O problema do abastecimento de água (com diagrama)

Abastecimento de Água Potável:

As principais fontes de abastecimento de água potável nas cidades são rios, lagos e córregos. A água dessas fontes é purificada ou tornada livre de poluentes e germes antes de ser fornecida para beber e outros fins domésticos.

Para tornar a água bruta limpa e livre de poluentes, os seguintes três passos são seguidos:

(i) Sedimentação

(ii) Filtração

iii) Cloração

(i) Sedimentação:

Neste processo, o alúmen, o sulfato de alumínio ou o sulfato de ferro são misturados com água bruta extraída de lagos ou rios para o tanque de mistura que forma flóleos gelatinosos com substâncias dissolvidas e suspensas. É permitido que a água misturada com floculantes flua para o tanque de floculação, onde os flóculos juntamente com partículas de solo suspensas, outros materiais estranhos e micróbios se depositam no fundo.

(ii) Filtração:

Após a precipitação dos flóculos, é permitido que a água limpa passe através de tipos especiais de filtro para remover os microorganismos do mesmo. Para este efeito, a água é permitida a percolar através de várias camadas alternadas sobrepostas de areia e cascalhos.

iii) Cloração:

A água após o processo de alteração é submetida ao tratamento com cloro. Neste processo, o gás cloro é passado através da água, o que, por ser um oxidante forte, causa rápida degradação de substâncias orgânicas e, ao mesmo tempo, mata as bactérias remanescentes. A água assim obtida é então fornecida ao público para beber e outros fins domésticos.

Coletor de esgotos:

O tratamento de esgotos visa principalmente a remoção de resíduos sólidos e sua degradação e conversão em substâncias inorgânicas simples por meio de atividades microbianas.

Os seguintes métodos são empregados para a disposição de esgoto:

1. poços de imersão

2. fossa séptica

3. Instalações municipais de tratamento de esgotos.

1. poços de imersão:

Neste processo, é usado um grande tanque subterrâneo perfurado, feito de concreto e cimento (Fig. 13.6). O esgoto é descarregado no tanque através de um tubo. A água de esgoto do tanque sai pelos buracos e se infiltra no solo. Os resíduos sólidos são decompostos por microorganismos dentro do tanque.

2. fossa séptica:

Neste método o esgoto da casa descarrega-se em fossas sépticas subterrâneas por tubos. A fração sólida do esgoto se instala no fundo do tanque séptico e a fração flui para os tubos de distribuição instalados na parte superior do tanque e finalmente drenada para o campo (Fig. 13.7). A fração sólida do esgoto coletado na parte inferior é decomposta rapidamente por micróbios.

3. Instalações municipais de tratamento de esgotos:

O tratamento e o descarte de esgoto nas grandes cidades envolvem as três etapas a seguir:

i) Tratamento primário:

Para o tratamento primário, o esgoto é levado para os grandes tanques abertos através de tubulações. A fração sólida do esgoto se instala no fundo dos tanques, que é drenada através do sistema de tubulação para o tanque do digestor aeróbico e é decomposta. A frac�o aquosa do esgoto dos tanques de decanta�o prim�ios �drenada no tanque de decanta�o secund�io e misturada com sulfato de alum�io ou sulfato de ferro que forma fl�ulos tipo gelatina. Os flóculos juntamente com microrganismos e partículas sólidas suspensas depositam-se no fundo do tanque na forma de lama que é então drenada através de tubos para os tanques do digestor aeróbico. (Fig. 13.8).

ii) Tratamento secundário:

A fração aquosa de esgoto que contém bactérias e outros micróbios, bem como resíduos orgânicos dissolvidos é coletada nos tanques de decantação secundária e a corrente de ar sob pressão é passada através da fração para promover a decomposição microbiana de resíduos orgânicos dissolvidos. Depois de algum tempo a fração é passada através de filtros de areia para remover micróbios. A água limpa é então permitida a fluir para os rios e oceanos

Os resíduos sólidos e lodo transportados para o tanque do digestor são atacados e decompostos por bactérias aeróbicas. A decomposição de resíduos resulta na formação de gases NH ₃, metano e sulfureto de hidrogénio, que são recolhidos para diversos fins da indústria.

(iii) tratamento terciário:

Nas cidades que enfrentam alguma escassez aguda de água, a água limpa obtida após o tratamento secundário é submetida à cloração e após o teste adequado, que é fornecido para fins domésticos. De acordo com uma estimativa do Conselho Central de Controle de Poluição, a produção total de esgoto das áreas urbanas na Índia foi de cerca de 30.000 bilhões de litros por dia em 1997 e a atual estação de tratamento não é suficiente para 10% da geração total de esgoto.

Embora as instalações de drenagem e de esgotos tenham aumentado em áreas urbanas, as instalações existentes não são suficientes para a eliminação total de águas residuais. Os programas de tratamento de águas residuais não são totalmente bem sucedidos devido à má manutenção, projetos inadequados de estações de tratamento e abordagem não técnica e não especializada. O plano de tratamento de esgotos no Plano de Ação Ganga entre 1980 e 1990 falhou completamente devido às razões acima mencionadas. Devido às más instalações de esgoto e tratamento de águas residuais, a maioria dos poluentes encontra seu caminho para as águas subterrâneas, rios e outras massas de água.

Em alguns bolsões da Índia, os moradores ainda são dependentes para beber água em reservatórios de água naturais e enfrentam muitos problemas, conforme detalhado abaixo:

1. A água potável está cheia de poluentes.

2. A água contém patógenos de cólera, febre tifóide e várias doenças de pele.

3. Em algumas localidades, a água é altamente salina e contém fluoretos ou outros elementos tóxicos.

Em algumas áreas urbanas também, o suprimento de água potável pura se tornou um grande problema. De acordo com uma estimativa do Banco Mundial (1998), cerca de 60% das mortes em áreas urbanas foram devidas a doenças relacionadas à água, como cólera, disenteria, gastroenterite, hepatite, etc.

Eutrofização:

A pressão humana cada vez maior sobre os corpos de água devido ao crescimento demográfico, à tecnologia moderna e à agricultura causou vários problemas de poluição da água. Um dos problemas mais sérios e mais comuns é devido ao enriquecimento das águas pelos nutrientes das plantas, o que leva ao crescimento biológico e torna a água imprópria para usos diversos.

Nutrientes adicionais na forma de nitrogênio e compostos de fósforo de fertilizantes, esgoto, detergentes e resíduos animais aumentam a taxa de crescimento de plantas e algas aquáticas. O crescimento excessivo de algas e outras plantas aquáticas devido ao nutriente adicionado é chamado de eutrofização. Isso resulta em alta produtividade biológica em certas plantas aquáticas, que se manifesta na forma de flores.

Isso torna o oxigênio da água deficiente devido à degradação da matéria orgânica em corpos d'água, o que afeta negativamente outros organismos. Algas e plantas aquáticas maiores podem interferir com o uso da água ao entupir os tubos de entrada de água, alterando o sabor e o odor da água e causando o acúmulo de matéria orgânica no fundo. Quando essa matéria orgânica decai, o nível de oxigênio diminui; em última análise, os peixes e algumas outras espécies aquáticas podem morrer.

Weber (1907), ao estudar as turfeiras do norte da Alemanha, notou que as camadas superiores continham mais nutrientes na camada superior do lago em comparação com as inferiores. Ele usou o termo eutrófico (rico em nutrientes) e oligotrófico (pobre em nutrientes) para distinguir entre essas duas camadas. O uso desses termos na limnologia foi feito pela primeira vez por Naumann (1919).

De acordo com o conceito atual de eutrofização:

(i) O enriquecimento da água com nutrientes vegetais aumenta o crescimento do fitoplâncton, mas não deve ser considerado como o único critério para a eutrofização, porque outras condições como luz, temperatura e outros fatores de crescimento também podem limitar o crescimento.

(ii) Troféu de água (taxa de suprimento de matéria orgânica por unidade de área por unidade de tempo) não pode ser equiparado aos níveis de nutrientes e não pode ser definido pela densidade e biomassa de algas, pois também incorpora a produção (Findenegg, 1955).

(iii) O critério mais fiável para a eutrofização é o aumento da produtividade do fitoplâncton.

(iv) Sugere-se também que o termo eutrofização deve ser aplicado apenas à produção autotrófica, enquanto que para os lagos alotrópicos, onde a principal fonte de matéria orgânica é por outros meios, o termo lagos distróficos deve ser usado.

Processo de eutrofização:

A eutrofização é um fenômeno natural, que é acelerado pelo aumento da oferta de nutrientes através das atividades humanas. Embora o processo de eutrofização seja estabelecido assim que os lagos são formados, a taxa de entrada de nutrientes por meios naturais é bastante lenta (ou seja, eutrofização natural).

Quando os lagos se originam, eles estão em estado oligotrófico e têm apenas quantidade limitada e insuficiente de nutrientes para produzir qualquer crescimento significativo de algas. As únicas fontes de nutrientes são o escoamento natural, a queda de partes de plantas secas da vegetação circundante, a precipitação e a decomposição da produção biológica após a morte. O processo de eutrofização começa quando os nutrientes de fora começam a entrar no lago. Quando as algas morrem e se decompõem, os nutrientes bloqueados em seus corpos tornam-se disponíveis para o crescimento de algas frescas.

Durante cada ciclo, os nutrientes são progressivamente aumentados em lagos e depois de algum tempo, a ciclagem de nutrientes não mantém um equilíbrio entre adição e decomposição, com o resultado de que uma matéria orgânica sempre crescente no lago é finalmente depositada no fundo.

Isto leva à formação de pântanos pantanosos, pântanos e, finalmente, o corpo de água desaparece. É por isso que o processo de eutrofização é referido como envelhecimento dos lagos. É assim evidente que com o avanço da eutrofização, cada vez mais nutrientes são adicionados ao corpo de água e, em última análise, o ciclo de nutrientes é incapaz de manter o equilíbrio entre a adição e a decomposição.

A velocidade da eutrofização depende da taxa de fornecimento de nutrientes, bem como de outros factores como o clima, etc. Geralmente, a velocidade de eutrofização é elevada em clima quente que promove a utilização de nutrientes e o crescimento das algas em comparação com a temperatura fria e temperada. . A taxa de eutrofização diminui com o tempo devido à redução da penetração da luz, assim como o aumento da turbidez do sal e a conseqüente queda na produção primária.

Efeitos da eutrofização:

Quando há um desvio do equilíbrio entre a fotossíntese (P) e a respiração (R), isso indica poluição. Em equilíbrio (P = R) não há mudança na composição química e biológica da água; uma condição encontrada na água não poluída, sem fornecimento de nutrientes do exterior. Quando a fotossíntese excede a atividade respiratória, indica a eutrofização dos corpos d'água. É caracterizada pelo aumento progressivo de algas levando a sobrecarga orgânica.

Em lagos profundos, a produção excusa na superfície de lagos (P >> R) é balanceada por condições saprófitas no fundo (R >> P) quando a respiração excede a fotossíntese, o O ₂ dissolvido torna-se exaurido forçando a redução de vários produtos químicos oxidados como NO ₃ ^-, SO ₄ ^-2 e CO ₂ em N ₂, NH ₄ ⁺, H ₂ S e CH ₄ que produzem odor sujo e são prejudiciais a várias espécies aquáticas. Poole et al. (1978) relatou 11 mg por litro como concentração letal de 50% (CL 50) para H ₂ S para alguns organismos aquáticos.

A eutrofização induz muitas mudanças físicas e químicas nas águas que provocam mudanças na flora e na fauna. Muitas espécies desejáveis, incluindo peixes, são substituídas por espécies indesejáveis. Há uma sucessão de algas e algas verdes azuis tornam-se dominantes, muitas delas como Microcystis, Anabaena, Oscillatoria produzem flores. Algas como Chlorella, Scenedesmus também podem formar flores. Spirogyra, Cladophora, Zygnema e muitas outras algas verdes filamentosas podem formar uma esteira flutuante na superfície das águas. Estas flores de algas e o tapete espesso reduzem a intensidade da luz abaixo da superfície.

A eutrofização leva a mudanças nas características dos sedimentos de fundo. O acúmulo de matéria orgânica afeta a comunidade bentônica. A proliferação de algas afeta o valor recreativo dos corpos de água. A morte e a decadência das algas produzem maus odores e sabores na água. A escória de algas verifica a penetração de oxigênio na água e pode matar os peixes e outros organismos. No estágio inicial de crescimento de algas, oxigênio suficiente é produzido, mas quando as algas morrem, a água torna-se deficiente em O ₂ porque a produção de oxigênio é reduzida e o consumo é aumentado devido à decomposição de algas mortas por bactérias aeróbicas. A queda do nível de O ₂ dissolvido na água pode ser a causa da mortalidade de peixes e outros organismos aquáticos.

A proliferação de algas causa a descoloração da água. Os efeitos globais da eutrofização tornam a água imprópria para consumo humano e várias outras finalidades. Além disso, o custo do tratamento da água também é inflado.

Qualidade da água:

A avaliação da qualidade da água é feita em termos de vários parâmetros, como alcalinidade, oxigênio dissolvido. Demanda bioquímica de oxigênio (5 dias), número de bactérias coliformes, cor, dureza, odor, pH, salinidade, temperatura, sólidos totais, turbidez, sais-cloretos, fluondes, nitratos, fosfatos e sulfatos, presença de oligoelementos como Al, As, Ba, Cd, Cr, Fe, Pb, Mn, Hg, Se Ag Sn Zn e B, pesticidas e radioatividade. Entre esses atributos, a quantidade de oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio e contagem total de coliformes são bons indicadores da qualidade da água.

Estes são brevemente discutidos aqui como abaixo:

Oxigênio dissolvido:

É uma medida da capacidade da água para suportar uma vida aquática bem equilibrada. Uma quantidade suficiente de oxigénio dissolvido num corpo de água provoca uma rápida degradação microbiana dos resíduos orgânicos. A oxidação bioquímica de amônia em nitrato em água natural requer oxigênio dissolvido. A quantidade insuficiente de oxigênio dissolvido na água afeta negativamente a decomposição microbiana e o metano é liberado em vez do CO ₂, e as aminas odoríferas resultam do nitrogênio em vez do NO ₃ e NH ₃ e o gás H2S é produzido a partir do enxofre em vez do SO ₂ .

Demanda Biológica ou Bioquímica de Oxigênio (DBO):

O índice mais comum de poluição da água é a demanda bioquímica de oxigênio (DBO), que se refere à quantidade de oxigênio requerida pelas bactérias para decompor os resíduos orgânicos aerobicamente em CO ₂ e água. O teste de DBO normalmente mede a quantidade de oxigênio usada nos primeiros cinco dias de decomposição microbiana aeróbia em um determinado volume de efluente a 20 ° C. Isso também é chamado de DBO ₅ .

Assim, 100 ppm de DBO significa 100 mg de oxigénio consumido por um litro de amostra de teste durante 5 dias a 20 ° C. O esgoto doméstico geralmente tem DBO5 de cerca de 200 miligramas de oxigênio por litro e, para resíduos industriais, a DBO pode estar em torno de mil miligramas por litro. DBO de 0, 17 libras ou 77 g é também chamado de equivalente de população, sendo aproximadamente igual aos requisitos para os resíduos domésticos de 1% de concentração.

A capacidade da estação de tratamento de esgoto é geralmente medida em termos de equivalentes de população por dia. A contaminação da água por esgoto é a principal causa de doenças transmitidas pela água, por exemplo, cólera, febre tifóide, febre paratifóide, disenteria e hepatite infecciosa.

Contagem total de coliformes. BOD dá uma medida aproximada da qualidade da água. Não indica com precisão o risco de doença. Para isso, são necessários parâmetros mais específicos. Um dos parâmetros mais comuns é o número de bactérias intestinais coliformes, especialmente Escherichia coli nas fezes por unidade de volume de água. Embora as bactérias coliformes sejam inofensivas, sua presença em grande número indica que germes patogênicos podem estar presentes na amostra.

A qualidade da água do rio é monitorada em 480 estações sob diferentes programas como o MINARS (Monitoramento de Recursos Aquáticos Nacionais Indígenas), GEMS (Sistemas Globais de Monitoramento Ambiental) e GAP (Plano de Ação Ganga). O número de estações no âmbito dos programas MINARS iniciadas em 1979 aumentou gradualmente e actualmente o número de estações é de 260.

Vários parâmetros físicos, químicos, biológicos e bacteriológicos estão sendo considerados no programa para determinar a qualidade da água, mas os mais importantes são DO, BOD e TC (contagem total de coliformes).

As diferentes categorias de água em resposta à qualidade e seus respectivos usos são as seguintes:

Classe A - Fonte de água potável sem bactérias convencionais na água.

Oxigênio dissolvido mais que 5 mg / litro, TC menos que 50/100 ml.

Classe B - Água para banho, natação e uso recreativo, DO> 4 mg / litro e TC <500/100 ml.

Classe C - Fonte de água potável após o tratamento convencional.

Classe D - Água para vida selvagem, pesca, etc. DO> 4 e TC <500/100 ml.

Classe E - Água para irrigação, resfriamento industrial, sem pesca, natação ou bebida. D O.> 3 mg / pneu.