UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
MESTRADO EM MEIO AMBIENTE, ÁGUAS E
SANEAMENTO
AVALIAÇÃO DO CICLO DE VIDA DE UMA ETE
DESCENTRALIZADA COMPOSTA POR REATOR UASB
SEGUIDO DE WETLANDS CONSTRUÍDOS
Mestranda: Thaís Lopes
Orientador: Prof. Dr. Luciano M. Queiroz
Co-orientador: Prof. Dr. Asher Kiperstok
Salvador, 2013
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
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.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
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.
O tratamento de esgoto em condições aeróbias e anaeróbias.
Conversão biológica nos sistemas aeróbios e anaeróbios.
Fonte: CHERNICHARO et al., 2001.
REATOR UASB
APLICABILIDADES E LIMITAÇÕES
Representação esquemática de um reator UASB.
Fonte: CAMPOS et al., 1999.
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).
SISTEMAS DE WETLANDS CONSTRUÍDOS
WETLANDS NATURAIS
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).
Fonte: Adaptado de MITSCH & GOSSELINK, 1993.
WETLANDS CONSTRUÍDOS
Wetlands construídos utilizam plantas sobre um substrato,
permitindo a formação de um biofilme que agrega uma população de
microrganismos (SOUSA et al., 2000).
Fonte: http://wetlandsconstruidos.blogspot.com.br/2011/09/artigos-publicados-na-area.html
COMPONENTES DOS WETLANDS
Substrato
Macrófitas
Microfauna
associada
Fonte: http://www.fucapi.br/blog/2011/11/da-teoria-prtica-projeto-utiliza-plantas-notratamento-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.
 Ações de operação e
manutenção:
Manejo adequado das
macrófitas.
Retirada de vegetação
indesejada.
Elevação e rebaixo do mangote
para controle de nível.
Profundidade do lençol freático.
Impermeabilização do sistema.
Retirada periódica do lodo.
APLICABILIDADE E LIMITAÇÕES
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.
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
RESULTADOS DO ICV
CATEGORIAS DE IMPACTO
MIDPOINT
CONSUMO DE RECURSOS NATURAIS
DEPLEÇÃO DE RECURSOS
CATEGORIAS DE IMPACTO
ENDPOINT
DEGRADAÇÃO DE ECOSSISTEMAS E
PAISAGENS
RECURSOS
USO DO SOLO
AQUECIMENTO GLOBAL
DEPLEÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO
EMISSÕES GASOSAS
QUALIDADE DO ECOSSISTEMA
ACIDIFICAÇÃO
EUTROFIZAÇÃO
EFLUENTES LÍQUIDOS
SAÚDE HUMANA
TOXICIDADE HUMANA
RESÍDUOS SÓLIDOS
ECOTOXICIDADE
Fonte: ANDERI, 2007
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 O aumento da remoção de nitrogênio e fósforo aumentam as
FOLEY et al. (2010)
de águas residuárias.
emissões (GEE e lodo para aterro) e o consumo de recursos
(energia, infraestrutura, substâncias químicas). Para uma melhor
Austrália
qualidade final do efluente, maior é a carga de impactos ambientais
negativos.
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)
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)
Espanha
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
RESÍDUOS DA
CONSTRUÇÃO
CIVIL
GERAÇÃO DE
ESGOTO
DOMÉSTICO
REDE COLETORA
E TRATAMENTO
PRELIMINAR
MATERIAIS
FRONTEIRA
DO SISTEMA
FASE DE
CONSTRUÇÃO
ETE VOG VILLE
MATERIAIS
ESGOTO BRUTO
ENERGIA
FASE DE
OPERAÇÃO
ETE VOG VILLE
FASE DE
DESMONTAGEM
ETE VOG VILLE
Figura: Fluxograma da fronteira do sistema da ETE Vog Ville.
TRATAMENTO DO
LODO
EMISSÕES
RESÍDUOS
DISPOSIÇÃO
FINAL
FASE DE CONSTRUÇÃO
AÇO
CONCRETO ARMADO
CONCRETO MAGRO
CIMENTO
AREIA
EMISSÕES
MADEIRA
BLOCO DE CIMENTO
PVC
FIBRA DE VIDRO
BRITA
MACRÓFITAS
BOMBA DOSADORA
USO DO SOLO
ENERGIA
Fonte: Produção do próprio autor.
FASE DE
CONSTRUÇÃO
ETE VOG VILLE
RESÍDUOS
FASE DE OPERAÇÃO
EMISSÕES PARA O AR
HIPOCLORITO DE SÓDIO
EMISSÕES PARA A ÁGUA
ESGOTO BRUTO
FASE DE OPERAÇÃO
ETE VOG VILLE
RESÍDUOS
ENERGIA
LODO
Fonte: Produção do próprio autor.
Entradas conhecidas da natureza (recursos)
Esgoto bruto
DBO5 (Demanda bioquímica de oxigênio)
DQO (Demanda química de oxigênio)
Sólidos em suspensão
Sólidos sedimentáveis
Nitrogênio Amoniacal (N-NH3)
Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK)
Nitrato (N-NO3-)
Fósforo Total (P-Total)
Uso do solo
ETE VOG VILLE
Nomenclatura SimaPro
Raw sewage
BOD5, Biological Oxygen Demand
COD, Chemical Oxygen Demand
Suspended solids, unspecified
Quantidade
Ammonia, as N
Nitrogen, total
Nitrate
Phosphorus
Land use
Quantidade
Unidade
Origem
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
m2
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
FERREIRA, 2013
FERREIRA, 2013
FERREIRA, 2013
FERREIRA, 2013
EMBASA
Unidade
Kg
m3
m3
Kg
Kg
m3
Kg
Kg
Origem
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
Kg
Kg
Kg
USD
Kg
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
Entradas conhecidas da esfera tecnológica (materiais/combustíveis)
Aço
Concreto armado
Concreto magro
Cimento
Areia
Forma em madeira
Bloco de cimento
PVC
Nomenclatura SimaPro
Reinforcing steel, at plant/kg/RER
Concrete, normal, at plant/CH U
Poor concrete, at plant/m3/CH
Cement, unspecified, at plant/kg/CH
Sand, at mine/CH U
Sawn timber, softwood, planed, air dried, at plant/m3/RER
Concrete block, at plant/DE U
Polyvinylchloride, at regional storage/RER U
Fibra de vidro
Brita
Macrófitas
Bomba dosadora
Hipoclorito de sódio
Glass fibre reinforced plastic, polyester resin, hand lay-up, at plant/RER U
Gravel, crushed, at mine/CH U
Macrophytes
Pump and pumping equipment manufacturing
Sodium hypochlorite, 15% in H2O, at plant/RER U
Entradas conhecidas da esfera tecnológica (electricidade/calor)
Eletricidade
Nomenclatura SimaPro
Electricity, low voltage, at grid/BR S
Quantidade
Unidade
kWh
Origem
Estimado
Emissões para o ar
Gás carbônico (CO2)
Monóxido de nitrogênio (N2O)
Amônia (NH3)
Metano (CH4)
Nomenclatura SimaPro
Carbon dioxide, biogenic
Dinitrogen monoxide
Ammonia
Methane, biogenic
Quantidade
Unidade
g
g
g
g
Origem
Estimado
Estimado
Estimado
Estimado
Emissões para a água
DBO5 (Demanda bioquímica de oxigênio)
DQO (Demanda química de oxigênio)
Sólidos em suspensão
Sólidos sedimentáveis
Nitrogênio Amoniacal (N-NH3)
Nitrogênio Total Kjeldahl (NTK)
Nitrato (N-NO3-)
Fósforo Total (P-Total)
Nomenclatura SimaPro
BOD5, Biological Oxygen Demand
COD, Chemical Oxygen Demand
Suspended solids, unspecified
Quantidade
Unidade
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Kg
Origem
EMBASA
EMBASA
EMBASA
EMBASA
FERREIRA, 2013
FERREIRA, 2013
FERREIRA, 2013
FERREIRA, 2013
Emissões para o solo
Nomenclatura SimaPro
Quantidade
Unidade
Origem
Fluxos finais de resíduo
lodo
Nomenclatura SimaPro
sludge
Quantidade
Unidade
Kg
Origem
Estimado
Ammonia, as N
Nitrogen, total
Nitrate
Phosphorus, total
Levantamento bibliográfico
Apropriação do objeto de estudo
Definição do objetivo e escopo
Coleta de dados
ICV: Quantificação das entradas e saídas
Apropriação da modelagem usando o SimaPro
AICV: associação às categorias de impacto
Análise e Interpretação dos resultados
Várias rodadas de
simulações da
modelagem no
SimaPro
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSOCIAÇÃO 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.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FOLEY, J., et al. Comprehensive life cycle inventories of alternative wastewater treatment systems.
Water research, 44, p. 1654 – 1666, 2010.
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. 2073 – 2081, 2011.
GALLEGO A., et al. Environmental performance of wastewater treatment plants for small populations.
Resources, Conservation and Recycling, 52, p. 931–940, 2008.
GONÇALVES, R. F. (coord.). Desinfecção de Efluentes Sanitários, Remoção de Organismos
Patógenos e Substâncias Nocivas. PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, 2003.
JORDÃO, E. P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de esgotos domésticos. 5ª ed. 940 p. Rio de Janeiro,
2009.
KADLEC, R. H.; KNIGHT, R. L. Treatment wetlands. United States of America: Lewis Publishers, 1996.
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, 2004.
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. 108-112, abr/jun, 2006.
MBULIGWE, S. E. Comparative effectiveness of engineered Wetland systems in the treatment of
anaerobically pre-treated domestic wastewater. Ecological Engineering, 23, p. 269-284, 2004.
MITSCH, W. J.; GOSSELINK, J. G. Wetlands. 2nd ed. United States of America. 1993.
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.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SALATI, E. et al. Utilização de sistemas de wetlands construídas para tratamento de águas. Piracicaba
– SP, 2009.
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, 2012.
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, 2006.
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, 2000.
SOUSA, J. T., et al. Remoção de fósforo através do sistema “wetland”. Congreso Interamericano de
Ingeniería Sanitaria y Ambiental, 26 (AIDIS 98), Lima, nov., 1998.
UGGETTI, E., et al. Sludge treatment wetlands: A review on the state of the art. Bioresource
Technology, 101, p. 2905–2912, 2010.
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, 2000.
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.
OBRIGADA!
THAÍS LOPES
[email protected]