A água é preciso ser tratada tanto para o consumo doméstico ou industrial, como para as descargas das águas residuais provenientes desse mesmo consumo. O tratamento de água para consumo faz-se numa estação de tratamento de águas (ETA), enquanto as águas residuais são tratadas numa estação de tratamento de águas residuais (ETAR) para que sejam descarregadas num meio hídrico (mar, lagos, rios, ribeiras…) de acordo com os parâmetros exigidos por lei, para evitar poluição ou contaminações e assim minimizar o dano ao ambiente. A água para consumo destinada à cidade de Lisboa é tratada na Estação de Tratamento da Asseiceira; por outro lado, várias ETAR são responsáveis pelo tratamento das águas provenientes de Lisboa. [13]
Água residual, por definição, é a água que foi contaminada pelo uso humano. [14] [15]
Consoante as suas fontes, as águas residuais podem ter uma composição bastante variável. Estas são classificadas da seguinte forma: [14]
Domésticas: contêm principalmente resíduos humanos, animais e domésticos, podendo também conter emissões industriais e infiltrações freáticas;
Sanitárias: contêm resíduos domésticos e quantidades significativas de emissões industriais, que podem requerer precauções ou pré-tratamentos para não comprometer os processos da ETAR;
Industriais: vai variar consoante o tipo de indústria, mas em muitos casos a indústria irá preferir tratar os seus próprios resíduos por razões económicas e de segurança; Pluviais: contêm lixo da rua, sal da estrada (em localidades com neve) e areia
arrastada pela água da chuva;
Combinadas: constituídas por águas sanitárias e pluviais.
O grau de tratamento das águas residuais é determinado por vários factores: características quantitativas e qualitativas das águas residuais, localização do sistema, objectivos de qualidade que se pretendem [16] e eventuais razões económicas e/ou políticas.
Assim, existem várias opções para certos passos do processo de uma ETAR, consoante o grau de tratamento pretendido. É possível descrever o processo de uma ETAR de forma genérica, ilustrado na figura 2.1. O esquema do caso específico da ETAR de Frielas está no anexo A.
Figura 2.1 - Esquema genérico do processo de uma ETAR. [14] T rat am ent o pri m ári o T rat am ent o se cund ár io T rat am ent o te rc iár io F as e líqu ida F as e sól ida
As águas residuais, recolhidas através dos esgotos, são encaminhadas para a ETAR por meio da gravidade, estações elevatórias com sistemas de bombagem de pressão ou, menos habitualmente, vácuo. A primeira fase deste tratamento é a gradagem, para remover o lixo de dimensão média-grande transportado pela água. [14]
Em seguida faz-se o desarenamento (grit removal) que remove não só areia mas também, por exemplo, sementes, pedaços de metal e outras impurezas de dimensão e dureza comparável. Vários processos podem ser usados neste passo: remoção por sedimentação de velocidade controlada ou gravítica, por arejamento, por centrifugador ou por ciclone. [14]
Após a remoção de areia segue-se a equalização, que visa a regularização dos caudais de afluente, especialmente importante para águas pluviais. A equalização pode estar a jusante ou a montante da decantanção primária. Podem também haver passos adicionais de preparação para as próximas fases, tais como pré-arejamento ou a adição de determinados químicos (tratamento físico-químico) que adicionem/removam nutrientes/organismos específicos, ajudem a sedimentação, removam gorduras, ajudem à coagulação ou neutralizem o pH. [14]
Os seguintes passos, de sedimentação e decantação primária, têm como objectivo remover os compostos orgânicos ou inorgânicos sedimentáveis, que serão a primeira fracção de lamas activadas e seguirão para a secção de lamas. É possível efectuar-se a fase da equalização depois da decantação primária.
A fase líquida desta decantação segue para o próximo passo, o tratamento secundário ou biológico, também chamado de processo de lamas activadas, onde se pretende remover toda a matéria orgânica dissolvida ou em suspensão. Isto é feito através de processos biológicos, onde microorganismos convertem a matéria orgânica em compostos inertes no seu ciclo metabólico. Devido à alta eficiência deste tratamento, é muito estudado e faz parte do processo da maioria das ETAR. [14]
Um processo de tratamento biológico inclui os seguintes componentes:
Um reactor ou tanque biológico com arejamento, que mantém os microorganismos em suspensão e o meio aeróbio, diminui a carência bioquímica de oxigénio e remove compostos gasosos tóxicos como sulfureto de hidrogénio. O arejamento é fornecido mecanicamente ou por difusores. É neste tanque que começam os bioprocessos, ocorrendo a decomposição aeróbica, anóxica ou anaeróbica (com menos ou nenhum arejamento) da matéria orgânica. [14]
Uma fase de separação sólido-líquido, como um tanque de decantação ou sedimentação. Continuam a realizar-se processos biológicos neste tanque, ocorrendo processos aeróbicos no topo e/ou meio do tanque (no topo ocorre a fotossíntese em particular) enquanto ocorrem processos anaeróbicos ocorrem no fundo do tanque; destes processos metabólicos resultam compostos que sedimentam
distintos, mas o tanque de decantação pode ter arejamento para reforço de oxigénio. Existem também tanques anaeróbios, que são tipicamente usados no tratamento de resíduos industriais. [14]
Um sistema de recirculação e extracção de lamas provenientes da decantação para retornarem ao reactor biológico, que controla a concentração de microorganismos no reactor. Muitas vezes este sistema de extracção está instalado no tanque de arejamento. [8]
A selecção do tipo de reactor biológico (de mistura ou de fluxo pistão) e a estrutura do processo de lamas activadas vai depender de vários factores como a cinética da reacção, os requisitos de transferência de oxigénio, a natureza das águas residuais (incluindo a carga orgânica) e as condições ambientais locais, bem como questões económicas relacionadas com a construção, operação e potencial aumento da capacidade das instalações. [6] [8] Na figura 2.2
Figura 2.2 - Várias configurações possíveis para o processo de lamas activadas. (1) Reactor convencional, regime mistura completa; (2) Reactor convencional, regime fluxo pistão; (3) Alimentação por etapa,
regime fluxo pistão; (4) Estabilização por contacto, regime fluxo pistão; (5) Reactor de adição de oxigénio, regime fluxo pistão; (6) Processo Kraus, regime fluxo pistão; (7) Vala de oxidação, regime
fluxo pistão; (8) Reactores descontínuos sequenciais.
Outras opções para fazer o tratamento biológico por lamas activadas são os filtros biológicos (trickling filters) ou filtros biológicos rotativos, onde a água passa por um leito de pedras ou materiais sintéticos plásticos, ou filtros biológicos rotativos. [14]
Depois do decantador secundário, as lamas seguem para a fase sólida do processo (normalmente também existe um reciclo destas lamas para a entrada do tanque de arejamento, para controlar a concentração de biomassa no tanque de arejamento, impedindo que seja demasiado baixa), enquanto a fase líquida continua para o tratamento terciário ou de afinação, que consiste na desinfecção da água para remover microorganismos para reduzir ou eliminar o
risco de doenças. Esta é feita tipicamente por adição directa de cloro gasoso ou adição de hipocloritos. Em alternativa ou complemento, pode-se fazer irradiação ultravioleta, adição de ozono ou adição de cloreto de bromo. [14]
Existe também a opção de fazer tratamentos avançados para se conseguir água de qualidade ainda melhor, mas o seu uso vai depender de cada caso e da relação custo-benefício. Os tratamentos avançados que se podem fazer são: [14]
Tratamento químico, para maior eliminação de resíduos;
Micro-tamisagem, para retenção de sólidos à escala microscópica; Sistemas de remoção de tratamento biológico:
o Nitrificação biológica, para conversão de amónia a nitrato gasoso, seguida de desnitrificação;
o Remoção biológica de fósforo;
Adsorção em carvão activado de compostos orgânicos difíceis de eliminar convencionalmente;
Aplicação de um efluente ao solo para aproveitar os processos biológicos que nele ocorrem - solução com menos consumo de recursos e mais ambientalmente favorável.
A fase sólida do processo da ETAR é o tratamento das lamas obtidas pelos processos biológicos e separadas da fase líquida, e consiste na maior remoção possível de água que ainda está nessas lamas (mais de 97% do peso das lamas pode ser água [14]). O primeiro passo é o
espessamento, usando espessadores gravíticos, de flotação ou de correia, que é uma primeira remoção do conteúdo líquido das lamas. [14]
O segundo passo é a estabilização ou condicionamento, em particular da matéria orgânica, para reduzir o volume das lamas e remover agentes patogénicos, facilitando a reutilização ou eliminação das lamas. Existem vários processos que se podem fazer para chegar a esse fim: [14]
Digestão aeróbica ou anaeróbica; Compostagem;
Estabilização com cal; Oxidação por humidade; Oxidação química, por cloro; Incineração.
O terceiro passo do tratamento de lamas é a remoção de água, feito através de: [14]
Filtração, usando um filtro de vácuo rotativo ou de pressão; Centrifugação;
Incineração;
Secagem térmica, a qual pode ser solar.
A incineração é de facto um dos mais eficientes métodos de remoção da água e volume das lamas, mas pode ser bastante poluidora. Tipicamente usa-se uma fornalha de leito fluidizado ou de fornos múltiplos. [14] No final, as lamas tratadas (ou cinzas, no caso da incineração) são
tipicamente descartadas para um aterro, mas também podem ter fins ambientalmente favoráveis como a injecção num lote de solo para servir de fertilizante. Adicionalmente, novos processos estão a ser desenvolvidos para a obtenção de fósforo a partir de lamas, desenvolvimento de bactérias que criem bioplásticos, [17] obtenção de electricidade a partir de lamas [18] ou obtenção
de hidrocarbonetos leves para substituir o carvão. [19]