Engenharia Civil

Como o tratamento moderno de águas residuais mudou nosso mundo

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O tratamento de águas residuais é freqüentemente uma necessidade esquecida pela civilização. Sem sistemas de esgoto adequados, estações de tratamento de águas residuais e regulamentação geral, nossas cidades estariam repletas de doenças e dejetos humanos por toda parte.

Acredite ou não, grande parte da tecnologia moderna de gerenciamento de águas residuais que consideramos padrão em qualquer casa do século 21, coisas como vasos sanitários e canos de esgoto, são na verdade relativamente novos no grande esquema da história.

A história do tratamento de águas residuais

Isso não quer dizer que os sistemas de esgoto não existam há muito tempo. Afinal, os antigos romanos tinham um complexo sistema de esgotos no auge de seu império. Em vez disso, o conhecimento de como as águas residuais mal geridas podem afetar drasticamente a saúde da sociedade é relativamente novo.

Os romanos tinham um sistema de gerenciamento de esgoto centralizado, embora fosse bastante rudimentar para os padrões atuais. Canos e valas abertos e fechados carregariam excrementos e lixo, principalmente usando o escoamento da água da chuva. A água contaminada então fluía para grandes tanques de concreto que deixavam o esgoto se depositar antes que a água pudesse fluir para os rios próximos. Havia encanamento interno e latrinas públicas também foram construídas sobre os esgotos.

Na Europa medieval, esgotos fechados, condutos de pedra ou valas eram usados ​​para drenar o esgoto das áreas residenciais, geralmente em conjunto com fossas sépticas, mas os penicos eram frequentemente despejados diretamente nas ruas. Entre 1858 e 1859, o Tâmisa em Londres estava repleto de águas residuais não tratadas, o que, combinado com um clima muito quente, causou o que ficou conhecido como "o Grande Fedor".

Os séculos 17 e 18 viram uma rápida expansão nos sistemas de abastecimento de água e bombeamento, mas a Revolução Industrial levou a um crescimento ainda mais rápido das cidades e da poluição, que atuou como uma fonte constante para o surto de doenças mortais como cólera e febre tifóide.

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À medida que as cidades cresciam no século 19, o aumento das preocupações com a saúde pública levou ao desenvolvimento de programas municipais de saneamento e à construção de sistemas de esgoto em muitas cidades. Esses sistemas frequentemente descarregavam esgoto diretamente nos rios sem tratamento, mas no final do século 19, tratamentos químicos e sistemas de sedimentação estavam em uso em muitas cidades.

A construção de estações de tratamento de esgoto centralizadas começou entre o final do século XIX e o início do século XX. Esses sistemas fazem o esgoto passar por uma combinação de processos físicos, biológicos e químicos para remover os poluentes. Também a partir de 1900, novos sistemas de coleta de esgoto foram projetados para separar as águas pluviais das águas residuais domésticas, para evitar que as estações de tratamento ficassem sobrecarregadas durante chuvas fortes.

Nas décadas de 1910 e 20, os engenheiros desenvolveram sistemas mais sofisticados para tratar a água potável antes de ser fornecida aos residentes nas cidades.

Recuando por um momento e examinando a linha do tempo aqui, podemos começar a entender como o tratamento eficaz de águas residuais em grande escala apareceu recentemente. Cerca de 150 anos atrás foram as primeiras instâncias centralizadas de tratamento de água para cidades. Levaria décadas para que práticas mais rígidas surgissem.

Em 1972, a Lei da Água Limpa foi aprovada nos Estados Unidos. Até então, o tratamento de esgoto para algumas cidades ainda dependia de tratamento químico e filtração, e o esgoto tratado era frequentemente despejado em rios e córregos. Havia pouco na forma de pré-tratamento de águas residuais industriais para evitar que produtos químicos tóxicos interferissem nos processos biológicos usados ​​nas estações de tratamento de esgoto.

Após a aprovação da Lei da Água Limpa, as cidades iniciaram um processo conhecido como tratamento secundário, que remove todos os materiais orgânicos poluentes do efluente. Águas residuais com altas concentrações de materiais orgânicos e nutrientes despejados nos rios estavam causando a proliferação de algas e o crescimento de bactérias, que criaram zonas mortas nos rios. O tratamento secundário essencialmente erradica o efluente de microorganismos e orgânicos de forma que, quando é descartado, tem pouco efeito no meio ambiente.

Para pensar, apenas 50 anos atrás, muitas comunidades no mundo despejavam esgoto principalmente não tratado nos rios.

Os processos de tratamento de águas residuais realmente experimentaram seu crescimento mais rápido nos últimos 30 anos ou mais, agora com todos os municípios planejados do mundo tendo alguma forma de sistema de gerenciamento de águas residuais centralizado. Tudo isso também tem um custo elevado - na escala de bilhões e bilhões de dólares.

Agora, entretanto, podemos dar descarga e dar descarga sem realmente nos preocupar com o que está acontecendo com toda aquela água suja. Ele é tratado por operadores de estação de tratamento de águas residuais confiáveis ​​antes de ser despejado em rios e lagos locais. "Oh, e o que acontece com todos os sólidos das águas residuais?" você pode se perguntar. Bem, em alguns casos, as estações de tratamento de águas residuais vão deixá-lo secar, embalá-lo e vendê-lo como fertilizante para ajudar a complementar os altos custos de funcionamento de uma estação de tratamento.

Em outros casos, algumas usinas usarão o lodo para produzir metano, que serão queimados para energia ou venda. O tratamento de águas residuais hoje usa ciência e engenharia, embora ainda cheire um pouco mal. Supomos que vem com o território.

Agora que entendemos quão recentemente nosso conhecimento sobre saneamento no que diz respeito aos dejetos humanos surgiu, vamos examinar mais de perto como funcionam exatamente as estações de tratamento de águas residuais.

Como funciona o tratamento moderno de águas residuais

Quando você dá descarga em um vaso sanitário, seus resíduos fluem pelos esgotos para uma estação de tratamento de águas residuais que os trata. Sistemas de esgoto são um tópico à parte, então vamos nos concentrar principalmente em como suas águas residuais vão de uma das substâncias mais sujas do planeta para água que é segura para o meio ambiente e, em teoria, segura o suficiente para beber. Algumas estações de tratamento de águas residuais conhecidas como plantas de reúso de ciclo completo pegam as águas residuais e as tratam de volta à água potável, que então será bombeada para os habitantes da cidade. Isso pode parecer nojento, mas o nível atual de engenharia e química permite que as usinas de reutilização de ciclo completo produzam água potável quimicamente idêntica à que está em sua torneira agora.

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Antes de mergulharmos no processo específico de tratamento de águas residuais, vamos colocar as coisas em uma escala. Nova York tem uma variedade de 14 águas residuais estações de tratamento que manuseiam 1,3 bilhão de galões de águas residuais por dia (4,9 bilhões de litros) Isso é água residual suficiente para encher o mar morto com esgoto em 8 anos, apenas de uma grande cidade.

Portanto, a sociedade produz muito lixo. Vamos ver o que acontece primeiro quando chega a uma estação de tratamento de águas residuais.

Tratamento Pré e Primário

Quando a água residual chega a uma estação de tratamento, primeiro ela obtém todos os grandes pedaços filtrados por uma tela, um tanto grande. Essas telas são geralmente chamadas de telas de barra, e sua principal função é tornar o esgoto mais homogêneo para que possa fluir por meio de bombas e tubulações na planta.

Os resíduos removidos das telas de barra são enviados para o aterro sanitário, e o esgoto um pouco menos pesado segue para a próxima etapa, a câmara de areia.

As câmaras de areia são essencialmente apenas grandes piscinas nas quais você definitivamente não quer nadar, elas permitem que as partículas maiores no esgoto se depositem no fundo. Essas partículas maiores, como sujeira, areia e grandes partículas de alimentos, são chamadas de areia. Novamente, esse processo ajuda a tornar o esgoto mais homogêneo do que quando chegou. A areia também é enviada de caminhão para aterros sanitários.

Depois que o esgoto fica bastante homogeneizado nesses primeiros processos, ele segue para o clarificadores primários.

Os clarificadores primários funcionam como bacias de sedimentação gigantes que permitem que partículas maiores que 10 μm (0,01 mm), chamadas de sólidos suspensos, se depositem no fundo da bacia. Um braço gigante que raspa também remove a gordura e a gordura que sobem ao longo da superfície da água.

Esses clarificadores primários são baseados em um princípio chamado velocidade de sedimentação, essencialmente apenas a velocidade em que as partículas se acomodam. Os engenheiros certificam-se de que o influxo de água para o clarificador primário não seja maior do que a velocidade de sedimentação das partículas, o que garante que as partículas ainda assentem e o esgoto continue fluindo.

Ao sair dos decantadores primários, o esgoto está livre de sólidos maiores que 10 μm e, neste ponto, está quase todo contaminado com matéria orgânica. O esgoto então segue para bacias de aeração, iniciando os processos de tratamento secundário.

Tratamento secundário de águas residuais

As bacias de aeração são essencialmente banheiras de hidromassagem com bolhas para esgoto. Eles borbulham ar pelo fundo do esgoto, o que revigora o esgoto com oxigênio dissolvido. Os engenheiros também bombeiam lodo ativado em bacias de aeração, que são basicamente bactérias e resíduos da próxima rodada de clarificadores. Esta lama ativada aumenta o teor de oxigênio da água e as bactérias entram em um frenesi de alimentação, comendo toda a matéria orgânica.

Depois das bacias de aeração, o esgoto vai ficar bem mais limpo e vai para os decantadores secundários. Este é o processo final de filtragem, onde todas as partículas restantes se depositam. O que se instala é aquele lodo ativado que acabamos de mencionar, e uma parte dele é reutilizada para fazer as bacias de aeração funcionarem sem problemas. O que não é usado é deixado para secar antes de ser descartado ou usado como fertilizante.

No momento em que o esgoto deixa os clarificadores secundários, 85% de toda a matéria orgânica foi removida e parecerá bastante claro. istopoderiatambém é seguro beber, mas provavelmente você não vai querer. O processo final antes da alta é a desinfecção.

Esse processo mata todas as bactérias ainda deixadas na água e garante que nenhuma doença seja lançada nos rios. Isso normalmente é feito por meio de desinfecção com cloro, ozônio ou ultravioleta (ou uma combinação dos dois).

A desinfecção por ozônio envolve a descarga de eletricidade na água para fazer com que as moléculas de gás oxigênio se transformem em moléculas de ozônio, o que oxida as bactérias, quebrando suas paredes celulares e as matando.

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O tratamento com cloro mata as bactérias de maneira semelhante, mas é um produto químico líquido adicionado à água, e os operadores da estação de tratamento geralmente removem o cloro antes de liberar o efluente para que o cloro não prejudique o meio ambiente.

Por último, os engenheiros também podem usar luz ultravioleta para embaralhar o DNA da bactéria, tornando impossível sua reprodução. Todos os três processos têm diferentes prós e contras e são usados ​​de forma bastante intercambiável em todo o mundo.

Na maioria dos casos, após a desinfecção, a água é lançada em rios e riachos. Em regiões onde a água é escassa, às vezes o esgoto tratado retorna para outra rodada de tratamento para ser transformado em água potável. Quimicamente, isso é muito seguro e provavelmente poderia ser usado em muitos outros lugares ao redor do mundo se não fosse pelo estigma envolvendo o processo de ciclo fechado de transformar águas residuais de volta em água potável.

Todo o processo demora 24 a 36 horas para uma molécula de água passar pela estação de tratamento.

E essa é a mágica do tratamento de águas residuais. É um processo essencial que nos permite viver nossas vidas sem ter que pensar em nossos próprios resíduos. Certifique-se de agradecer a todos os operadores de estação de tratamento de águas residuais ao seu redor, porque eles têm que lidar com o que você não quer, 24 horas por dia, 7 dias por semana.


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