Sistemas de Tratamento Existentes

Cano de esgoto. Foto © Joe Miller
Gerenciar o lixo sanitário tem sido uma preocupação desde as primeiras civilizações colonizadas. Historicamente, o esgoto e o esgoto doméstico eram lançados nas hidrovias mais próximas, aproveitando a diluição e a oxidação como tratamento. Essa ideia de “autopurificação” não era incorreta; muitos contaminantes podem ser removidos por processos naturais com exposição, tempo e diluição suficientes. No entanto, o crescimento populacional e o aumento de contaminantes no esgoto tornaram essa abordagem inadequada. A descoberta de doenças transmitidas por esgoto resultou no desenvolvimento de saneamento com o objetivo de separar o esgoto da água potável para proteger a saúde das pessoas. ref Muitos sistemas de tratamento foram desenvolvidos desde então para ajudar a impedir que o esgoto bruto entre nos oceanos. Abaixo está uma introdução aos sistemas de tratamento de esgoto comuns usados ​​hoje.

estação de tratamento de águas residuais

Estação de tratamento de águas residuais na Califórnia, EUA. Foto © Michael Layefsky, Flickr

Estações de tratamento de águas residuais centralizadas (ETARs) e esgotos

Contexto

Áreas densamente povoadas e cidades industrializadas dependem principalmente de estações de tratamento de águas residuais centralizadas (ETARs) para receber e tratar o esgoto. Redes intrincadas de canos de esgoto subterrâneos trazem o esgoto de casas e edifícios para a ETAR usando gravidade e bombas. Essas grandes instalações são caras de construir, operar e manter. Tecnologias e capacidades de tratamento desses sistemas raramente são atualizados após os investimentos iniciais. Isso também é válido para canos de esgoto, que estão sujeitos a frequentes vazamentos e transbordamentos. Estabelecer uma infraestrutura de tubulação de esgoto é caro, especialmente fora de áreas urbanas densamente povoadas. Há também um risco crescente de mau funcionamento induzido pelo aumento da precipitação, aumento do nível do lençol freático e do nível do mar. Além dos custos iniciais de construção, as atualizações dessa extensa infraestrutura são caras e, normalmente, responsabilidade de um município ou governo local.

Antena de estação de tratamento de águas residuais

Estação de tratamento de águas residuais de cima. Foto © Alex de Haas, Flickr

Grandes cidades geram não apenas grandes volumes de esgoto, mas águas pluviais também. Em áreas sem absorção e retenção que os solos, pastagens, florestas e outras características naturais oferecem, a precipitação não tem para onde ir, por isso flui sobre superfícies impermeáveis, acumulando detritos e contaminantes, resultando em escoamento urbano poluído. Em resposta, muitas cidades construíram esgotos combinados para coletar e transportar águas pluviais para as mesmas estações de tratamento de águas residuais centralizadas como esgoto. Embora pareça eficiente, aumenta a vulnerabilidade de todos os componentes do sistema. Tempestades e chuvas pesadas frequentemente excedem a capacidade dos tubos, tanques de retenção e sistemas de tratamento, levando a grandes descargas de águas residuais não tratadas, incluindo esgoto bruto, nos cursos d'água. Nos Estados Unidos, 40 milhões de pessoas são atendidas por esgotos combinados, que descarregam mais de 3 trilhões de litros de esgoto não tratado e escoamento de águas pluviais anualmente em eventos combinados de transbordamento de esgoto (CSO). ref

Assista ao Webinar Wastewater 101 para obter mais informações sobre gerenciamento de esgoto:

Anti-germes

Uma vez que o esgoto chega a uma ETAR, ele passa por várias etapas de tratamento antes da descarga.

  • Primário, ou físico, o tratamento começa com triagem: o esgoto é passado por telas para remover grandes sólidos. O efluente é então levado para tanques de sedimentação, onde a gravidade ajuda a sedimentar os sólidos suspensos adicionais.
  • Secundário, ou biológico, o tratamento visa remover a matéria orgânica do esgoto antes da desinfecção. Oxigênio e microorganismos são usados ​​para catalisar e promover reações bioquímicas que quebram os contaminantes. Este processo modela sistemas naturais e se torna mais eficiente por aeração ou exposição a oxigênio adicional. O oxigênio é necessário para a decomposição e a aeração ajuda a eliminar os gases dissolvidos. Essas reações eventualmente encorajam as partículas restantes a se assentarem. As técnicas comuns de tratamento biológico incluem filtros de gotejamento e lodo ativado, que aumentam a área de superfície disponível para os microrganismos, bem como sua densidade.
  • Terciário, ou químico, o tratamento é usado para promover mais sedimentação e remoção de nutrientes. Os polímeros adicionados atraem poluentes para criar aglomerados, enquanto os filtros de carbono ou carvão catalisam a adsorção física para reduzir os nutrientes.
  • Finalmente, o efluente é desinfetado para neutralizar quaisquer patógenos remanescentes. Embora o cloro seja um dos desinfetantes mais comuns, UV ou ozônio pode ser preferido para minimizar as concentrações químicas residuais. ref

O fluxo de efluentes através de uma ETAR das tubulações de entrada até a descarga. Fonte: abre em uma nova janelaMallik e Arefin 2018

O tratamento primário e secundário são exigidos nos Estados Unidos pela Lei da Água Limpa (CWA) e o número de instalações que incorporam tratamento terciário está aumentando. ref Além disso, as limitações nas concentrações de nutrientes no efluente estão sendo implementadas em níveis estaduais e de instalação para lidar com a carga de nutrientes e o resultado eutrofização. Os critérios de tratamento são úteis, mas não o suficiente para proteger os ecossistemas marinhos da poluição.

Visão geral do sistema centralizado

  • Os sistemas centralizados aumentam a eficiência do tratamento, consolidam os custos de manutenção e minimizam poluição de fonte difusa
  • As deficiências dos sistemas centralizados incluem investimento inicial significativo, manutenção cara e técnica, limitações de capacidade, suscetibilidade a vazamentos, vulnerabilidade ao clima e remoção inadequada de nutrientes

Sistemas de tratamento descentralizados

Contexto

Os sistemas de tratamento de águas residuais no local (OWTS) são sistemas localizados em pequena escala para o gerenciamento de esgoto onde sistemas centralizados são inadequados ou não foram construídos. Hidrologia, geologia e geografia (bem como finanças, política e regulamentos) podem ditar se um sistema de esgoto e um sistema centralizado são possíveis ou se os sistemas de tratamento de águas residuais no local (OWTS) são mais adequados. Áreas com residências dispersas, solos rasos, leito rochoso impermeável ou lençóis freáticos vulneráveis ​​são freqüentemente atendidas pela OWTS. Esses sistemas podem ser caros para proprietários individuais; no entanto, em alguns lugares, os custos de instalação e manutenção podem ser reduzidos por subsídios ou incentivos locais.

Anti-germes

O fluxo de esgoto através de um sistema séptico local convencional. Fonte: EPA Office of Water 2002

Os sistemas de tratamento de águas residuais (OWTS) locais coletam, tratam e descartam os efluentes de águas residuais no local onde são gerados. Existem muitos tipos de sistemas de tratamento no local, mas os três tipos a seguir são amplamente usados ​​globalmente:

  • Poças, que possuem apenas uma etapa de contenção e tratamento. Aqui, fossas cavadas ou construídas coletam efluentes para sedimentação e tratamento natural. As fossas são comprovadamente ineficazes, oferecem tratamento inadequado e estão sendo eliminadas, substituídas e até proibidas em muitos lugares.
  • Sistemas sépticos normalmente contêm um tanque de retenção para o efluente bruto e um método de dispersão para fornecer tratamento adicional para o efluente conforme ele é descarregado. Além de capturar o esgoto, os tanques promovem o assentamento e anaeróbico tratamento. Um adicional aeróbico a câmara do tanque está se tornando mais comum para melhorar o tratamento biológico e a remoção de nutrientes, e alguns sistemas sépticos têm até bombas de recirculação para mover o efluente entre os ambientes aeróbio e anaeróbio. A dispersão é crítica para diminuir o fluxo de efluentes no meio ambiente.
  • Campos de drenagem são uma técnica de dispersão que promove oportunidades para o tratamento adicional de efluentes por microorganismos no solo, cascalho ou outros materiais antes do lançamento em águas subterrâneas ou superficiais. O vídeo abaixo da The Nature Conservancy Long Island fornece uma explicação mais detalhada dos sistemas sépticos e de fossa.

Outra opção do OWTS são os sistemas baseados em contêineres, que coletam e armazenam o esgoto no local de maneira semelhante e, em seguida, exigem que os resíduos sejam transportados para outro local para tratamento. Esses sistemas são encontrados predominantemente em áreas com infraestrutura limitada e incluem latrinas de fossa, que precisam ser esvaziadas quando estão cheias, e banheiros com balde, que são esvaziados diariamente. O tratamento de resíduos coletados em opções baseadas em contêineres vai desde os processos de tratamento convencionais descritos acima, a novas práticas de recuperação de recursos, e nenhum tratamento. Opções baseadas em contêiner de sucesso são descritas em mais detalhes em Soluções Emergentes.

Os sistemas sépticos e fossas não são projetados para lidar com nutrientes e são inadequados para removê-los de efluentes e podem ser perigosos para os ambientes marinhos em áreas costeiras. Embora tenha havido muitos avanços tecnológicos para abordar a remoção de nutrientes em OWTS, há uma falta de regulamentação sobre os nutrientes em efluentes de esgoto em todo o mundo. Vazamentos e malfuncionamentos negligenciados causam poluição de fonte difusa, que é difícil de detectar e não tem consequências para o não cumprimento, deixando pouca oportunidade para aplicação. As atualizações dos sistemas OWTS para incluir redução aprimorada de nutrientes estão demonstrando mais eficiência de custos do que construir novas instalações de tratamento de esgoto em grande escala.

Visão geral do sistema descentralizado

  • Os tratamentos descentralizados são individualizados, operando em escalas menores e atendendo populações mais esparsas
  • As deficiências dos sistemas descentralizados incluem má gestão frequente ou supervisão que conduzem à não conformidade, remoção inadequada de nutrientes e contaminantes emergentes e nenhum tratamento de águas pluviais

Quitação

Descarregue de um tubo emissário. Foto © pixabay

Após o tratamento de sistemas centralizados ou descentralizados, o efluente tratado é despejado diretamente em corpos d'água próximos ou no solo. Tubulações emissoras são usados ​​para descarregar efluentes diretamente nos rios e oceanos, enquanto campos de drenagem, solos, pântanos e vegetação retardam a percolação do efluente nas águas subterrâneas. A contaminação dos oceanos causada por efluentes depende do nível de tratamento que recebe antes da descarga e da estratégia de descarga utilizada. Técnicas avançadas de redução de nutrientes e soluções baseadas na natureza podem obter tratamento adicional e diminuir o fluxo de efluentes. Por outro lado, o despejo de esgoto tratado de maneira inadequada apresenta riscos maiores para a saúde humana, do organismo e do ecossistema. Enquanto as estações de tratamento em grande escala em áreas costeiras freqüentemente descarregam efluentes tratados ou brutos diretamente no oceano, a poluição de esgoto de sistemas de contenção menores também ocorre, através da descarga de água subterrânea e lixiviação, muitas vezes passando despercebida.

Considerações para a seleção do sistema

Infraestrutura, recursos, geologia, tamanho da população, normas culturais e políticas influenciam a seleção dos sistemas de tratamento de esgoto. Por exemplo, uma ETAR é adequada em áreas com alta densidade estrutural e populacional, redes de dutos existentes (ou os recursos e geologia adequados para instalá-los com sucesso) e capacidade para manutenção altamente técnica. Como alternativa, os OWTS são mais apropriados onde não existem esgotos encanados e há maior distância entre as fontes de esgoto (residências, empresas, etc.). A infraestrutura de esgoto existente influencia a adequação do sistema, pois as atualizações podem ser mais fáceis e econômicas de implementar do que o desenvolvimento de uma nova infraestrutura. Veja este estudo de caso de trabalho para centralizar o tratamento de esgoto na ilha de Rotan, Honduras.

Faltam ferramentas de apoio à decisão para selecionar o melhor sistema com base nos contextos locais, dificultando o gerenciamento adequado da poluição de esgoto e das necessidades de saneamento. As considerações para a seleção do sistema devem incluir a infraestrutura existente, recursos da comunidade, expectativas sociais e culturais, apoio político ou restrições, a geologia e hidrologia locais e muitos outros fatores. Visite a abre em uma nova janelaCaixa de ferramentas de saneamento sustentável e gestão de água para aprender mais sobre sistemas e tecnologias de saneamento.

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