Desempenho energético e pegada de carbono de um sistema de esgotamento sanitário centralizado no nordeste brasileiro

Energy performance and carbon footprint of a centralized sewage system in northeastern Brazil

RESUMO

O objetivo do trabalho foi avaliar a operação e manutenção de um sistema de esgotamento sanitário centralizado, composto de três subsistemas, que atende 367 mil habitantes no Nordeste do Brasil. A avaliação do ciclo de vida considerou um inventário amplo de operação e manutenção do sistema de esgotamento sanitário com as redes de coleta, estações de tratamento de esgoto, disposição do esgoto tratado no corpo hídrico e gestão do lodo. O arranjo tecnológico das estações de tratamento de esgoto avaliadas incluiu o reator do tipo upflow anaerobic sludge blanket, seguido de lagoa aerada e lagoa de polimento em um subsistema, e upflow anaerobic sludge blanket seguido de reator de lodo ativado por aeração prolongada em dois subsistemas. O desempenho energético utilizou o método de demanda de energia acumulada e a pegada de carbono empregou o método de potencial de aquecimento global de 100 anos do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. O sistema de esgotamento sanitário avaliado demandou 5,12 MJ·m⁻³ e emitiu 4,08 kg CO²eq·m⁻³. As maiores contribuições do sistema de esgotamento sanitário avaliado foram a eletricidade, com 62% da demanda energética, e as emissões diretas para o ar, com 94% da pegada de carbono, sendo as emissões dos reatores upflow anaerobic sludge blanket com 76% da pegada de carbono. A identificação dos aspectos e impactos ambientais do sistema de esgotamento sanitário avaliado apoia a inovação tecnológica e gerencial para otimizar o desempenho energético e mitigar as emissões de gases de efeito estufa.

Palavras-chave:
ACV; saneamento; demanda energética; gás de efeito estufa; operação e manutenção

ABSTRACT

This aim of this work was to evaluate the operation and maintenance of a centralized wastewater treatment system, composed of three subsystems, which serves 367 thousand inhabitants in northeastern Brazil. The life cycle assessment considered a comprehensive inventory of the wastewater treatment system operation and maintenance with the collection networks, wastewater treatment plants, disposal of the treated wastewater in the water body and sludge management. The technological arrangement of the evaluated wastewater treatment plants included the Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor, followed by aerated and polishing ponds in one subsystem, and Upflow Anaerobic Sludge Blanket followed by extended aeration activated sludge in two subsystems. The energy performance used the cumulative energy demand method and the carbon footprint used the global warming potential method for 100 years of the Intergovernmental Panel on Climate Change. The evaluated wastewater treatment system presented 5.12 MJ·m⁻³ and 4.08 kg CO²eq·m⁻³. The largest contribution of the evaluated wastewater treatment system was the electricity use with 62% of the energy demand and direct emissions to the air with 94% of the carbon footprint, being direct emissions from Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactors with 76% of the carbon footprint. The identification of environmental aspects and impacts of the evaluated wastewater treatment system supports technological and management innovations to optimize its energy performance and mitigate greenhouse gases emission.

Keywords:
LCA; sewage system; energy demand; greenhouse gas; operation and maintenance

INTRODUÇÃO

A cobertura dos serviços de esgotamento sanitário tem aumentado nos países em desenvolvimento, porém ela enfrenta desafios econômicos, técnicos e políticos para a sua universalização e carece de sustentabilidade (GALLEGO-SCHMID et al., 2019). A implementação de um sistema de esgotamento sanitário (SES) tem um caráter ambientalmente favorável por sua contribuição para a diminuição do lançamento de patógenos e poluentes nos corpos hídricos. No entanto, a construção, a operação e a manutenção do SES causam impactos ambientais (PAULO et al., 2019). Nesse sentido, os indicadores de sustentabilidade são essenciais no processo decisório para a otimização do SES (PAULO et al., 2019). Os indicadores ambientais são utilizados na gestão de um SES para identificar os processos de maior relevância, monitorar o desempenho e apoiar o desenvolvimento tecnológico e a tomada de decisão. A avaliação do ciclo de vida (ACV) é uma técnica robusta e abrangente para avaliar os aspectos e impactos ambientais de um sistema de produto.

A literatura consultada de ACV do SES apresenta uma variedade de objetivos e escopos, que devem ser analisados em detalhe para evitar comparações inadequadas. Por exemplo, alguns estudos de ACV consideraram todo o sistema de água e esgoto, desde a captação de água para o abastecimento até a disposição do esgoto tratado (AMORES et al., 2013; LEMOS et al., 2013; FRIEDRICH et al., 2009), enquanto outros delimitaram a ACV no SES (GALLEGO-SCHMID et al., 2019). Entre as pesquisas de ACV do SES, algumas consideraram a fase de construção (SINGH et al., 2018; BUONOCORE et al., 2018; STOKES et al., 2010; AMORES et al., 2013; FRIEDRICH et al., 2009), enquanto outras excluíram a fase de construção dada a indisponibilidade de dados e contestaram a relevância dessa fase comparada à de operação (LIMPHITAKPHONG et al., 2016; MAKTABIFARD et al., 2020). O SES é constituído de rede de coleta, estação de tratamento de esgoto (ETE), disposição do esgoto tratado e gestão do lodo. Corominas et al. (2013) revisaram 45 artigos de ACV de SES, dos quais 18 incluíram a rede de coleta na fronteira de estudo. A extensão da infraestrutura da rede de coleta influencia os impactos de sua construção e manutenção; assim, deve-se estimar esse impacto para identificar a sua relevância (RISCH et al., 2015), especialmente em SES centralizados.

Os estudos de ACV de SES do Brasil somam poucos trabalhos. Gallego-Schmid et al. (2019) revisaram 43 artigos sobre esse tema com o foco nos países em desenvolvimento, dos quais apenas três se referiram a estudos brasileiros, e nenhum se referiu a um SES urbano. No entanto, Lopes et al. (2020), Alves (2016) e Gutierrez (2014) avaliaram SES de pequeno porte do Brasil. A pouca disponibilidade de dados de inventário limita a elaboração de estudos de ACV em SES de grande porte do Brasil para subsidiar a tomada de decisão. Ademais, o avanço das pesquisas sobre tratamento de esgoto em reatores anaeróbios é estratégico para o desenvolvimento sustentável do saneamento no Brasil.

O objetivo deste artigo foi avaliar o desempenho energético e a pegada de carbono das fases de operação e manutenção (O&M) do SES de uma cidade de grande porte no Nordeste brasileiro. As etapas do SES avaliado foram coleta e transporte, tratamento, disposição final do esgoto tratado e gestão do lodo.

METODOLOGIA

A avaliação da demanda energética e das emissões de gases de efeito estufa (GEE) do ciclo de vida do SES deste estudo, baseada na Norma Técnica Brasileira/ Organização Internacional de Normalização (NBR ISO) 14040 (ABNT, 2009a) e NBR ISO 14044 (ABNT, 2009b), considerou as seguintes partes da ACV: definição de objetivo e escopo, análise de inventário de ciclo de vida (ICV), avaliação do impacto do ciclo de vida (AICV) e interpretação.

Definição de objetivo e escopo

O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho energético e a pegada de carbono do SES centralizado de um município do Nordeste brasileiro, referente às fases de O&M das etapas de coleta, tratamento, disposição de esgoto tratado e gestão do lodo (Figura 1). A unidade funcional do sistema de produto¹ avaliado foi 1 m³ de esgoto doméstico coletado e tratado em 2017. As etapas de captação, tratamento e distribuição da água potável foram objeto de estudo de Guanais et al. (2017) e desconsideradas neste trabalho.

Figura 1
Sistema de produto do serviço de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana (BA).

O SES centralizado de Feira de Santana (SES-FSA), estado da Bahia, Brasil, atendeu 62% da população urbana, em 2017, com três subsistemas (Subaé, Jacuípe I e Jacuípe II), o que correspondeu a 367 mil habitantes. Os subsistemas do SES-FSA são constituídos de rede de coleta e transporte, composta de condutos coletores e estações elevatórias de esgoto (EEE) e ETE. Uma parte da vazão de esgoto coletado dos domicílios pela rede coletora da Jacuípe I é exportada para a rede coletora da Jacuípe II, aproximadamente 100 L·s⁻¹. O esgoto coletado passa por tratamento preliminar (gradeamento e caixa de areia), tratamento primário no reator upflow anaerobic sludge blanket (UASB) e tratamento secundário com lagoas aeradas e lagoas de polimento (LA + LP) na ETE Subaé e lodo ativado por aeração prolongada (LAP) nas ETE Jacuípe I e Jacuípe II. O SES-FSA não utiliza produto químico no tratamento do esgoto.

Os coprodutos da etapa de tratamento do SES são gerenciados da seguinte forma: o lodo de esgoto das três ETE é enviado para a fazenda de lodo na ETE Jacuípe II; o biogás do tratamento anaeróbio é liberado para a atmosfera, exceto na ETE Jacuípe II, onde é direcionado para a queima em flare; e o esgoto tratado é conduzido por emissários até o corpo hídrico mais próximo para a disposição final. A Tabela 1 apresenta um resumo das características do SES-FSA.

Tabela 1
Resumo das características técnicas do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana em 2017.

Parâmetro		Unidade	Grandeza
Sistema			SES-FSA*
Vazão micromedida de água (Qágua)		m3·d−1	50.923
Parcela de domicílios micromedidos (Ecomicro)		(%)	98,6
Quantidade de domicílios abastecidos (Ecoágua)		adimensional	215.347
Vazão de esgoto coletado		m3·d−1	44.256
Subsistema			SES Subaé	SES Jacuípe I	SES Jacuípe II
Rede de coleta**
	Quantidade de economia (Ecoesgoto)	adimensional	27.694	42.966	28.644
	Quantidade de EEEa	adimensional	11	6	9
	Extensão da rede de coleta	m	165.761	155.181	103.454
Tratamento do esgoto***
	Vazão de esgoto coletadob (Qágua_residual)	m3·d−1	5.599	8.687	5.791
	Capacidade máxima de tratamento	m3·d−1	19.250	16.070	31.140
	DQO na entrada	mg·L−1	507	810	694
	DQO na saída	mg·L−1	150	117	149
	DBO na entrada	mg·L−1	232	385	283
	DBO na saída	mg·L−1	39	24	26
	Arranjo tecnológico		UASB, LA e LP	UASB e LAP	UASB e LAP
	Eficiência da remoção de DQO na ETE	(%)	70	86	79
	Eficiência da remoção de DQO no UASB	(%)	65	65	65
	Quantidade de lodo produzida na ETE (base seca)	t·ano−1	561	871	580

• SES: sistema de esgotamento sanitário; FSA: Feira de Santana; EEE: estações elevatórias de esgoto; DQO: demanda química de oxigênio; DBO: demanda bioquímica de oxigênio; UASB: upflow anaerobic sludge blanket; LA: lagoas aeradas; LP: lagoas de polimento; LAP: lodo ativado por aeração prolongada; ETE: estação de tratamento de esgoto.
• ^a
  Mais detalhes no ^{Apêndice 2}
• ^b
  Calculado pela Equação 1 com a conversão da unidade.
EMBASA (2018a)PMSB (2017)EMBASA (2018b)

A vazão afluente de cada ETE (Tabela 1) foi estimada com base na Equação 1.

(1) $${\text{Q}}_{\text{água\_residual}}:={\text{Q}}_{\text{água}}\times \left(\frac{{\text{Lig}}_{\text{esgoto}}}{{\text{\hspace{0.17em}Eco}}_{\text{micro}}\times {\text{Eco}}_{á\text{gua}}}\right)\times 0,8$$

Em que:

Q^{água_residual} = representa a vazão afluente da ETE (m³·ano⁻¹);

Q^água = representa a vazão micromedida de água dos domicílios do SES-FSA (m³·ano⁻¹); Eco^esgoto = representa a quantidade de domicílios ligados à rede de coleta (adimensional); Eco^micro = representa a parcela de domicílios micromedidos ligados ao sistema de abastecimento de água (%);

Eco^água = representa a quantidade de domicílios ligados ao sistema de abastecimento de água (adimensional); e 0,8 é o coeficiente de retorno de água de abastecimento convertida em água residual.

Inventário do ciclo de vida

O inventário de primeiro plano² da O&M do SES-FSA incluiu dados primários e secundários (Tabela 2). Os dados primários de insumos, transporte e resíduos foram disponibilizados pela operadora do SES-FSA com base em observações e medições de campo. Os dados secundários de emissões diretas de metano (CH⁴) e óxido nitroso (N²O) foram obtidos por meio de equações do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas — Buendia et al. (2019a, 2019b), enquanto aquele de dióxido de carbono fóssil (CO² fóssil) foi obtido com a estimativa de Law et al. (2013). A fase de construção do SES-FSA foi desconsiderada em razão da indisponibilidade de dados.

Tabela 2
Inventário de primeiro plano de 1 m³ de esgoto coletado e tratado por subsistema do serviço de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Parâmetro		Unidade	SES Subaé	SES Jacuípe I	SES Jacuípe II
Coleta do esgoto
	Diesel queimado (máquinas na substituição dos condutos)a	L	1,9 × 10−2	1,1 × 10−2	1,1 × 10−2
	Condutos de PVC	kg	8,0 × 10−3	4,8 × 10−3	4,8 × 10−3
	Transporte dos condutosb	kg·km	1,6 × 100	9,7 × 10−1	9,7 × 10−1
	Areia (leito dos condutos)	kg	5,4 × 10−1	3,3 × 10−1	3,3 × 10−1
Asfalto
	Areia	kg	3,5 × 10−2	4,4 × 10−3	4,4 × 10−3
	Brita	kg	1,0 × 10−1	6,2 × 10−2	6,2 × 10−2
	Betume	kg	7,2 × 10−3	2,1 × 10−2	2,1 × 10−2
	Diesel queimadoa (processamento do asfalto)	MJ	4,3 × 10−2	2,6 × 10−2	2,6 × 10−2
	Eletricidade (EEE)	kWh	2,7 × 10−1	8,7 × 10−2	7,5 × 10−2
	Diesel queimadoa (equipamentos e veículos)c	L	6,2 × 10−3	6,2 × 10−3	6,2 × 10−3
	Metano para o ar	kg	1,4 × 10−2	7,3 × 10−3	5,2 × 10−3
Tratamento do esgoto
	Eletricidade (ETE)	kWh	2,0 × 10−1	4,2 × 10−1	4,7 × 10−1
	Diesel queimadoa (equipamentos e veículos)c	L	1,1 × 10−3	1,1 × 10−3	1,1 × 10−3
	Metano para o ar (UASB)	kg	9,5 × 10−2	1,1 × 10−1	1,3 × 10−1
	Metano para o ar (LAP)	kg	−	1,7 × 10−3	4,4 × 10−3
	Metano para o ar (LA e LP)	kg	9,6 × 10−3	−	−
	Óxido nitroso para o ar (LAP)	kg	−	8,0 × 10−4	2,4 × 10−3
	Óxido nitroso para o ar (fazenda de lodo)	kg	1,5 × 10−4	1,5 × 10−4	1,5 × 10−4
	Dióxido de carbono fóssil para o ar	kg	5,3 × 10−3	6,3 × 10−3	1,6 × 10−2
	Transporte do lodod	kg·km	6,4 × 100	−	−
Disposição do esgoto tratado
	Metano para o ar (após a disposição no rio)	kg	2,4 × 10−4	2,8 × 10−4	7,3 × 10−4
	Óxido nitroso para o ar (após a disposição no rio)	kg	1,5 × 10−4	1,5 × 10−4	1,5 × 10−4

• SES: sistema de esgotamento sanitário; PVC: policloreto de vinila; EEE: estações elevatórias de esgoto; ETE: estação de tratamento de esgoto; UASB: upflow anaerobic sludge blanket; LAP: lodo ativado por aeração prolongada; LA: lagoas aeradas; LP: lagoas de polimento.
• ^a
  Diesel com densidade de 0,853 kg·L⁻¹ e poder calorífico de 45,5 MJ·kg⁻¹
• ^b
  distância percorrida considerada de 200 km
• ^c
  combustível utilizado nos equipamentos de limpeza e veículos de transporte de operadores
• ^d
  distância percorrida considerada de 14 km.

A O&M do SES-FSA considerou o uso de eletricidade nas EEE e ETE, assim como o uso de diesel em maquinários de substituição dos condutos, equipamentos de desobstrução e limpeza e veículos de transporte de funcionários. Os equipamentos e veículos demandaram 53.690 L de diesel em 2017, que foram alocados em 85% para a etapa de coleta do SES-FSA e em 15% para a etapa de tratamento. Os principais equipamentos de limpeza e desobstrução foram jatinhos e hidrojatos (high-velocity), enquanto os veículos foram caminhões roots e caminhões combinados.

As obras de manutenção do SES-FSA para a substituição dos condutos incluíram seis atividades: demolição do pavimento; escavação da vala; extração do conduto antigo; colocação do novo conduto sobre o novo leito em areia; aterro da vala; e pavimentação da superfície. A obra de manutenção do SES-FSA demandou materiais (areia, asfalto e tubos), diesel e transporte dos insumos para o local de substituição da rede de coleta. Foi assumida uma taxa de substituição dos condutos de 3% ao ano. O diâmetro dos condutos de policloreto de vinila (PVC) é de 150 mm, 200 mm e 300 mm, e cada um deles corresponde a 90, 5 e 5% da extensão total da rede de coleta, respectivamente. A largura do pavimento removido para a abertura da vala correspondeu à largura da vala mais 0,15 m de cada lado, e sua espessura foi 0,025 m. A profundidade média da vala foi estimada em 1,75 m, enquanto as larguras foram estimadas em 0,65 m, 0,70 mm e 0,80 mm para diâmetros de conduto de 150 mm, 200 mm e 300 mm, respectivamente. O leito de areia localizado dentro da vala, onde foi colocado o conduto, tem uma altura que resulta da soma de 0,10 m mais a metade do diâmetro do conduto (^{Apêndice 1}). O solo escavado da vala foi aplicado acima do conduto no aterro da vala. O pavimento considerado neste estudo foi o concreto betuminoso usinado a quente, constituído de areia, brita e betume nas proporções de 120 kg, 1.700 kg e 580 kg, respectivamente, para cada m³ de asfalto, acrescido de 18,5 L de diesel do processamento do asfalto.

A degradação da matéria orgânica produz gases nas linhas de recalque (FOLEY et al., 2009), ETE (LOBATO et al., 2012), corpo hídrico receptor dos esgotos tratados (STANLEY et al., 2016) e solo receptor do lodo (ROCHETTE et al., 2018). O tempo de detenção do esgoto em condutos forçados tem uma relação linear com a produção de CH⁴ dissolvido em virtude da formação de um biofilme metanogênico na superfície interna do conduto (GUISASOLA et al., 2008). O tempo de detenção do esgoto, por sua vez, está relacionado à velocidade de escoamento e ao comprimento da linha de recalque (Equação 2). A concentração de CH⁴ formado nas linhas de recalque foi estimada conforme Foley et al., (2009) (Equação 3).

(2) $$\text{TDH}:=\frac{1}{({\text{Q/A}}_{\text{t}})}\times 24$$

(3) $${\text{C}}_{\text{CH}4}:=5,24\times {10}^{-5}\times \left(\frac{{\text{A}}_{\text{bio}}}{\text{V}}\times \text{TDH}\right)+0,0015$$

Em que:

TDH = representa o tempo de detenção hidráulica (h);

L = representa o comprimento da linha de recalque (m);

Q = representa a vazão diária (m³·d⁻¹);

A^t = representa a área transversal do conduto (m²);

C^CH4 = representa a concentração de CH⁴ nos esgotos (kg·m⁻³);

A^bio = representa a área de biofilme das paredes internas do conduto (m²);

e V = representa o volume do conduto (m³).

A ^{Apêndice 2} apresenta os dados utilizados na Equação 2 e na Equação 3 para as linhas de recalque.

As emissões diretas de CO², CH⁴ e N²O nas ETE dependem da característica da matéria orgânica do esgoto e do método de tratamento. A maior parcela do carbono orgânico total (COT) emitido do processo biológico da ETE é de origem biogênica renovável. No entanto, uma parcela de 1,4 a 2,0% do COT é emitida como CO² e CH⁴ de origem fóssil, decorrente da utilização de cosméticos, detergentes, surfactantes, produtos farmacêuticos e aditivos de comida (LAW et al., 2013). Neste estudo, consideraram-se 2,0% do COT degradado em CO² fóssil com fator de produção máxima de 1,37 kg CO²·(kg DQO)⁻¹, com base no cálculo teórico da oxidação da matéria orgânica. As emissões de CH⁴ foram consideradas de origem biogênica neste trabalho, uma vez que o carbono fóssil tem baixa degradabilidade em reatores anaeróbios (LAW et al., 2013). As emissões de CH⁴ dos reatores UASB das três ETE avaliadas, lagoas (LA e LP) da ETE Subaé, reatores LAP das ETE Jacuípe I e Jacuípe II e esgoto tratado disposto no rio foram estimadas por meio da Equação 4 e da Equação 5 do Buendia et al. (2019a).

(4) $${\text{CH}}_{4\text{\hspace{0.17em}emissão\hspace{0.17em}j}}:={\displaystyle \sum _{\text{j}=1}^{\text{n}}\left(\left({\text{TOW}}_{\text{j}}-{\text{S}}_{\text{j}}\right)\times {\text{FE}}_{\text{CH}4\text{j}}-{\text{R}}_{\text{j}}\right)}$$

(5) $${\text{FE}}_{\text{CH}4\text{j}}:={\text{B}}_{\text{o}}\times {\text{MCF}}_{\text{j}}$$

Em que:

CH^{4 emissão j} = representa a emissão de CH⁴ do método de tratamento j (kg·ano);

TOW^j = representa a demanda química de oxigênio (DQO) afluente (kg DQO·ano⁻¹);

S^j = representa a DQO removida na forma de lodo de esgoto (kg DQO·ano⁻¹);

FE^{CH4 j} = representa o fator de emissão de CH⁴ do método de tratamento j (kg CH⁴(kg DQO)⁻¹);

R^j = representa a quantidade de CH⁴ recuperado ou queimado no flare (kg CH⁴·ano⁻¹);

B^o = representa a capacidade de produção de CH⁴ do método de tratamento j (kg CH⁴·(kg DQO)⁻¹); e

MCF^j = representa o fator de correção de metano (adimensional).

Os parâmetros de TOW^j foram estimados com base na DQO remanescente por processo das ETE (Tabela 1). O TOW^j da UASB, LA, LP e LAP foi estimado com o valor da DQO de entrada em cada processo, enquanto o TOW^j das emissões do rio foi estimado com o valor da DQO de saída da ETE. A Tabela 3 apresenta os demais parâmetros utilizados nas estimativas de metano. Neste estudo, apenas a ETE Jacuípe II apresentou um sistema de captação de biogás e queima em flare aberto com eficiência de 55% de transformação do metano em dióxido de carbono (BRASIL et al., 2015), considerado no parâmetro de R^j. As ETE Subaé e Jacuípe I emitiram todo o CH⁴ produzido para o ar.

Tabela 3
Parâmetros das estimativas de emissão de metano e óxido nitroso.

Parâmetro		Grandeza	Unidade	Fonte
Esgoto bruto
	MCFLA	2,0 × 10−1	adimensional	Buendia et al. (2019a)
	MCFLAP	3,0 × 10−2	adimensional	Buendia et al. (2019a)
	MCFUASB	8,0 × 10−1	adimensional	Buendia et al. (2019a)
	BO	2,5 × 10−1	kg CH4·(kg DQO)−1	Buendia et al. (2019a)
	NTafluente	4,0 × 10+1	mg N·L−1	Jordão et al. (2011)
	FEN20 LAP	1,6 × 10−2	kg N2O−N·(kg N)−1	Buendia et al. (2019a)
Esgoto tratado
	NTefluente	3,0 × 10+1	mg N·L−1	Jordão et al. (2011)
	FEN20 rio	5,0 × 10−3	kg N2O−N·(kg N)−1	Buendia et al. (2019a)
	MCFrio	3,5 × 10−2	adimensional	Buendia et al. (2019a)
Fazenda de lodo de esgoto
	NTa	3,5 × 100	(%)	Santos et al. (2017)
	FELodo	1,0 × 10−2	kg N2O−N·(kg N)−1	Buendia et al. (2019b)
	Sj	1,38 × 10+1	(%)	Lobato et al. (2012)

• ^a
  Percentual da massa de lodo em base seca.

As emissões de N²O dos reatores LAP das ETE Jacuípe I e Jacuípe II, esgoto tratado disposto no rio e fazenda de lodo foram estimadas por meio da Equação 6 do Buendia et al. (2019a), apresentada de forma resumida.

(6) $${\text{N}}_2{\text{O}}_{\text{emissão\hspace{0.17em}j}}:={\displaystyle \sum _{\text{j}=1}^{\text{n}}\left({\text{NT}}_{\text{j}}\times {\text{FE}}_{\text{N}2{\text{O}}_{\text{j}}}\times \frac{44}{28}\right)}$$

Em que:

N²O ^{emissão j} = representa a emissão de N²O do método de tratamento j (kg N²O·m⁻³);

NT^j = representa o nitrogênio total do esgoto afluente (kg N·m⁻³);

FE^{N2O j} = representa o fator de emissão de N²O do método de tratamento j (kg N²O−N·(kg N)⁻¹); e

44/28 = é o fator de conversão de kg N²O−N para kg N²O.

As emissões de N²O dos reatores UASB e lagoas (LA e LP) foram desprezíveis (BUENDIA et al., 2019a). A Tabela 3 apresenta os parâmetros utilizados nas estimativas de óxido nitroso.

O inventário de segundo plano da O&M do SES-FSA utilizou os processos da base de dados ecoinvent™ na versão 3.5. As informações de ICV dos insumos, transporte e emissões da O&M do SES-FSA foram resumidas no Tabela 4.

Tabela 4
Resumo das informações de inventário de ciclo de vida do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Etapa		Descrição		Fonte	Inventário do ecoinventa	GSD2c
Coleta do esgoto
	Substituição da rede de coleta	Máquinas da substituição dos condutos		Tabela de composição de custo unitários da SEINFRA (2019)	Diesel, burned in building machine {GLO} b	1,56
		Demanda de material e energia da fabricação dos condutos de PVC		TIGRE (2020)	Polyvinylchloride, suspension polymerised {RoW}	1,09
					Extrusion, plastic pipes {GLO} b	1,09
		Distância percorrida do transporte dos condutos		Comunicação pessoal	Transport, freight, lorry >32 metric ton, euro4 {RoW}	2,05
		Areia do leito dos condutos		SEINFRA (2019)	Sand {GLO} b	1,53
		Pavimento asfáltico	Betume (ligante)	DNIT (2006)	Pitch {RoW} b	1,53
			Areia		Sand {GLO} b	1,53
			Brita		Gravel, crushed {RoW} b	1,53
			Processamento do asfalto		Diesel, burned in building machine {GLO} b	1,53
	Bombeamento na EEE	Eletricidade utilizada		EMBASA (2018c)	Electricity, medium voltage {BR} b	1,07
	Equipamentos de limpeza e transporte de operadores	Diesel utilizado		EMBASA (2018c)	Diesel, burned in building machine {GLO} b	1,50
	Emissões diretas no biofilme dos condutos	CH4		Foley, Yuan e Lant (2009)	Methane, biogenic	1,17
Tratamento do esgoto
	Bombeamento na ETE	Eletricidade utilizada		EMBASA (2018c)	Electricity, medium voltage {BR} b	1,07
	Equipamentos de limpeza e transporte de operadores	Diesel utilizado		EMBASA (2018c)	Diesel, burned in building machine {GLO} b	1,50
	Emissões diretas no tratamento	CH4, N2O e CO2		Buendia et al. (2019a)	Methane, biogenic	1,40
					Dinitrogen monoxide	1,40
				Law et al. (2013)	Carbon dioxide, fossil	1,40
	Emissões diretas na fazenda de lodo	N2O		Buendia et al. (2019b)	Dinitrogen monoxide	1,40
	Transporte do lodo	Distância percorrida para a disposição do lodo		Estimado	Transport, freight, lorry >32 metric ton, euro4 {RoW}	2,05
Disposição do esgoto tratado
	Emissões diretas no rio	CH4 e N2O		IPCC (2019a)	Methane, biogenic	1,40
					Dinitrogen monoxide	1,40

• GLO: global; RoW: resto do mundo; BR: Brasil; GSD: desvio padrão geométrico; EEE: estação elevatória de esgoto; ETE: estação de tratamento de esgoto; CH₄: metano; N₂O: óxido nitroso; CO₂: dióxido de carbono.
• ^a
  Nomes abreviados do original com as siglas das regiões de cada processo entre chaves
• ^b
  Transporte considerado no processo market da base de dados
• ^c
  Desvio padrão geométrico quadrado (GSD²) com base na incerteza básica e matriz pedigree.

Avaliação de impacto do ciclo de vida e interpretação

Foi utilizado o software SimaPro® versão 9.0 para se obter a demanda energética e a pegada de carbono dos processos de inventário de segundo plano do SES-FSA. As categorias avaliadas neste estudo foram: a demanda energética, com o método demanda de energia acumulada (DEA, em inglês cumulative energy demand) versão 1.11 (FRISCHKNECHT et al., 2007), em Joule (J); e a pegada de carbono, com o método de potencial de aquecimento global (PAG) de 100 anos (em inglês global warming potential) versão 1.03 (IPCC, 2013), em kg de dióxido de carbono equivalente (kg CO²eq). A interpretação do estudo considerou a análise comparativa, a análise de contribuição e a análise de sensibilidade (HEIJUNGS et al., 2001).

A análise de sensibilidade utilizou diferentes métodos e parâmetros para estimar as emissões diretas de CO² fóssil, CH⁴ e N²O com o cenário base do SES-FSA. Foram avaliados sete cenários de análise de sensibilidade, cujos parâmetros são descritos na Tabela 5. Primeiramente, os menores e maiores valores do FE^CH4 do reator UASB foram estimados com base no balanço de massa da DQO (^{Apêndice 3}) no programa computacional ProBio (programa de estimativa de produção de biogás em reatores UASB) versão 1.0 (POSSETTI et al., 2015) para o cenário ProBio−CH⁴−UASB. Os menores e maiores valores de FE^CH4 e FE^N20 dos processos das ETE foram definidos conforme o Buendia et al. (2019a) para os cenários IPCC−CH⁴−UASB, IPCC−CH⁴−LAP, IPCC−CH⁴−LA+LP e IPCC−N²O−LAP; e para uma combinação dos quatro cenários em IPCC−Combinado. Ademais, o lançamento indevido de águas pluviais na rede de coleta do esgoto influencia a diluição da carga orgânica. Sendo assim, os menores e maiores valores de TOW associado às emissões diretas de CO² fóssil e CH⁴ do SES-FSA foram definidos com recurso à variação anual da DQO afluente (^{Apêndice 4}) para o cenário DQO−Combinado.

Tabela 5
Parâmetos da análise de sensibilidade das estimativas de emissão de metano e óxido nitroso.

Cenário	Parâmetro	Grandeza			Unidade	Fonte
		Menor	Maior	Típicoa
ProBio−CH4−UASB	FECH4	1,1 × 10−1	1,4 × 10−1	−	kg CH4·kg−1 DQO	Possetti et al. (2015)
IPCC−CH4−UASB	FECH4	2,0 × 10−1	2,5 × 10−1	2,0 × 10−1	kg CH4·kg−1 DQO	IPCC (2019a)
IPCC−CH4−LAP	FECH4	7,5 × 10−4	2,3 × 10−2	7,5 × 10−3	kg CH4·kg−1 DQO	IPCC (2019a)
IPCC−CH4−LA+LP	FEN2O	0,0 × 100	7,5 × 10−2	2,0 × 10−1	kg N2O−N·kg−1 N	IPCC (2019a)
IPCC−N2O−LAP	FEN2O	1,6 × 10−4	4,5 × 10−2	1,6 × 10−2	kg N2O−N·kg−1 N	IPCC (2019a)
IPCC−Combinado	FECH4 e FEN2O	b	b	−	−	IPCC (2019a)
DQO−Combinado	DQOafluente	2,4 × 10+2	1,1 × 10+3	6,9 × 10+2	mg·L−1	EMBASA (2018b)

• ^a
  Valor adotado no cenário base do SES-FSA
• ^b
  Menores e maiores valores dos quatro cenários de análise de sensibilidade do IPCC de forma combinada.

RESULTADOS

Desempenho energético

A demanda energética do SES-FSA foi 5,12 MJ·m⁻³ com base na média ponderada de 5,48 MJ·m⁻³ do SES-Subaé, 4,91 MJ·m⁻³ do SES-Jacuípe I e 5,10 MJ·m⁻³ do SES-Jacuípe II (Figura 2). A maior contribuição da demanda energética do SES-FSA foi o uso da eletricidade com 62%, seguido do uso de diesel em equipamentos e veículos com 23% (^{Apêndice 5}). A produção e o transporte dos materiais representaram 15% da demanda energética do SES-FSA. A maior contribuição da demanda energética na substituição da rede de coleta do SES-FSA foi o uso de equipamentos e veículos (14% da DEA total), seguido do conduto de PVC (8 % da DEA total) e pavimento (7% da DEA total). A contribuição do transporte dos condutos na demanda energética do SES-FSA foi desprezível (^{Apêndice 6}).

Figura 2
Demanda energética de 1 m³ de esgoto coletado e tratado por subsistema do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Quanto às contribuições por etapa do SES-FSA, 53% da demanda energética foi da coleta e 47% do tratamento e disposição. A etapa de coleta do SES-Subaé apresentou contribuição de 76% na demanda energética em razão da maior extensão da rede de coleta e do maior uso de eletricidade das EEE em comparação aos demais SES avaliados. O SES-Subaé atende uma área com o relevo mais acidentado do que o das áreas dos demais SES avaliados, o que resultou em maior potência instalada dos conjuntos motor-bomba das EEE (^{Apêndice 2}). No entanto, o SES-Subaé usou menos eletricidade na etapa de tratamento (0,20 kWh·m⁻³) comparado aos demais SES avaliados, em virtude do seu arranjo tecnológico de menor complexidade, composto de UASB e lagoas (LA e LP). Por outro lado, a maior contribuição da demanda energética do SES-Jacuípe I e do SES-Jacuípe II foi oriunda da etapa de tratamento (55 e 58% da DEA total, respectivamente) em decorrência da demanda de eletricidade do arranjo tecnológico de UASB e LAP (0,42 kWh·m⁻³ na ETE Jacuípe I e 0,47 kWh·m⁻³ na ETE Jacuípe II).

Pegada de carbono

A pegada de carbono do SES-FSA foi 4,08 kg CO²eq·m⁻³, sendo 3,60 kg CO²eq·m⁻³ do SES-Subaé, 3,86 kg CO²eq·m⁻³ do SES-Jacuípe I e 4,86 kg CO²eq·m⁻³ do SES-Jacuípe II (Figura 3). A contribuição das emissões diretas de gases das etapas de coleta, tratamento e disposição do esgoto representou 94% da pegada de carbono do SES-FSA, enquanto das emissões indiretas do uso de eletricidade e diesel representou 5% e do transporte de materiais representou 1% (^{Apêndice 7}).

Figura 3
Pegada da carbono de 1 m³ de esgoto coletado e tratado por subsistema do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

As etapas de tratamento e disposição apresentaram a maior contribuição da pegada de carbono dos SES avaliados, com 91% de contribuição para o SES-FSA (^{Apêndice 8}). As emissões diretas de CH⁴ contribuíram com 80% da pegada de carbono da etapa de tratamento e disposição do SES-FSA, principalmente aquelas do reator UASB (76%), seguidas das emissões diretas de N²O (9%). A contribuição da etapa de coleta representou 9% da pegada de carbono do SES-FSA, sendo a maior contribuição dessa etapa oriunda da emissão de CH⁴ da linha de recalque (6% do PAG total).

Análise de sensibilidade

A análise de sensibilidade da pegada de carbono considerou cenários de variação de valores dos parâmetros utilizados nas estimativas das emissões diretas de CO² fóssil, CH⁴ e N²O (Figura 4). O IPCC−CH⁴−LA+LP e o IPCC−CH⁴−LAP apresentaram menor variação da pegada de carbono em razão da menor contribuição do FE^CH4 nas lagoas de aeração e de polimento e do FE^CH4 no LAP do SES-FSA. A contribuição representativa do N²O no LAP do SES-FSA resultou em redução de 7% para menor valor de fator de emissão (FE) e aumento de 11% para maior valor FE na pegada de carbono do IPCC−N²O−LAP. O IPCC−CH⁴−UASB apresentou aumento de 16% na pegada de carbono com o maior valor de FE^CH4 em virtude de o metano apresentar a maior contribuição na pegada de carbono do SES-FSA e conservou a pegada de carbono com o menor valor de FE^CH4, pois este corresponde ao valor típico. O ProBio−CH⁴−UASB apresentou reduções de 23 e 6% na pegada de carbono para o menor e maior valor de FE^CH4, respectivamente, comparado ao SES-FSA. O IPCC−Combinado apresentou redução de 11% e aumento de 26% na pegada de carbono com uma combinação dos menores e maiores valores de FE, respectivamente, comparado ao SES-FSA. Ademais, a variação da DQO afluente ao longo do ano influenciou a emissão de dióxido de carbono fóssil e metano por m³ de esgoto do SES-FSA. A menor DQO resultou na redução de 21% da pegada de carbono, enquanto a maior DQO resultou no aumento de 24% da pegada de carbono em comparação ao cenário base do SES-FSA.

Figura 4
Análise de sensibilidade da pegada da carbono de 1 m³ de esgoto coletado e tratado do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

DISCUSSÃO

A comparação dos resultados deste estudo com aqueles da literatura de ACV do SES deve considerar diferenças entre os trabalhos, como a definição de unidade funcional, a fronteira do sistema, a abrangência do inventário e os métodos de impacto. Ademais, as características do esgoto e a configuração do SES influenciam a demanda energética e a pegada de carbono (COROMINAS et al., 2013). Entre as categorias avaliadas em ACV de SES, PAG foi a mais examinada nos estudos (GALLEGO-SCHMID et al., 2019), enquanto alguns avaliaram a demanda energética (Tabela 6).

Tabela 6
Demanda energética e pegada de carbono do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana e da literatura relevante.

Estudo	DEA (MJ·m−3)		PAG (kg CO2eq·m−3)
	Coleta	Tratamento e disposição	Coleta	Tratamento e disposição
SES-FSA	2,70	2,42	0,38	4,08
SES-FSA com análise de sensibilidade	−	−	−	3,68 – 5,50a
SES-FSA com infraestruturab	4,22	3,61	0,55	4,21
Maktabifard et al. (2020)	−	−	−	0,60 – 1,70
Lopes et al. (2020)	−	−	8,03
Xue et al. (2019)	0,22	7,56	0,01	0,45
Singh et al. (2018)	0,18 – 0,83	0,36 – 1,26	1,05	0,40
Buonocore et al. (2018)	−	−	−	0,62
Limphitakphong et al. (2016)	−	−	0	1,06 – 2,70
Amores et al. (2013)	0,14	5,82	0,01	0,12
Lemos et al. (2013)	−	−	0,16	0,64
Stokes et al. (2010)	0,026	2,01c e 6,11d	0,02	0,04c e 0,49d
Friedrich et al. (2009)	−	−	0,15	0,12

• DEA: demanda de energia acumulada; PAG: potencial de aquecimento global; SES-FSA: sistema de esgotamento sanitário de Feira de Santana.
• ^a
  Variação devida à análise de sensibilidade
• ^b
  Processos da base de dados ecoinvent™, na versão 3.5, denominados “Sewer grid, 1.1E10l/year, 242 km {GLO}” e “Wastewater treatment facility, capacity1.1E10l/year {GLO}”
• ^c
  Biogás aproveitado
• ^d
  Biogás em flare.

As maiores demandas energéticas da literatura consultada foram de Xue et al. (2019), Amores et al. (2013) e Stokes et al.,(2010), com as maiores contribuições oriundas do uso de eletricidade e insumos químicos da ETE. Xue et al. (2019) identificaram as maiores contribuições da demanda energética no tanque de aeração da ETE, no bombeamento na ETE e na incineração do lodo de esgoto. Amores et al. (2013) designaram a maior contribuição da demanda energética oriunda do uso de eletricidade. Para Stokes et al., (2010), o uso da eletricidade e a produção de materiais de construção do SES apresentaram as maiores contribuições na demanda energética.

Singh et al.(2018) analisaram 35 ETE de diferentes configurações em Delhi, Índia, e a demanda energética do SES variou de 0,50 MJ·m⁻³ a 1,66 MJ·m⁻³. A etapa de coleta de Singh et al. (2018) apresentou a maior demanda energética comparada à dos demais estudos (Tabela 6), em consequência de áreas com topografia acidentada e pouca concentração de pessoas. A demanda energética da etapa de coleta do SES-Subaé deste estudo foi maior que aquela da etapa de tratamento por conta da maior extensão da rede de coleta por m³ de esgoto coletado, o que requer mais manutenção, e da topografia mais acidentada, o que requer mais eletricidade, em comparação aos demais SES avaliados.

A inclusão dos insumos da construção e da manutenção da infraestrutura nos inventários de ACV de SES foi relevante para as categorias avaliadas neste estudo (Tabela 6). Por exemplo, a inclusão dos processos da base de dados do ecoinvent™ para representar a infraestrutura do SES-FSA aumentou a demanda energética em 36% na coleta e 33% no tratamento. Alguns estudos consideraram apenas o material dos condutos da rede de coleta na implantação, supondo que os demais itens são desprezíveis ou por indisponibilidade dos dados (GALLEGO-SCHMID et al., 2019). No entanto, a reabilitação das vias tanto na fase de manutenção quanto na implantação foi representativa em algumas pesquisas (RISCH et al., 2015; MORERA et al., 2016). A fase de manutenção representou de 26 a 40% da demanda energética dos SES avaliados neste estudo. Sendo assim, os condutos com maior vida útil devem ser considerados para reduzir a taxa de substituição da rede de coleta e os impactos da fase de manutenção do SES (MORERA et al., 2016). A obtenção de dados é um fator limitante para avaliar a infraestrutura em ACV de SES; assim, a operadora do SES deve atualizar e disponibilizar o registro da infraestrutura instalada. Ademais, os dados disponibilizados por fabricantes e fornecedores de materiais, máquinas e equipamentos apoiam a construção do inventário (GEORGIOU et al., 2019).

A pegada de carbono da maioria dos estudos da literatura consultada apresentou valor menor do que o do SES-FSA (Tabela 6) por causa, principalmente, dos arranjos tecnológicos das ETE. Os reatores anaeróbios presentes nas ETE do SES-FSA, de Lopes et al. (2020) e de Lemos et al. (2013) apresentaram as maiores contribuições da pegada de carbono em virtude das emissões de CH⁴ para a atmosfera. Os reatores UASB são muito utilizados para tratar esgoto em países tropicais, a exemplo do Brasil, graças às suas vantagens de custo e operação. As sedes municipais brasileiras usam reatores anaeróbios em 926 das 2.657 ETE (ANA, 2017). O fator de emissão dos reatores de lodo ativado (7,5 × 10⁻³ kg CH⁴·kg⁻¹ DQO), método de tratamento utilizado na maioria dos estudos da literatura consultada (Tabela 6), é menor do que o dos reatores anaeróbios (valores até 2,0 × 10⁻¹ kg CH⁴·kg⁻¹ DQO) (BUENDIA et al., 2019a). No entanto, os reatores de lodo ativado são emissores de N²O (BUONOCORE et al., 2018; MAKTABIFARD et al., 2020) e intensivos no uso de eletricidade.

A obtenção de parâmetros locais é recomendada para estimar as emissões diretas de CH⁴ e N²O do SES de modo a reduzir as incertezas da pegada de carbono (BUONOCORE et al., 2018; MAKTABIFARD et al., 2020). A emissão direta de gases depende de condições locais, portanto o uso de parâmetros genéricos ou de regiões distintas do estudo aumenta a incerteza na tomada de decisão. A metodologia utilizada no software ProBio (POSSETTI et al., 2015), baseada nas condições climáticas do Brasil, aumenta a representatividade da estimativa de CH⁴ de reatores UASB. A estimativa do metano da UASB com o ProBio reduziu a pegada de carbono do SES-FSA, indicando que a metodologia do Buendia et al. (2019a) superestimou as emissões de metano para as condições brasileiras.

A maior contribuição da pegada de carbono em alguns estudos de SES foi o uso de eletricidade, principalmente na ETE (LIMPHITAKPHONG et al., 2016; LEMOS et al., 2013; FRIEDRICH et al., 2009). Nesta investigação, a eletricidade contribuiu com 3% da pegada de carbono dos SES avaliados em razão, principalmente, das fontes energéticas da matriz elétrica brasileira, com a sua maior parcela oriunda de hidrelétrica (65,2%) (EPE, 2018). A matriz elétrica brasileira apresentou pegada de carbono menor que aquela de Tailândia, Portugal e África do Sul (EPE, 2018).

As projeções de aumento da população, mudança no padrão de consumo e severidade das mudanças climáticas demandam mais infraestrutura, principalmente em serviços essenciais como o esgotamento sanitário. De acordo com a pegada de carbono deste estudo, a emissão per capita do SES-FSA foi de 137,2 kg CO²eq·(hab.ano)⁻¹, considerando-se a geração média diária de esgoto de 93 m³. Segundo o relatório do Observatório do Clima (SEEG, 2019), a pegada de carbono per capita do setor de esgotamento sanitário doméstico representou 1% das emissões totais de GEE brasileiras, em média, em 2018. Para limitar o aquecimento global a 1,5 °C até 2050 e garantir uma sociedade mais sustentável e equitativa, as emissões de GEE devem ser restritas a 1,5 Mg CO²eq·(hab.ano)⁻¹ (IPCC, 2019c). Dessa forma, a pegada de carbono per capita deve ser restrita a 16,7 kg CO²eq·(hab.ano)⁻¹ para o setor de esgotamento sanitário doméstico manter o mesmo percentual de contribuição e limitar o aquecimento global a 1,5 °C. Sendo assim, a meta de redução de 88% da pegada de carbono do SES-FSA exige mudanças tecnológicas e gerenciais de oferta e demanda dos serviços de esgotamento sanitário de forma rápida, significativa e sem precedentes.

A recuperação energética na ETE é uma solução possível de redução da pegada de carbono (MAKTABIFARD et al., 2020; SINGH et al., 2018) e demanda energética (STOKES et al., 2010). A recuperação energética do biogás reduziu 87% da pegada de carbono e 64% da demanda energética do SES comparada à queima do biogás no flare (STOKES et al., 2010). A recuperação energética reduz as emissões diretas de CH⁴ da ETE e as emissões de GEE da produção e uso de energia (MAKTABIFARD et al., 2020).

CONCLUSÕES

Os países em desenvolvimento precisam alcançar maiores índices de cobertura do esgotamento sanitário. A ampliação e o gerenciamento do esgotamento sanitário devem considerar o desempenho energético e ambiental para apoiar as decisões mais sustentáveis. A ACV do sistema de esgotamento sanitário centralizado deste estudo (SES-FSA), com três arranjos tecnológicos de ETE, mostraram que:

• a maior contribuição da demanda energética do SES-FSA foi da etapa de coleta (53%) por causa do uso de diesel em máquinas, equipamentos e veículos, seguido da produção e do transporte de materiais e uso da eletricidade;

• a fase de manutenção, com a substituição da rede de coleta, foi relevante na demanda energética e deve ser considerada em estudos de ACV de SES, uma vez que essa fase demanda insumos intensivos em energia, como o diesel e PVC dos condutos;

• a etapa de tratamento representou 47% da demanda energética do SES-FSA, em que a maior contribuição foi o uso de eletricidade;

• as emissões diretas de gases de efeito estufa do SES-FSA representaram 94% da pegada de carbono, em que a maior contribuição foi da emissão de metano do reator UASB (76%). Por conseguinte, a coleta do biogás contribui na mitigação da pegada de carbono com potencial de aproveitamento energético;

• o uso majoritário de fontes renováveis na matriz elétrica brasileira resultou na pequena contribuição da eletricidade na pegada de carbono do SES-FSA. No entanto, deve-se considerar a otimização do desempenho energético do SES-FSA por meio da redução da demanda de energia e da recuperação dos recursos energéticos.

Recomenda-se comparar o sistema de esgotamento sanitário centralizado com aquele descentralizado da cidade em estudo para verificar a influência do porte da rede de coleta e da ETE no desempenho energético e ambiental. Ademais, deve-se considerar a avaliação de cenários de prevenção da poluição e de recuperação de recursos do esgoto doméstico.

• Financiamento: CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) [88882.447874/2019-01].
• Reg. ABES: 20200325
• 1
  O sistema de produto é um “conjunto de unidades de processo, conectadas material e energeticamente, que realiza uma ou mais funções definidas” de acordo com a NBR ISO 14040 (ABNT, 2009a).
• 2
  O inventário de primeiro plano considerou as etapas e processos do SES avaliado (Figura 1), enquanto o inventário de segundo plano considerou os processos da base de dados (Tabela 4) conforme descrito por IBICT (2014).

AGRADECIMENTOS

Agradecemos à CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) pela bolsa concedida a primeira autora durante mestrado [88882.447874/2019-01].

REFERÊNCIAS

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Apêndice 1

Esquema da área transversal da vala para a substituição dos condutos da rede de coleta do SES-FSA centralizado (valores em metro).

Apêndice 2

Descrição das linhas de recalque e bombas das estações elevarórias de esgoto.

SISTEMA	Sistema	Q (m3·h−1)	H (m.c.a.)	Pot (CV)	LR (m)	DNR (mm)	Abio (m²)	V (m3)	TDH (h)	At (m²)	CCH4 (kg·m−3)
A3 PRESIDENTE DUTRA	Subaé	396,0	6,5	15,0	450	500	1,57	0,20	0,2	0,20	0,0016
A5 RIO AMAZONAS	Subaé	187,2	12,0	12,5	210	300	0,94	0,07	0,1	0,07	0,0016
A6 SÃO LOURENÇO	Subaé	16,6	11,5	25,0	400	500	1,57	0,20	4,7	0,20	0,0035
B4 VIETNA	Subaé	810,0	6,0	30,0	350	350	1,10	0,10	0,0	0,10	0,0015
D AVIÁRIO	Subaé	370,8	37,6	75,0	1.320	500	1,57	0,20	0,7	0,20	0,0018
D4 LAGOA SALGADA	Subaé	117,0	8,9	10,0	200	100	0,31	0,01	0,0	0,01	0,0015
D7 LOS PAMPAS	Subaé	21,8	36,1	6,5	1.115	100	0,31	0,01	0,4	0,01	0,0023
POJUCA SOLAR SIM	Subaé	12,6	13,0	1,5	1.104	100	0,31	0,01	0,7	0,01	0,0029
POJUCA VIVA MAIS MASTER	Subaé	21,6	17,2	1,8	133	100	0,31	0,01	0,0	0,01	0,0016
JACUIPE CAMPO DO GADO	Jacuípe II	55,0	48,2	30,0	607	100	0,31	0,01	0,1	0,01	0,0017
POJUCA BOM VIVER	Jacuípe II	10,8	20,0	3,0	270	250	0,79	0,05	1,2	0,05	0,0025
POJUCA BR116 FEIRA VI	Jacuípe II	48,0	28,0	30,0	2827	250	0,79	0,05	2,9	0,05	0,0039
POJUCA CAMINHO 45	Jacuípe II	65,0	15,0	3,0	123	75	0,24	0,00	0,0	0,00	0,0015
POJUCA GEORGE AMÉRICO	Jacuípe II	334,8	14,9	50,0	1184	250	0,79	0,05	0,2	0,05	0,0016
POJUCA RUA M	Jacuípe II	108,0	16,0	15,0	122	100	0,31	0,01	0,0	0,01	0,0015
POJUCA VIVENDAS DO CAMPO	Jacuípe II	80,0	15,0	3,0	552	150	0,47	0,02	0,1	0,02	0,0017
JACUIPE CAMINHO F1	Jacuípe I	356,0	12,9	25,0	561	500	1,57	0,20	0,3	0,20	0,0016
JACUIPE JUSSRA	Jacuípe I	1.239,8	12,6	40,0	966	500	1,57	0,20	0,2	0,20	0,0016
JACUIPE RUA F	Jacuípe I	60,0	13,2	7,0	227	100	0,31	0,01	0,0	0,01	0,0016
JACUIPE RUA SÔNIA	Jacuípe I	20,0	17,0	5,0	277	100	0,31	0,01	0,1	0,01	0,0017
Viveiros I-EEE4	Jacuípe I	87,0	31,0	20,0	NA	NA	NA	NA	NA	NA	NA
Viveiros III- EEE5	Jacuípe I	57,0	30,7	15,0	NA	NA	NA	NA	NA	NA

• Q: vazão; H: altura manométrica; Pot: potência das bombas das EEE; L_R: extensão da linha de recalque; DN_R: diâmetro nominal da linha de recalque; A_bio: área da parede dos tubos; V: volume da linha de recalque; TDH: tempo de detenção hidráulica, estimado por meio da Equação 2; A: área transversal do tubo; C_CH4: concentração de metano nos esgotos, estimada por meio da Equação 3. NA: sem informação disponível.

Apêndice 3

Balanço de demanda química de oxigênio do reator upflow anaerobic sludge blanket com o cenário típico do ProBio 1.0.

Apêndice 4

Variação da carga orgânica afluente do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana em 2017.

Mês	DQOafluente.mg·L−1
Janeiro	1.070
Fevereiro	668
Março	1524
Abril	563
Maio	615
Junho	256
Julho	1.020
Agosto	614
Setembro	468
Outubro	424
Novembro	870
Dezembro	244
Média	695

• DQO: demanda química de oxigênio.
EMBASA (2018b)

Apêndice 5

Contribuição por fluxo da demanda de energia acumulada de 1 m³ de esgoto coletado e tratado por subsistema do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana em MJ·m⁻³.

Parâmetro		SES–Subaé	SES–Jacuípe I	SES–Jacuípe II	SES–FSA
Coleta
Diesel queimado (máquinas na substituição dos condutos)		1,05 × 100	6,32 × 10−1	6,32 × 10−1	7,49 × 10−1
Condutos de PVC (material)		4,76 × 10−1	2,87 × 10−1	2,87 × 10−1	3,40 × 10−1
PVC (extrusão)		6,21 × 10−2	3,75 × 10−2	3,75 × 10−2	4,44 × 10−2
Transporte condutos		2,47 × 10−3	1,49 × 10−3	1,49 × 10−3	1,76 × 10−3
Areia (leito dos tubos)		9,99 × 10−2	6,03 × 10−2	6,03 × 10−2	7,13 × 10−2
Asfalto
	Areia	1,90 × 10−2	1,15 × 10−2	1,15 × 10−2	1,36 × 10−2
	Brita	9,51 × 10−3	5,74 × 10−3	5,74 × 10−3	6,79 × 10−3
	Betume	4,06 × 10−1	2,45 × 10−1	2,45 × 10−1	2,90 × 10−1
	Diesel queimado	6,20 × 10−2	3,74 × 10−2	3,74 × 10−2	4,43 × 10−2
Eletricidade (EEE)		1,66 × 100	5,41 × 10−1	4,60 × 10−1	8,30 × 10−1
Diesel queimado (equipamentos e veículos)		3,47 × 10−1	3,47 × 10−1	3,47 × 10−1	3,47 × 10−1
TOTAL PARCIAL		4,19 × 100	2,21 × 100	2,12 × 100	2,74 × 100
Tratamento e Disposição
Eletricidade (ETE)		1,23 × 100	2,64 × 100	2,91 × 100	2,32 × 100
Diesel queimado (equipamentos e veículos)		6,10 × 10−2	6,11 × 10−2	6,11 × 10−2	6,11 × 10−2
TOTAL PARCIAL		1,29 × 100	2,70 × 100	2,97 × 100	2,39 × 100
TOTAL		5,48 × 100	4,91 × 100	5,10 × 100	5,12 × 100

• SES: sistema de esgotamento sanitário; FSA: Feira de Santana; PVC: policloreto de vinila; EEE: estação elevatória de esgoto; ETE: estação de tratamento de esgoto.

Apêndice 6

Contribuições da demanda de energia acumulada por subsistema do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Parâmetro		SES-Subaé	SES-Jacuípe I	SES-Jacuípe II	SES-FSAa
TOTAL (MJ.m3)		5,48	4,91	5,10	5,12
Etapas do SES (%)
	Coleta	76	45	42	53
	Tratamento e disposição	24	55	58	47
Fases do SES (%)
	Operação	60	73	74	70
	Manutenção (substituição dos tubos)	40	27	26	30
Atividades (%)
	Produção e transporte de materiais	20	13	13	15
	Uso de equipamentos e veículos	28	22	21	23
	Eletricidade	53	65	66	62

• SES: sistema de esgotamento sanitário; FSA: Feira de Santana.
• ^a
  Média ponderada do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Apêndice 7

Contribuição por fluxo da pegada de carbono de 1 m³ de esgoto coletado e tratado por subsistema do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana em kg CO₂·m⁻³.

Parâmetro		SES-Subaé	SES-Jacuípe I	SES-Jacuípe II	SES-FSA
Coleta
	Diesel queimado (máquinas na substituição dos condutos)	6,71 × 10−2	4,05 × 10−2	4,05 × 10−2	4,79 × 10−2
	Condutos de PVC	1,55 × 10−2	9,33 × 10−3	9,33 × 10−3	1,10 × 10−2
	Extrusão do PVC	3,62 × 10−3	2,18 × 10−3	2,18 × 10−3	2,58 × 10−3
	Transporte condutos	1,43 × 10−4	8,66 × 10−5	8,66 × 10−5	1,02 × 10−4
	Areia (leito dos condutos)	6,33 × 10−3	3,82 × 10−3	3,82 × 10−3	4,52 × 10−3
Asfalto
	Areia	1,20 × 10−3	7,27 × 10−4	7,27 × 10−4	8,59 × 10−4
	Brita	6,23 × 10−4	3,76 × 10−4	3,76 × 10−4	4,45 × 10−4
	Betume	3,28 × 10−3	1,98 × 10−3	1,98 × 10−3	2,34 × 10−3
	Diesel queimado	3,97 × 10−3	2,40 × 10−3	2,40 × 10−3	2,84 × 10−3
	Eletricidade (EEE)	6,64 × 10−2	2,17 × 10−2	1,84 × 10−2	3,32 × 10−2
	Diesel queimado (equipamentos e veículos)	2,22 × 10−2	2,22 × 10−2	2,22 × 10−2	2,22 × 10−2
	Metano para o ar	3,78 × 10−1	2,03 × 10−1	1,44 × 10−1	2,35 × 10−1
	TOTAL PARCIAL	5,69 × 10−1	3,08 × 10−1	2,46 × 10−1	3,63 × 10−1
Tratamento e Disposição
	Eletricidade (ETE)	4,91 × 10−2	1,06 × 10−1	1,16 × 10−1	9,30 × 10−2
	Diesel queimado (equipamentos e veículos)	3,91 × 10−3	3,92 × 10−3	3,92 × 10−3	3,92 × 10−3
	Metano para o ar (UASB)	2,62 × 100	3,08 × 100	3,61 × 100	3,11 × 100
	Metano para o ar (LAP)	−	4,70 × 10−2	1,22 × 10−1	5,56 × 10−2
	Metano para o ar (LA e LP)	2,66 × 10−1	−	−	7,42 × 10−2
	Óxido nitroso (LAP)	0,00 × 100	2,12 × 10−1	6,44 × 10−1	2,78 × 10−1
	Óxido nitroso da fazenda de lodo para o ar	4,01 × 10−2	4,00 × 10−2	4,00 × 10−2	4,00 × 10−2
	Dióxido de carbono fóssil para o ar	5,35 × 10−3	6,29 × 10−3	1,64 × 10−2	8,93 × 10−3
	Transporte do lodo	5,75 × 10−4	−	−	1,60 × 10−4
	Metano para o ar (após a disposição no rio)	6,66 × 10−3	7,83 × 10−3	2,04 × 10−2	1,11 × 10−2
	Óxido nitroso para o ar (após a disposição no rio)	4,01 × 10−2	4,00 × 10−2	4,00 × 10−2	4,00 × 10−2
	TOTAL PARCIAL	3,03 × 100	3,55 × 100	4,62 × 100	3,71 × 100
	TOTAL	3,60 × 100	3,86 × 100	4,86 × 100	4,08 × 100

• SES: sistema de esgotamento sanitário; FSA: Feira de Santana; PVC: policloreto de vinila; EEE: estação elevatória de esgoto; ETE: estação de tratamento de esgoto; UASB: upflow anaerobic sludge blanket; LAP: lodo ativado por aeração prolongada; LA: lagoa aerada; LP: lagoa de polimento.

Apêndice 8

Contribuições de pegada de carbono por subsistema do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Parâmetro		SES-Subaé	SES-Jacuípe I	SES-Jacuípe II	SES-FSAa
TOTAL (kg CO2eq/m3)		3,60	3,86	4,86	4,08
Etapas do SES (%)
	Coleta	16	8	5	9
	Tratamento e disposição	84	92	95	91
Fases do SES (%)
	Operação	97	98	99	98
	Manutenção (substituição dos tubos)	3	2	1	2
Atividades (%)
	Produção e transporte de materiais	1	0	0	1
	Uso de equipamentos e veículos	3	2	1	2
	Eletricidade	3	3	3	3
	Emissões diretas	93	94	95	94

• SES: sistema de esgotamento sanitário; FSA: Feira de Santana
• ^a
  Média ponderada do sistema de esgotamento sanitário centralizado de Feira de Santana.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  25 Mar 2022
• Data do Fascículo
  Jan-Feb 2022

Histórico

• Recebido
  09 Jun 2020
• Aceito
  04 Set 2021