fundamentos do controle de poluição das Águas...aula 05 e 06 tratamento efluentes 24.11.18 author...
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Fundamentos do Controle de Poluição
das Águas
24/11/2018
Exercícios
3. Supondo que um efluente de indústriatêxtil, após equalização, acerto de pH eadição de nutrientes, seja submetido a umtratamento biológico através de um sistemade lodos ativados e encaminhado a um rioClasse 2, verifique o atendimento aosPadrões de Emissão (PE) e de Qualidade doCorpo Receptor (PQ) em relação a matériaorgânica.
Caso o Padrão de Qualidade não sejaatendido, qual será a eficiência mínima, emtermos de DBO, e a vazão de Q7,10 do corporeceptor para o atendimento?
• DBO efluente industrial bruto: 800,00 mg/L
• DBO efluente industrial tratado: 80,00 mg/L
• DBO do rio a montante do lançamento: 2,00mg/L
• Q7,10 do rio: 12.000 m3/d
• Vazão média do efluente bruto: 600 m3/d
• Padrão de Emissão: eficiência mínima deremoção de carga orgânica = 80%
• Padrão de Qualidade: DBO ≤ 5,00 mg/L O2
1. Atendimento a PE
COPOT = Q (m3/d) x DBOB (kg/m3)
COPOT = 600 x 0,80 = 480 kg DBO/d
COREM = Q (m3/d) x DBOT (kg/m3)
COREM = 600 x 0,08 = 48 kg DBO/d
E = COPOT - COREM x 100 = 480 – 48 x 100 = 90%COPOT 480
E = 90% > 80% Atende PE
2. Atendimento a PQ
DBOM= Q7,10 (m3/d) x DBORio (mg/L) + Q (m3/d) x DBOT (mg/L)
Q7,10 (m3/d) + Q (m3/d)
DBOM = 12.000 x 2,00 + 600 x 80 = 24.000 + 48.00012.000 + 600 12.600
DBOM = 5,70 mg/L > 5,00 mg/L
Não atende PQ
3A. Atendimento a PQ (DBO máx. de lançamento)
DBOM= Q7,10 (m3/d) x DBORio (mg/L) + Q (m3/d) x DBOT (mg/L)
Q7,10 (m3/d) + Q (m3/d)
5,00 = 12.000 x 2,00 + 600 x DBOT (mg/L)12.000 + 600
5,00 x 12.600 = 24.000 + 600 DBOT
DBOT = 63.000 – 24.000 = 65,00 mg/L 600
E = DBOB – DBOT x 100 = 800 – 65 x 100DBOB 800
E = 91,875%
3B. Atendimento a PQ (Vazão Q7,10 corpo receptor)
DBOM= Q7,10 (m3/d) x DBORio (mg/L) + Q (m3/d) x DBOT (mg/L)
Q7,10 (m3/d) + Q (m3/d)
5,00 = Q7,10 x 2,00 + 600 x 80 Q7,10 + 600
5,00 x (Q7,10 + 600) = Q7,10 x 2,00 + 48.000
5,00 x Q7,10 + 3.000 = 2 x Q7,10 + 48.000
3,00 x Q7,10 = 45.000
Q7,10 = 15.000 m3/d
Portanto, para atendimento ao PQ, necessário melhorar eficiência do sistema de tratamento (E ≥ 91,875%) ou lançar o efluente em ponto onde Q7,10 ≥ 15.000 m3/d
4. Verifique apresentando os devidos
cálculos se ocorre ou não o atendimento
aos padrões de emissão (PE) e aos
padrões de qualidade (PQ) em relação a
matéria orgânica, indicando a eficiência
mínima do sistema de tratamento, dados:
Indústria Alimentícia
PE – Remoção mínima de 80% CO
PQ – DBO < 5,00 mg/L
Vazão efluente bruto = 100 m3/d
DBOB = 1.000 mg/L
DBOT = 100 mg/L
Vazão Q7,10 corpo receptor = 10.000 m3/d
DBORio = 3,00 mg/L
1. Atendimento a PE
E = DBOB – DBOT x 100 = 1.000 – 100 x 100 = 90% DBOB 1.000
COPOT = Q (m3/d) x DBOB (kg/m3)
COPOT = 100 x 1,00 = 100 kg DBO/d
COREM = Q (m3/d) x DBOT (kg/m3)
COREM = 100 x 0,10 = 10 kg DBO/d
E = COPOT - COREM x 100 = 100 – 10 x 100 = 90%COPOT 100
E = 90% > 80% Atende PE
2. Atendimento a PQ
DBOM= Q7,10 (m3/d) x DBORio (mg/L) + Q (m3/d) x DBOT (mg/L)
Q7,10 (m3/d) + Q (m3/d)
DBOM = 10.000 x 3,00 + 100 x 100 = 30.000 + 10.00010.000 + 100 10.100
DBOM = 3,96 mg/L < 5,00 mg/L
Atende PQ
3. Atendimento a PQ (DBO máxima de lançamento)
DBOM= Q7,10 (m3/d) x DBORio (mg/L) + Q (m3/d) x DBOT (mg/L)
Q7,10 (m3/d) + Q (m3/d)
5,00 = 10.000 x 3,00 + 100 x DBOT (mg/L)10.000 + 100
5,00 x 10.100 = 30.000 + 100 DBOT
DBOT = 50.500 – 30.000 = 205,00 mg/L 100
E = DBOB – DBOT x 100 = 1.000 – 205 x 100 = 79,50% (*)DBOB 1.000
(*) Para atender PE sistema de tratamento deverá ter eficiência mínima de 80%.
Estação de Tratamento Convencional
Tratamento de Lodo
Tratamento Preliminar
Tratamento Primário
Tratamento Secundário
Disposição Lodo
EfluenteFinal
LodoEfluente Bruto
Lodo
Tratamento Terciário
Reuso
Tratamento Preliminar
Gradeamento(Remoção de Sólidos Grosseiros)
• Finalidade: proteção de tubulações,peças e equipamentos do sistemade tratamento de esgotos.
• Dispositivos: barras de ferro ou açoparalelas, verticais ou inclinadas,com espaçamento adequado pararetenção de material sem produzirgrandes perdas de carga.
• Classificação das Grades:
• Inclinação: Limpeza Manual: 45º a 60º.
Limpeza Mecânica: 70º a 90º.
Tipo de Grade Espaçamento (mm)
Seção Transversal Típica (pol.)
Grade Grosseira
40 a 100 3/8 x 23/8 x 2 ½1/2 x 1 ½1/2 x 2
Grade Média 20 a 40 5/26 x 23/8 x 1 ½3/8 x 2
Grade Fina 10 a 20 1/4 x 1 ½5/16 x 1 ½3/8 x 1 ½
Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005
Grade Manual
Grade Mecanizada
Grade Mecanizada – Esteira transportadora de resíduos
Grade Grossa Grade Média
Gradeamento(Remoção de Sólidos Grosseiros)
Peneiras(Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos)
• Peneiras Estáticas:
- Retenção de material através do efeito do fluxo líquido durante o peneiramento;
- Não requer energia e não possui peças móveis;
- Ocupam maiores áreas;
- Abertura da malha da peneira: de 0,25 a 2,5 mm.
Peneiras(Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos)
Peneira Estática com parafuso transportador
Peneira Estática
Peneiras(Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos)
• Peneiras Móveis:
- Principais tipos constituídos de cilindros giratórios formados por barras de aço inoxidável;
- Abertura da malha da peneira: 0,25 a 2,50 mm;
- Classificação: de fluxo tangencial, axial e frontal;
Peneira Móvel de Fluxo Axial.Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005
Peneira Móvel de Fluxo Tangencial.Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005
Peneiras Rotativas
• Finalidade: proteção das instalações ajusante e aos corpos receptores,principalmente devido ao assoreamento.
• Remoção de partículas de 0,20 a 0,40 mm
• Velocidade de escoamento de 0,30 m/s e de sedimentação de 0,02 m/s
Caixa de Areia(Remoção de Areia)
• Dispositivos: caixa para retençãoatravés de sedimentação, sem adeposição de matéria orgânica.
• O dispositivo de limpeza pode sermanual ou mecânico com bandejas deaço removidas por talha e carretilha,raspadores, sistemas “air lift”, etc.
Caixa de Areia(Remoção de Areia)
• Classificação das caixas de areia:
- Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha Parshall;
- Seção quadrada em planta, com remoção mecanizada;
- Caixa de areia aerada;
- Caixa de areia tipo “Vortex”.
Caixa de Areia(Remoção de Areia)
Caixa de Areia com velocidade controlada por Calha Parshall.
Caixa de Areia(Remoção de Areia)
Caixa de Areia Mecanizada – ETE Piçarrão
Calha Parshall
Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005
Q=K.hn
onde
Q - vazão em m3/s
K e n - coeficientes em função da largura de garganta
h - lâmina d'água
Expoente n e Coeficiente KGarganta "W" W (m) n K
3" 0,076 1,547 0,1766" 0,152 1,580 0,3819" 0,229 1,530 0,5351' 0,305 1,522 0,6902' 0,610 1,550 1,4263' 0,915 1,566 2,1824' 1,220 1,578 2,9356' 1,830 1,595 4,5158' 2,440 1,606 6,101
Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005
Calha Parshall
z – desnível entre o fundo da caixa de areia e o fundo da Calha Parshall (m)
z = Qmáx . hmín – Qmín . hmáx
Qmáx - Qmín
45° 45°
1,50m
11,50m
PLANTA
0,25m Z = 10cm
DEPÓSITO DE AREIA PARSHALL W = 9"
11,50m
CORTE LONGITUDINAL
PARSHALL W = 9"
YMAX. = 0,460M
• Finalidade:
- Evitar obstrução de tubulações;
- Evitar aderência e perturbações no funcionamento de equipamentos;
- Evitar a formação de odores e aspectos desagradáveis nas unidades posteriores.
Caixa de Gordura(Remoção de Gorduras e Sólidos Flutuáveis)
• Classificação:
- Caixa de Gordura Domiciliar;
- Caixa de Gordura Coletiva;
- Dispositivo de Remoção de Gorduras em Decantadores;
- Tanques Aerados por Ar Comprimido;
- Separadores de Óleo;
- Tanques de Flotação por Ar Dissolvido.
Caixa de Gordura(Remoção de Gorduras e Sólidos Flutuáveis)
• Finalidade: Tornar constante o fluxo (vazão) e a carga orgânica / inorgânica do efluente na entrada do tratamento.
• Vantagens:
- Minimizar cargas de choque no tratamento biológico;
- Manter carga de sólidos constante, aumentando a eficiência dos tratamentos primário e secundário;
- Maior controle na dosagem e adição de reagentes;
- Funcionar como pulmão dando maior flexibilidade operacional.
Tanque de Equalização
Processos de Separação de
Sólidos
• Finalidade: reter parte dos sólidossedimentáveis, bem como o material quetende a flotar. Reduz a carga orgânica,minimizando os custos de implantação eoperação no tratamento biológico.
• Classificação:
– Quanto a geometria;
– Dispositivo remoção de lodo;
– Fundo;
– Sentido do Fluxo.
Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis)
• Eficiência de Remoção:
DBO: 25 a 35% / SS: 40 a 60%
Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis)
Decantador Circular.Fonte: Von Sperling, M. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Volume 4 – Lodos Ativados. 2ªed. 2002
Decantador Retangular. Dispositivo de Remoção de Lodo Mecanizado.
Decantador Retangular.
Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis)
Decantador Retangular. Vertedor Triangular.
Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis)
Decantador Circular. Detalhe do coletor de escuma.
Decantador Circular. Detalhe do coletor de escuma.
Decantador Circular. Dispositivo de Remoção de Lodo Mecanizado.
Decantador Lamelar
Flotador• Finalidade: remoção de óleos e graxas e
sólidos em suspensão.
• Dispositivo: separação dos sólidos comaplicação de ar.
• Eficiência:
– DBO: 40 a 50%
– SS: 50 a 70%
Flotador
Flotador Circular
Filtração• Finalidade: remoção de sólidos em
suspensão, cor e até mesmo DBO.
• Dispositivo: passagem do efluente porcamada de meio filtrante, que pode sersimples ou dupla (gravidade).
Filtros de Areia – partículas > 20 µµµµm
Pressurizado com elemento filtrantepré-fabricado – partículas < 5 µµµµm
• Necessidade de retrolavagem
Filtro de Areia
Filtro Cartucho
Filtração com Membranas
• Finalidade: remoção de sólidos emsuspensão com tamanho superior a0,001 µm (bactérias, vírus, moléculasorgânicas e íons)
• Dispositivo: passagem do efluente pormembranas, resultando no permeado econcentrado.
Filtração com Membranas
a D: Dalton – medida de peso molecular, corresponde ao peso de um átomo de H; b µm = 10-6 m; c RO – Osmose Reversa; NF – Nanofiltração; UF – Ultrafiltração; MF - MicrofiltraçãoFonte: Schäfer, 1999 apud Schneider; Tsutiya, 2001.
Membrana Porosidade (µµµµm)
Pressão de operação
(kPa)
Taxa de fluxo
(L/m2.d)
Contaminantes removidos
Microfiltração (MF)
0,1 – 10 6,89 - 206,70 405 a 1600
Bactérias, vírus, sólidos suspensos, emulsões oleosas, cryptosporidium.
Ultrafiltração (UF)
0,01 – 0,1 20,67 –551,20
405 a 815 Proteínas, amidos, antibióticos, vírus, sílica coloidal, orgânicos, bactérias, óleo solúvel, biomassa de lodo ativado.
Fonte: Adaptado de WEF, 2006; Cavalcanti, 2009; Nuvolari; Costa, 2010.
Classificação das Membranas
Filtração com Membranas
Membrana Porosidade (µµµµm)
Pressão de operação
(kPa)
Taxa de fluxo
(L/m2.d)
Contaminantes removidos
Nanofiltração (NF)
0,001 –0,01
482,30 –1.515,80
200 a 815 Amidos, açúcares, pesticidas, herbicidas, pirógenos, íons divalentes, orgânicos, metais pesados, detergentes.
Osmose Reversa (OR)
< 0,001 5.512 – 8.268 320 a 490 Íons monovalentes, açúcares, sais aquosos, corantes sintéticos.
Fonte: Adaptado de WEF, 2006; Cavalcanti, 2009; Nuvolari; Costa, 2010.
Classificação das Membranas
Filtração com Membranas
Módulo de placas planas.Fonte: Catálogo Kubota, 2005
Módulo de membrana espiral.Fonte: Catálogo GE Power Water, 2011.
Módulos tubulares. Fonte: Boldman; Latz apud Schneider; Tsutiya, 2001
(a)
Módulo com fibrasocas.Fonte: (a) Catálogo Norit, 2008; (b)Catálogo GE Power Water, 2011.
(b)
(b)
(a) Módulo completo. (b) Detalhe de montagem do disco de membrana.Módulo com discos rotatórios. Fonte: Schneider; Tsutiya, 2001.
• Finalidade: Remoção de substânciasinorgânicas dissolvidas, em especialsais dissolvidos.
Osmose Reversa
(b)
Osmose
Água dessalinizada
Solução Salina
Membrana semi-permeável
∆∆∆∆p=pressão osmótica
Osmose Reversa
∆∆∆∆p(a) (c)
(a) duas soluções, uma salina e outra sem sal, separadas por uma membrana semipermeável; (b) equilíbrio hidrostático em um vaso comunicante com dois compartimentos separados por uma membrana semi-permeável, que retém íons e deixa a água passar; (c) reversão da pressão osmótica por aplicação de pressão.
Tratamento Físico-Químico
• Desestabilização das partículas coloidais em um sistema aquoso com adição de produtos químicos.
• Gradiente de velocidade: 700 a 1500 s-1
• Tempo de detenção: < 30 s
• Dosagem dos coagulantes: Calha Parshall, Tanques com misturadores, em linha com dosador estático
Coagulação
• Coagulantes:
– Sulfato de alumínio (sólido ou líquido)
– Cloreto férrico (líquido)
– Sulfato férrico (líquido)
– Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido)
– Sulfato ferroso (sólido ou líquido)
– Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido).
Coagulação
• As partículas coloidais são colocadasem contato umas com as outras demodo a permitir o aumento do seutamanho físico, alterando, desta forma,a sua distribuição.
• Gradiente de velocidade: 20 a 1000 s-1
• Tempo de detenção: 10 a 30 min
• Dosagem dos coagulantes: Tanques com misturadores ou com chicanas
Floculação
• Floculantes:– Eletrólitos
– Coagulantes
– Agentes Tensoativos
– Polieletrólitos.
Floculação
Tanque de Mistura Rápida Tanque de Mistura Lenta
MisturadoresFlocos formados em Floculador
• Finalidade: É o processo de adição de reagentes no efluente visando, acelerar a sedimentação (coagulação e floculação) e a transformação de substâncias solúveis em compostos insolúveis de fácil decantação.
Precipitação Química
• Depende da concentração do metal e do pH da água.
• Cada metal possui faixa de pH ótimo para precipitação
– Ferro e Cobre: 7,00 < pH < 9,00
– Níquel e Cadmio: 10,00 < pH < 11,00
– Zinco: 9,00 < pH < 9,50
Precipitação Química
Adsorção
• Finalidade: Remoção de compostos orgânicos naturais ou sintéticos dissolvidos, incluindo COV’s, pesticidas, PCB’s e metais pesados.
• Dispositivo: Filtro de Carvão Ativado Granular ou Adição de Carvão Ativado em pó, onde os contaminantes são adsorvidos, isto é, o contaminante é transferido para micro-poros da superfície das partículas de carvão ativado.
Adsorção
• Outros materiais: Argila Organofílica Granular, Zeólitas Naturais e Sintéticas, Resinas de Troca Iônica
• Eficiência:
– DBO – entre 2 e 7 mg/L
– DQO – 10 e 20 mg/L
Carvão Granular e em Pó. Disponível em:<http://www.naturaltec.com.br/Filtro-Agua-Carvao-Ativado.html>
Troca Iônica
• Finalidade: Remoção de íons como fosfatos, nitratos, sais minerais dissolvidos (cloretos), cobre Cu2+, Zinco Zn2+. Utilizada para abrandamento de água industrial, desmineralização da água.
• Dispositivo: Passagem dos efluentes por resinas de troca iônica, que sequestram os sais dissolvidos, que ficam acumulados no seu interior
Troca Iônica
• Resina de troca iônica são pequenas esferas poliméricas carregadas com hidrogênio (H+) (catiônicas) ou hidroxilas (OH-)(aniônicas).
• Resina catiônica: trocam H+ por cátions como cálcio, magnésio, potássio, sódio.
• Resina aniônica: trocam OH- por ânions como fluoreto, cloreto, sulfato.
• Regeneração: ácido clorídrico ou sulfúrico (catiônica) e soda cáustica (aniônica)
Tratamento Biológico
Processo Aeróbio
• Remoção de matéria orgânica e eventualmente nutrientes (nitrogênio e fósforo).
• Reprodução do processo natural de autodepuração em condições controladas de pH, temperatura, tempo de detenção e oxigênio disponível.
Filtros Biológicos Aeróbios
• Dispositivo: reator de leito fixo (meio suporte) onde é formada película biológica ou biofilme que em contato com o efluente provocará oxidação da matéria orgânica.
• Devem ser precedidos de remoção de sólidos e de materiais sedimentáveis.
• Meio Suporte:
– Pedregulhos, Cascalhos, Pedras Britadas (com diâmetro de 5 a 10 cm);
– Escórias de fornos de fundição;
– Material Plástico (Bloco Colméia semi-corrugado ou corrugado de fluxo vertical, Bloco Colméia de fluxo cruzado, Tubo Colméia e Randômico)
Filtros Biológicos Aeróbios
Filtros Biológicos Aeróbios
• Filtros Biológicos Percoladores de Baixa Carga
– Aplicação do efluente pela parte superior em gotas ou jatos.
– O2 é fornecido pelo ar que circula entre os componentes do meio suporte.
– Profundidades até 3,00 m.
Filtros Biológicos Aeróbios
• Filtros Biológicos Percoladores de Baixa Carga
– Menores taxas de aplicação por área superficial → maior eficiência na remoção de DBO (85 a 93%) e de Nitrogênio (65 a 85%).
– Lodo estabilizado se precedido por Fossa Séptica.
GradeCaixa
de areia
Decantador Primário ou
Fossa Séptica
Filtro Biológico
Baixa Carga
Decantador Secundário
Adensamento
Secagem Lodo “Seco”
Rio
Filtros Biológicos Aeróbios
Filtros Biológicos Aeróbios
• Filtros Biológicos Percoladores de Alta Carga
– Aplicação do efluente pela parte superior em gotas ou jatos.
– O2 é fornecido pelo ar que circula entre os componentes do meio suporte.
– Profundidades de 0,90 a 2,00 m.
Filtros Biológicos Aeróbios
• Filtros Biológicos Percoladores de Alta Carga
– Maiores taxas de aplicação por área superficial → menor eficiência na remoção de DBO (80 a 90%).
– Recirculação do efluente.
– Lodo não estabilizado.
Filtros Biológicos Aeróbios
GradeCaixa
de areia
Decantador Primário ou
Fossa Séptica
Filtro Biológico
Alta Carga
Decantador Secundário
Adensamento
Digestão
Secagem Lodo “Seco”
Rio
Filtros Biológicos Aeróbios
Filtros Biológicos Aeróbios
Meio Suporte de Filtro Biológico.
Detalhe de Meio Suporte modelo Randômico.
Filtros Biológicos Aeróbios
Filtros Biológicos Aeróbios
• Biofiltro Aerado Submerso
– Tanque preenchido com material poroso, normalmente totalmente imerso.
– Fluxo de ar ascendente (sopradores + bolha grossa).
– Enchimento granular (diâmetro de 2 a 6 mm) também remove sólidos em suspensão.
Filtros Biológicos Aeróbios
• Biofiltro Aerado Submerso
– Necessidade de contralavagem para remoção do excesso de lodo (não estabilizado).
– Enchimento também pode ser com elementos estruturais e nesse caso não há retenção de sólidos em suspensão sendo necessário unidade de decantação.
Filtros Biológicos Aeróbios
• Biofiltro Aerado Submerso
Eficiência:
– DBO 88 a 95%
– SS 87 a 93%
– Nitrogênio > 80%
Filtros Biológicos Aeróbios
• Biodisco ou Reatores Biológicos de Contato
– Série de discos espaçados em um eixo horizontal que giram lentamente, ficando metade imerso no efluente e metade exposta permitindo absorção de O2.
Filtros Biológicos Aeróbios
• Biodisco ou Reatores Biológicos de Contato
– Lodo estabilizado caso seja precedido por Fossa Séptica.
– Eficiência:
–DBO 88 a 95%
–SS 87 a 93%
–Nitrogênio 65 a 85%
GradeCaixa
de areia
Decantador Primário ou
Fossa Séptica
Biodisco Decantador Secundário
Adensamento
Secagem Lodo “Seco”
Rio
Filtros Biológicos Aeróbios
Filtros Biológicos Aeróbios
Disponível em: <http://tebrafilter.com/plantas-depuradoras/>
• Efluentes são misturados, agitados e aerados ao lodo ativado no tanque de aeração para depois serem separados por sedimentação no decantador.
• Lodo Ativado: floco produzido pelo crescimento de bactérias zoogléias ou outros organismos na presença de oxigênio dissolvido e acumulado em concentração suficiente devido ao retorno de outros flocos previamente formados (recirculação do decantador)
Lodos Ativados
• Necessidade de retirada do lodo biológico excedente devido ao crescimento da biomassa para não sobrecarregar o decantador.
• Maior eficiência e flexibilidade operacional.
• Possibilidade de remoção de N e P.
Lodos Ativados
• Menores áreas em relação aos Filtros Biológicos e Lagoas de Estabilização.
• Maior custo de implantação e operação mais delicada.
• Necessidade de aeração constante para manter os sólidos em suspensão e fornecer O2 para degradação da matéria orgânica e nitrogênio.
Lodos Ativados
• Sistemas de Aeração - Difusores
– O ar é fornecido por um compressor / soprador
– O ar é introduzido em microbolhas
Lodos Ativados
Difusores
• Sistemas de Aeração – Aeradores Superficiais
– O oxigênio é introduzido graças à exposição à atmosfera e o levantamento / agitação do líquido.
– Podem ser fixos ou montados sobre flutuadores
Lodos Ativados
Sistema Lodo Ativado Convencional
Grade Caixa de areiaDecantador
PrimárioTanque deAeração
Decantador Secundário
Adensamento
Digestão
Secagem Lodo “Seco”
Rio
Lodos Ativados
• Vantagens e Desvantagens - Convencional
Lodos Ativados
Vantagens Desvantagens
• Eficiência na remoção de DBO 85 a 93%.
• Nitrificação usualmente obtida.
• Possibilidade de remoção biológica de N e P (remoção N > 80%).
• Baixos requisitos de área.• Processo confiável, desde
que supervisionado.• Reduzidas possibilidades de
maus odores, insetos e vermes.
• Flexibilidade operacional.
• Baixa eficiência na remoção de coliformes.
• Elevados custos de implantação e operação.
• Elevado consumo de energia.
• Necessidade de operação sofisticada.
• Elevado índice de mecanização.
• Relativamente sensível a descargas tóxicas.
• Possíveis problemas ambientais com ruídos e aerossóis.
Aeração Prolongada (Mistura Completa)
Grade Caixa de areia Tanque deAeração
Decantador Secundário
Adensamento
Secagem Lodo “Seco”
Rio
Lodos Ativados
• Vantagens e Desvantagens – Aeração Prolongada
Lodos Ativados
Vantagens Desvantagens
• Idem Lodos Ativados Convencionais.
• Eficiência na remoção da DBO 90 a 97%.
• Nitrificação consistente (remoção N>80%).
• Operação mais simples.• Menor geração de lodo que
lodos ativados convencional.• Estabilização do lodo no
próprio reator.• Elevada resistência a
variações de carga e a carga tóxicas.
• Satisfatória independência das condições climáticas.
• Baixa eficiência na remoção de coliformes.
• Elevados custos de implantação e operação.
• Sistema com maior consumo de energia
• Elevado índice de mecanização.
Lodos Ativados por Batelada
Grade Caixa de areiaTanque de Aeração
Decantador Secundário
Adensamento
Secagem Lodo “Seco”
Rio
Lodos Ativados
• Vantagens e Desvantagens – Batelada
Lodos Ativados
Vantagens Desvantagens
• Eficiência na remoção de DBO 90 a 97%.
• Satisfatória remoção de N e possivelmente P (remoção N>80%).
• Baixos requisitos de área.• Operação mais simples que
os demais sistemas de lodos ativados.
• Flexibilidade operacional.• Não há necessidade de
Decantador secundário e elevatória de recirculação.
• Baixa eficiência na remoção de coliformes.
• Elevados custos de implantação e operação.
• Maior potência instalada que os demais sistemas de lodos ativados.
• Mais competitivo economicamente para populações pequenas e médias.
Reator Batelada - Aeração
Lodos Ativados
Reator Batelada - Decantação
Pós-Tratamento de Reatores Anaeróbios
Grade Caixa de areia
Tanque deAeração
Decantador Secundário
Lodo Aeróbio
Secagem Lodo “Seco”
RioReator Anaeróbio
Lodo de Retorno
Lodo
Bio
lógi
co (
já
esta
biliz
ado)
Lodos Ativados
• Vantagens – de Lodos Ativados como Pós tratamento UASB
– Menor produção de lodo.
– Menor consumo de energia.
– Menor consumo de produtos químicos na desidratação.
– Menor necessidade de equipamentos.
– Maior simplicidade.
Lodos Ativados
Decantadores Secundários
• Finalidade:
- Separação dos sólidos em suspensão, permitindo clarificação do efluente;
- Adensamento dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, resultando em lodo recirculado com concentração mais elevada;
Decantador Secundário Circular.
Decantador Secundário Circular. Detalhe do Vertedor.
Decantadores Secundários
Lagoas de Estabilização
• Finalidade: Estabilização da matériaorgânica através da oxidaçãobacteriológica (oxidação aeróbia oufermentação anaeróbia) e/ou reduçãofotossintética das algas.
• Dispositivos: Lagoas naturais ouartificiais onde prevalecemcondições físicas, químicas ebiológicas que caracterizam aautodepuração.
Lagoas de Estabilização
• Vantagens
– Projeto simples
– Baixo custo de implantação
– Operação simples e terreno reaproveitável
Lagoas de Estabilização
• Desvantagens
– Necessidade de grandes áreas.
– Excesso de algas no efluente final.
– Emanação de odores em lagoas anaeróbias.
Lagoas de Estabilização
• Lagoas Facultativas
– Tempo de detenção elevado > 20 dias, podendo chegar a 45 dias
– Necessidade de grandes áreas
– O2 pela fotossíntese das algas
– Profundidade entre 1,50 e 2,00 m
– Eficiência: DBO 70 a 85% e SS 70 a 80%.
Lagoas de Estabilização
• Lagoas Anaeróbias
– Tempo de detenção de 2 a 5 dias
– Emanação de odores
– Profundidade entre 3,00 e 5,00 m
– Eficiência: DBO 75 a 85% e SS 70 a 80%.
Lagoas de Estabilização
• Lagoas Aeradas Facultativas
– Tempo de detenção de 5 a 10 dias
– Necessidade de menores áreas
– O2 por sistema de aeração
– Profundidade entre 2,50 e 4,00 m
– Eficiência: DBO 75 a 85% e SS 70 a 80%.
Lagoas de Estabilização
• Lagoas Aeradas de Mistura Completa
– Tempo de detenção de 2 a 4 dias
– Necessidade de menores áreas
– O2 por sistema de aeração
– Necessidade de Lagoa de Decantação com tempo de detenção de ~2 dias e profundidade entre 3,00 e 4,00 m
– Eficiência: DBO 75 a 85% e SS 70 a 80%.
Lagoas de Estabilização
• Lagoas Maturação
– Remoção de organismos patógenos
– Tempo de detenção de 3 a 5 dias (lagoas em série) e 10 a 20 dias (lagoa com chicana)
– Profundidade entre 0,60 e 1,50 m
Lagoas de Estabilização
• Lagoas Polimento
– Pós tratamento de efluentes de tratamento secundário, em especial reatores anaeróbios.
– Remoção de organismos patógenos e matéria orgânica.
Lagoas de Estabilização
Sistema australiano
Grade Caixa de
areia
Lagoa anaeróbia
Lagoa facultativa Rio
Lodo Lodo
Lagoa de maturação
Grade Caixa de
areia
Lagoa facultativa Rio
LodoLodo
Lagoa de maturação
Lagoa Facultativa Primária
Lagoas de Estabilização
Grade Caixa de AreiaLagoas Aeradas
Facultativas Rio
Sistema de Lagoas Aeradas
Grade Caixa de Areia Lagoas Aeradas de Mistura Completa
Lagoas dedecantação Rio
Lodo
Lagoas de Estabilização
Lagoas de Estabilização - ETE Lins.
Lagoas de Estabilização
ETE São João (São João da Boa Vista). Lagoa Aerada seguida de Lagoa de Decantação e Lagoa de Secagem.
Lagoa Aerada de Jarinu.
Lagoas de Estabilização
Lagoa Aerada para ampliação
Lagoas de Estabilização
ETE Camanducaia. Lagoa Aerada seguida de Decantador
Lagoa Anaeróbia com sistema de captação de gases
Lagoas de Estabilização
Processo Anaeróbio
• Remoção de matéria orgânica na ausência de O2.
• Conversão da matéria orgânica a metano, dióxido de carbono e água.
• Baixa produção de lodo
• Unidades com menores volumes
Processo Anaeróbio
• Menor custo de implantação e operação
• Maior tolerância a altas cargas orgânicas
• Eficiência DBO 45 a 75%.
Processo Anaeróbio• Geração de odor
• Baixa capacidade de absorver cargas tóxicas
• Necessidade de pós tratamento para atender PE e remoção de nutrientes e organismos patogênicos.
Processos Anaeróbios
• Fossa Séptica
– Primeiro sistema de tratamento utilizado pelo homem.
– Tempo de detenção de 12 a 24 horas.
– Sedimentação de 60 a 70% de sólidos que serão degradados por bactérias anaeróbias.
– Formação de escuma formada por óleos, graxas e gorduras e gases.
Processos Anaeróbios
– Eficiência DBO < 30%
• NBR 7.229 - Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos, de Set/93.
Fonte: Chernicharo, C.A. de L. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Volume 5 – Reatores Anaeróbios. 2ªed. 2007
Processos Anaeróbios
• Filtro Anaeróbio
– Pós tratamento de Fossa Séptica, formando sistema “Fossa-Filtro”.
– Unidade preenchida com meio suporte por onde o efluente percola em fluxo ascendente e entra em contato com biofilme aderido ao meio suporte.
– Eficiência DBO 80 a 85%
Processos Anaeróbios
• NBR 13.969 - Tanques sépticos - Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação, Jan/97.
Fonte: Chernicharo, C.A. de L. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Volume 5 – Reatores Anaeróbios. 2ªed. 2007
Processos Anaeróbios
• Reator de Manta de Lodo (UASB –Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
– RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente); DAFA (Digestor Anaeróbio de Fluxo Ascendente).
– Biomassa cresce dispersa no reator e concentração de sólidos é bastante elevada.
Processos Anaeróbios
• Reator de Manta de Lodo (UASB –Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
– Fluxo do efluente ascendente.
– Degradação de matéria orgânica no leito e manta de lodo.
– Formação de gases que são separados na estrutura “separador trifásico” na parte superior.
Processos Anaeróbios
• Reator de Manta de Lodo (UASB –Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
– Tempo de detenção de 6 a 10 horas.
– Eficiência DBO 60 a 75%
– Necessita tratamento complementar para atendimento de PE.
Processos Anaeróbios
Processos Anaeróbios
Representação esquemática de reator UASB circular
Processos Anaeróbios
Sistema de distribuição efluentes
Processos Anaeróbios
Processos Anaeróbios
Processos Anaeróbios• Controle de Odores
– Oxidação Térmica
• Pós-Tratamento de Efluentes de UASB
Processos Anaeróbios
• Pós-Tratamento de Efluentes de UASB
Processos Anaeróbios
Tecnologias Recentes
WETLANDS
• Wetlands Construídas, Terras Úmidas Construídas, Filtros Plantados com Macrófitas
• Tanques, lagoas ou canais rasos preenchidos por material poroso e inerte (areia, cascalho, pedra, etc.) cultivados com macrófitas aquáticas, possibilitando a formação de biofilme
WETLANDS
• Lagoas ou canais normalmente possuem camada impermeável de argila ou membrana sintética.
• Remoção de matéria orgânica e nutrientes por:
– Sedimentação
– Filtração no meio poroso
– Degradação biológica no biofilme
– Absorção pelas plantas
WETLANDS
WETLANDS
• Menores custos de implantação, operação e manutenção
• Tecnologia de tratamento natural, suscetível as condições ambientais
• Favorável em regiões com clima tropical e subtropical
• Pode ser utilizada para atendimento de comunidades isoladas ou polimento de efluentes de tanque séptico, lagoas de estabilização e sistemas convencionais
Fluxo sub-superficialFluxo superficial
Fluxo Horizontal5 a 10 m2/hab
Fluxo Vertical1 a 2 m2/hab
WETLANDS
• Sistema Híbrido (Fluxo Vertical e Horizontal) possibilita maior remoção de nutrientes, patógenos, matéria orgânica e redução da área superficial do leito filtrante
• Macrófitas: crescem em ambientes aquáticos, solos alagados ou saturados por água
– Emergentes ou enraizadas
– Flutuantes ou submersas
WETLANDS
• Eficiências de remoção verificadas em pesquisas:
– DBO > 70%
– Nitrogênio > 60%
– Fósforo > 40%
WETLANDS
• Elevados tempos de detenção
• Necessidade de disponibilidae de áreas
• Remoção periódica das macrófitas em excesso
• Possibilidade da ocorrência de obstruções
• Influência da temperatura
Macrófitas Utilizadas
Eichhornis spPistia stratiotes
Salvini molestia Spirodela sp
Gladiolus sp Iris sp
Hidrocotyle umbelatta
Collocasia eculenta
Hedychium coronarium
Heliconia sp
Typha sp
Typha sp . = popularmente conhecida como Taboa
• Remoção da matéria orgânica e nutrientes utilizando biofilme formado em elementos de suporte em suspensão no reator.
• Elementos de suporte: peças em polietileno com elevada área superficial específica (de 300 a 500 m2/m3)
Reator com Biofilme em Leito Móvel
(MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor)
MBBR
• Fornecimento de O2 com sistema de aeração por ar difuso
• Unidades com volume reduzido comparando com lodos ativados
• Maior estabilidade devido a grande variedade de microrganismos
• Excesso de biofilme com boa sedimentação
Reator com Biofilme em Leito Móvel
(MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor)
• Oxidação da amônia ocorre com baixas idades de lodo
• Pode ser utilizado para aumentar capacidade de sistemas de lodos ativados convencionais ou melhorar remoção de nutrientes
Reator com Biofilme em Leito Móvel
(MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor)
• Associação do sistema biológico convencional com tratamento físico com filtração por membranas
• Possibilita a retenção total da biomassa, aumentando a eficiência, especialmente para microrganismos patogênicos
• Idades de lodo elevadas, absorvendo melhor picos de carga orgânica devido a maior concentração de biomassa
MBR (Membrane Biological Reactor)
SISTEMA MBR
Grade Caixa de areia
Decantador Primário
(opcional)
Tanque deAeração
Reator com Membranas
Tratamento do lodo
Disposição Final
Efluente Final
MBR (Membrane Biological Reactor)
SISTEMA MBR
Tipos de sistemas com membranas. (a) Membrana Externa. (b) Membrana Interna.Fonte: Schneider; Tsutiya, 2001.
MBR (Membrane Biological Reactor)
SISTEMA MBR
Efluente doTratamentoSecundário Efluente
Tratado eDesinfectado
Ar
Descartede lodo
Entrada
Saída
A Crap Commitment
SISTEMA MBRMBR (Membrane Biological Reactor)
• Membranas submersas: módulos de fibras ocas e de placas pois operam com baixas pressões e assimilam melhor variedade de sólidos.
• Membranas externas: membranas cerâmicas, normalmente para efluentes industriais
• Eficiência: DBO, SS e vírus >99%; Coliformes 100% e P >98%
MBR (Membrane Biological Reactor)
SISTEMA MBR
• Etapas de operação:
• Produção (aeração)
• Retrolavagem
• Relaxamento (apenas aeração)
• Limpeza
•Capacidade de tratamento limitada a capacidade dos módulos de membranas
•Alto custo de implantação e operação
MBR (Membrane Biological Reactor)
SISTEMA MBR
Obrigada!
Sandra Ruri FugitaSetor de Avaliação de Efluentes – IPEE
Email: [email protected].: 11-3133-3128