Aula 14 tratamentos biológicos - 27.10

Tratamento de

Água e Efluentes

2º. Sem./2010

Eng.Ambiental

2

Métodos de

Tratamento

Biológicos

Decantador

primário

Reator

biológico

Entrada

ETE

Sistema Convencional

Flotador

Caixa de

areia

Decantador

secundário

grades

Espessador

de lodo

Bomba

de lodo

Digestor de lodo Condicionamento e

secagem de lodos

Remoção

especial

Recirculação de lodo

Destino final do

lodo desidratado

(aterro sanitário)

Reto

rno

so

bre

nad

an

te

Legenda:

• Fase liquida sendo clarificada

• Sobrenadante retorno a ETE

• Lodo (sólido) remoção e

tratamento

Destino final do

efluente tratado (lago,

rio, corpo d´água)

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Tratamento de Efluente

Tratamentos Biológicos

6



Processos Biológicos

Biomassa suspensa

Biomassa aderida

7



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).

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Qual a eficiência dos Tratamentos Biológicos?

DBO

60 a 99%

Coliformes

60 a 99%

Nutrientes

10 a 50%

Eficiência de Remoção

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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

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Reações bioquímicas (aeróbio):

MO + Microrganismos + O2 CO2 + H2O + LODO

Material celular

• Bactérias

• Fungos

• Protozoários

Substrato

Produção sólidos ≈ descarte sólidos

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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)

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Métodos

Processos Aeróbios

Lodos ativados

Lagoas de estabilização

Filtros biológicos

Contactores biológicos rotativos (biodiscos)

Processos Anaeróbios

RAFA

FAFA (doméstico)

Fossas sépticas (doméstico)

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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).

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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

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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.

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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

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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

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Conhecendo um pouco mais sobre os

microrganismos (vídeo CETESB – 7 min)

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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

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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.

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Lodos Ativados

22


Lodos Ativados

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Lodos Ativados

Quais os tipos de tratamento ?

• Lodo ativado convencional

• Aeração prolongada

Quanto a idade do lodo

• Fluxo contínuo

• Fluxo intermitente

Quanto ao fluxo

• Efluente bruto

• Efluente de decantador primário

• Efluente de reator anaeróbico

Quanto ao afluente

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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

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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)

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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

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Lodos Ativados

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Decantadores Primários

Circulares Retangulares


Lodos Ativados

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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)

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Lodos Ativados

tanque de

aeração decantador

secundário

adaptado de VON SPERLING, 1996

lodo secundário linha de recirculação

Aeração Prolongada

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Lodos Ativados

32


Lodos Ativados

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Lodos Ativados

Reator Aeróbico

Aeração Mecânica Ar Difuso

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Lodos Ativados

Decantador Secundário

Retangular (manual) Circular (mecanizado)

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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)

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tanque de

aeração

decantador

secundário


Lodos Ativados

Fluxo intermitente - O que ?

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Lodos Ativados

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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

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Filtros Biológicos

Ilustração


40


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;

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zona anaeróbia

zona facultativa (fotossíntese)

zona aeróbia

algas bactérias

CO2

O2

Reação anaeróbica,

quase ausência:

O2 e produz:

Pouco lodo + energia

Reação aeróbica,

presença:

O2 + MO Lodo

+ CO2

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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

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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

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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

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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

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Lagoa com macrófitas -

Wetlands



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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

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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)

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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

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Biodiscos

Ilustração

51


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

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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

Como é a bioquímica do processo?

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Quais os tipos?

Efluentes Industriais

RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente)

Efluentes Domésticos

FAFA (Filtros Anaeróbios de Fluxo Ascendente)

Fossa séptica

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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

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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)

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RAFA / UASB

57


RAFA e Biogás

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Sistemas Anaeróbios

Há necessidade de Pós-Tratamento ?

Esgoto Tratado

(Efluente)

Eficiências Típicas p/

Remoção de Poluentes

Matéria Orgânica

350 mg DBO/L

Esgoto Bruto

(Afluente)

Nutrientes

30 mg NH3/L

Microrganismos

105 ~ 108

CF /100mL

Legislação Ambiental (Padrão de Lançamento)

Matéria Orgânica

40~160 mg DBO/L 40 a 85%

Nutrientes

30 mg NH3/L Baixa ou Nula

60 mg DBO/L ou

Eficiência > 60%

5 mg NH3/L

Baixa ( 1 log) Microrganismos

104 ~ 107

CF /100mL

Não existe

Tratamentos Anaeróbio

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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

60



61



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)

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Comparação

Item Parâmetros /

Unidades

Convencional Aeração

prolongada

RAFA +

lodo

Idade do lodo Dias 4 a 10 18 a 30 6 a 10

Eficiência de

remoção

DBO

DQO

SS(%)

Amônia(%)

N (%)

P (%)

Coliformes (%)

85 – 95

85 – 90

85 – 95

85 – 95

25 – 30

25 – 30

60 – 90

93 – 98

90 – 95

85 – 95

90 – 95

15 – 25

10 – 20

70 – 95

85 – 95

83 – 90

85 – 95

75 – 90

15 – 25

10 – 20

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

(g ST/hab.dia) - depois

60 – 80

30 – 45

40 – 45

40 – 45

20 – 30

20 – 30

Custo Implantação (R$/hab)

Operação (R$/hab.ano)

80 – 150

10 – 18

70 – 120

10 – 18

60 – 100

7 – 12

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Sistemas combinados: Reator RAFA + lagoas

de Polimento

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Sistemas combinados: Reator RAFA +

aplicação no solo

Onde Estudar a Aula 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)

Contato

66

Education

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