Aplicações de água reutilizada
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Aplicações de água reutilizada
APLICAÇÕES Maria Helena F. Marecos do Monte REUTILIZAÇÃO DE AGUAS RESIDUAIS TRATADAS HM 1 Principais aplicações da utilização de águas residuais tratadas Rega agrícola Rega paisagística Reciclagem e reutilização industrial Recarga de aquíferos Utilizações recreativas e ambientais Utilizações urbanas não-potáveis Utilização indirecta ou directa para fins potáveis HM 2 Marcos históricos da reutilização da água 1890 Cidade do México – Construção de canais de drenagem para rega agrícola 1912 Golden Gate Park – rega de relvados/lagos 1926 Grand Canyon National Park – descarga de autoclismos 1942 Bethlehem Steel Co. Baltimore - arrefecimento de metais 1961 Irvine Ranch Water District – rega urbana 1969 Windhoek, Namibia – reforço de água para abastecimento público 1969 Wagga Wagga, Australia – rega paisagística 1977 Dan Region Project, Israel – recarga de aquíferos 1984 Tokyo Metro Government Japan - descarga de autoclismos 1989 Costa Brava, Spain – rega de campos de golfe HM 3 Principais factores condicionantes da reutilização de águas residuais tratadas - 1 Aplicação Rega agrícola Condicionantes Viveiros de árvores e plantas Necessidade de zona tampão Culturas alimentares, forragens, cereais, fibras Comercialização das culturas Protecção contra as geadas Saúde pública Controlo dos aerossóis e Silvicultura Drenagem Campos de golfe Saúde pública Faixas separadoras e margens de autoestradas Controlo da desinfecção Rega Parques públicos paisagística Campus escolares Aceitação pública Controlo dos aerossóis Drenagem Cemitérios Ligações cruzadas com rede de Jardins residenciais água potável HM 4 Principais factores condicionantes da reutilização de águas residuais tratadas -2 Aplicação Condicionantes Água de arrefecimento Lavagem de equipamento Indústria Combate contra incêndio Construção pesada Aerossóis Ligações cruzadas com rede de água potável Incrustações, corrosão, filmes biológicos Água de processo Recarga de aquíferos Reforço dos aquíferos Disponibilidade de locais Barreira contra a intrusão Contaminação das águas subterrâneas Aumento do teor de SDT Salina Armazenamento Efeitos toxicológicos devidos a compostos orgânicos HM 5 Principais factores condicionantes da reutilização de águas residuais tratadas -3 Aplicação Condicionantes Lagos e lagoas artificiais Usos recreativos e ambientais Eutrofização Reforço do caudal de cursos de água Reforço de zonas húmidas Toxicidade para a vida aquática Neve artificial Descarga de autoclismos Fontes e jogos de água ornamentais Lavagem de veículos Usos urbanos não potáveis Ligações cruzadas com rede de água Lavagem de ruas potável Lavagem de contentores de RSU Incrustações, corrosão, filmes biológicos Combate a incêndios Aceitação pública Varrimento de colectores Saúde pública Fusão de neve Condicionamento de ar HM 6 Factores mais importantes a considerar na selecção da(s) aplicação(ões) para reutilização de ART A qualidade das ART, o que depende do seu nível do tratamento; O tipo de tecnologia associado ao tratamento das AR; O equilíbrio entre a procura e a oferta de água para reutilizar, ou seja, entre o volume de água necessário para determinada utilização e o volume disponível de ART; As infra-estruturas necessárias à concretização da reutilização, como reservatórios para armazenamento e sistemas de transporte e distribuição; A sustentabilidade económico-financeira do projecto de reutilização; A mitigação dos impactes ambientais associados à reutilização. HM 7 Consumo de água na agricultura Consumo de água nos EUA Agricultura Consumo de água em Portugal Outros sectores Agricultura HM Outros sectores 8 Exemplos de casos de reutilização de ART para rega agrícola Exemplo de caso Monterey, California Cidade do Mexico Clermont Ferrand, França Emilia Romagna Itália Vitoria, País Basco, Espanha Drarga, Marrocos Região Dan e Projecto Kishon, Israel Kuwait Taiyuan, China Virginia Australia Aplicação 1,5 mil m3/d aplicados na rega de hortícolas, num projecto de Investigação e Desenvolvimento (I&D) de 10 anos. 45 a 300 m3/s de águas residuais são reutilizados na rega de 85 mil ha de culturas agrícolas. 500 mil m3/d de efluente secundário afinado em lagoas de maturação e por desinfecção são reutilizados na rega de 750 ha de milho 1250 m3/d de efluente do tratamento das águas residuais de Castiglione, Cesena, Casenatico, Cervia e Gatteo são reutilizadas na rega de 400 ha de área agrícola 35 mil m3/d de águas residuais tratadas são reutilizadas para rega agrícola. As águas residuais de uma população de 10 mil habitantes são tratadas em lagoas de estabilização e reutilizadas para rega agrícola O volume de águas residuais reutilizadas representa 20% da água utilizada na rega agrícola. 10% das águas residuais tratadas (tratamento terciário) são reutilizadas na rega agrícola e paisagística. 25% da área agrícola é regada com água reutilizada. 500 mil m3/d de efluente secundário proveniente de 7 ETAR é reutilizado após recarga do aquífero nas lagoas do Rio Fen, 120 mil m3/d de efluente armazenado no solo distribuído a 250 HM 9 agricultores para rega agrícola. Reutilização de ART para rega agrícola Qualidade da água de rega Qualidade da água Requisitos agronómicos Características que afectam favorável ou adversamente o biossistema solo-planta (Tratamento das AR) Requisitos sanitários Método de rega Microrganismos patogénicos Compostos químicos Tipo de culturas Impactes ambientais Custo das infraestruturas HM 10 Características das AR que mais afectam o biossistema solo-planta Característica Parâmetro de avaliação Efeito SDT A elevada salinidade prejudica o bom desenvolvimento de Salinidade/Sais Condutividade eléctrica muitas plantas; alguns iões podem ser tóxicos para as inorgânicos dissolvidos Iões específicos (Na, Ca, Mg, Cl, B, plantas (Na, B, Cl); o Na pode induzir problemas de SO4, HCO3) permeabilidade no solo. Concentrações elevadas de SST podem provocar Sólidos em suspensão SST (SSF+SSV) entupimentos nos equipamentos de rega. Em efluentes tratados o teor de matéria orgânica em geral Matéria orgânica CBO, CQO não causa problemas. biodegradável específicos (fenóis, Resistem aos processos convencionais de tratamento. Compostos orgânicos Compostos pesticidas, hidrocarbonetos Alguns são tóxicos a sua presença pode ser limitativa da refractários halogenados) utilização do efluente para rega. São nutrientes essenciais para o crescimento das plantas N (N-org+ N-NH4+N-NO2+N-NO3) a sua presença normalmente valoriza a água de rega. P, K Quando aplicados no solo em quantidades excessivas Nutrientes podem induzir a poluição das águas subterrâneas e superficiais. O pH das águas residuais afecta a solubilidade dos metais Actividade pH e a alcalinidade do solo. hidrogeniónica Alguns acumulam-se no solo ou nas plantas e são tóxicos Elementos específicos (Cd, Cr, Cu, Metais pesados para as plantas e animais podem constituir factor limitante Fe, Hg, Ni, Zn) à utilização de águas residuais. Teores excessivos de cloro livre podem causar Cl livre Cloro residual queimaduras nas folhas. O cloro combinado não causa Cl combinado problemas. Coliformes fecais Microrganismos Helmintas Transmissão de doenças patogénicos Organismos indicadores HM 11 Salinidade Ce (dS/m, mmho/cm) SDT Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3, B3+ Ce (dS/m) x 640 = SDT (mg/L) SDT (mg/L) x 1,56 x 10-3 = Ce (dS/m) RNa Na Ca Mg 2 HM 12 Determinação da salinidade da água do solo Para 20% <FAL < 30%: Ceas = 3 Cea Ces = 1,5 Cea Ceas = 2 Ces HM 13 Efeito da Ce e da RNa da água sobre a taxa de infiltração do solo HM 14 Zona de acumulação de sais no solo em função do método de rega Controlo da salinidade Tipo de rega DR ET 1 FAL Drenagem do solo Selecção de culturas HM 15 Controlo da salinidade a curto prazo Nivelação cuidadosa do terreno; Calendarização adequada das regas; Escolha do método de rega que menos prejudique as culturas; Outras técnicas, das quais o agricultor deve possuir o saber ou receber a formação adequada. Tolerância das culturas à salinidade Ce < 0,7 dS/m Não há quebra de produção 0,7 dS/m < Ce< 3 dS/m Culturas moderadamente tolerantes à salinidade Ce> 3 dS/m Culturas tolerantes à salinidade HM 16 Classificação das plantas relativamente à tolerância à salinidade da água de rega HM 17 Nutrientes MACRONUTRIENTES MICRONUTRIENTES Azoto (N) Fósforo (P) Potássio (K) Cálcio (Ca) Magnésio (Mg) Enxofre (S) Cloro (Cl) Silício (Si) HM Ferro (Fe) Manganês (Mn) Zinco (Zn) Cobre (Cu) Alumínio (Al) Cobalto (Co) Molibdnénio (Mo) Boro (B) 18 Mineralização do azoto orgânico Aminização - transformação de compostos orgânicos azotados, por acção de microrganismos heterotróficos, em formas azotadas mais simples, mas ainda não utilizáveis pelas plantas, como os aminoácidos; Amonificação - transformação, por acção de microrganismos heterotróficos, dos produtos da aminização em compostos amoniacais (assimiláveis pelas raízes de algumas plantas); Nitrificação - oxidação dos compostos amoniacais sucessivamente a nitritos e a nitratos, por acção de bactérias autotróficas, conjuntamente designadas por nitrificantes, e cujos géneros mais importantes são as Nitrosomonas e Nitrobacter; Desnitrificação - em condições de anaerobiose, como as que ocorrem em solos encharcados, os nitratos podem ser reduzidos, por acção das chamadas bactérias desnitrificantes, a compostos azotados voláteis ou pouco solúveis na água do solo, de onde se evolam para a atmosfera. O produto final mais importante da desnitrificação é o azoto molecular N2. Os géneros mais importantes de bactérias desnitrificantes são as Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Achromobacter e ainda Thiobacillus HM 19 desnitrificans. Impactes do excesso de N na água de rega Percolação de iões NO2- e NO3 Poluição das águas subterrâneas “Luxury uptake” Retardar do amadurecimento Ervas daninhas HM 20 Microelementos e elementos tóxicos Os limites entre os estados de carência, nutrição adequada e toxicidade são muito estreitos, principalmente no que se refere ao B e ao Mo. Ferro (Fe) Manganês (Mn) Zinco (Zn) Cobre (Cu) Alumínio (Al) Cobalto (Co) Molibdénio (Mo) Boro (B) Cloro e sódio Revelação de toxicidade: Tempo de exposição Concentração na água de rega Quantidade de água absorvida Sensibilidade da planta HM 21 Concentração de microelementos em ART Concentração média em efluentes secundários (mg/L)a Concentração média em efluentes secundários em Portugal (mg/L)b Concentração máxima. recomendada em água de rega (mg/L)c Alumínio (Al) 0,1 – 2,0 SD 5,0 Arsénio (As) 0,003 0,0059 0,1 Berílio (Be) 0,01 – 0,02 SD 0,1 0,3 – 1,8 0,76 0,5 – 2,0 Cádmio (Cd) 0,004 – 0,14 0,0021 0,01 Chumbo (Pb) 0,05 – 1,27 0,021 5-0 <0,03 0,05 Elemento Boro (B) Cobalto (Co) Crómio (Cr) 0,02 – 0,7 < 0,02 0,1 Cobre (Cu) 0,02 – 3,36 0,125 0,2 Estanho (Sn) SD Ferro (Fe) 0,9 – 3,54 0,311 5,0 Flúor (F) 0,05 – 0,7 SD 1,0 SD 2,5 Lítio (Li) Manganês (Mn) 0,11 – 0,14 0,058 0,2 Molibdénio (Mo) 0,001 – 0,02 0,002 0,01 Níquel (Ni) 0,002 – 0,105 0,073 0,2 0,01 – 0,02 SD 0,02 Titânio (Ti) SD SD Tungsténio (W) SD SD Selénio (Se) Vanádio (V) Zinco 0,05 – 0,1 0,030 – 8,30 0,01 HM 0,130 2.0 22 Vias de transmissão de patogénicos na rega com ART HM 23 Persistência de patogénicos Tempo de sobrevivência (dia) Patogénico Vírus a Enterovírus b Bactérias Coliformes fecais a Salmonella spp. a Shigella spp. a Vibrio cholerae c Protozoários Cistos de E.histolytica Helmintas Ovos A. lumbricoides Águas residuais Plantas Solo < 120, mas geralmente < 50 < 60, mas geralmente < 15 < 100, mas geralmente < 20 < 60, mas geralmente < 30 < 30, mas geralmente < 15 < 70, mas geralmente <20 < 60, mas geralmente < 30 < 30, mas geralmente < 15 70, mas geralmente < 20 < 30, mas geralmente < 10 < 10, mas geralmente < 5 < 20, mas geralmente < 10 < 30, mas geralmente < 10 < 5, mas geralmente < 2 < 30, mas geralmente < 15 < 10, mas geralmente < 2 < 20, mas geralmente < 10 Vários meses < 60, mas geralmente < 30 Vários meses HM 24 Rega gota-a-gota HM 25 Rega por microaspersão e por sulcos HM 26 Rega por aspersão HM 27 Planeamento da rega Dotação de rega - volume anual de água aplicada por há para desenvolver uma cultura A necessidade de água para rega não é constante ao longo do ano. Compatibilização entre a procura de águas residuais para reutilizar na rega e a oferta dos efluentes das ETAR. Armazenamento em reservatórios. ET DR 1 FAL HM 28 Metodologias de controlo dos SRART para rega agrícola Minimização dos impactes ambientais Impactes ambientais Solo Método de rega Sodicização – redução da capacidade de infiltração FAL Águas subterrâneas Drenagem do solo Salinização Faixa de protecção em Plantas Toxicidade torno do perímetro de rega Consequência: Redução da produção HM 29 Metodologias de controlo dos SRART para rega agrícola Minimização dos impactes sanitários Impactes sanitários Contaminação : Minimização de contacto das plantas com águas de rega Selecção de plantas cuja parte consumível não contacta com a água de rega. Culturas Solo Águas subterrâneas Consequência: Riscos de saúde pública e animal HM 30 Reutilização de ART para rega paisagística Exemplo de caso St. Petersburg, Florida El Paso, Texas El Dorado Hills, California Chipre Irvine Ranch Water District, California Denver, Colorado Consorci de la Costa Brava, Catalonia, Espanha Sainte-Maxime, França Aplicação Cerca de 40 milhões de m3/ano reutilizados na rega de espaços verdes residenciais e comerciais e de campos de golfe. O projecto inclui também reutilização para combate a incêndios em zonas não residenciais. Rega de campos de golfe, parques municipais e recintos escolares com efluentes secundários e terciários. 58 mil m3/d aplicados na rega de jardins residenciais e 2 campos de golfe 60% do volume de águas residuais produzidas nas cidades de maior dimensão são reutilizadas na rega de jardins, parques, recintos de hotéis, campos de golfe. 41 milhões de m3/ano reutilizados para rega de parques, campos de golfe e outros campos desportivos, recintos escolares. 41 milhões de m3/ano para rega de parques, campos de golfe, recintos escolares. 5,7 milhões de m3/ano (15% das águas residuais produzidas) reutilizados em 13 projectos, na rega de campos de golfe, rega de espaços verdes urbanos, rega agrícola, recarga de aquíferos. 10000 m3/d de efluente terciário reutilizado na rega de campo de golfe. HM 31 Características de qualidade química de ART importantes na reutilização para rega paisagística Os requisitos de qualidade das águas residuais a utilizar na rega paisagística são análogos aos da rega agrícola. A salinidade é a característica mais relevante. As plantas seleccionadas para um projecto paisagístico, devem ser pelo menos medianamente tolerantes à salinidade Boro Compostos geradores de odor SO4= > 50 mg/L CQO > 20 mg/L HM 33 Riscos sanitários em SRART para rega paisagística Exposição humana à água de rega e contacto com plantas e superfícies molhadas pela mesma; Espaços paisagísticos de acesso sem restrições Parques públicos; Relvados de campos desportivos; Espaços verdes de ornamentação paisagística em instalações públicas e comerciais; Jardins de residências individuais e multifamiliares; Campos de golfe. Ligações cruzadas entre os sistemas de abastecimento de água de rega e de água para consumo humano. Espaços paisagísticos de acesso limitado: Faixas laterais e separadoras de auto-estradas; Espaços verdes de ornamentação paisagística em instalações industriais; Cemitérios. HM 34 Metodologias de controlo dos SRART para rega paisagística Água de rega com qualidade microbiológica adequada Tratamento apropriado Operação fiável Minimização da exposição humana aos factores de risco. Gestão do processo de rega Minimização do contacto da água de rega com os operadores de rega e com o público em geral Evitar os métodos que originam a formação de aerossóis Execução das regas durante a noite Estabelecimento de restrições de acesso, como a vedação de canteiros regados com ART Água reutilizada HM 35 Campos de golfe Sistema de distribuição de água Reservatórios de armazenamento (lagos) Sistema de rega (aspersão) Tee - zona onde se dá a tacada inicial para o buraco Sistema de Green – zona do buraco (4 mm) Fairway – zona entre o tee e o green (1,5 cm) drenagem Bunker – zona de protecção do green Rough - relvado envolvente HM 36 Tolerância de relvados à salinidade CE da água de rega (dS/m) Espécies de relva Tolerância Synodon dactlylon Zoysia spp. Agrostisstolonifera 3–8 Festuca arundinacea Tolerante Lolium perene Festuca rubra var. tricophilla Festuca rubra var. rubra Festuca rubra var. commutata 0,7 – 3 Festuca ovina Medianamente tolerante Agrophirum smithii Poa pratensis Poa trivialis 0,7 Poa annua Agrotis tenuis HM Sensível 37 Reutilização de ART na indústria Indústrias grandes Construção ou beneficiação de: Instalações de tratamento eventualmente necessário para possibilitar a reutilização; sistemas de distribuição; reservatórios de armazenamento; consumidoras de água: Centrais energéticas Pasta de papel e papel Refinarias de petróleo Têxtil Extracção de minérios RECICLAGEM Gestão eco-eficiente Vantagens económicas Benefícios ambientais Aquisição e reabilitação de equipamentos electromecânicos; Custos de O&M, incluindo consumíveis e gestão de resíduos (lamas, concentrados de sais, por exemplo); Custos de pessoal ; Controlo de qualidade do efluente HM 38 Requisitos de qualidade de ART para reutilização industrial Requisitos de qualidade específicos de cada indústria Prevenção de: Corrosão Inscrustação Protecção da saúde pública HM 39 Avaliação da tendência corrosiva ou incrustante da água Teores elevados em SS; Ferro, cálcio e magnésio; Sulfatos e sulfureto de hidrogénio; Compostos orgânicos, OD e IR amónia. 4<IR<5 Índice de Langelier IL= pHA – pHS Índice de Estabilidade de Ryznar IR= 2pHS – pHA Estabilidade da água Fortemente incrustante 5<IR<6 Ligeiramente incrustante 6<IR<7 Ligeiramente incrustante ou corrosiva 7<IR<7,5 Significativamente corrosiva 7,5<IR<8,5 Fortemente corrosiva IL> 0 – água incrustante IL<0 – água agressiva IR>8,5 HM Extremamente corrosiva 40 Reutilização de ART na indústria do papel Usos da água na indústria Processo de fabrico Arrefecimento Lavagem Transporte de resíduos (águas residuais industriais) Higiene do pessoal fabril Plano Nacional de Prevenção de Resíduos Industriais – PNPRI 1900 625 L/kg 1950 145 L/kg 2003 HM 70 L/kg Recirculação = 1000% 41 Reutilização de ART na indústria têxtil HM 42 Metodologias de controlo de reutilização de ART na indústria Incrustação Corrosão Controlo de qualidade da água Controlo de qualidade da Precipitação química, Permuta iónica Osmose inversa ou outros processos de membranas Adição de reagentes inibidores da incrustação(EDTA, NTA, polímeros ou sais de sódio). água Materiais de protecção Resinas epoxy Películas de poliuretano Adição de inibidores de corrosão Aplicação de campos magnéticos Cromatos de Na e Zn Nitratos de Ca e K Fosfatos de Ca e Zn Biofilmes Protecção catódica Biocidas (glutaraldeído, sais de NH4, NaOCl) HM 43 Reutilização de ART para a recarga de aquíferos Impedir ou atenuar o rebaixamento do nível freático em zonas de escassez de águas subterrâneas ou sujeitas a elevada pressão de extracção; protecção de aquíferos nas zonas costeiras contra a intrusão salina; armazenamento de água no solo para utilização futura. HM 44 Reutilização de ART para a recarga de aquíferos Características qualitativas de ART mais importantes Microrganismos patogénicos, nomeadamente os vírus entéricos Compostos orgânicos perigosos Produtos farmacêuticos e de higiene pessoal POP Disruptores endócrinos Metais pesados Salinidade HM 45 Métodos de recarga de aquíferos HM 46 Aplicação dos diferentes métodos de recarga de aquíferos Parâmetro Recarga directa Recarga indirecta com Recarga indirecta por infiltração furos de injecção Tipo de aquífero Confinado e livre Livre Livre Ponto de injecção Zona saturada Zona não saturada Zona não saturada Tratamento a montante Secundário, terciário e de afinação Secundário Secundário 1) Taxa de aplicação 2 000 – 6 000 m3/furo.d 1 000 – 20 000 m3/ha.d 1 000 – 3 000 m3/furo.d Disponibilidade de terreno Baixa Elevada Baixa Tempo de vida médio (anos) 25 – 50 > 100 5 – 20 Manutenção Desinfecção e rebaixamento de nível Remoção de lamas e de vegetação morta Limpeza e desinfecção HM 47 Reutilização de ART para usos recreativos e ambientais Aplicações recreativas Lagos de recreio Aplicações ambientais Aumento de caudal de cursos de água Zonas húmidas Arranjos paisagísticos de empreendimentos urbanos Lagos de armazenamento em campos de golfe Pesca Náutica Banho Criação ou recuperação de habitates HM 48 Requisitos de qualidade de ART para reutilização em usos recreativos e ambientais Restricto o piscícola SST Turvação Coliformes fecais Metais pesados Não restrito Cloro residual Uso ambiental NH4 Salvaguarda dos ecossistemas OD Usos ambientais Salvaguarda da saúde pública Requisitos de qualidade Usos recreativos Uso recreativo pH Evitar descargas de substâncias tóxicas para o biota (cloro, NH4,..) HM 49 Reutilização de ART para usos urbanos não potáveis Combate a incêndios; Descarga de autoclismos; Construção pesada; Varrimento de colectores; Lavagem de pavimentos, passeios e vias; Lavagem de espaços e equipamentos de apoio à construção; Humedecimento do solo em obras de terra; Produção de materiais de construção (e.g. cimento e estuque); Fontes e espelhos de água; Sistemas de ar condicionado; Lavagem de equipamentos e meios de transporte (veículos, comboios e aviões). Fusão de neve. HM 50 Reutilização de ART para descargas de autoclismos Descargas de autoclismos 40% do volume de água utilizado no interior das habitações é destinado a descarga de autoclismos; Em edifícios comerciais e públicos chega a atingir 90% do consumo total de água. Tóquio: > 3000 edifícios com rede predial de abastecimento de água dupla. HM 51 Reutilização de ART para lavagem de veículos e construção pesada HM 52 Combate a incêndios HM 53 Controlo de SRART para usos urbanos não potáveis Necessidade de tratamento de afinação, armazenamento e transporte Sinalética adequada O&M das redes duplas Sistemas de controlo da pressão Pontos de recloragem Monitorização da qualidade Operação dos reservatórios Monitorização da qualidade das ART Função da aplicação HM 54