Avaliação de tecnologias normatizadas e wetlands construídos empregados no tratamento descentralizado de esgoto por meio de análise multicriterial

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2020.Diversas são as tecnologias de tratamento de esgoto disponíveis e capazes de cumprir uma ampla gama de padrões de lançamento, fornecer serviços adequados e benefícios ao meio ambiente. No entanto, o sucesso na escolha da alternativa envolve a análise de vários fatores, o que torna esse processo bastante complexo e, por isso, muitas vezes é necessária a aplicação de métodos de tomada de decisão com multicritério. Nesse contexto, o presente trabalho avaliou comparativamente, a partir de uma análise multicriterial, tecnologias normatizadas e não normatizadas do tipo wetlands construídos (WC) como alternativas ao tratamento descentralizado de esgoto. O Método Analítico Hierárquico (AHP) foi utilizado para selecionar a tecnologia mais adequada ao tratamento descentralizado de um cenário proposto para 150 habitantes. Foram avaliadas 2 tecnologias normatizadas (filtro anaeróbio ? FAN e lodo ativado em batelada ? LAB) e 3 modalidades de WC (de fluxo vertical ? WCV, de fluxo horizontal ? WCH e a combinação dessas duas configurações, formando um sistema híbrido ? SH). Para este estudo, a escolha da tecnologia se baseou na sustentabilidade de cada sistema, abrangendo aspectos econômicos, ambientais e sociais. Para isso, foram avaliados os custos de construção (CAPEX), operação e manutenção (OPEX), as eficiências de remoção de matéria orgânica (EMO), sólidos suspensos (ESS) e nutrientes (EN), o requerimento por área (AR) e energia (ER), a produção de lodo (LP) e aspectos de aceitação do público, relacionados com as características do tratamento e do efluente (CTE), bem como a complexidade de construção e operação (CCO). Essas informações foram obtidas através do dimensionamento das tecnologias, levantamento de custos e pesquisa bibliográfica. Considerando esses múltiplos fatores e a incorporação da opinião de um grupo de tomada de decisão, composto por representantes de instituições de ensino superior, analistas ambientais, projetistas e construtores, concessionária do saneamento e usuários, foi calculado um indicador composto para cada alternativa tecnológica, através do método AHP, que as classificou em prioridades de escolha. Para o grupo de decisores, a dimensão ambiental foi considerada a mais importante (56%) para definir a tecnologia mais sustentável, seguida pela econômica (32%) e social (12%). Com relação aos indicadores de sustentabilidade, os mais influentes na decisão foram: OPEX (para a dimensão econômica), EMO (para dimensão ambiental) e CCO (para dimensão social). Dessa forma, o WCH foi a alternativa melhor classificada (26%), seguida pelo SH (22%), FAN (21%), WCV (17%) e LAB (15%). Essa classificação para os extremos pode ser atribuída, sobretudo, pelo elevado OPEX (R$ 118 hab-1 ano-1 ) e complexidade de operação para o LAB, enquanto que o contrário foi observado para o WCH, que apresentou o menor OPEX (R$ 7 hab1 ano-1 ) e certa simplicidade para construção e operação. Com relação ao CAPEX, o FAN foi a tecnologia que obteve o menor valor (R$ 80 hab-1 ) seguido do WCH (R$ 325 hab-1 ), que apresentou valor semelhante ao LAB (R$ 335 hab-1 ). O WCV e SH apresentaram os CAPEX mais elevados (R$ 436 hab-1 e R$ 629 hab-1 , respectivamente). Porém, considerando os custos totais (CAPEX+OPEX) ao longo da vida útil (15 anos), observou-se que apesar do LAB apresentar inicialmente custos semelhantes ou inferiores às modalidades de WC, até o terceiro ano o cenário muda e o LAB passa a ser a tecnologia com as maiores despesas totais. Ao final destes 15 anos, essas despesas resultam em um montante de 7,5 vezes maior que o FAN, e 2,4 vezes maior que o SH. O produto deste estudo tende a contribuir para facilitar o acesso dos tomadores de decisão e partes interessadas a uma interpretação de um problema complexo e multidimensional. Além disso, também fornece um contexto valioso para os gestores e poder público na aprovação e implementação de tecnologias de tratamento não normatizadas.Abstract: There are several wastewater treatment technologies available and capable of meeting a wide range of discharge standards, providing adequate services and benefits to the population and environment. However, the success in choosing an alternative involves the analysis of several factors, which makes this process quite complex and, therefore, it is often necessary to apply multi-criteria decision making methods. In this context, this study comparatively evaluated based on a multi-criteria analysis standardized and non-standardized technologies such as constructed wetlands (CW) as alternatives for the decentralized wastewater treatment. The Analytic Hierarchy Process (AHP) was used to select the most appropriate technology for the decentralized treatment of a proposed scenario for 150 inhabitants. Two standardized technologies were evaluated (anaerobic filter - ANF and sequential batch reactor - SBR), and 3 modalities of CW (vertical flow ? VCW, horizontal flow ? HCW, and the combination of these two configurations, composing a hybrid system - HS). The choice of technology was based on the sustainability of each system, including economic, environmental, and social aspects. Given that, the criteria evaluated were: capital expenditure (CAPEX), operational expenditure (OPEX), efficiency of removal of organic matter (EOM), suspended solids (ESS), nutrients (EN), area requirement (RA), energy requirement (RE), sludge production (SP), and aspects of public acceptance related to the characteristics of treatment and effluent (CTE), as well as the complexity of construction and operation (CCO). These information were obtained through the dimensioning of the technologies, cost surveys, and bibliographic research. A composite indicator was calculated for each technological alternative through the AHP, considering these multiple factors and the incorporation of the opinion of a group of judges. This composite indicator ranks technological alternatives as a priority of choice. The jury was composed of representatives from higher education institutions, environmental analysts, designers and builders, the sanitation concessionaire, and users. For the jury, the environmental dimension was the most important (56%) to define the most sustainable technology, followed by economic (32%), and social (12%) aspects. Regarding sustainability indicators, the most influential in their decision were: OPEX (for the economic dimension), EOM (for the environmental dimension), and CCO (for the social dimension). Thus, HCW was the best-classified alternative (26%), followed by HS (22%), ANF (21%), VCW (17%), and SBR (15%). This classification for the first and last ranked technologies can be attributed, mainly, to the high OPEX (R$ 118 PE-1 year-1 ) and complexity of operation of the SBR, while the opposite was observed for the HCW, which presented the lowest OPEX (R$ 7 PE-1 year-1 ) and some ease of construction and operation. Regarding CAPEX, ANF was the technology that obtained the lowest cost (R$ 80 PE-1 ), followed by HCW (R$ 325 PE-1 ), which presented a similar cost to SBR (R$ 335 PE-1 ). The VCW and HS had the highest CAPEX (R$ 436 PE-1 and R$ 629 PE-1 , respectively). However, considering the total costs (CAPEX + OPEX) over the useful life (15 years), it was observed that, although the BAS initially presented costs similar or lower than the variations of CW, this scenario changed after the third year and the SBR became the technology with the highest total costs. At the end of these 15 years, these costs resulted in an amount of 7.5 times greater than the ANF, and 2.4 times greater than the HS. The results of this study aim to contribute to facilitate the access of decision makers and interested parties to an interpretation of a complex and multidimensional problem. Furthermore, it also provides valuable information for managers and public authorities to approve and implement non-standardized treatment technologies