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Aula 14 tratamentos biológicos - 27.10
O documento descreve diferentes métodos de tratamento biológico de efluentes, incluindo lodos ativados, filtros biológicos e lagoas de estabilização. O texto explica como cada método funciona, sua eficiência na remoção de demanda bioquímica de oxigênio e outros parâmetros, e quando cada um é mais adequado dependendo das características do efluente a ser tratado.
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Aula 14 tratamentos biológicos - 27.10
- 1. Tratamento de Água eEfluentes 2º. Sem./2010 Eng.Ambiental
- 2.
- 3.
- 4. Sistema Convencional Destino final do Remoção efluente tratado (lago, rio, corpo d´água) especial Entrada ETE Caixa de Decantador Decantador areia primário secundário grades Retorno sobrenadante Reator Legenda: Bomba biológico • Fase liquida sendo clarificada de lodo • Sobrenadante retorno a ETE Recirculação de lodo • Lodo (sólido) remoção e tratamento Espessador Flotador Destino final do de lodo lodo desidratado (aterro sanitário) Condicionamento e Digestor de lodo secagem de lodos
- 5. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos 5
- 6. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Processos Biológicos Biomassa suspensa Biomassa aderida 6
- 7. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Qual a finalidade dos Tratamentos Biológicos? Remoção da MO biodegradável contida nos sólidos dissolvidos, ou finamente particulados e, eventualmente ... ... de nutrientes (nitrogênio e fósforo), através de processos biológicos aeróbios (oxidação) ou anaeróbios seguidos de sedimentação final (secundária). 7
- 8. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Qual a eficiência dos Tratamentos Biológicos? Eficiência de Remoção DBO Coliformes Nutrientes 60 a 60 a 10 a 99% 99% 50% 8
- 9. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Como é feita a remoção ? Através de reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios (tanque de aeração), ou por microrganismos anaeróbios ... nas condições operacionais desejáveis (regra dos 3 T´s), pH de 6 a 8, DBO:N:P = 100:5:1 (processos aeróbios); ... Processos anaeróbios: DQO:N:P = 350:7:1 9
- 10. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Reações bioquímicas (aeróbio): MO + Microrganismos + O2 CO2 + H2O + LODO • Bactérias Material Substrato • Fungos celular • Protozoários Produção sólidos ≈ descarte sólidos 10
- 11. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Para que servem os decantadores secundários ? São responsáveis pela separação dos sólidos em suspensão presentes no tanque de aeração, permitindo a saída de um efluente clarificado e ... ... um aumento do teor de sólidos em suspensão no fundo do decantador. É gerado o “lodo ativado” (parte recirculado e outra descartado) 11
- 12. Tratamentos Biológicos Métodos Processos Aeróbios Processos Anaeróbios Lodos ativados RAFA Lagoas de estabilização FAFA (doméstico) Fossas sépticas Filtros biológicos (doméstico) Contactores biológicos rotativos (biodiscos) 12
- 13. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Como escolher o método mais adequado ? Vai depender dos objetivos ou a qualidade pretendida do efluente, ... Deve-se considerar: A vazão e a carga orgânica do efluente; A qualidade final a ser alcançada; A área disponível para implantação do projeto; Disponibilidade econômica (viabilidade técnica econômica). 13
- 14. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Vazão x Carga orgânica Efluente DBO5,20 (mg/L) Esgoto sanitário 200 a 600 Alimentos enlatados 500 a 2.000 Alimentos óleo comestível 15.000 a 20.000 Destilaria álcool (vinhaça) 15.000 a 20.000 Aterro sanitário (chorume) 15.000 a 20.000 Laticínio 30.000 Matadouro 30.000 Carga Orgânica = DBO x Vazão do Efluentes 14
- 15. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Vazão x Carga orgânica - Exemplo Um efluente de uma Refinaria de açúcar chega a ter uma DBO (demanda bioquímica de oxigênio) de 6.000 mg/L, o que significa que a cada litro despejado num rio, fará com que 6.000 mg, ou seja, 6 g do OD (oxigênio dissolvido) na água do rio seja consumido ou desapareçam. 15
- 16. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Vazão x Carga orgânica - Exemplo Exemplo: • DBO5,20 = 6.000 mg/L • Vazão efluente = 5.000 L/s • Carga Orgânica = 6.000 mg/L x 5.000 L/s • Carga Orgânica = 30.000.000 mg/s = 2.592.000 Kg/dia ou 2.592 ton/dia 16
- 17. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Limites legais para o OD nos corpos d’água Parâmetros Padrão de qualidade dos corpos d’água conforme suas classes (Conama 357/2005) Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4 OD (mg/L) ≥6 ≥5 ≥4 ≥2 Para águas de classe especial não é permitido lançamento de efluentes mesmo tratado Nas águas naturais de superfície o índice OD varia de 0 a 19 mg/L, mas um teor de 5 a 6 mg/L já é o suficiente para suportar uma população variada de peixes 17
- 18. Tratamento de Efluente Tratamentos Biológicos Conhecendo um pouco mais sobre os microrganismos (vídeo CETESB – 7 min) 18
- 19. Tratamentos Biológicos Processos Aeróbicos Quando são adequados ? a quase todos os tipos de efluentes, e dentre os tipos de sistemas aeróbios podemos citar: Lodos ativados Filtros Biológicos Lagoa de estabilização Biodiscos 19
- 20. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados O que ? É o método mais utilizado mundialmente para remoção de carga orgânica dos efluentes. Foi desenvolvido na Inglaterra por Arden e Lockett em 1914 sendo composto basicamente por duas unidades: tanque de aeração e decantador. 20
- 21. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados 21
- 22. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados 22
- 23. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Quais os tipos de tratamento ? Quanto a idade do lodo • Lodo ativado convencional • Aeração prolongada Quanto ao fluxo • Fluxo contínuo • Fluxo intermitente Quanto ao afluente • Efluente bruto • Efluente de decantador primário • Efluente de reator anaeróbico 23
- 24. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Classificação dos sistemas em função da idade do lodo: Aeração modificada: inferior a 3 dias Convencional: 4 a 10 dias Intermediária: 11 a 17 dias Aeração prolongada: 18 a 30 dias 24
- 25. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Sistema Convencional - O que ? Possuem decantador primário para que a MO sedimentável seja retirada antes do tanque de aeração (economia de energia) Tempo de detenção hidráulico baixo (6 a 8 horas) Idade do lodo em torno de 4 a 10 dias Remoção contínua do lodo biológico excedente Lodo não é estabilizado no processo Fornecimento de O2 (aeradores mecânicos ou ar difuso) 25
- 26. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Sistema Convencional - O que ? Decantador primário: remove os SS sedimentáveis e MO suspensa Decantador secundário: sedimenta a biomassa e o efluente sai clarificado Lodo secundário (parte) retorna para o tanque de aeração – aumento de eficiência do processo 26
- 27. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados 27
- 28. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Decantadores Primários Circulares Retangulares 28
- 29. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Aeração Prolongada - O que ? A diferença para o sistema convencional é que a biomassa permanece mais tempo no reator (18 a 30 dias – idade do lodo) Bactérias consumem toda MO, gerando lodo estabilizado não necessita do digestor de lodo e decantador primário) Maior consumo de energia, porém maior eficiência de remoção de DBO Mais eficiente na remoção de MO (muito utilizado em tratamento de despejos industriais) 29
- 30. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Aeração Prolongada tanque de aeração decantador secundário lodo secundário linha de recirculação adaptado de VON SPERLING, 1996 30
- 31. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados 31
- 32. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados 32
- 33. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Reator Aeróbico Aeração Mecânica Ar Difuso 33
- 34. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Decantador Secundário Retangular (manual) Circular (mecanizado) 34
- 35. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Fluxo intermitente - O que ? Todas as etapas do tratamento ocorrem dentro do reator Ciclos definidos: enchimento com ou sem aeração, aeração, sedimentação, drenagem do lodo tratado e repouso; A biomassa permanece no reator não havendo necessidade do sistema de recirculação de lodo; Exige a construção de mais de uma unidade do reator principal (uso intercalado / manutenção) É considerado um sistema de aeração prolongada (lodo já sai estabilizado) 35
- 36. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados Fluxo intermitente - O que ? tanque de aeração decantador secundário adaptado de VON SPERLING, 1996 36
- 37. Tratamentos Biológicos Lodos Ativados 37
- 38. Tratamentos Biológicos Filtros Biológicos O que ? Trata-se de um leito de percolação onde a biomassa permanece aderida no material de enchimento Eficiência em torno de 75 a 90% de remoção de DBO; São tanques circulares de diâmetros compatíveis com a vazão a ser tratada; Meio filtrante: pedra de brita ou material plástico; No meio filtrante forma-se uma película de biomassa aderida, de forma que ao passar o efluente pelo leito em direção ao dreno de fundo, essa biomassa adsorve a MO e as bactérias promovem sua digestão 38
- 39. Tratamentos Biológicos Filtros Biológicos Ilustração adaptado de VON SPERLING, 1996 39
- 40. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização O que ? São reservatórios escavados diretamente no solo, com a proteção de taludes e do fundo variando de acordo com o tipo de terreno É recomendado para tratar esgoto de pequenas comunidades ou efluentes de pequena vazões É considerado um sistema de tratamento biológico muito eficiente; 40
- 41. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização CO2 Reação aeróbica, bactérias algas presença: O2 O2 + MO Lodo zona aeróbia + CO2 zona facultativa (fotossíntese) zona anaeróbia Reação anaeróbica, quase ausência: O2 e produz: Pouco lodo + energia 41
- 42. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Tipos de lagoas Geralmente o sistema é compostos de vários tipos de lagoas: lagoas facultativas, sistema de lagoas anaeróbias seguidas de lagoas facultativas, lagoas aeradas facultativas, sistema de lagoas aeradas de mistura completa seguida por lagoas de sedimentação; e lagoas de maturação 42
- 43. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Lagoas Facultativas DBO particulada se sedimenta – lodo de fundo (decomposto anaerobiamente) DBO solúvel – permanece dispersa na massa líquida (decomposição se dá por bactérias facultativas) TDH > 20 dias Fotossíntese – O2 para as bactérias – requer elevada área de exposição Retirada do lodo de fundo > 20 anos Simplicidade operacional 43
- 44. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Lagoas Aeradas Funcionamento – lagoa facultativa Fornecimento de O2 – artificial (aeradores mecânicos) TDH entre 5 e 10 dias Menor requisito de área Requerimento de energia elétrica Retirada do lodo de fundo < 5 anos 44
- 45. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Lagoas Aeradas de mistura completa seguidas por lagoas de sedimentação Elevado nível de aeração – biomassa em suspensão na massa líquida Maior eficiência do sistema TDH – 2 a 4 dias Biomassa sai com o efluente líquido – necessidade de uma lagoa de decantação (sedimentação dos sólidos – TDH de 2 dias) Requer menor área entre as lagoas de estabilização Retirada do lodo – 2 a 5 anos 45
- 46. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Lagoa com macrófitas - Wetlands 46
- 47. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Principais Vantagens Baixo custo de implantação, operação e manutenção; Baixo gasto energético; Eficientes na remoção de matéria orgânica (70% - 90%); Melhor adequação ao meio natural; Maior diversidade biológica -melhor ciclagem; Excelente remoção de patógenos; Produção de biomassa algal, a qual pode ser utilizada para a produção de proteína para consumo humano - reúso na psicultura 47
- 48. Tratamentos Biológicos Lagoa Estabilização Principais Desvantagens Elevados requisitos de área; Performance variável com as condições climáticas; Efluentes com elevadas concentrações de nutrientes e sólidos em suspensão (algas); Possibilidade de geração de maus odores e proliferação de insetos; Possibilidade de produção de toxinas (algas) 48
- 49. Tratamentos Biológicos Biodiscos O que é ? Neste sistema um conjunto de discos (plástico) gira em torno de eixo horizontal, metade do disco é imerso no efluente a ser tratado e a outra fica exposta ao ar; Similar ao filtro biológico (biomassa cresce aderida ao meio suporte) Bactérias formam uma película aderida a disco que, quando exposta ao ar, é oxigenada e depois quando novamente entra em contato com o efluente contribui para a oxigenação deste 49
- 50. Tratamentos Biológicos Biodiscos Ilustração 50
- 51. Tratamentos Biológicos Processos Anaeróbicos Quando são adequados ? Nas industrias que geram efluentes sem grandes variações em suas características, ex: Cervejeiras Molho de Tomate Refrigerantes Em geral, no que diz respeito a remoção de carga orgânica, tem eficiência média e devem ser complementados. Tem custos de implantação e operação inferiores aos sistemas aeróbios 51
- 52. Tratamentos Biológicos Processos Anaeróbicos Como é a bioquímica do processo? A digestão anaeróbia é um processo bioquímico complexo composto por várias reações sequenciais, cada uma com sua população bacteriana específica; Os microrganismos, que atuam na ausência de oxigênio molecular, promovem a transformação de compostos orgânicos complexos (carboidratos, proteínas e lipídios) em produtos mais simples como o metano e gás carbônico; Grande parte dos produtos da digestão anaeróbia é constituída por gases, que se desprendem da água residuária, formando uma fase gasosa = o Biogás. Fases: Hidrólise; Acidogênese; Acetogênese e Metanogênese 52
- 53. Tratamentos Biológicos Processos Anaeróbicos Quais os tipos? Efluentes Industriais RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente) Efluentes Domésticos FAFA (Filtros Anaeróbios de Fluxo Ascendente) Fossa séptica 53
- 54. Tratamentos Biológicos RAFA / UASB O que é? RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente) ou UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Também chamado de reator anaeróbio de manta de lodo (conc. de bactérias elevadas) No reator a biomassa cresce dispersa no meio, formando pequenos grânulos O efluente entra por baixo em fluxo ascendente No topo há uma estrutura cônica que possibilita a separação dos gases (CO2 e metano) da biomassa 54
- 55. Tratamentos Biológicos RAFA / UASB Considerações Área requerida para instalação é reduzida : 0,05 a 0,10 m2/hab Baixa produção de lodo e já sai estabilizado; Maior controle sobre os maus odores Custos de implantação: 30,00 a 40,00 R$/hab. Custos operacionais: 1,50 a 2,00 R$/hab x ano Apesar das grandes vantagens, encontram dificuldades em produzir efluentes que se enquadrem aos padrões ambientais (pós-tratamento) 55
- 56. Tratamentos Biológicos RAFA / UASB 56
- 57. Tratamentos Biológicos RAFA e Biogás 57
- 58. Tratamentos Anaeróbio Sistemas Anaeróbios Há necessidade de Pós-Tratamento ? Esgoto Bruto Eficiências Típicas p/ Esgoto Tratado Legislação Ambiental (Afluente) Remoção de Poluentes (Efluente) (Padrão de Lançamento) Matéria Orgânica Matéria Orgânica 60 mg DBO/L ou 40 a 85% 350 mg DBO/L 40~160 mg DBO/L Eficiência > 60% Nutrientes Nutrientes Baixa ou Nula 5 mg NH3/L 30 mg NH3/L 30 mg NH3/L Microrganismos Microrganismos 105 ~ 108 Baixa ( 1 log) 104 ~ 107 Não existe CF /100mL CF /100mL 58
- 59. Tratamentos Biológicos Anaeróbio + Aeróbio Aeróbios: Oxigênio é o aceptor final dos elétrons; Gera CO2, água e biomassa, Anaeróbios: Compostos químicos atuam como aceptor final dos elétrons Gera CH4, álcool, ácidos orgânicos e biomassa Obs: Em decorrência da alta quantidade de energia dos produtos finais dos processos anaeróbios, geralmente é necessário um posterior tratamento aeróbio 59
- 60. Tratamentos Biológicos Anaeróbio + Aeróbio 60
- 61. Tratamentos Biológicos Anaeróbio + Aeróbio Reator RAFA + lodos ativados Vantagens: Substancial redução da produção de lodo Substancial redução no consumo de energia Pequena redução no volume total das unidades Redução no consumo de produtos químicos para desidratação Menor número de unidades diferentes a serem implementadas Menor necessidade de equipamentos Maior simplicidade operacional Desvantagem: Menor capacitação para remoção biológica de nutrientes (N e P) 61
- 62. Tratamentos Biológicos Comparação Item Parâmetros / Convencional Aeração RAFA + Unidades prolongada lodo Idade do lodo Dias 4 a 10 18 a 30 6 a 10 Eficiência de DBO 85 – 95 93 – 98 85 – 95 remoção DQO 85 – 90 90 – 95 83 – 90 SS(%) 85 – 95 85 – 95 85 – 95 Amônia(%) 85 – 95 90 – 95 75 – 90 N (%) 25 – 30 15 – 25 15 – 25 P (%) 25 – 30 10 – 20 10 – 20 Coliformes (%) 60 – 90 70 – 95 70 – 95 Área requerida Área (m2/hab) 0,2 – 0,3 0,25 – 0,35 0,2 – 0,3 Massa do lodo (g ST/hab.dia) - antes 60 – 80 40 – 45 20 – 30 (g ST/hab.dia) - depois 30 – 45 40 – 45 20 – 30 Custo Implantação (R$/hab) 80 – 150 70 – 120 60 – 100 Operação (R$/hab.ano) 10 – 18 10 – 18 7 – 12 62
- 63. Tratamentos Biológicos Anaeróbio + Aeróbio Sistemas combinados: Reator RAFA + lagoas de Polimento 63
- 64. Tratamentos Biológicos Anaeróbio + Aeróbio Sistemas combinados: Reator RAFA + aplicação no solo 64
- 65. Onde Estudar aAula de Hoje Nos Livros • Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de Tratamento de Efluentes Industriais – ABES – Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental ( Cap. 12 – Tratamento Biológicos) • Telles, Dirceu D´Alkmin & Costa, Regina Hellena Pacca Guimarães – Reúso da Água – Conceitos, Teorias e Práticas – Cap 6 (Tratamento de Efluentes)
- 66. Contato 66