PALESTRA MBBRCFIC, 08 02 2020

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TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES 
DOMÉSTICOS E INDUSTRIAIS 
(Portal Tratamento de Água, 08.02.2020)
“ PROCESSO MBBR (“MOVING BED BIOFILM REACTOR”) 
E 
IFAS (INTEGRATED FIXED FILM ACTIVATED SLUDGE) PARA O 
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES”
(Rubens Francisco Junior, MEMPHIS/BIOWATER - Tratamento de Efluentes)
www.Memphis.ind.br – www.biowatertechnology.com
http://www.memphis.ind.br/
http://www.biowatertechnology.com/
Efluente
Tratamento Biológico Aeróbio
Ar, nutrientes
Efluente 
tratado
Dióxido de Carbono
Água
Biomassa
Tratamento aeróbio
Matéria orgânica + O2 + nutrientes --> CO2 + H2O + biomassa2
Degradação Separação
Ar Excesso de biomassa
Efluente tratado
Efluente com
Poluentes orgânicos
Biomassa/
Água
Nutrientes
Tratamento biológico inclui biodegradação, e separação
MAS...O QUE É UM “MBBR”?
“MBBR = Moving Bed Bio 
Reactor”
• “Trata-se de um reator biológico com a 
utilização de enchimento plástico (=biomedia) 
em movimento no interior do reator, com o 
objetivo principal de aumento da quantidade
de microrganismos num mesmo volume de 
reator.”
COMO FUNCIONA UM REATOR MBBR ?
(FILME, REATOR DE DEMONSTRAÇÃO)
BIOMEDIA – aspecto típico em operação, 
com o biofilme aderido
BIOWATER/Memphis-Empreendimentos Ltda, te.: 11-98244-
3216, São Paulo, SP 7
Bactérias & Micro-animais
2009 20102008200720062005200420032002200120001999199819971996199519941993199219911990Late 
80’s
•Thorbjørn Westrum (current
Chairman of Biowater) and
Prof. Halvard Ødegaard develop
together the original “Moving
Bed” technology for biological 
treatment of water and wastewater.
•In 1989, Kaldnes Miljøteknologi AS
is established as a wholly owned
subsidiary of Kaldnes AS, in order
to develop and commercialize the
technologies. 
•Thorbjørn Westrum
is a founder, and the company’s first
CEO.
Anglian Water PLC acquires
the company
Terje Andersen (current CEO
of BioWater) takes over as the
CEO of Kaldnes Miljøteknologi
(KM) after Thorbjørn Westrum.
The c
ompany is
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tockh
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Industry
 W
ate
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 by
Anox AB an
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AnoxKald
nes
AS
üAnoxKaldnes is
acquired by Veolia Water
üKey people behind the
original company leave 
to re-start the business in 
Biowater Technology AS.
Biowater
Technology AS
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S
Biowater US opens
História do MBBR 
da Kaldnes até a Biowater
Projeto do Processo
Design do Processo
•O design é baseado em taxas orgânicas superficiais 
(área protegida), ou taxas de nitrificação superficiais 
(SALR – Surface Area Loading Rates).
•O design do processo de biofilme NÃO leva em 
consideração o SS no reator.
•A quantidade de biomassa na biomedia varia, 
dependendo de diversos fatores.
•A biomassa na biomedia é normalmente mais 
volátil do que os SSTA em um reator de lodos 
ativados. 
A «casa»do biofilme da BioWater
BWT 35™
BWT X™
BWT 15™
BWT
35™
BWT
15™
BWT
X™
BWT
S®
Largura/altura (mm) 35 15 15 15
Comprimento (mm) 8 5 8 9
Perimetro externo
(mm)
134 56 56 56
Perimetro interno
(mm)
970 259 197 197
Densidade (kg/l) 0.95 0.95 0.95 0,95
Área superficial 
protegida (m2/m3)
500 828 650 628 BWT S®
Processos Biológicos
Existentes
MBBR/CMFF (MBBR “PURO”
Lodo Ativado
IFAS/CFAS (BIOFILME + SUSPENSÃO)
Pré-Tratamento:
Pré-tratamento mínimo requerido:
• Gradeamento fino: Peneiras com abertura máxima entre 3 – 6 mm
• Remoção de areia: Necessário para esgoto doméstico. Para efluentes 
industriais vai depender do tipo de indústria
• Pré-sedimentação: Não é necessária, mas ajuda na remoção de DBO 
particulada. 
Remoção de DBO
• Alta Carga (=tratamento biológico primário)
• Carga média (como tratamento completo)
• Baixa Carga (antes da nitrificação)
Carga Orgânica x Qualidade do efluente
0
10
20
30
40
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15
Ef
flu
en
t (
m
g 
B
O
D
5
/ L
)
Load (g BOD5 / m2 d)
Temp. = 10°C
MBBR - Alta carga-Remoção de DBO
Alta taxa – remoção de DBO
As taxas vão depender da capacidade do tratamento 
biológico a jusante:
Valores típicos @ 10 º C:
Rem.DBOsol. = 65-70% à Carga= 15 g DBO5/m² d
MBBR Puro - Taxas médias para remoção 
de DBO (como tratamento completo)
Efeito da concentração de OD na taxa de 
nitrificação 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
N
it
ri
fi
c
a
ti
o
n
 r
a
te
 
( 
g
 N
H
4
-N
	/
	m
2
d
)
Oxygen concentration (mg O2 / L)
Temperature = 9°C
Organic load = 1,1 - 1,9 g SCOD/m2d
Correção Heterotrófica da Temperatura
• 1,07(T-10oC) (na faixa de 5-15 OC)
• 1,06(T-10oC) (na faixa de 15-30 OC)
Remoção de Nitrogênio
Os seguintes processos são incluídos numa planta de remoção de 
nitrogênio:
àRemoção de DBO
àNitrificação
àDesnitrificação
NOTA: Num reator de nitrificação nós projetamos os estágios de remoção 
de DBO e de amonia separadamente. 
MBBR “IFAS”- Taxas médias para remoção 
de DBO e N (como tratamento completo)
Remoção de DBO (antes da nitrificação)
Carga máxima para atingir a completa nitrificação:
@ 10 ºC
• 4,0 g TDBO5/m² d
Fator de correção de temperatura:
1,07(T-10oC) (na faixa de 5-15 OC)
1,06(T-10oC) (na faixa de 15-30 OC)
Nitrificação 
Alcalinidade 
• Consumo: 7,0 g CaCO3/g N-NH4 (0,14 mekv./g)
• Níveis de alalinidade recomendadas no reator:
• 35-40 mg CaCO3/l com biofilme autotrófico puro
• 75 mg CaCO3/l com biofilme heterotrófico/autotrófico combinado
Assimilação
• ~ 4% do N-NH4 por DBO total removida
• Teórico: DBO5:N:P = 100:5:1
Design da Aeração
Taxa de transferência de Oxigênio - TTO
A TTO num reator depende de:
• Sistema de aeração
• Geometria do reator
• Regime de mistura no reator
• Grau de enchimento da biomedia (%)
Taxa de Transferência de Oxigênio no Campo 
(TTO) em esgoto doméstico
• Em condições ótimas (formato do reator, mistura, 
enchimento)
• TTOcampo = ~8 - 9 g O2/Nm3. m 
• *(para esgoto doméstico @ 20 ºC e 0 mg O2/L).
RESULTADOS DE TESTES DE INTRODUÇÃO DE OXIGENIO
(Efluente de Indústria Alimentícia)
•Valores de campo de TTO (OTR) para 20 ˚C e zero OD no reator: 
• Valor de α medido: 1.06 
• TTO padrão (TTO de campo/α): 
• TTO de campo (SOTR) para MBBR: 11.9 g O2/Nm3-m 
• TTO de campo (SOTR) para CFIC: 23.6 g O2/Nm3-m.
Oxigênio para a remoção de DBO
Necessidade de Oxigenio baseado na DBO.
à 0,87 kg O2/Kg DBO5 + respiração endógena
Necessidade de Oxigenio baseado na DQO. 
à kg DQO (1-(kg SSV/kgDQO*1,42 kg O2/kgDQO))
- kg SSV/kg DQO = 0,15-0,40
Oxigênio para Nitrificação
Nitrificação : 4,57 kg O2/Kg N-NH4
Respiração Endógena
RE = [(2*10-3)*(1,07(T-10) )]*[ST*Área Biofilme]
(2*10-3) = Requerimento de Oxigenio (kg O2/kg biomassa)
(1,07(T-10) ) = Correção da Temperatura (T= 5-23 OC)
ST = sólidos secos no biofilme (0,010-0,012 kg/m2)
Área Biofilme = Superfície Ativa no total de biomedia (m2)
Para T > 24 OC à RE = 5*10-3 * (ST * Área Biofilme)
Exemplo de Cálculo
CÁLCULO DE MBBR
Dados:
• Vazão média de projeto = 100 L/s
• Vazão de pico = 160 L/s
• DBO esg. bruto = 300 mg/L
• DBO efluente tratado =40% (OK; 
recomendado entre 25-67%)
CÁLCULO DE MBBR (contin.)
• Nível líquido requerido = 5,0 m (recomendado: 4,0-8,0 m)
• Área superficial do reator = 445/5 = 89 m2
• Dimensões na superfície = 9,43 * 9,43 m
• Borda livre = 1,0 m
• Altura total = 6,0 m
• Oxigenio necessário biologicamente:
• 0,87 kg O2/Kg DBO5 + respiração endógena
• = 0,87kg O2*(0,3*360*24*0,9) + [(2*10-3)*(1,07(T-10) )]*[ST*Área
Biofilme]
• = 0,87*(2.332,8) + [(2*10-3)*(1,07(20-10) )]*[0,012*178*650]
• = 2.035 kg O2/dia
CÁLCULO DE MBBR (contin.)
• Ar necessário:
• Ar Necessário = Oxigênio Necessário (Kg O2/h)/(Porcentagem de O2
no ar *Densidade do ar (Kg Ar/m3)*Fc*Eficiência do Difusor nas 
Condições Padrões (20 ºC, Nível do Mar e Água Limpa))
• OBS.: Fc = Kg de O2 transferido no tanque com os efluentes nas 
condições de operação / Kg de O2 transferido em água, em condições 
padrão (Água Limpa, Temperatura = 20 ºC, P = 1 atm, = 0,054/m).
• Ar Necessário = (2.035/24)/(0,23*1,3*0,46*(0,054*5))
• Ar Necessário = 2.283 Nm3/h.
CÁLCULO DE MBBR (contin.)
• Separação final de sólidos:
• Taxa superficial de decantação secundária = 1,17 m3/m2/hora (NBR-
12209-2011)
• Área = 160 L/s*3,6/1,17 = 492 m2
• Diâmetro = 25,0 m
• Altura lateral = > 3,5 m.
• Produção total de lodo biológico (Xv):
• Xv = a(kgDBOremovida/dia)+b(kgSSVbiofilme)
• Xv = 0,5(0,3*100*3,6*24)+0,05(650*178*0,012)
• Xv = 1.365 kg SST/dia
• Vazão de lodo @ 0,7%-sólidos = 1.365/7 = 195 m3/dia @ 0,7%-
sólidos.
Exemplos de Instalações
ETE – GARCIA
(MBBR Puro)
(Blumenau, SC)
LAY-OUT, 2 ETAPAS
(Foto Aérea, 2014)
DQO entrada/saída x dias de operação após a 
partida
0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
Reator CMFF/MBBR – Blumenau (video…) 
(Abr.2014) – ETE Garcia
Efluente Final 
(vídeo) ...
ETE – FORTALEZA
(IFAS)
(Blumenau, SC)
ETE Fortaleza (Blumenau) – Vista Aérea
ETE Fortaleza (Blumenau) – Instalação das 
Telas de Retenção da Biomedia
ETE Fortaleza (Blumenau) – Colocação da 
Biomedia no Tanque de Aeração
ETE Fortaleza (Blumenau) – Tanque de 
Aeração com Biomedia
ETE Fortaleza (Blumenau) – Decantador
Secundário Antes da Biomedia
ETE Fortaleza (Blumenau) – Decantador
Secundário Após a Biomedia
RESULTADOS ANTES E APÓS A ALTERAÇÃO DO 
PROCESSO (L. ATIVADO PARA IFAS)
VAZÃO DBO (mg/L) DQO (mg/L) IVL F/M 
PERÍODO DATA (L/s) IN OUT IN OUT (ml/g) /dia
ANTES 20.6-11.7.2016 65,0 257 33 490 114 130 0,40 -
DEPOIS 01.11-27.11.2016 93,2 317 13 740 41 159 0,77 0,33 (*)
(*) = Com biofilme
ETE – PEDREGULHO
(MBBR - Puro)
(Guaratinguetá, SP)
ETE PEDREGULHO– Layout Inicial L. Ativado
ETE PEDREGULHO– Layout Final MBBR-Puro
ETE PEDREGULHO– Antes do Start-up
ETE PEDREGULHO– Após o Start-up
ETE PEDREGULHO– Após o Start-up
ETE PEDREGULHO–Resultados Após Start-up
CONTROLE DE ENSAIOS DQO - ETE PEDREGULHO
DATA ENTRADA
(mg/l)
SAÍDA
(mg/l)
EFICIÊNCIA
(%)
08/09/16 435 34 92%
16/09/16 627 100 84%
21/09/16 142 49 65%
23/09/16 102 49 52%
25/09/16 340 41 88%
27/09/16 138 16 88%
30/09/16 211 70 67%
05/10/16 194 4 98%
07/10/16 181 23 87%
10/10/16 348 90 74%
12/10/16 321 17 95%
14/10/16 134 15 89%
17/10/16 208 19 91%
19/10/16 184 25 86%
21/10/16 231 15 94%
21/10/16 381 25 93%
26/10/16 350 15 96%
27/10/16 240 20 92%
CONTROLE DE ENSAIOS DQO - ETE PEDREGULHO
(start-up: 31/07/2016)
0
100
200
300
400
500
600
700
08
/0
9/
16
10
/0
9/
16
12
/0
9/
16
14
/0
9/
16
16
/0
9/
16
18
/0
9/
16
20
/0
9/
16
22
/0
9/
16
24
/0
9/
16
26
/0
9/
16
28
/0
9/
16
30
/0
9/
16
02
/1
0/
16
04
/1
0/
16
06
/1
0/
16
08
/1
0/
16
10
/1
0/
16
12
/1
0/
16
14
/1
0/
16
16
/1
0/
16
18
/1
0/
16
20
/1
0/
16
22
/1
0/
16
24
/1
0/
16
26
/1
0/
16
ENTRADA
(mg/l)
SAÍDA
(mg/l)
ETE Ibirité, Copasa-MG –”IFAS/CFAS” (Q = 504 
m3/h, 346 m3 BWTX, 650 m2/m3, Garantia = TKN 
de 20-30% no 
consumo de energia elétrica.
RESULTADOS DE TESTES DE INTRODUÇÃO DE OXIGENIO
•Field OTR values, for 20 ˚C and zero DO in reactor: 
• •Measured α-value: 1.06 
• •Calculated SOTR (Field OTR/α): 
• –SOTR for MBBR: 11.9 g O2/Nm3-m 
• –SOTR for CFIC: 23.6 g O2/Nm3-m.
CFIC® - Primeira Unidade no Brasil (Fábrica de 
Papel, em SP)
BIOWATER/Memphis-Empreendimentos Ltda, 
te.: 11-98244-3216, São Paulo, SP
94
• DADOS DE PROJETO:
• ENTRADA (Após Flotador Primário) -
• Vazão média = 170 m3/h
• DBO média= 158 mg/L
• DQO média= 314 mg/L
• SST = 34 mg/L
• Óleos & Graxas = 4 – 38 mg/L
• Temperatura