (RJ). Revista Engenharia Sanitaria e Ambiental. v. 11, n 2, p , abr/jun, MBULIGWE, S. E. Comparative effectiveness of engineered Wetland systems in the treatment of anaerobically pre-treated domestic wastewater. Ecological Engineering, 23, p , MITSCH, W. J.; GOSSELINK, J. G. Wetlands. 2 nd ed. United States of America PHILIPPI, L. S.; SEZERINO, P. H. Aplicação de sistemas tipo wetlands no tratamento de águas residuárias: utilização de filtros plantados com macrófitas. 144p.Ed. do Autor. Florianópolis, 2004.

33 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SALATI, E. et al. Utilização de sistemas de wetlands construídas para tratamento de águas. Piracicaba – SP, SANTOS, G. F. M. et al. A importância da utilização de softwares na avaliação do ciclo de vida do produto. Congresso Baiano de Engenharia Sanitária e Ambiental. Feira de Santana, SEO, E. S. M.; KULAY, L. A. Avaliação do ciclo de vida: ferramenta gerencial para tomada de decisão. INTERFACEHS - Revista de Gestão Integrada em Saúde do Trabalho e Meio Ambiente. v.1, n.1, Art 4, São Paulo, SOUSA, J. T., et al. Pós-tratamento de efluente de reator UASB utilizando sistemas “wetlands” construídos. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.4, n.1, p.87-91, Campina Grande, PB, SOUSA, J. T., et al. Remoção de fósforo através do sistema “wetland”. Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, 26 (AIDIS 98), Lima, nov., UGGETTI, E., et al. Sludge treatment wetlands: A review on the state of the art. Bioresource Technology, 101, p. 2905–2912, USEPA – United States Environmental Protection Agency. Manual: Constructed Wetlands Treatment of Municipal Wastewaters. National Risk Management Research Laboratory. Office of Research and Development. Cincinnati, Ohio, VAN HAANDEL, A. C.; LETTINGA, G. Tratamento Anaeróbio de esgotos: um manual para regiões de clima quente. Epigraf, Paraíba,1994. VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Vol. 1. 3ª ed. 452 p. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, 2005.

34 OBRIGADA! THAÍS LOPES


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