As águas residuais (ou seja, águas residuais, águas residuais, esgotos, também denominados “ resíduos líquidos ”) são “ poluídas ” pelo uso humano, compreendem todas as águas susceptíveis de contaminar os ambientes em que são lançadas, por poluentes físicos, químicos ou biológicos.
A água resíduos de diferentes combinações de doméstica, industrial, comercial ou agrícola, o gotejamento superfície ( água pingando de ) e qualquer entrada de infiltração de esgoto ou esgoto. Os tipos de águas residuais podem ser convenientemente agrupados em águas residuais domésticas (domésticas), águas residuais municipais (comunidade) , águas residuais agrícolas e águas residuais industriais . Algumas águas residuais levar nomes técnicos que especificam sua fonte ( água cinzenta , água negra , de água preta , papelaria água branca , lácteos água branca , etc. )
As residências podem produzir águas residuais de vasos sanitários , pias , lava-louças , máquinas de lavar , banheiras e chuveiros . As famílias que usam vasos sanitários secos produzem menos água residual do que aquelas que usam vasos sanitários com descarga.
As características das águas residuais variam de acordo com a origem e contêm poluentes físicos, químicos e biológicos. As águas residuais são tratadas como resíduos .
O termo remediação extremamente amplo inclui gerenciamento de esgoto, dejetos humanos (in) , de resíduos sólidos e de águas pluviais . O termo drenagem se refere à infraestrutura física necessária para transportar e tratar as águas residuais.
A água residual pode ser direcionada para um esgoto separado que carrega apenas água residual. Alternativamente, a água residual pode ser transportada para um esgoto combinado que carrega tanto as águas pluviais quanto as águas residuais e, possivelmente, também as águas residuais industriais.
Após o tratamento em uma estação de tratamento de águas residuais , as águas residuais tratadas (também chamadas de efluentes ) são descarregadas em um corpo receptor. A água residual de uma estação de tratamento de esgoto é chamada de " lodo ". Os termos “reutilização de águas residuais” e “ reciclagem de água ” aplicam-se se os resíduos tratados forem utilizados para outro fim. A água residual descarregada no meio ambiente sem o tratamento adequado pode levar à poluição da água .
No desenvolvimento de países e em áreas rurais pouco povoadas, águas residuais é muitas vezes tratada por vários saneamento no local sistemas ao invés de drenagem em esgotos. Esses sistemas incluem fossas sépticas conectadas a leitos filtrantes , de sistemas de saneamento no local ( sistemas de esgoto no local , OSS), sistemas vermifiltre (in) e muitos outros.
As águas residuais são geralmente formadas por subprodutos de uso humano (doméstico, industrial, artesanal, agrícola ou outro), daí a utilização da expressão “ águas residuais ”. No processo, eles foram alterados e são considerados poluídos e devem ser tratados antes de serem lançados no ambiente natural.
As águas residuais podem ser agrupadas de acordo com os principais setores de uso da água :
As fontes de águas residuais incluem as seguintes atividades domésticas ou domésticas:
As atividades de produção de águas residuais industriais incluem:
Outras atividades ou eventos relacionados:
As águas residuais podem ser diluídas ou misturadas com outros tipos de água através dos seguintes mecanismos:
As águas residuais contêm vários poluentes ou substâncias indesejáveis, que a purificação da água procurará biodegradar , reduzir e / ou eliminar.
Entre esses constituintes nocivos ou prejudiciais à qualidade irrepreensível da água estão metais pesados e metalóides , sais (fosfatos (PO 4) e nitratos (NO 3) principalmente) e poluentes orgânicos, como PCB (policloridebifenil), resíduos de hidrocarbonetos, drogas humanas e veterinárias, pesticidas, bactérias, vírus, parasitas, príons ou outros microrganismos indesejáveis, etc.
A composição das águas residuais varia consideravelmente. Aqui está uma lista parcial de poluentes que podem estar contidos nas águas residuais:
Embora a água residual contenha excrementos humanos , como na água negra , ela também pode conter patógenos de um dos quatro tipos:
Também pode conter bactérias e animais não patogênicos, como insetos , artrópodes e pequenos peixes .
Os indicadores de qualidade mais comuns são " demanda biológica de oxigênio " (BOD5) e " demanda química de oxigênio " (COD), bem como "sólidos em suspensão" (SS).
Eles são medidos nas águas residuais que entram no tratamento, bem como na água após o tratamento. Suas reduções dão o "rendimento da purificação da água".
Uma vez que todas as correntes naturais de água contêm bactérias e nutrientes, quase todos os compostos residuais introduzidos nessas correntes de água desencadearão reações bioquímicas conforme detalhado acima. Essas reações bioquímicas criam o que é medido em laboratório como demanda bioquímica de oxigênio (DBO). Esses produtos químicos também são suscetíveis de serem decompostos com a ajuda de fortes agentes oxidantes e essas reações químicas criam o que é medido em laboratório como demanda química de oxigênio (DQO). Os testes de BOD e COD são uma medida do efeito relativo de esgotamento de oxigênio de um contaminante residual. Ambos foram amplamente adotados como medida do efeito da poluição . O teste BOD mede a demanda de oxigênio de poluentes biodegradáveis, enquanto o teste COD mede a demanda de oxigênio de poluentes oxidáveis.
Qualquer material oxidável presente em um fluxo de água aeróbio natural ou em águas residuais industriais será oxidado por processos bioquímicos (bacterianos) e químicos. O resultado é que o conteúdo de oxigênio da água será reduzido.
Testes Aquatic Toxicology (in) são usados para fornecer dados qualitativos e quantitativos sobre efeitos adversos e tóxicos em organismos aquáticos. Os tipos de testes incluem testes agudos (exposição de curto prazo), crônicos (ao longo da vida) e testes de bioacumulação. Muitas instalações industriais nos Estados Unidos realizam testes de "toxicidade total de efluentes" em suas descargas de águas residuais, geralmente em combinação com testes químicos para certos poluentes.
Em muitas cidades, as águas residuais municipais são transportadas com as águas pluviais, através de um sistema de esgoto combinado , para uma estação de tratamento. Em algumas áreas urbanas, as águas residuais municipais são transportadas separadamente para os esgotos sanitários e o escoamento das ruas é canalizado para os esgotos pluviais. O acesso a esses sistemas, para fins de manutenção, geralmente é feito por meio de um poço de inspeção .
Durante os períodos de chuvas fortes, um sistema de esgoto combinado pode sofrer um transbordamento de esgoto combinado , o que força as águas residuais não tratadas a fluir diretamente para a água receptora. Isso pode representar uma séria ameaça à saúde pública e ao meio ambiente.
Em áreas menos desenvolvidas ou rurais, as águas residuais podem fluir diretamente para as principais bacias hidrográficas com mínimo ou nenhum tratamento. Geralmente, isso tem graves repercussões na qualidade do meio ambiente e na saúde humana. Os patógenos podem causar várias doenças. Alguns produtos químicos apresentam riscos mesmo em concentrações muito baixas e podem permanecer uma ameaça por longos períodos de tempo devido à bioacumulação em tecidos animais ou humanos.
As águas residuais de fábricas, usinas de energia e outras atividades industriais são amplamente regulamentadas nos países desenvolvidos e o tratamento é necessário antes de ser despejado em águas superficiais ( Tratamento de Águas Residuais Industriais ). Algumas instalações, como poços de petróleo e gás, podem ter permissão para bombear suas águas residuais para o subsolo, por meio de poços de injeção . A injeção de águas residuais tem sido associada à sismicidade induzida .
Globalmente, cerca de 80% das águas residuais produzidas são lançadas no meio ambiente sem serem tratadas, resultando em ampla poluição da água .
Na maioria dos países, particularmente em ambientes urbanos, as águas residuais são coletadas e canalizadas por meio de uma rede de esgoto (ou consolidação de rede ) ou para uma estação de processamento ou para um tratamento de site independente.
Muitos métodos podem ser usados para limpar águas residuais, dependendo do tipo e da extensão da contaminação. As águas residuais podem ser tratadas em estações de tratamento de águas residuais que incluem processos de tratamento físico, químico e biológico. As águas residuais municipais são tratadas em estações de tratamento de águas residuais . As águas residuais agrícolas podem ser tratadas nos processos de águas residuais agrícolas , enquanto as águas residuais industriais são tratadas nos processos de tratamento de águas residuais industriais .
Para águas residuais municipais, o uso de fossas sépticas e outras instalações de esgoto no local (esgoto não coletivo ) é predominante em algumas áreas rurais, por exemplo, atendendo a até 20% das residências nos Estados Unidos.
No caso de moradias coletivas, a purificação dessas substâncias é realizada por meio de estações de tratamento de efluentes. Na impossibilidade de ligar o habitat a tal rede, é instalado um sistema autônomo de saneamento não coletivo que purifica as águas residuais domésticas (desde as mais simples, como fossas sépticas , até as mais eficientes, como microestações. Purificação ou compactas filtros ). Se essas instalações não existirem, o ambiente natural que recebe esses efluentes não é capaz de garantir sua autopurificação . Em meio líquido, são os microrganismos que garantem a purificação, biodegradando a matéria orgânica contida nas águas residuais. Em um ambiente natural ao ar livre, a matéria orgânica seca por falta de umidade dependendo das condições do ambiente consideradas; para suprir as suas necessidades, as plantas bombeiam toda a humidade envolvente, as falhas na cave permitem que grandes quantidades de águas residuais se infiltrem nos veios.
A purificação das águas residuais da cave é efectuada em compostagem por fermentação. Trabalho muito mais longo e incerto: enquanto um excesso de água leva ao apodrecimento do composto, uma insuficiência o seca. As bactérias de biodegradação encontradas em um meio líquido têm dificuldade de sobreviver neste meio fechado. Como resultado, o material orgânico que não passou por pré-tratamento antes de ser enviado ao subsolo corre o risco de entupi-lo rapidamente.
Em uma situação autônoma (fossas totalmente d'água), os filtros de areia (montículos que se espalham) muitas vezes ficam obstruídos após vários anos de uso, o que prova que o solo não se destina a purificar as águas residuais domésticas.
Um tipo de sistema de tratamento aeróbio é o processo de lodo ativado , baseado na manutenção e recirculação de uma biomassa complexa composta por microrganismos capazes de absorver e adsorver matéria orgânica transportada em águas residuárias. Os processos de tratamento de águas residuais anaeróbicas ( Upflow anaerobic sludge cobertion digestion (en) , UASB: Expanded granular sludge bed digestion (en) , EGSB) também são amplamente aplicados no tratamento de águas residuais industriais e lamas biológicas. Algumas águas residuais podem ser altamente tratadas e reutilizadas como água de recuperação . As lagoas ou pântanos construídos também são usados.
As águas residuais tratadas podem ser reutilizadas na indústria (por exemplo, em torres de resfriamento ), na recarga artificial de aquíferos, na agricultura e na reabilitação de ecossistemas naturais (por exemplo, em áreas úmidas ). Em casos mais raros, também são usados para aumentar o fornecimento de água potável . Existem várias tecnologias utilizadas para tratar águas residuais para reutilização. A combinação dessas tecnologias permite atender a rígidos padrões de tratamento, que garantem que a água tratada seja higiênica, ou seja, livre de bactérias e vírus. Aqui estão algumas tecnologias típicas de ozonização , ultrafiltração , tratamento aeróbio ( biorreator de membrana (in) ), osmose direta (in) , osmose reversa , oxidação avançada .
Algumas atividades que demandam água não requerem água de alta qualidade. Nesse caso, o efluente pode ser reaproveitado com pouco ou nenhum tratamento. Um exemplo desse cenário está no ambiente doméstico, onde os vasos sanitários podem ser liberados com água cinza de banheiras e chuveiros, com pouco ou nenhum tratamento.
A irrigação com águas residuais recicladas também pode ser usada para fertilizar as plantas se elas contiverem nutrientes como nitrogênio , fósforo e potássio . Nos países em desenvolvimento, a agricultura usa águas residuais não tratadas para irrigação - muitas vezes de maneiras perigosas. Pode haver riscos significativos para a saúde associados ao uso de águas residuais não tratadas na agricultura. A Organização Mundial da Saúde em 2006 desenvolveu diretrizes para o uso seguro de águas residuais em 2006.
Existe um reaproveitamento que não fala seu nome. Em todas as regiões onde o substrato geológico é permeável, uma porção significativa dos efluentes lançados em cursos de água se infiltra no lençol freático subjacente ou ribeirinho (de maio a setembro, principalmente no hemisfério norte, quando os lençóis freáticos tendem naturalmente a diminuir) e são em seguida, bombeado de volta mais a jusante para a produção de água potável.
Anteriormente, vários excrementos humanos ou animais, águas residuais e lamas eram usados na agricultura ou na jardinagem, às vezes diretamente (inclusive para alimentar o gado no Vietnã) sem precaução e este ainda é o caso em alguns países.
Em seguida, a legislação procurou limitar os riscos de parasitose , a propagação de doenças de veiculação hídrica e intoxicação crônica, e às vezes devido a fenômenos de inaceitabilidade sociocultural ou religiosa; dependendo do local e do tempo, o reaproveitamento de águas residuais é proibido ou sujeito a certas restrições e autorizações, por motivos de saúde (presença de germes patogênicos, metais pesados, resíduos de agrotóxicos ou outros produtos indesejáveis).
No entanto, a importância dos custos das redes de abastecimento de água para abastecimento das cidades, juntamente com a sua evacuação, que acompanha a escassez de recursos hídricos, leva a quase todo o mundo, e não apenas aos áridos ou semi-áridos. áreas, para considerar a questão do reaproveitamento das águas residuárias, então apresentadas como “recurso não convencional” .
Em alguns países onde a água é escassa, como Palestina ou Jordânia e outros países árabes, a agricultura com restrição hídrica busca águas alternativas. Em Gaza e na Palestina, as águas residuais foram ou ainda são utilizadas para hortas comerciais, resultando em produtos poluídos por metais pesados e menos seguros do ponto de vista microbiano.
O tratamento convencional de águas residuais geralmente visa limpá-las o suficiente para que não alterem a qualidade do ambiente natural no qual serão despejadas: rios e mares.
A agricultura, teoricamente, permite a reutilização de algumas águas residuais após tratamento mínimo (a água não é potável, mas pode ser usada para irrigação) (ver também “Irrigação” neste artigo). Freqüentemente usado como água de lavagem de irrigação ( por exemplo, campos de golfe ou para irrigação agrícola ou florestal (especialmente se for a única fonte de água para plantas) ou para dar de beber ao gado ou para jogos ou para a piscicultura ainda envolve riscos, em particular porque a água frequentemente purificado de forma incompleta, e porque pode haver mau funcionamento da planta de purificação (no caso de uma tempestade, corte de energia, sobrecarga, etc. Certas moléculas (por exemplo, resíduos de hormônios, príons, certos metais, etc.) são de fato mal filtradas, degradadas ou retidos por estações de tratamento de águas residuais e podem então passar pela cadeia alimentar ou se acumular no solo.
Na Europa e mais geralmente nos países do Norte, as águas residuais são devolvidas ao ambiente natural após o tratamento (o tratamento de um metro cúbico de águas residuais produz 350 a 400 gramas de lodo. Vários milhões de toneladas de matéria seca no mundo são removidos a cada ano, cerca de 75% é reaproveitado na agricultura , sendo o restante incinerado ou depositado em aterro.
Na França, em épocas de seca e em regiões áridas, eles podem estar sujeitos a futuras isenções para determinados usos (por exemplo: irrigação de espaços verdes ou campos de golfe).
A reutilização de águas residuais consiste na reciclagem de água considerada inutilizável, mas que, dependendo da área de reutilização e seguindo certos tratamentos , pode ser adequada para os seguintes usos:
Eles podem abranger uma gama bastante ampla de usos, o que não requer qualidade de água potável, por exemplo:
A limpeza de vias públicas e veículos dispensa o uso de água potável.
Recuperação de calor de águas residuaisAs águas residuais costumam ter uma temperatura quase constante ao longo do ano e podem ser uma fonte de calorias para uma bomba de calor .
Uma ideia que se está a desenvolver é a recuperação de calorias de efluentes ainda quentes ou mornos, através da instalação de permutadores de calor em canalizações de esgotos ligados a bombas de calor , o que permitiria também melhorar o balanço energético das comunidades locais. O aquecimento de espaços com bombas de calor requer uma fonte constante de calorias, geralmente retiradas do solo (por energia geotérmica ) ou do ar exterior ( energia aerotérmica ). As águas residuais são outra fonte, em grande parte inexplorada. Três quartos do calor dos efluentes domésticos (banheiros, lavanderia, cozinha, louças, etc.) são de fato descartados no esgoto e perdidos. A temperatura da rede oscila assim entre 13 e 20 ° C , dependendo da estação, com relativa estabilidade devido à inércia térmica do meio. Estas características são ideais para o abastecimento de uma bomba de calor, através de um permutador de calor colocado no coletor. Até o momento, o processo é usado principalmente na Alemanha, Suíça e Estados Unidos, onde 20 instalações estão em operação . Seu desenvolvimento é espetacular: 33 projetos estão sendo construídos atualmente ao redor do mundo e outros 100 estão entrando em fase de estudos .
Como partir do desperdício para fazer um produto? Um trocador de calor é integrado na nova tubulação ou instalado na já existente. Os dutos enviam o fluido aquecido para as bombas de calor, onde o fluido é levado a 50 - 70 ° C , para ser redistribuído nas edificações. Desde o primeiro ano, a economia de energia está entre 20-30% e às vezes 50% do item de energia anual geral. As emissões de gases de efeito estufa são reduzidas em 60%. A vantagem é tripla: redução do posto de energia; benefício ambiental e redução da exposição às flutuações dos preços do gás. O sistema promete ser mais vantajoso em regiões de invernos frios, como o Nordeste da França. Seu desempenho supera o da energia aerotérmica. O refresco ainda é possível. Uma configuração de rede hidráulica do circuito de resfriamento dentro do edifício é, portanto, essencial. Tal como acontece com as bombas de calor em geral, o processo não substitui o uso de uma caldeira, mas sim um complemento. Uma bomba de calor com um coeficiente de desempenho anual de 3,5 fornece 80% do calor. A caldeira fornece os 20% restantes durante o consumo de pico.
Localização: os locais mais adequados são principalmente áreas urbanas densas. Os requisitos de calor são significativos e a instalação de painéis solares e turbinas eólicas sofre com a disponibilidade limitada de espaço ou os incômodos resultantes.
O processo também requer vazões mínimas nas tubulações. A vazão média no coletor deve chegar a 8 litros por segundo, ou seja, os efluentes de uma área de 8.000 a 12.000 pessoas . Um estabelecimento em aglomerados de 20.000 a 30.000 habitantes pode ser possível, mas de preferência a jusante de um posto de saneamento. As utilizações mais indicadas referem-se às bombas de calor em geral. As gamas mínimas de potência são 150 kW para aquecimento e água quente, ou o equivalente a cerca de cinquenta apartamentos. Trata-se de necessidades constantes e coletivas: habitação, hospitais, piscinas, lares de terceira idade, etc.
Em muitas indústrias, a lavagem e o transporte de materiais exigem muito pouco da qualidade da água. É por isso que águas residuais purificadas são usadas para:
Muitas indústrias realizam operações de resfriamento que consomem grande quantidade de água:
A água pode ser resfriada de 3 maneiras diferentes:
Apesar de grandes modificações feitas nas estações de tratamento de esgoto para garantir a qualidade da água residual, ela pode ser usada para atender às necessidades de irrigação nas atividades agrícolas. Isso tem a vantagem de permitir que as culturas aproveitem a riqueza das águas residuais em nutrientes naturais, para aumentar a produtividade do solo, bem como permitir a prática de certas culturas em regiões onde as condições ambientais não são favoráveis, como em regiões áridas. A reciclagem de águas residuais é uma solução para atender à crescente demanda por recursos hídricos para irrigação.
No entanto, o uso de águas residuais tratadas na agricultura pode representar problemas para a saúde pública. Além disso, um projeto de irrigação que usa águas residuais como fonte nem sempre é economicamente lucrativo.
No caso da irrigação, as águas residuais são utilizadas após tratamento biológico (lodo ativado ou lagoa na maioria das vezes). Seu interesse reside no fato de que:
A descarga de concentrados de águas residuais tratadas pode ter impactos ambientais . Concentrações excessivas de cloreto e íons de sódio na água descartada podem tornar as plantas venenosas.
De acordo com a ONU / Unesco, ainda faltam dados precisos e atualizados sobre a gestão de águas residuais, principalmente nos países em desenvolvimento.
“De acordo com uma análise recente, de 181 países, apenas 55 possuem informações sobre a geração, tratamento e uso de águas residuais, e os demais possuem apenas informações parciais ou nenhuma informação. Na maioria dos países que os possuem, esses dados são obsoletos. Esses gargalos de informação dificultam a pesquisa e o desenvolvimento necessários para a implementação de tecnologias inovadoras e a adaptação das tecnologias existentes às especificidades e necessidades locais. ” Em 2015, aproximadamente 2,1 bilhões de pessoas tiveram acesso a instalações de saneamento melhoradas desde 1990, mas 2,4 bilhões estavam sem elas e quase um bilhão de pessoas em todo o mundo ainda praticam a defecação a céu aberto .
Em 2017, de acordo com a ONU, nas metrópoles de países emergentes com alta demografia , o tratamento deficiente de águas residuais ainda é uma fonte de sérios riscos à saúde (mais de 840.000 estimados em 2012). 70% das águas residuais são tratadas, em média, nos países de alta renda, mas apenas 8% nos países em desenvolvimento. Em todo o mundo, cerca de 80% das águas residuais são descartadas sem tratamento, embora estejam se desenvolvendo pequenas unidades de tratamento descentralizadas com custos 20 a 50 % inferiores aos das chamadas unidades convencionais. De acordo com a ONU, uma questão importante na gestão de águas residuais é combinar a redução na fonte de poluição, a eliminação de contaminantes e a reutilização (segura) da água recuperada com a reciclagem de subprodutos úteis " , componente essencial de uma economia circular ” Porque a “ recuperação de subprodutos pode gerar novas oportunidades de negócios e permitir a recuperação de energia, nutrientes, metais e outros subprodutos ” .
A ONU e UNESCO focado seu relatório anual de 2017, o desenvolvimento dos recursos hídricos 2017 (WWDR 2017) sobre o tema da reutilização de águas residuais, lembrando que a Agenda da ONU 2030, para o desenvolvimento sustentável, contém uma lente n o 16 é dedicado à água e saneamento; é subdividido em oito alvos (incluindo melhoria da gestão de águas residuais reduzindo a poluição na fonte, tratando contaminantes, reutilizando água tratada e recuperando subprodutos.
Na Lei de Proteção Ambiental de 1994, a Política de Proteção Ambiental (Água) de 2009 fornece orientações para a gestão da água em Queensland, Austrália.
Na Nigéria, a Lei de Recursos Hídricos de 1993 é a lei responsável por todos os tipos de gerenciamento de água.
Nas Filipinas, a Lei da República 9275, também conhecida como Lei Filipina de Água Limpa de 2004, é a lei aplicável de gestão de águas residuais. Ele afirma que a política do país é proteger, preservar e reavivar a qualidade das águas doces, salobras e marinhas, nas quais a gestão das águas residuais desempenha um papel especial.
A Lei da Água Limpa é a principal lei federal dos Estados Unidos que rege a poluição das águas superficiais. É implementado pela Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos em conjunto com estados, territórios e tribos. As disposições sobre a proteção das águas subterrâneas estão incluídas no Safe Drinking Water Act , no Resource Conservation and Recovery Act (in) e no Superfund .
Incover , é um projeto apoiado pelo concurso europeu H2020 para projetos no valor de 7 milhões de euros ao longo de 3 anos, lançado em junho de 2016 por 18 parceiros europeus. Tem como objetivo otimizar o tratamento de águas residuais e, ao mesmo tempo, reduzir o seu custo, combinando várias técnicas de purificação que conduzam à produção de bioprodutos comercializáveis (ao mesmo tempo que reduz as emissões de gases com efeito de estufa em 80% e pelo menos 50% da energia consumida pelo tratamento). Isso envolve atingir um nível de maturidade (TRL ou ( Nível de Prontidão de Tecnologia de 7 ou 8 para Etapa até 100.000 ep ). O ciclo de vida , o custo e as análises de sustentabilidade estão planejados. Estrutura, 3 estações de tratamento em 2 países estão testando 3 tipos de recuperação : produção de bioplásticos , ácidos orgânicos e biometano com recuperação de compostos químicos ( nitrogênio e fósforo ).