Upload
milton-alonso
View
69
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1/6/2012
1
Tratamento de Efluentes Líquidos
TRATAMENTO SECUNDÁRIO1444 – Introdução à Engenharia Ambiental
Mara Heloisa N. Olsen Scaliante
Classificação das Operações Bioquímicas
Operações Físicas Preliminares
Sedimentação
Operações Bioquímicas
Operação unitárias“ sedimentação”
Tratamento adicional
Efluente tratado
Tratamento adicional
Mistura, homogeinização
Operação Bioquímica
Disposição final
Resíduo estável e biomassa
MOI biomassa
Thickening and dewatering
Resíduo estável e biomassa
Disposiçãofinal
Efluente a tratar
Lodo primário
Reciclo
(opcional)
Lodo MOI, biomassa
secundáriooverflow
MOS MOI MIS MII
MOS MOI MIS
MOS MOI MIS
MOS MOI MIS biomassa
Grady et al (1999)
1/6/2012
2
Quando Empregar?
Necessidade de remoção da matéria orgânica dissolvida e de uma parcela maior de sólidos em suspensão não
sedimentáveis, de forma a se obter um efluente de baixa concentração de matéria orgânica, praticamente isento de sólidos
em suspensão, com pH próximo a neutralidade e temperatura ambiente.
Classificação para oxidações biológicas...
Tratamento Secundário
Aeróbios Anaeróbios
São processos que só acontecemna presença de oxigênio livre,sendo o oxigênio dissolvido oprincipal aceptor de elétrons (4e- +4H+ + O2 → H2O). Osmicrorganismos que podemsobreviver só na presença deoxigênio dissolvido são aeróbiosforçados.
São processos que acontecemapenas na ausência de oxigênio.No processo de conversão damatéria orgânica em condições deausência de oxigênio, sãoutilizados como terminaisaceptores de elétrons compostosorgânicos como SO4 (8e- + 8H+ +SO4
- → S-2 + 4H2O) e o CO2.
Facultativos
Os microrganismos nestesprocessos são independentesda presença ou não de oxigêniodissolvido (microrganismosfacultativos).
Anóxicos
Microrganismos commetabolismo respirativoque utilizam compostosinorgânicos: nitritos enitratos (5e- + 6H+ + NO3
-
→ 1/2N2 + 3H2O)
1/6/2012
3
Aplicações do tratamento biológico
� Remoção da matéria orgânica do elfuente (colóides e orgânicos dissolvidos);
� Oxidação do nitrogênio da amônia até nitritos e nitratos (nitrificação);
� Conversão dos nitratos em nitrogênio gasoso (desnitrificação);
� Remoção de fósforo;� Estabilização de lodos orgânicos.
Principais microrganismos atuantes na estabilização da matéria orgânica
As bactérias requerempara seu metabolismo:
�Fonte de energia;�Carbono para síntese denovo material celular;�Nutrientes
OBS: chama-se de substrato ocarbono e os nutrientes juntos.
anabólico
Metabolismocatabólico
A remoção da matériaorgânica originária dosesgotos ocorre através docatabolismo. 2 tipos deinteresse: oxidativo e ofermentativo. O processo desíntese celular ocorre atravésdo anabolismo.
1/6/2012
4
PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRATAMENTO SECUNDÁRIO
Processos Biológicos Aeróbios
É comum dividí-los em dois grupos:
� Biomassa em suspensão, na forma de flocos microbianos ou
� Biomassa em meio fixo, na forma debiofilme ou biomassa aderida.
1/6/2012
5
Tipos de biorreatores empregados nos tratamentos aeróbios de efluentes
Processos Aeróbios de Tratamento de Efluentes
Biofilme
Biomassa Fixa
Suporte Móvel
Suporte Fixo
Biodisco “Air-Laft” Leito Fluidizado
Leito Submerso
Filtro Biológico
“MABR”
Biomassa em Suspensão
Suporte Fixo
Lagoas de Estabilização
Floco Microbiano
Aglomerados Microbianos
Morfologia da Biomassa
• Biomassa em Suspensão – os microrganismosresponsáveis pela degradação da DBO são mantidosem suspensão no líquido na forma de flocos.
• Biomassa Fixa - os microrganismos responsáveispela degradação da DBO estão fixos em um suporteinerte, tais como, rochas, materiais plásticos oucerâmicos, na forma de biofilmes.
Evidentemente a segregação suspensa-fixa não é absoluta, pois sempre há flocos em suspensão nos reatores com biomassa fixa e sempre há biofilmes
(na parede) nos reatores com biomassa em suspensão
1/6/2012
6
Formas do Aglomerado, Microbianos e Suportes
Representação Esquemática da estabilização biológica do efluente na
camada de biofilme
Suporte Fixo
Suporte Móvel
1/6/2012
7
rotíferos
tecameba
Ciliados sésseis
Ciliados sésseis
flagelados Larva de Nematódio
Ciliado rastejante
Microcrafia do lodo fixo Ciliado natante
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão
� Lodos ativados Convencional– Compreende 2 unidades: reator biológico
(tanque de aeração) e o decantadorsecundário;
– A concentração de biomassa é bastanteelevada, devido a recirculação do lodosedimentado no decantador;
– O fornecimento de oxigênio é feito poraeradores mecânicos ou por ar difuso
1/6/2012
8
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão
� Lodos ativados
Tanque de aeração
ITanque de
sedimentação II
Recirculação do lodo Descarte do excesso
de lodo
Efluente tratadoEfluente + lodoAfluente
Vista geral
Processo lodos ativados
Decantador secundário
Espessadores de Lodo
Processo lodos ativados
1/6/2012
9
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão
� Lagoas de Estabilização– Na sua forma mais simples, são grandes
bacias térreas que operam com biomassa em suspensão;
– Há decomposição da matéria orgânica pela ação de bactérias aeróbias ou anaeróbias e/ou fotossíntese das algas;
– As lagoas podem ser de vários tipos:facultativa, estritamente aeróbias, dematuração, de polimento e com macrófitas.
Lagoas de estabilização de dejetos suínos Tratamento de esgotos - Lagoas de estabilização
Lagoas de estabilização em escala piloto ETE - Joaçaba
1/6/2012
10
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão
� Lagoas Aeradas– São bacias de grande volume onde o
suprimento de O 2 é realizado artificialmente por meio de unidades mecânicas de aeração (aeradores de superfície), porém, não há reciclo de lodo biológico.
1/6/2012
11
1/6/2012
12
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão
� Biorreator a Membrana (MBR)– Há combinação da biodegradação dos poluentes do
efluente com a separação do lodo biológico pelafiltração em membranas de micro e ultrafiltração,gerando um efluente tratado com baixas concentraçõesde sólidos; a biomassa é retida pelas membranas epode ser drenada do meio reacional quando necessária.
Sistema de microfiltração para polimento de
efluentes
Unidade piloto industrial de microfiltração módulo e tanques
1/6/2012
13
Módulo de Membranas
Submerso no Tanque de Aeração
Módulo de Membranas
externo ao Tanque de Aeração
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo
� Filtro Biológico– O reator possui um leito interno (pedras ou materia l
plástico) para crescimento da biomassa na forma de biofilme;
– O efluente percola pelo tanque e a matéria orgânica fica retida no biofilme para ser biodegradada;
– Os espaços livres permitem a circulação de ar.
1/6/2012
14
cerâmica
Características:-Dezenas de vezes mais superfície porosa do que mídiascerâmicas comuns- 1000 ml trata até 250 litros de água- Perfeito para ser utilizado em filtros tipo hang on, canisterou internos;- É feito de vidro sinterizado por isso dura muito mais quemídias cerâmicas comuns;- Embalagem de 1 litro ( 1000 ml );- Contêm elementos estáveis e benéficos como óxido decálcio, magnésio, potássio e sódio que ajudam a criar umambiente ideal para a colonização bacteriana.
1/6/2012
15
O filtro biológico mede 6 X 7 metros, com 1metro de profundidade e tem camadas depedras, areia e argila. Na areia do filtrotem plantas da água como taboa, lírio deágua, etc. Estas plantas têm canais nasraízes para levar o oxigênio até o ponto daraiz. Com esse oxigênio dentro do filtro deareia se facilita o crescimento de bactériase fungos que gostam do oxigênio e fazema limpeza perfeita da água do esgoto.Então, o bom funcionamento do filtrodepende dessas plantas.
Vista geral do filtro biológico percolador compartimentado
e dos decantadores secundários associados a
cada compartimento.
Vista superior dos compartimentos do filtro
biológico percolador preenchidos com diferentes meios
suportes, bem como do distribuidor rotativo.
1/6/2012
16
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo
� Leito Submerso– É constituído por um tanque preenchido com
material poroso e submerso para crescimento de biomassa aderida;
– O ar e o efluente fluem continuamente em contracorrente pelo meio poroso.
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo
� “Membrane Aerated Bioreactor” (MABR)– O biofilme cresce em uma membrana
permeável a gás submersa no efluente;– É introduzido oxigênio no interior das
membrans e difunde pelos poros damembrana para a base do biofilme.
1/6/2012
17
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo
� Reatores Biológicos de Contacto (RBC)– A biomassa cresce aderida a um meio suporte,
o qual é constituído por discos;– Os discos parcialmente imersos no líquido,
giram, ora expondo a superfície ao líquido, oraao ar.
1/6/2012
18
Sdfasdfsdf
1/6/2012
19
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo
� “Air Lift”Consistem de uma coluna
líquida com duas seçõesdistintas das quais somenteuma é adicionada de gás. Asdiferentes retenções de gás nasseções aerada e não aeradaresultam em diferentesdensidades nestas áreas,ocasionando a circulação dofluido no reator
1/6/2012
20
Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo
� Leito Fluidizado– É caracterizado por trabalhar com 3 fases móveis no
reator: o suporte para crescimento da biomassa, olíquido e o ar;
– Uma grande quande quantidade de material suporte émantida em suspensão, por ação do ar ou de agitaçãomecânica, num tanque de geometria retangular oucilíndrica;
– Como se tem uma significativa área para adesãomicrobiana (suportes), permite-se aumentar aconcentração de biomassa no reator.
1/6/2012
21
Processos Biológicos Anaeróbios
� Principal atuação na digestão de certos despejos industriais de elevada carga orgânica (em geral < 1.000 mg/L de DBO) e lodos concentrados de ETE;
� Os microrganismos atuantes são facultativos (etapa de hidrolisação e fermentação) e anaeróbios (conversão dos ácidos orgânicos);
� Instalados em indústrias de cerveja e refrigerantes, processamento de alimentos, plantas de celulose e papel, destilarias e outras;
Processos Biológicos Anaeróbios
� Substâncias presentes em efluentes industriais, tais como fenóis, compostos de enxofre, taninos, etc., podem inibir o metabolismo das bactérias metanogênicas;
� Assim como os reatores aeróbios, podem ser divididos em 2 categorias, com biomassa fixa ou em suspensão, conforme suas estratégias operacionais.
1/6/2012
22
Esquema Simplificado de Digestão Anaeróbia
Reatores Anaeróbios em Geral
Principais Vantagens� Razoável eficiência na remoção de
CBO;� Baixos requisitos de área;� Baixos custos de implantação e
operação;� Tolerância a afluentes bem
concentrados em M. O.;� Reduzido consumo de energia;� Possibilidade do uso energético do
biogás;� Baixíssima produção de lodo;� Estabilização do lodo no próprio
reator;� Rápido início após períodos de
paralização.
Desvantagens� Dificuldade em satisfazer padrões de
lançamento restritivos;� Baixa eficiência na remoção de
coliformes;� Remoção de N e P praticamente nula;� Possibilidade de geração de efluente
com aspecto desagradável;� Possibilidade de geração de maus
odores;� A partido do processo é geralmente
lenta;� Relativamente sensível a variações de
carga e compostos tóxicos;� Usualmente necessita pós-tratamento.
1/6/2012
23
Tipos de biorreatores empregados nos tratamentos anaeróbios de efluentes
Processos Anaeróbios de Tratamento de Efluentes
Biofilme
Biomassa Fixa
Suporte Móvel
Suporte Fixo
Leito Fluidizado
Leito Expandido
Filtro anaeróbio de fluxo
ascendente
Filtro anaeróbio de fluxo
descendente
Biomassa em Suspensão
EGSB UASB
Floco ou granulos
Processos Biológicos Anaeróbios – Biomassa em suspensão
� UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)– Seu princípio está baseado no crescimento da biomassa
dispersa no meio formando grânulos com 0,5 a 2,0 mmde diâmetro;
– A concentração de biomassa no reator é bastanteelevada, justificando a denominação “manta de lodo”;
– A biomassa é impedida de sair do sistema por umaestrutura no topo do reator que possibilita as funçõesde separação e acúmulo de gás e de separação eretorno da biomassa;
– É aplicado para efluentes com altíssimas concentraçõesde matéria orgânica.
1/6/2012
24
biogás
efluente
Captação de gás
Leito de lodo
Bolhas de gás
Lodo granular
afluente
baffles
1/6/2012
25
reactor anaerobio UASB, montaje escala laboratorio, lodo granular. Abajo: microscopía electrónica de barrido de un gránulo, FISH lodo granular, FISH biopelícula anerobia.
1/6/2012
26
Processos Biológicos Anaeróbios – Biomassa em suspensão
� EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)– Uma variação do UASB, a diferença está na aplicação de
uma taxa de vazão de efluente mais alta;– O aumento de fluxo permite uma expansão parcial do
leito de lodo, melhorando o contato lodo-efluente;– A variação de fluxo leva a utilização de reatores mais
altos e/ou a realização de reciclo do efluente;– Apropriado para efluentes que possuam entre 1 e 2 g/L
como DQO.
1/6/2012
27
Leito de lodo granular expandido
Sistema de distribuição do efluente
Espaçõ coletor de gás
Sistema de coleta de efluente
efluente
1/6/2012
28
Processos Biológicos Anaeróbios – Biomassa em suspensão
� Reator Anaeróbio de Contato– Tem seu conceito adaptado do processo aeróbio de
lodos ativados;– Objetiva tornar independente o tempo de retenção
hidráulico do tempo de retenção de sólidos;– O processo consiste de 2 tanques, um reator agitado
mecanicamente onde ocorre a formação do lodo e aprodução do metano e outro para a separação dossólidos em suspensão;
– É um processo de alta carga e o primeiro a serconcebido para aplicação de resíduos líquidos combaixas concentrações de sólidos.
1/6/2012
29
Processos Biológicos Anaeróbios – Biomassa Fixa
� Filtro de Fluxo Ascendente ouDescendente– Crescimento de microrganismos sobre suporte fixo;– O efluente passa pelo suporte em fluxo ascendente ou
descendente;– ABNT recomenda a utilização de pedra britada como
suporte, porém, a utilização de outros materiais temtornado os filtros biológicos mais eficientes e estáveis.
1/6/2012
30
filtro anaeróbio de fluxo ascendente, eestão sendo avaliados os seguintesmateriais de enchimento: tijolo cerâmicovazado, pedra britada com diâmetro médiode 38mm, aparas de eletroduto flexível(Æ3/4") e pedra britada nº 4 (50 a 75mm).
- Sistema compacto tanque séptico seguido defiltros anaeróbios ascendente e descendente
- Reator anaeróbio de fluxo ascendente atravésde leito de lodo