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UNIVERSIDADE DE SOROCABA PRÓ-REITORIA ACADÊMICA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE SANEAMENTO Sabrina Bueno Correa APLICAÇÃO DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA NOS RESÍDUOS SÓLIDOS GERADOS NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO – ETE DO MUNICÍPIO DE PILAR DO SUL/SP Sorocaba/SP 2018 1 Sabrina Bueno Correa APLICAÇÃO DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA NOS RESÍDUOS SÓLIDOS GERADOS NA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO – ETE DO MUNICÍPIO DE PILAR DO SUL/SP Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como exigência parcial para obtenção do certificado de especialista em Engenharia de Saneamento, da Universidade de Sorocaba. Orientador: Prof. Me. Antônio Carlos Ramos Gonçalves Sorocaba/SP 2018 2 SUMÁRIO 1. OBJETIVO ........................................................................................................... 3 2. REFERENCIAL TEÓRICO .................................................................................. 3 2.1. PILAR DO SUL .......................................................................................... 3 2.2. EFLUENTES .............................................................................................. 4 2.3. LODOS ...................................................................................................... 4 2.4. ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO ............................................ 5 3. METODOLOGIA .................................................................................................. 7 4. RESULTADOS .................................................................................................... 8 5. CONCLUSÕES.................................................................................................. 17 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 18 3 1. OBJETIVO Caracterizar os resíduos sólidos gerados na Estação de Tratamento de Esgoto – ETE de Pilar do Sul através da metodologia produção mais limpa (P+L), identificando os resíduos encontrados em cada etapa do processo e sua destinação, desta forma, confirmando se as hipóteses de que 100% dos resíduos da ETE tem por destino final o aterro sanitário, os resíduos do gradeamento não são perigosos e o principal resíduo são os lodos. Busca-se também neste artigo verificar se é possível reduzir a quantidade de lodo e resíduos aplicando a metodologia de produção mais limpa, além disso, estimar as ações antrópicas que mais contribuem para a geração de resíduos na ETE. 2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1. PILAR DO SUL Segundo IBGE (2019), Pilar do Sul apresenta uma área territorial de 681,248 km² e uma população estimada em 28.963 habitantes em 2018. A cidade está localizada a sudoeste do Estado de São Paulo, confrontando com os munícipios de Sarapuí, Salto de Pirapora, Tapiraí, Piedade, São Miguel Arcanjo e Itapetininga (PMISB, 2014 apud SILVA; SILVA, 2017). Ainda de acordo com esta fonte, as características abióticas são solos predominantemente do grupo Latossolos Vermelhos e Argissolos Vermelhos-Amarelos, o clima é subtropical de altitude, pertence a sub-bacia do Rio Itapetininga da UGRHI 14, tendo como principais cursos hídricos o Rio Turvo, Rio Pinhal e Rio Claro. Importante destacar que o Rio Turvo, principal afluente do Rio Itapetininga, recebe os efluentes da ETE de Pilar do Sul (VALIO; et al, 2013). Quanto aos remanescentes florestais, o Inventário Florestal de 2009, elaborado pelo Instituto Florestal indica que 23,67% do município é de cobertura vegetal, entre matas e capoeiras (SILVA; SILVA, 2017). Para os aspectos socioeconômicos destacam-se as características agropecuárias do município, porém o setor de serviços é o que apresenta a maior contribuição no PIB, estima-se que o salário mensal médio dos moradores sejam de 2,1 salários mínimos em 2017 (IBGE, 2019). 4 2.2. EFLUENTES Conforme mencionado por Archela, et al (2003) existem efluentes domésticos e industriais, este último é provenientes dos diversos processos de industrialização e constantemente é acompanhado por materiais contaminados, por isso a importância do pré-tratamento antes de serem direcionados à Estação de Tratamento de Esgoto – ETE. Já os efluentes domésticos são oriundos de residências e comércios, e sua composição é principalmente de águas residuárias contaminadas por fezes humanas e de animais, restos de alimentos e produtos de limpeza. Quando estes efluentes são lançados em um curso e/ou corpo hídrico há um desequilíbrio ao ecossistema, tais como exemplifica Archela, et al (2003): [...] quando maior o volume de esgotos lançados em um corpo aquático, maior será a concentração de matéria orgânica, maior será a proliferação de bactérias, maior a atividade total de respiração e maior, por conseguinte, a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). O resultado disso é a redução das concentrações de oxigênio a um nível incompatível com as necessidades respiratórias dos peixes que ali habitam. Esse cenário é refletido no Rio Itapetininga, que segundo Válio, et al (2013) é formado pelo afluente do Rio Turvo que recebe os efluentes já tratados da ETE de Pilar do Sul, onde no ponto de despejo foram observados presença significativa de fósforo total e nitrogênio que contribuem para a diminuição da qualidade da água do Rio Turvo, onde torna-se necessário verificar a qualidade do efluente final desta ETE e providenciar urgentemente um tratamento do lodo gerado. A conclusão é de que os pontos de poluição do Rio Turvo são justamente onde estão sendo lançados os efluentes da ETE de Pilar do Sul. 2.3. LODOS De acordo com Lee (2011) o lodo é um resíduo sólido, subproduto do processo de tratamento de esgoto que ocorre nas Estações de Tratamento de Esgoto – ETE. O gerenciamento do mesmo é um problema atual devido a quantidade produzida e a qualidade destes para o aproveitamento na agricultura, recuperação de áreas degradadas ou então a sua disposição superficial no solo (landfarming), sendo comumente destinados para o aterro sanitário e incineração. 5 Gonçalves et al (1999 apud FREDDO, 2014) ressalta que o as características físico-químicas do lodo vai depender das características das águas residuais e do tratamento empregado. De maneira geral os lodos são compostos por água, matéria orgânica e nutrientes (fósforo e potássio). 2.4. ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO Von Sperling (1996 apud FREDDO, 2014) destaca que o esgoto doméstico é formado por 99,9% de água e o restante 1% por sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos ou dissolvidos, bem como mircrorganismos, e por conta deste restante é que se faz necessário o tratamento de esgoto. Para Campos (1999 apud FREDDO, 2014) o tratamento busca fenômenos que já ocorrem naturalmente no ambiente, e pode ser desde uma disposição simplificada no solo como também sofisticadas estações de tratamento, o melhor sistema varia de acordo com as características de cada cidade. Von Sperling (2002) menciona que o sistema conhecido como lagoas facultativas mantem um sistema aeróbio na parte superior por bactérias dispersas no meio liquido e conforme o material sedimenta o sistema é convertido para anaeróbio através das bactérias que se acumulam no fundo da lagoa. Para a decomposição aeróbia o oxigênio é fornecido pelas algas que realizam fotossíntese. Entretanto, existe o sistema de Lagoa Aerada Facultativa onde o oxigênio é fornecido por meio de aeradores mecânicos ao invés da fotossíntese. Tabela 1: Vantagens e desvantagens do sistema Lagoa Facultativa. Fonte: Adaptado de Von Sperling (2002). 6 Tabela 2: Vantagens e desvantagens do sistema Lagoa Aerada Facultativa. Fonte: Adaptado de Von Sperling (2002). De acordocom a SABESP (2019) as lagoas anaeróbias são profundas, de 3 a 5 metros, para reduzir a penetração de luz, e assim a quantidade de oxigênio consumido ser inferior ao de oxigênio produzido, quebrando a matéria orgânica em estruturas mais simples e convertendo-a posteriormente em metano, gás carbônico e água. Diferentemente, as lagoas facultativas, de 1,5 a 3 metros de profundidade, muito utilizadas em cidades pequenas do interior do estado, intercalam entre o sistema anaeróbio e aeróbio, onde nesta última as condições são mantidas na camada superior e a outra na camada inferior. Neste sistema há a proliferação natural de algas que contribuem para oferecer oxigênio. Ilustração 1: Sistema de Lagoa Facultativa. Fonte: VON SPERLING (2002). Ilustração 2: Sistema de Lagoa Aerada Facultativa. Fonte: VON SPERLING (2002). 7 3. METODOLOGIA Para alcançar aos objetivos deste trabalho aplicaremos a metodologia conhecida como Produção Mais Limpa (P+L), uma estratégia técnica, econômica e ambiental integrada a produtos e processos afim de aumentar a eficiência do sistema. A Produção Mais Limpa apresenta a variável ambiental em todos os níveis da empresa relacionando-a sempre com ganhos econômicos, gerando mais produtos e menos resíduos, diferente das tecnologias de fim de tubo, esse sistema busca a prevenção ao invés da reação (CENTRO NACIONAL DE TECNOLOGIAS LIMPAS, 2003). A metodologia Produção Mais Limpa apresenta quatro passos que se aplicam neste estudo: 1) Identificação de barreiras e abrangência de aplicação; Verificar o que pode impedir o sucesso de aplicação da metodologia e definir os limites da área de estudo. 2) Fluxograma do processo produtivo e diagnóstico ambiental; Definir o fluxo qualitativo e quantitativo para criar um banco de dados e assim traças as estratégias de aplicação da Produção Mais Limpa. 3) Identificação das causas e de opções de Produção Mais Limpa; Identificar as causas dos problemas e suas origens e verificar qual será o nível de atuação da Produção Mais Limpa de acordo com o fluxograma (1). Fluxograma 1: Opções de Produção Mais Limpa Fonte: Centro Nacional de Tecnologias Limpas (2003). 8 4) Avaliação técnica, ambiental e econômica; Para a avaliação técnica considerar o impacto da medida, necessidade de testes e mudanças, experiências. Na avaliação ambiental considerar a quantidade de resíduos que serão eliminados e se são substancias tóxicas. Por fim, na avaliação econômica considerar se é preciso investimentos e se trará econômica para a empresa. 4. RESULTADOS A vistoria in loco na Estação de Tratamento de Esgoto – ETE de Pilar do Sul foi realizada no dia 10 de agosto de 2019 às 08:30 horas, e obteve a companhia do operador da concessionária que opera a ETE. A primeira observação é quanto ao sistema utilizado pela concessionária, trata- se de 2 (duas) Lagoas Aeradas Facultativas e 1 (uma) Lagoa Facultativa. Visando levantar a quantidade de resíduos gerados em cada etapa da ETE e sua destinação foram obtidos informações por meio da concessionária e posteriormente para verificar se há possibilidade de redução destes resíduos aplica-se a metodologia da Produção Mais Limpa, onde obtém-se os seguintes resultados: 1) Identificação de barreiras e abrangência de aplicação; As dificuldades encontradas durante o processo foram obter informações precisas e concretas à respeito da ETE, especialmente no que se refere a dados quantitativos. Por tratar-se de um sistema simples a limpeza das lagoas para retirada do lodo ocorre esporadicamente e os meios de controle de operação quase são nulos, pois o sistema age naturalmente, com exceção ao aerador mecânico. A área de abrangência de estudo será toda a Estação de Tratamento de Esgoto – ETE de Pilar do Sul, a ilustrações demonstram a infraestrutura existente. 9 Ilustração 3: Portão de acesso da Estação de Tratamento de Esgoto – ETE de Pilar do Sul. Fonte: Sabrina Bueno Corrêa (10/08/2019). Ilustração 4: Gradeamento no início da ETE. Fonte: Sabrina Bueno Corrêa (10/08/2019). 10 Ilustração 5: Caixa de areia. Fonte: Sabrina Bueno Corrêa (10/08/2019). Ilustração 6: Lagoa 1 Aeróbia Facultativa. Fonte: Sabrina Bueno Corrêa (10/08/2019). 11 Ilustração 7: Lagoa 2 Aeróbia Facultativa. Fonte: Sabrina Bueno Corrêa (10/08/2019). Ilustração 8: Lagoa 3 Facultativa. Fonte: Sabrina Bueno Corrêa (10/08/2019). 12 EFLUENTE DOMÉSTICO IN NATURA 21,35 l/s EFLUENTE DOMÉSTICO PRÉ TRATADO 21,35 l/s EFLUENTE DOMÉSTICO PRÉ TRATADO 21,35 l/s RESÍDUOS SÓLIDOS GROSSEIROS 1.632 kg/mês AREIA 4.399 kg/mês ESGOTO DOMÉSTICO PRÉ TRATADO 21,35 l/s 2) Fluxograma do sistema e diagnóstico ambiental; Após o levantamento em campo foi possível traçar um fluxograma do sistema de operação da Estação de Tratamento de Esgoto – ETE de Pilar do Sul/SP juntamente com o seu balanço de massa, ou diagnóstico ambiental, identificando as entradas e saídas de matéria no sistema. Fluxograma 2: Fluxograma de funcionamento da ETE com entradas e saídas em cada etapa do sistema. Fonte: Autoria própria. Gradeamento Caixa de areia Medidor de vazão Lagoa Aeróbia Facultativa 1 Lagoa Aeróbia Facultativa 2 Corpo receptor (Rio Turvo) Lagoa Facultativa 3 EFLUENTE DOMÉSTICO PRÉ TRATADO 21,35 l/s EFLUENTE DOMÉSTICO TRATADO 21,35 l/s EFLUENTE TRATADO + ÁGUA DO RIO LODO 765,14 kg/mês 13 Para facilitar o fluxo de informações, o diagnóstico ambiental será realizado conforme as etapas de funcionamento da ETE: GRADEAMENTO Esta é a primeira etapa do processo e faz parte do pré tratamento, sendo assim, a entrada é definida como sendo o esgoto doméstico in natura ou bruto, contendo material líquido, mais principalmente resíduos sólidos grosseiros que ficam presos na grade. De acordo com funcionários da concessionária nesta etapa o que mais se observam de resíduos sólidos são bolinhas plásticas, preservativos, peças intimas e cabelos, à respeito do papel higiênico informam que ao chegar na ETE os mesmos já se desfizeram nos emissários. Os materiais são retirados diariamente das grades e acondicionados em uma caçamba metálica, posteriormente são encaminhados para o Aterro Sanitário Proativa, de Iperó. Dados quantitativos: Entrada = 21,35 l/s de efluente doméstico in natura Saída = 1.632 kg/mês de resíduos sólidos CAIXA DE AREIA Ainda sendo uma fase de pré tratamento, a caixa de areia visa retirar o material arenoso que entra no sistema trazendo prejuízos como corrosão e acumulo na tubulação, interferindo na vazão normal da ETE e exigindo manutenções constantes nos equipamentos. O material arenoso não fica retido no gradeamento devido à granulometria de suas partículas, por isso há a necessidade da caixa de areia para reter as mesmas que são retiradas semanalmente pelos funcionários que acondicionam o material em caçamba metálica, onde posteriormente são encaminhados para o Aterro Sanitário Proativa, de Iperó. Dados quantitativos: Entrada = 21,35 l/s de efluente doméstico pré tratado Saída = 4.399 kg/mês de resíduos sólidos MEDIDOR DE VAZÃO Após o pré tratamento o efluente doméstico pré tratado passa pelo medidor de vazão do tipo calha parshall sem qualquer alteração em sua entrada e saída. Dados quantitativos: 14 Entrada = 21,35 l/s de efluente doméstico pré tratado Saída = 21,35 l/s de efluente doméstico pré tratado LAGOAS DE TRATAMENTO Após passar pelo medidor de vazão, o efluente pré tratado é divido igualmente em 3 dutos que dão acesso as Lagoas Aeróbias Facultativas 1 e 2 e Lagoa Facultativa 3, nestas lagoas é onde ocorre efetivamente o tratamento do esgoto doméstico.Tendo em vista tratar-se de um processo biológico, os resíduos sólidos gerados nesta etapa são os conhecidos lodos. De acordo com dados da concessionária, a ETE de Pilar do Sul está em funcionamento desde 2001 e até o momento não houve retirada de lodo das 3 lagoas, segundo os mesmos a previsão é para 2021 e após a limpeza o material será destinado para o Aterro Proativa, de Iperó. Visando estimar a quantidade de lodo que será removida desta lagoa, SANEPAR e PROSAB (1999 apud FREDDO, 2014) destaca que em lagoas facultativas a geração de lodo varia de 0,3-0,8 m³/habitante.ano, considerando que a população de Pilar do Sul atendida pelo tratamento de esgoto é de 15.899 habitantes, e a densidade do lodo é de 1,05 (VON SPERLING; GONÇALVES, 2001) tem-se os cálculos: Média aritmética de lodo gerada = 0,3+0,8 / 2 = 0,55 m³/habitante.ano Volume de lodo anual = 0,55 x 15.899 = 8.744,45 m³/ano Quantidade de lodo anual = 1,05 X 8.744,45 = 9.181,67 kg/ano Quantidade de lodo mensal = 765,14 kg/mês Para uma previsão de 20 anos para remoção do lodo das 3 lagoas tem-se: Quantidade total de lodo previsto em 20 anos = 183.633,40 kg Dados quantitativos: Entrada = 21,35 l/s de efluente doméstico tratado Saída = 765,14 kg/mês de lodo 15 CORPO RECEPTOR O corpo receptor que recebe o efluente tratado é o Rio Turvo, desconsiderando as perdas existentes no sistema, entende-se que a vazão que entra no sistema é a mesma na saída, ou seja, de 21,35 l/s. Ao ser lançado no corpo hídrico o material se mistura com a vazão do Rio Turvo neste ponto e segue a jusante até desaguar no Rio Itapetininga. Dados quantitativos: Entrada = 21,35 l/s de efluente doméstico tratado Saída = 21,35 l/s de efluente doméstico tratado acrescido da vazão do curso hídrico no ponto de lançamento. Ademais, considerando somente o balanço de massa de resíduos sólidos gerados na ETE tem-se um total de 6.796,14 kg/mês, integralmente encaminhados para o Aterro Sanitário Proativa de Iperó. Fluxograma 3: Balanço de massa demonstrando a representatividade de cada etapa na geração de resíduos sólidos da ETE de Pilar do Sul/SP. Fonte: Autoria própria. Corpo receptor 0 kg /mês 0,00% Lagoas facultativas 765,14 kg /mês 11,26% Medidor de vazão 0 kg /mês 0,00% Caixa de areia 4.399 kg/mês 64,73% Gradeamento 1.632 kg/mês 24,01% 16 3) Identificação das causas e opções de Produção Mais Limpa; Após o diagnóstico ambiental do sistema, inesperadamente verificou-se que os 4.399 kg/mês de areia removidos na fase de caixa de areia, no pré tratamento, apresenta o maior percentual de participação nos resíduos sólidos gerados em toda a ETE de Pilar do Sul/SP, sendo a areia a principal causa de custos e trabalho para a concessionária. Este material traz efeitos adversos aos componentes instalados na ETE, tais como desgaste dos equipamentos e tubulações devido a rigidez das partículas, obstrução dos canais de escoamento, e reduz a vazão do efluente que percorre as fases da ETE, desta forma é preciso a sua remoção para evitar manutenções e até troca dos equipamentos constantemente. Observando a fluxograma 1 identifica-se as opções de aplicação de Produção Mais Limpa em um processo, fazendo o paralelo com o processo de uma ETE e tendo como areia a principal causa de problemas podemos aplicar a Produção Mais Limpa (P+L) de Nível 1 – Redução na fonte e de Nível 3 – Reciclagem externa. Nível 1 – Redução na fonte pode ser feito através de um trabalho de conscientização ambiental para que os residentes coloquem grades na entrada de tubulações, evitando não só um grande volume de areia que segue para a ETE, mais como também resíduos sólidos grosseiros encontrados na fase de gradeamento. Culturalmente, as pessoas retiram as “gradinhas” ao limparem a casa para que siga pela tubulações todas as “sujeiras” existentes, não removendo a camada de impurezas que quando se tem uma grade é possível retirar. Nível 3 – Reciclagem externa, Borges et al (2016) destaca que é possível utilizar a areia residual das ETEs, após um processo de limpeza e secagem do material, como agregado miúdo na composição de argamassas utilizadas na construção civil, cerca de 70% desta composição poderia ser feita com areia residual. Desta forma, evita-se que o montante coletado da ETE seja direcionado para o aterro sanitário, aumentando assim a vida útil do mesmo, além disso reduz a exploração minerária de areia, responsável por impactos ambientais devastadores no ambiente. 4) Avaliação técnica, ambiental e econômica; A aplicação de P+L de nível 1 é técnica, ambiental e economicamente viável, pois as concessionárias já investem parte de lucro em atividades de educação ambiental, o que seria necessário é redirecionar a abordagem para a colocação de grades. Já, para a P+L de nível 3, de acordo com Borges et al (2016) é ambiental e 17 tecnicamente viável, entretanto, só é economicamente viável se o porte da ETE for grande e a distância do aterro sanitário for longa, pois para utilizar a areia residual em argamassa é preciso fazer um tratamento antes com limpeza e secagem, gerando custos para tal. 5. CONCLUSÕES Com o diagnóstico ambiental foi possível observar a geração de 6.796,14 kg/mês de resíduos sólidos na ETE de Pilar do Sul/SP, deste montante, inesperadamente, a areia removida na etapa de caixa de área, no pré tratamento, é responsável por 64,73% do total gerado. É importante observar que como o lodo ainda não foi removido das lagoas de tratamento, o cálculo para a estimativa desta geração foi baseado nas médias das referências citadas, e só serão efetivamente comprovados após a remoção do lodo previsto para 2021. Nota-se que 100% dos resíduos são destinados para o Aterro Sanitário Proativa, de Iperó, o material gradeado é considerado perigoso e o principal resíduo gerado na ETE de Pilar do Sul não é o lodo, mais sim a areia. Ademais, conclui-se que a metodologia de Produção Mais Limpa (P+L) foi eficiente para o direcionamento deste trabalho, sendo possível aplicar a P+L de nível 1 e 3 para os problemas gerados pela areia. . 18 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARCHELA, E. et al. Considerações sobre a geração de efluentes líquidos em centros urbanos. Londrina. 2003. BORGES, N. B. et al. Potencialidade da utilização da areia removida em desarenadores de estação de tratamento de esgoto na construção civil, como material alternativo à areia comercial comum. São Carlos. 2016. CENTRO NACIONAL DE TECNOLOGIAS LIMPAS. Implementação de Programas de Produção mais Limpa. Porto Alegre. 2003. COMPANHIA DE SANEAMENTO BÁSICO DO ESTADO DE SÃO PAULO. Tratamento de Esgotos. Disponível em: <http://site.sabesp.com.br/site/interna/Default.aspx?secaoId=49>. Acesso em: 28 jul. 2019. FREDDO, Alessandra. Caracterização físico-química de lodo proveniente de duas estações de tratamento de esgoto da região oeste do Paraná. Medianeira. 2014. INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Pilar do Sul. Disponível em: <https://cidades.ibge.gov.br/brasil/sp/pilar-do-sul/panorama>. Acesso em: 28 jul. 2019. LEE, Erich S. H. Caracterização do lodo proveniente de Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) e estudo sobre seu potencial energético. São Paulo. 2011. SILVA, J. P; SILVA, S. F. Adequação ambiental do município de Pilar do Sul-SP à Política Nacional de Resíduos Sólidos. São Paulo. 2017. VÁLIO, V. M et al. Impacto do efluente tratado da Estação de Tratamento de Esgoto na qualidade de água no Rio Itapetininga, SP. 2013. VON SPERLING, M; GONÇALVES, R. F. Lodo de esgotos: características e produção. 2001. VON SPERLING, Marcos. Lagoas de estabilização. 2002.
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