Soluções de gerenciamento emergentes

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Melhorando os sistemas de tratamento

O desenvolvimento de tecnologias inovadoras e melhorias nos sistemas convencionais oferecem métodos aprimorados para o tratamento de águas residuais. Algumas dessas novas estratégias de gestão visam aumentar a eficiência do tratamento, melhorar a qualidade da água de descarga ou gerar lucro a partir de um recurso valioso recuperado de águas residuais.

Melhorando os sistemas sépticos

O uso generalizado de sistemas sépticos resultou no desenvolvimento de uma variedade de modificações que atendem às necessidades exclusivas de tratamento. Essas etapas adicionais de tratamento garantem que as águas residuais que chegam ao meio ambiente sejam mais limpas. Uma vez que esses sistemas geralmente são combinados com poços como fonte de água potável, isso também melhora a qualidade da água potável.

Sistemas sépticos de câmara

Um sistema de câmara é uma alternativa ao design tradicional de cascalho / pedra séptica, que é mais fácil de construir. O campo de drenagem é constituído por uma série de câmaras fechadas rodeadas de solo. As águas residuais passam pela fossa séptica e depois para as câmaras, onde os micróbios do solo ajudam a remover os patógenos.

Sistema séptico de câmara US EPA

Sistema séptico de câmara. Fonte: US EPA

Sistemas sépticos de cluster

Um cluster ou sistema séptico comunitário aumenta a eficiência do tratamento de águas residuais ao combinar as águas residuais de um grupo de casas. Cada casa possui sua própria fossa séptica para tratamento inicial. O efluente se junta e flui por um campo de drenagem compartilhado. Esses sistemas funcionam melhor em comunidades rurais em crescimento com casas próximas umas das outras.

Sistema séptico cluster

Sistema séptico cluster. Fonte: US EPA

Sistemas sépticos redutores de nutrientes

Reduzir as cargas de nutrientes em corpos d'água locais é uma alta prioridade ao desenvolver sistemas de tratamento de águas residuais aprimorados. Novas tecnologias de sistemas sépticos estão aumentando a capacidade de remoção de nutrientes do efluente antes do lançamento. Essas melhorias no sistema são cada vez mais comuns e até mesmo necessárias em alguns lugares especialmente vulneráveis ​​à eutrofização. Os filtros de areia, conforme mostrado no diagrama abaixo, fornecem um alto nível de remoção de nutrientes. Eles são mais caros do que os sistemas convencionais, mas podem ajudar a mitigar os níveis de nutrientes em corpos d'água próximos.

Sistema séptico de filtro de areia

Sistema séptico de filtro de areia. Fonte: US EPA

Unidades de tratamento aeróbico
Unidade de tratamento aeróbio

Unidade de tratamento aeróbio. Fonte: US EPA

Em locais com ecossistemas aquáticos que são particularmente sensíveis à poluição de nutrientes, as unidades de tratamento aeróbico oferecem uma versão em pequena escala dos tratamentos usados ​​em estações de tratamento centralizadas. Adicionar oxigênio aumenta a atividade bacteriana para reduzir os níveis de nutrientes. Alguns sistemas possuem tanques de tratamento adicionais com uma etapa de desinfecção para remover patógenos.

veja a abre em uma nova janelaestudo de caso de Long Island, Nova York descrevendo os esforços para substituir os antigos sistemas sépticos por sistemas de redução de nitrogênio com campos de lixiviação rasos que podem evitar que aproximadamente 95% do nitrogênio do efluente de águas residuais entre na bacia hidrográfica e permitir a recarga dos aquíferos subterrâneos.

Recuperação de Recursos

A recuperação de recursos refere-se à captura e reutilização de água e sólidos de dejetos humanos. Algumas estratégias para recuperação de recursos incluem:

  • Recuperação de água doce para irrigação e outros usos não potáveis, o que também pode reduzir a água necessária para saneamento e tratamento futuro
  • Biosólidos usado para adicionar ao solo como fertilizante quando tratado de acordo com os padrões adequados (por exemplo, abre em uma nova janelaBiossólidos de loop Seattle, EUA, que usa micróbios e calor para a digestão para criar um produto para uso em jardins e florestas)
  • Microfiltração, osmose reversa, e UV (usado por Sistema de reabastecimento de água subterrânea do Orange County Water District, para água potável em Los Angeles, EUA)
  • Geração de biogás através de digestão anaeróbica e captura de metano - frequentemente empregada por estações de tratamento de águas residuais (ETARs) em grande escala para recuperar recursos, tratar biossólidos e mitigar as emissões de gases de efeito estufa

A recuperação de recursos está ganhando força como uma solução para sistemas pequenos e descentralizados e grandes estações de tratamento centralizadas. Os benefícios das estratégias de recuperação de recursos incluem:

  • Removendo nutrientes e contaminantes que são perigosos para a saúde humana e do oceano.
  • Recuperando recursos valiosos do desperdício.
  • Pode ser implementado como um sistema de saneamento onde não existia ou melhorar / substituir um sistema de tratamento desatualizado.

Duas operações são apresentadas em mais detalhes abaixo, oferecendo exemplos de inovações baseadas em contêineres e em escala municipal.

SOLO

No Haiti, a organização não governamental SOLO (meios de subsistência orgânicos integrados e sustentáveis) está aplicando tecnologia de recuperação de recursos para fornecer saneamento baseado em contêineres. Este sistema fornece banheiros com segurança para quem não tem acesso e oferece uma solução para a poluição e a erosão. Os vasos sanitários desviam a urina e isolam os resíduos sólidos para coleta semanal.

Ilustração do processo de saneamento baseado em contêineres e recuperação de recursos

Ilustração do processo de saneamento baseado em contêineres e recuperação de recursos. Fonte: SOLO

A SOIL coleta e transporta os resíduos para uma instalação de compostagem, onde são tratados de acordo com os padrões definidos pela Organização Mundial da Saúde. O fertilizante acabado é vendido aos agricultores para aumentar o rendimento das colheitas e reduzir a erosão.

Janicki Bioenergy

Idealmente, a recuperação de recursos cria valor a partir do desperdício por meio de um sistema de loop totalmente fechado, como exemplificado pelo Janicki Omni Processor. O Omni Processor coleta dejetos humanos e lixo e os transforma em energia elétrica e água potável. Ele funciona como uma usina a vapor, um incinerador e um sistema de filtragem de água combinados em um só. Embora ainda seja um protótipo em Dacar, Senegal, o sistema demonstra o potencial para compensar os custos associados às operações (já que produz sua própria energia para funcionar) e aos insumos de recursos naturais (já que o esgoto e o lixo são gratuitos). Reconhecendo os altos custos iniciais para construir este sistema, o Omni Processor é um substituto em perspectiva para estações de tratamento de águas residuais em grande escala que atendem cidades em todo o mundo.

Janicki Omni Processor

Janicki Omni Processor. Fonte: Janicki Bioenergy

Soluções baseadas na natureza

Os processos de tratamento natural usam plantas e micróbios para decompor, absorver, reter e / ou oxigenar poluentes na água contaminada à medida que ela se move pelo meio ambiente. Esses processos naturais capturam e filtram com eficácia as águas superficiais e subterrâneas contaminadas, incluindo o escoamento poluído da chuva, antes de serem despejadas no oceano.

Infraestrutura natural para gestão de água

Oportunidades e benefícios de soluções baseadas na natureza. Fonte: Água IUCN

Soluções baseadas na natureza incluem pântanos construídos, biovaleias, depósitos de carvão ativado, lagoas de assentamento, zonas de amortecimento ribeirinhas e muito mais. Os críticos das soluções baseadas na natureza afirmam que elas podem não fornecer tratamento adequado e remoção de patógenos. No entanto, uma estratégia eficaz para aumentar a remoção de patógenos é garantir que o sistema forneça interação estendida com oxigênio e micróbios, diminuindo as taxas de fluxo e acoplando as soluções baseadas na natureza com etapas de tratamento adicionais de um sistema centralizado ou descentralizado. Essas estratégias têm o benefício adicional de fornecer habitat para apoiar a biodiversidade, apoiando a recreação (incluindo pesca e turismo) e benefícios estéticos em relação a outras tecnologias de tratamento.

 

Explore estes dois exemplos para uma análise mais detalhada dos processos de tratamento natural:

  1. Infraestrutura verde foi usada para fornecer tratamento adicional para descarga de fossa séptica, melhorando a remoção de contaminantes e reduzindo significativamente o volume de água residual que entra Baía de Guánica, Porto Rico.
  2. Biochar (carvão vegetal produzido a partir de matéria orgânica) e capim vetiver foram usados ​​para o controle da erosão e para remover nutrientes em Samoa Americana.

Setting Regulations

Regulatory inconsistencies, within and between communities, cities, states, and nations, present a complex challenge for wastewater management. Regular monitoring and the establishment of local thresholds for wastewater-borne contaminants should be implemented to identify when pollution events occur. With defined thresholds, communities can better determine when specific responses should be taken, like shutting down beaches for recreation or issuing a boil water advisory. Most existing treatment standards and/or effluent regulations are from temperate regions, but these standards can be used as a model to establish standards for monitoring and interventions to be taken in tropical zones. While regulations may be outside the scope of marine managers’ work, the tools developed as part of the regulations in other countries may help guide the monitoring plans and thresholds to address wastewater pollution. Explore pages 22-28 of Guia do profissional para poluição de águas residuais do oceano para aprender mais sobre as estruturas existentes em nível regional e nacional, bem como diferentes categorias a serem consideradas para regulamentos e códigos relevantes.

Several tools have been implemented by the US Environmental Protection Agency (EPA) to establish contaminant thresholds for water bodies and aquatic life. A commonly used threshold tool is a total maximum daily load, or TMDL, which limits the amount of a specific contaminant permitted to enter a water body. This is especially effective for wastewater contaminants that are derived from fontes não pontuais. Os TMDLs estão preocupados com a quantidade de contaminantes que entram em um corpo d'água, e não com sua (s) fonte (s). Alguns dos abre em uma nova janelaadditional EPA tools incluem camadas de dados de nutrientes ( abre em uma nova janelaNPDAT), um programa de modelagem de qualidade da água ( abre em uma nova janelaWASP), e uma ferramenta de diagnóstico para deficiência biológica ( abre em uma nova janelaCADDIS).

Biological Condition Gradient

Biological Condition Gradient

Biological Condition Gradient

An emerging regulatory tool from the US Coral Reef Task Force is the Biological Condition Gradient (BCG), which is based on water quality criteria specific to reef environments. The BCG was originally developed as a framework to be used to interpret the effects of different stressors on freshwater environments. With new guidance specific to coral reef ecosystems, the BCG can help managers establish a stress gradient using species relevant to their area: corals, sponges, fish, algae, or plants. This gradient should describe the biological response as stressors increase from minimal to severe. Level one represents the native condition, and should describe the population under normal circumstances. For corals, this may include the ratio of species known to be sensitive to stress compared to those that are more tolerant. As the stress gradient increases, this balance may change. The tool, coupled with examples from research projects, can help managers define a baseline and compile pollution and ecosystem data over time. This information can be used to understand the impact of pollution on ecosystems and predict the impacts of future contamination or long-term exposure on reef systems.

Australia's National Water Quality Management Strategy

Gold Coast, Austrália

Gold Coast, Australia. Photo © Marian Frew/TNC Photo Contest 2019

Another set of guidelines which can be used as a reference when developing regulations or thresholds is abre em uma nova janelaAustralia’s National Water Quality Management Strategy. This strategy was developed to avoid contamination of water bodies when treatment plants discharge water. While treatment standards for wastewater effluent discharged to coastal waters are set locally, these national guidelines encourage monitoring water quality at several steps during the treatment process to verify that they are removing the contaminants. The document identifies water bodies which are particularly sensitive to contamination due to slower dilution rates, like bays and estuaries, where secondary treatment (at a minimum) and often additional nutrient removal are required to protect ecosystems.

Australia's National Outfall Database

Australia National Outfall Database mapping

Australia's National Outfall Database map

To aid monitoring and management, the National Outfall Database maps the volume of discharge to outfalls across Australia and reports on the populations served, types of treatments, and various pollutant levels. Wastewater management strategies in Australia are increasingly aligned with marine conservation, exemplified by the abre em uma nova janelaAtualização da estação de tratamento de águas residuais da Cleaner Seas Alliance em Cairnsabre arquivo PDF .

This database reports monthly average levels of different pollutants including pH, total dissolved solids, nitrogen, phosphorus, and E. coli. Managers can see what locations across Australia are measuring and what value range is normal in each location.

Wastewater Associations

As associações regionais são parceiros-chave para conectar gerentes com reguladores e concessionárias de serviços públicos. Organizações como a abre em uma nova janelaAssociação Caribenha de Água e Águas Residuais, pela abre em uma nova janelaPacific Water and Wastewater Association, e as abre em uma nova janelaPacific Water & Wastes Association are valuable resources for managers looking to navigate the regulatory requirements applicable to them and access data, tools, and other resources.

Adequação do sistema

O gráfico a seguir apresenta algumas considerações para orientar a tomada de decisão do sistema com base em efluentes, regulamentações e ambiente receptor. Atualmente, faltam ferramentas que levem em consideração critérios sociais, de saúde e ambientais para determinar a intervenção de saneamento mais adequada. À medida que ferramentas futuras são desenvolvidas, é importante incluir uma visão do profissional marinho sobre o grau de tratamento e as tecnologias mais eficazes para proteger o oceano.

O esquema acima detalha as considerações que as ferramentas de suporte à decisão de adequação do sistema integrado podem incluir para considerar saúde, ecossistemas, recursos, eficácia, aceitabilidade e sustentabilidade. Fonte: Adaptado de US EPA

O esquema acima detalha as considerações que as ferramentas de suporte à decisão de adequação do sistema integrado podem incluir para considerar saúde, ecossistemas, recursos, eficácia, aceitabilidade e sustentabilidade. Fonte: Adaptado de US EPA

Coastal Massachusetts tem enfrentado desafios de carregamento de nutrientes associados à poluição de águas residuais por décadas. Em resposta, a Comissão de Cape Cod montou um site interativo de tecnologias de saneamento, abre em uma nova janelaMatriz de Tecnologias. Esta ferramenta detalha os atributos e deficiências de várias tecnologias que as tornam adequadas em diferentes contextos. Ênfase particular na remoção de nutrientes, remediação costeirae a restauração demonstram a relevância deste local para os praticantes da marinha. Clicar nessas tecnologias fornece mais informações sobre as soluções disponíveis e quais podem ser as mais compatíveis para uma determinada circunstância.

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