Tratamento de Esgotos

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Saneamento 
Introdução ao Tratamento de 
Esgotos
Prof. Fábio José Bianchetti
Junho/2016
Esgotos domésticos são águas residuárias originadas
sobretudo nas atividades humanas rotineiras, como
urinar, defecar, tomar banho, lavar roupas, pratos etc.
Qualidade do esgoto
Esgotos sanitários são águas residuárias que entram na
rede de esgotamento a partir de atividades domésticas,
industriais e a partir do solo.
Qualidade do esgoto
Grupos de parâmetros /características físicas, 
químicas e biológicas.
 Sólidos
 Indicadores de matéria orgânica
 Nutrientes
 Indicadores de contaminação fecal
Esgotos sanitários contém cerca de 0,1 % de sólidos
(99,9% de água) os quais podem ser divididos em:
matérias orgânica e inorgânica, nutrientes e organismos
vivos (patogênicos ou não).
Sólidos
Com exceção dos gases, todas as impurezas encontradas 
na água contribuem para a carga de sólidos.
Sólidos
Distribuição típica no esgoto doméstico
Sólidos no esgoto – 0,1%. Como chegar nisso?
Qualidade do esgoto: solução 
de matéria orgânica
Mistura heterogênea de compostos orgânicos:
Proteínas (40 % a 60 %)
Carboidratos (25 % a 50 %)
Gorduras e óleos (8 % a 12 %)
Uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas, outros (menor
quantidade)
Dificuldades de obtenção e não usual nas atividades
normais parâmetros indicadores de MO
Métodos indiretos: medição de consumo de oxigênio
•Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5)
•Demanda Última de Oxigênio (DBOu)
•Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Métodos de determinação 
de matéria orgânica
Métodos diretos: medição de carbono orgânico total
•Carbono Orgânico Total (COT)
Relação DQO/DBO:
 Relação DQO/DBO5 baixa (< ≅ 2,5):
- a fração biodegradável é elevada
-indicação para tratamento biológico
Relação DQO/DBO5 intermediária (entre ≅ 2,5 e 3,5):
- a fração biodegradável não é elevada
- estudos de tratabilidade: viabilidade do tratam. biológico
 Relação DQO/DBO5 elevada (> ≅ 3,5 ou 4,0):
- a fração inerte (não biodegradável) é elevada
- possível indicação para tratamento físico-químico
Métodos de determinação 
de matéria orgânica
Nutrientes
Nitrogênio (N) e Fósforo (P):
Essenciais:
Para o crescimento dos microrganismos responsáveis
pelo tratamento biológico
Para o crescimento de algas e outras plantas aquáticas,
podendo causar a eutrofização
Nutrientes
Nitrogênio (N):
↓
A forma de nitrogênio predominante, em um corpo d’água, 
pode indicar o estágio da poluição decorrente do lançamento 
de esgotos. 
Indicadores de 
contaminação fecal
 Agentes patogênicos
 Quais procurar? Detecção difícil.
 Por que indicadores são importante?
 Poluição fecal ≠ contaminação por agentes patogênicos
 Poluição fecal = potencial de existência de agentes
 Porém não devemos permitir RISCO de doenças
Indicadores de 
contaminação fecal
Bactérias intest. 
humanas
Bactérias 
humanas
Bactérias 
animais
Bactérias de vida livreBactérias intest.
Coliformes totais
Coliformes termotolerantes (ex-fecais)
E. coli
P
a
to
g
ê
n
ic
o
s
E. coli
Características dos esgotos 
sanitários – tipicamente domésticos
Características dos esgotos 
sanitários – tipicamente domésticos
Objetivos do tratamento
Quais são os objetivos do tratamento de 
esgotos?
Remoção de organismos 
patogênicos
Remoção 
de 
nutrientes
Remoção de matéria orgânica
Por que 
tratar os 
esgotos?
Remoção de 
sólidos em 
suspensão
 
Padrões ambientais
Teores máximos de impurezas permitidas no efluente.
Padrões de lançamento 
de efluentes
Padrões de qualidade para 
os corpos d’água
Teores máximos de impurezas permitidas no curso 
d’água.
Padrões ambientais
Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 
Resolução CONAMA nº357 de 2005: dispõe sobre
a classificação dos corpos d’água e diretrizes
ambientais para o seu enquadramento, bem como
estabelece as condições e padrões de lançamento de
efluentes.
Resolução CONAMA nº 430 de 2011: Dispõe sobre
as condições e padrões de lançamento de efluentes,
complementa e altera a Resolução nº 357 de 2005.
Padrões de lançamento em Minas Gerais
COPAM / CERH 05/08
Resolução CONAMA 357/05 
(antiga CONAMA nº20/1986) 
Padrões ambientais
• Águas doces: salinidade ≤ 0,05 %
• Águas salobras: salinidade >0,05 % e < 0,3 % 
• Águas salinas: salinidade ≥ 0,3 %
CONAMA 357/05: Classificação das águas doces
Padrões ambientais
(a) com desinfecção
(b) após tratamento simplificado
(c) após tratamento convencional
(d) após tratamento convencional ou avançado
* conforme CONAMA 274/2000
(e) hortaliças consum. cruas e frutas que se
desenv. rentes ao solo e que sejam ingeridas
cruas sem remoção de película
(f) hortal., plantas frutif. e de parques, jardins,
campos de esporte e lazer, c/ os quais o
público possa a vir a ter contato direto
(g) culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras
Uso
Classe
Águas doces
Especial 1 2 3 4
Abastecimento doméstico X (a) X (b) X (c) X (d)
Preservação equilíbrio natural das comun. aquáticas X
Preservação de amb. aquáticos (unidade de conservação) X
Proteção das comunidades aquáticas X X
Recreação de contato primário* X X
Irrigação X (e) X (f) X (g)
Aqüicultura e atividade de pesca X
Pesca amadora X
Dessedentação de animais X
Recreação de contato secundário X
Navegação X
Harmonia paisagística X
Usos menos exigentes X
Padrões ambientais
CONAMA 357/05: Parâmetros de interesse para 
esgotos sanitários - corpos de água doce
Carga poluidora
Carga per capita
Contribuição de cada indivíduo por unidade de tempo
Carga
Quantidade de poluente (massa) por unidade de tempo
Carga poluidora
Relação entre carga e concentração
Carga poluidora
 Os métodos de tratamento se dividem em operações e 
processos unitários – integração compõe sistemas
Operações físicas unitárias: métodos de tratamento em que 
predominam fenômenos físicos (ex. peneiramento, sedimentação, 
flotação)
Processos químicos unitários: métodos via reações químicas com 
ou sem adição de produtos químicos (ex. precipitação, adsorção, 
oxidação)
Processos biológicos unitários: métodos via atividade biológica 
(ex. oxidação da matéria orgânica, nitrificação do nitrogênio-NH3)
Operações, processos e sistemas
Secundário Matéria orgânica (DBO, DQO)
Primário Sólidos sedimentáveis
Preliminar Sólidos grosseiros
Terciário Poluentes específicos
(complementar de nutrient.,
patógen.)
Níveis de tratamento
Tratamento preliminar
 
Gradeamentos
Tratamento preliminar
Desarenador
Tratamento preliminar
Desarenador
Tratamento preliminar
Desarenador
Tratamento preliminar
ETE Gama
ETE Onça
Desarenador
Tratamento preliminar
Medidor de vazão
Calha Parshall
Tratamento preliminar
ETE Onça
Peneiramento
Peneiras mecanizadas
Tratamento preliminar
Peneiramento
Peneiras mecanizadas
Tratamento preliminar
Peneiramento
Peneiras estáticas
Tratamento preliminar
Remoção de sólidos grosseiros
• proteger as unidades subseqüentes
• proteger as bombas e tubulações
• proteger os corpos receptores
Remoção de areia
• evitar abrasão nas bombas e tubulações
• evitar obstrução em tubulações
• facilitar o transporte do líquido
Objetivos
Tratamento preliminar
ETE Arrudas
Decantadores primários
Tratamento primário
 Uma parte dos sólidos em suspensão pode ser parcialmente
removida nos decantadores primários.
 Os esgotos fluem vagarosamente através dessas unidades,
permitindo que os sólidos em suspensãosedimentáveis
sedimentem-se no fundo.
 Sólidos, por possuírem uma menor densidade, sobem para a
superfície, onde são coletados e removidos para posterior
tratamento.
 Uma parte dos sólidos em suspensão removidos corresponde
à matéria orgânica, o que contribui para que a carga orgânica
afluente ao tratamento secundário seja reduzida.
Tratamento primário
Sedimentação
Tipos de sedimentação
Remoção de areia 
(preliminar)
Decantação primária
Objetivo 
Remoção de matéria orgânica dissolvida e da matéria 
orgânica em suspensão não removida no tratamento 
primário
BACTÉRIAS + MATÉRIA ORGÂNICA
BACTÉRIAS 
H2O + CO2 (cond. aeróbias)
CO2 + CH4 (cond. anaeróbias)
Tratamento secundário
 Assimilação das matérias solúveis e em suspensão
Tratamento secundário
Tratamento secundário
Tratamento Secundário
 Tanque séptico – filtro anaeróbio
 Lagoas de estabilização
 Filtro biológico percolador
 Escoamento superficial
 Lodos ativados
 Reatores anaeróbios de manta de lodo (UASB)
Fossa séptica – filtro anaeróbio
ETE Experimental UFRJ
Reator anaeróbio de manta
de lodo - UASB
ETE Experimental UFMG
Reator anaeróbio de manta
de lodo - UASB
ETE Onça
ETE Itabira
Lagoas de estabilização
 Lagoa facultativa.
 Lagoa anaeróbia + lagoa 
facultativa.
 Lagoa aerada de mistura 
completa + lagoa de decantação.
 Lagoas de maturação.
 Lagoas de polimento.
Filtros biológicos percoladores
ETE Caçadores
ETE Experimental UFMG
Escoamento superficial
ETE Itabira
Lodos ativados
Parâmetros gerais
sistema biológico
 Tempo de detenção hidráulica
TDH = volume/vazão
Parâmetros gerais
 Tempo de detenção hidráulica
TDH = volume/vazão
Parâmetros gerais
 Tempo de detenção hidráulica
TDH = volume/vazão
Q
Q
Parâmetros gerais
 Taxa hidráulica de aplicação
TAV = vazão/volume
Q
Parâmetros gerais
 Taxa hidráulica de aplicação
TAV = vazão/volume
Parâmetros gerais
 Taxa hidráulica de aplicação superficial
TAS = vazão/área
Q
Q
Parâmetros gerais
 Taxa hidráulica de aplicação superficial
TAS = vazão/área
Área
Parâmetros gerais
 Taxa orgânica de aplicação volumétrica
COV = carga (DBO/dia)/volume
Carga 
DBO/d
Parâmetros gerais
 Taxa orgânica de aplicação volumétrica
COV = carga (DBO/dia)/volume
Carga 
DBO/d
Parâmetros gerais
 Taxa orgânica de aplicação superficial
COS = carga (DBO/dia)/área
Carga 
DBO/d
Parâmetros gerais
 Taxa orgânica de aplicação superficial
COS = carga (DBO/dia)/área
Carga 
DBO/d
Área
Parâmetros gerais
 Tempo de retenção celular (idade do lodo)
 Relação alimento/microrganismo
 Coeficiente de produção celular
 Coeficiente de decaimento bacteriano
 etc
Reatores anaeróbios - UASB
Sistemas simplificados
CePTS
Princípio de funcionamento
Dimensionamento de UASB
Princípio de funcionamento
Dimensionamento de UASB
Princípio de funcionamento
Sistemas simplificados
 Reatores anaeróbios
Sistemas simplificados
 Reatores anaeróbios
•Maior simplicidade operacional;
•Menor custo de operação e manutenção;
•Menor custo de implantação;
•Possibilidade de recuperação de energia.
Sistemas simplificados
 Reatores anaeróbios
Vantagens
•Possibilidade de emanação de maus odores;
•Baixa capacidade do sistema em tolerar cargas tóxicas;
•Necessidade de uma etapa de pós-tratamento.
Sistemas simplificados
 Reatores anaeróbios
Desvantagens
Dimensionamento de UASB
 Carga hidráulica volumétrica
Critérios de projeto
)³./³(
1
dmm
TDH
CHV 
 Tempo de detenção hidráulica 
Dimensionamento de UASB
 Carga hidráulica volumétrica
Critérios de projeto
)(h
Q
V
TDH 
 Velocidade ascendente (carga hidráulica superficial)
Dimensionamento de UASB
 Carga hidráulica volumétrica
Critérios de projeto
 Tempo de detenção hidráulica 
)/( hm
A
Q
V MEDasc 
* Picos de vazão entre 2 e 4 h
 Velocidade ascendente (carga hidráulica superficial)
Dimensionamento de UASB
 Carga hidráulica volumétrica
Critérios de projeto
 Tempo de detenção hidráulica 
 Altura: entre 4 e 5 metros 
• Compartimento de decantação 1,5 a 2,0 m, Digestão 2,5 a 3,5.
 Velocidade ascendente (carga hidráulica superficial)
Dimensionamento de UASB
 Carga hidráulica volumétrica
Critérios de projeto
 Tempo de detenção hidráulica 
 Altura: entre 4 e 5 metros 
 Geometria
• Circular (usado para populações menores; mais 
econômico do ponto de vista estrutural)
• Retangular (usado para populações maiores)
• Compartimento de decantação 1,5 a 2,0 m, Digestão 2,5 a 3,5.
Dimensionamento de UASB
Critérios de projeto
(*) Picos de vazão entre 2 e 4 h
(**) Temperatura do esgoto entre 22 e 25º
Dimensionamento de UASB
Eficiência para remoção de matéria orgânica
E DQO = 100 . (1 – 0,68 . TDH 
-0,35)
Onde:
E DQO – eficiência do reator UASB em termos de 
remoção de DQO (%)
TDH – tempo de detenção hidráulica
0,68 – constante empírica
0,35 – constante empírica 
Dimensionamento de UASB
Eficiência para remoção de matéria orgânica
Práticas operacionais - descarte do lodo
 Nos reatores anaeróbios, a acumulação de sólidos
deve-se, principalmente, ao crescimento da biomassa,
mas decorre também da retenção de sólidos inertes.
 A presença excessiva de material inerte, caracterizada
pela baixa relação SSV/ST, prejudica o desempenho do
reator, uma vez que ocupa boa parte do volume
destinado à biomassa.
Dimensionamento de UASB
Dimensionamento de UASB
Exemplo 
Dimensionar uma reator anaeróbio de manta de lodo, sendo conhecidos 
os seguintes elementos de projeto:
• População: P = 20.000 hab
• Vazão afluente média: Qméd= 3.000 m3/d (125 m3/h)
• Vazão afluente máxima diária: Qmáx-d= 3.600 m3/d (150 m3/h)
• Vazão afluente máxima horária: Qmáx-h= 5.400 m3/d (225 m3/h)
• Concentração média de DBO afluente ao reator UASB = 333 mg/L
• Concentração média de DQO afluente ao reator UASB = 600mg/L
• Temperatura do esgoto: T = 23°C (média do mês mais frio)
Dimensionamento de UASB
Solução:
1) Cálculo da carga afluente média de DQO
0,600 kg/m3 x 3.000 m3/d = 1.800 kgDQO/d
2) Adoção do tempo de detenção hidráulica (TDH)
TDH = 8,0 h (6-9h – 20 a 26ºC)
3) Determinação do volume total de reator (V)
V= Qméd . TDH = 125 m
3/h x 8 h = 1.000 m3
4) Adoção do número de reatores (Nr)
Nr =2
Por facilidades construtivas e operacionais tem-se recomendado que os
volumes dos reatores não ultrapassem a 2.500 m3.
No caso de pequenos sistemas, para o tratamento de esgotos
domésticos, a adoção de reatores modulados apresenta diversas
vantagens. Nesses casos, tem sido usual a utilização de módulos com
volumes da ordem de 400 a 500 m3.
Dimensionamento de UASB
5) Volume de cada reator (Vr)
Vr = V/ Nr = 1.000 m3 / 2 = 500 m3
6) Adoção da altura do reator (H)
H = 4,5 m
7) Determinação da área de cada reator (Ar)
Ar = Vr/H = 500 m3 / 4,5 m = 111,1 m2
Adotar reatores retangulares de 7,45 m x 15,00 m (A = 111,8 m2)
8) Verificação da área, do volume e do tempo de detenção corrigidos
- Área total corrigida: A = Nr x Ar = 2 x 111,8 m2 = 223,6 m2
- Volume total corrigido: V = A x H = 223,6 m2 x 4,5 m = 1006 m3
-Tempo de detenção hidráulica corrigido: TDH = V/Qméd = 1006 m3/
(125 m3/h) = 8,0 h
Dimensionamento de UASB
9) Verificação das cargas aplicadas
- Carga hidráulica volumétrica : CHV = Q/V = (3.000 m3/d) /
1.006 m3 = 2,98 m3/m3.d
- Carga orgânica volumétrica: Cv = (Qméd x DQO)/V = (3.000 m3/d x 
0,600 kgDQO/m3)/1006 m3= 1,79 kgDQO/m3.d (menor que 3)
10) Verificação das velocidades ascensionais 
• para Qmed: Vasc = Qméd/ A = (125 m3/h) /223,6 m2 = 0,56 m/h
• para Qmax-d: Vasc = Qmáx/ A = (150 m3/h) /223,6 m2 = 0,67 m/h
• para Qmax-h: Vasc = Qmáx/ A = (225 m3/h) /223,6 m2 = 1,01 m/h
Dimensionamento de UASB
Estimativa da produção de lodo
Estimar a produção de lodo a ser tratado (m3/d):
Volume lodo (m3/d) = População (hab) x 0,4 (l/hab.d) /
1000 (l/m3)
 Estimar a produção de lodo a seguir para disposição
final (m3/d):
Volume lodo (m3/d) = População (hab) x 0,05 (l/hab.d)
/ 1000 (l/m3)
Sistemas com biofilme
Dimensionamento de Filtro
 Filtro biológico percolador (alta e baixa carga)
 Biofiltro aerado submerso
 Biodiscos
 Filtro anaeróbio
Dimensionamento de Filtro
Tipos de filtros biológicos percoladores
Dimensionamento de Filtro
Tipos de filtros biológicos percoladores
Dimensionamento de Filtro
Tipos de filtros biológicos percoladores
Dimensionamento de Filtro
FBPs pós-reatores UASB (configuração típica)
Dimensionamento de Filtro
Critérios de projeto
 Taxas de aplicação recomendadas para projeto de filtros 
biológicos percoladores de alta taxa aplicados ao pós-
tratamento de efluentes de reatores anaeróbios
Dimensionamento de Filtro
Critérios de projeto
 Taxas de aplicação superficial para o projeto de 
decantadores secundários após FBP
Dimensionamento de Filtro
Dimensionar um filtro biológico percolador de alta taxa para o pós-
tratamento dos efluentes de um reator UASB, sendo conhecidos os
seguintes elementos de projeto:
a) Dados de entrada
População: P = 20.000 hab
Vazão afluente média: Qméd = 3.000 m3/d
Vazão afluente máxima diária: Qmáx-d= 3.600 m3/d
Vazão afluente máxima horária: Qmáx-h = 5.400 m3/d
Carga orgânica afluente ao reator UASB: COA-UASB = 2.500 kgDBO/d
DBO média afluente ao reator UASB: So-UASB = 333 mg/L
Eficiência de remoção de DBO esperada para o reator UASB: 70%
Carga orgânica efluente do reator UASB, em termos de DBO: COe-UASB =
750 kgDBO/d
DBO média efluente do reator UASB: Se-UASB = 99,9 mg/L
Concentração de DBO desejada para o efluente do FBP: Se-FBP < 30 mg/L
Temperatura do esgoto: T = 23°C (média do mês mais frio)
Dimensionamento de Filtro
b) Dimensionamento do filtro biológico percolador
Adotar carga orgânica volumétrica (Cv)
De acordo com a Tabela, os FBP de alta taxa devem ser projetados com Cv 
entre 0,5 e 1,0 kgDBO/m3.d. (valor adotado: Cv = 0,60 kgDBO/m3.d)
Cálculo do volume de meio suporte, de acordo com a equação da COV
V = (Qméd x Se-UASB) / Cv = (3000 m3/d x 0,100 kgDBO/m3) / (0,60 
kgDBO/m3.d) = 500 m3
Adotar profundidade para o meio suporte
De acordo com a Tabela, os FBP de alta taxa devem ser projetados com 
alturas de meio suporte entre 2,0 e 3,0 m. Valor adotado: H = 2,5 m
Cálculo da área do FBP (A)
A = V / H = (500 m3) / (2,5 m) = 200 m2
Dimensionamento de Filtro
Verificação da taxa de aplicação hidráulica superficial no FBP (qS)
Para Q média: qS= Qméd / A = (3000 m3/d) / (200 m2) = 15,0 m3/m2.d
Para Q máxima diária: qS= Qmáx-d / A = (3.600 m3/d) / (200 m2) = 18,0 m3/m2.d
Para Q máxima horária: qS= Qmáx-h / A = (5400 m3/d) / (200 m2) = 27,0 m3/m2.d
Verifica-se, de acordo com a Tabela 4.3, que os valores das taxas de aplicação 
hidráulica superficial ficaram compreendidos dentro das faixas recomendadas, 
para as três condições de vazões aplicadas
Dimensionamento de Filtro
Cálculo do diâmetro do FBP (D)
Adotar 2 filtros, cada um com área de 100 m2
D = [(4 x A) / PI]0,5 = [(4 x 100 m2) / (PI)]0,5 = 11,30 m
Estimativa da eficiência de remoção de DBO do FBP, de acordo com a
Equação:
E = 100 / [1 + 0,443 x (COV/F)0,5] = 100 / [1 + 0,443 x (0,60/1)0,5] = 75%
Estimativa da concentração de DBO no efluente final (Se-FBP)
Se-FBP = Se-UASB x (1 – E/100) = 99,9 x (1 – 60/100) = 27,4 mg/L
Dimensionamento de Filtro
Pré-dimensionamento do decantador secundário
Os decantadores devem ser projetados com uma taxa de escoamento
superficial
entre 16 e 32 m3/m2.d. Valor adotado qs=.24m3/m2.d
A = Qmed /qA= (3000 m3/d) / (24m3/m2.d) = 125 m2
Adotar 2 decantadores circulares, mecanizados, com raspadores de lodo
de tração periférica, que terão:
Diâmetro = 9 m; profundidade útil junto à parede = 3,5 m; área
superficial, por unidade = 63,5 m2
A taxa de aplicação superficial máxima deverá estar situada entre 40 e
48
m3/m2.d e o valor calculado resultou:
qA =Qmáx-h /A= (5400 m3/d) / (2 x 63,5m2) = 43 m3/m2.d
Dimensionamento de Filtro