AULA Remoçao de Nutrientes em Lodos Ativados

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Universidade Estadual de Maringá Departamento de Engenharia Civil Disciplina - Saneamento IV
Remoção de Nutrientes em Sistema de Lodos Ativados
Murilo P. Moisés
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Eutrofização
Crescimento excessivo de plantas aquáticas devido à presença de concentrações excessivas de nutrientes, principalmente N e P;
Fontes de eutrofização: efluentes domésticos, efluentes industriais, escoamento superficial, chuvas.
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Eutrofização: Represa Guarapiranga/SP
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Conseqüências da Eutrofização
Problemas estéticos e recreacionais: diminuição do uso da água para recreação (floração; crescimento de vegetação; maus odores; morte de peixes)
 - Anaerobiose no fundo do corpo aquático: consumo de OD durante a degradação da matéria orgânica (condições redutoras)
 - Morte de peixes (anaerobiose; toxicidade por amônia)
 - Custo de tratamento da água: Remoção de alga; cor; turbidez; sabor e odor; Maior consumo de produtos químicos; Maior freqüência de lavagem dos filtros
 - Toxicidade de algas (cianobactérias)
 - Desaparecimento gradual do corpo aquático
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Conseqüências da Eutrofização
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Conseqüências da Eutrofização
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Conseqüências da Eutrofização
Consumo de oxigênio dissolvido - Morte de peixes
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Remoção biológica de nutrientes – Lodos ativados
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Remoção biológica de nutrientes – Lodos ativados
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Nitrificação
Desnitrificação
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Cinética da Nitrificação
Taxa de crescimento das bactérias nitrificantes
Relação de Monod
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Exemplo:
Calcular a taxa de crescimento das bactérias nitrificantes em um reator de mistura completa considerando:
Solução:
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Nitrificação
Fatores Ambientais de influência
		- Temperatura
		- pH
		- OD
		- Subst. Tóxicas ou inibidoras
Temperatura
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pH
OD
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Idade do lodo mínima para nitrificação
Idade do lodo = inverso da taxa de crescimento específica
A taxa de reprodução dos microorganismos nitrificantes é inferior à dos microorganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica;
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Exemplo:
Calcular a idade do mínima para que ocorra nitrificação no sistema com taxa de
crescimento específica de 0,22d-1.
Solução:
Adotando-se um coeficiente de segurança de 1,5 para projeto, esta idade do lodo 
 passa a ser:
			 4,5 x 1,5 = 6,8 dias
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Requisitos de oxigênio para nitrificação
Reação global da nitrificação
1 mol de nitrogênio requer 2 mols de oxigênio para sua oxidação, portanto,
para 1Kg de nitrogênio é necessário 4,57Kg O2:
PM do N = 14g/mol
PM do 2O2 = 64g/mol
1000g x 64 g/mol = 4.571g = 4,57Kg de O2
 14g/mol
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Exemplo:
Calcular o requisito de oxigênio para a nitrificação em um reator de mistura 
completa com concentração de amônia = 250 kg/d
Solução
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Requisitos de alcalinidade
Reação global da nitrificação
1 mol de íon amônio produz 2 mols de H+ que, consome 2 mols de Bicarbonato;
Portanto,
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Como:
Medida em termos de Carbonato de Cálcio
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- Quanto maior o consumo da alcalinidade, menor o pH !!!
- Como consequência, ocorre uma redução na taxa de nitrificação, pois esta é 
dependente do pH;
- Necessidade de monitoramento, e eventual dosagem de alcalinizantes.
Exemplo:
Calcular o requisito de alcalinidade, considerando um esgoto bruto com:
Concentração de amônia = 250kg/d
Vazão média = 9.820 m3/d e alcalinidade afluente 150 de mg/l.
Solução:
Requisito de alcalinidade:
Sabendo que 1mg de amônia/l implica no consumo de 7,1 mg/l de alcalinidade, 
a carga de alcalinidade requerida é:
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b) Alcalinidade disponível no efluente:
déficit de alcalinidade:
Queda do pH = redução da taxa de nitrificação
Adição de alcalinizante:
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Fundamentos da desnitrificação Biológica
Bactérias:
- Pseudomonas
- Achromobacter
- Escherichia
- Bacillus
- Micrococus
Vantagens:
- Economia de alcalinidade;
- Evita Eutrofização
Condições anóxicas
	-Ausência de oxigênio, presença de nitratos
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Remoção biológica de fósforo
Fósforo Inorgânico
	- Ortofosfato e polifosfato
Fósforo orgânico
Contribuição per capita
1,0-4,5 g/habitante.dia
Valor típico = 2,5 g/habitante.dia
Remoção:
Zonas ANAERÓBIAS absorção pelos organismos acumuladores de fósforo
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Remoção biológica de fósforo
Fatores de influência...
OD;
Temperatura
pH
Idade do lodo
Tempo de detenção e configuração da zona anaeróbia
Tempo de detenção da zona aeróbia
Sólidos em suspensão no efluente
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Remoção Biológica de Nitrogênio
Principais Fluxogramas
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Remoção Biológica de Nitrogênio
Principais Fluxogramas
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Remoção Biológica de N e P
Principais Fluxogramas
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Exemplo 1
	Dimensionamento de um reator com nitrificação e pré-desnitrificação, com zona anóxica seguida de zona aeróbia;
Exemplo 2
	Dimensionamento de um reator para remoção biológica de fósforo – dimensionar a zona anaeróbia do exemplo anterior, de forma que o sistema possa remover biologicamente também o fósforo.
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Exemplo 1
Dimensionamento de um reator com nitrificação e pré desnitrificação, com zona anóxica seguida de zona aeróbia;
Dados do esgoto bruto
Vazão média = 9820m3/d
Carga de amônia afluente = 496 kg/d
Concentração de amônia afluente = 51mg/l
Dados do efluente final
Concentração de amônia = 2mg/l (desejado)
Decantador primário
Eficiência de remoção de amônia = 20%
Reator
Idado do lodo = 6 dias
SSVTA = 3000mg/l
OD no reator = 2mg/l
pH no reator = 6,8
Temperatura média no mês mais frio = 20ºC
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Coeficientes para a desnitrificação
Coeficientes adotados
Coeficientes para a desnitrificação
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Reator
Fração do reator como zona-anóxica = 0,25 (25% do volume)
Fração do reator como zona aeróbia = 0,75 
Relação entre a taxa de remoção da DBO em condições anóxicas e aeróbias = 0,70 
(a taxa de remoção de DBO em condições anóxicas é 70% da taxa em condições aeróbias)
Razão de recirculação de lodo = 100%
Razão de recirculação interna = 300% (zona aeróbia para zona anóxica)
Remoção de amônia na decantação primaria
Carga de amônia restante
Volume do reator (volume calculado no dimensionamento convencional = 2.051m3)
Fator de correção = 1,08
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Volume das zonas anóxica e aeróbia
Tempo de detenção hidráulica
Idade do lodo (também deve ser multiplicada pelo fator de correção)
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Taxa de crescimento das bactérias nitrificantes
Efeito da concentração de amônia
Efeito da concentração de OD no reator
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Efeito do pH
Efeito integrado das condições ambientais
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Idade do lodo aeróbia mínima para nitrificarão total
Calculo da fração de bactérias nitrificantes nos SSVTA
Produção liquida de sólidos biológicos no reator = calculado dimensionamento convencional=1.026kgSSV/d
Carga de amônia a ser oxidada
carga de amônia no lodo excedente = fração de amônia no lodo (0,12) x produção liquida de sólidos
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Carga de amônia a ser oxidada
Produção de bactérias nitrificantes
Relação Fn = Fração de bactérias nitrificantes nos SSV
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Cálculo da taxa de nitrificação
Carga de amônia passível de ser oxidada
Inferior ao esperado de (254), portanto a concentração de 
amônia final será maior que o desejado 2mg/l 
Calculo da concentração de amônia 
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Eficiência de remoção de amônia
Recirculação dos nitratos a zona anóxica
	 Razão de recirculação do lodo = 1 = 100%
	 Razão de recirculação interna = 3 = 300%
	 Razão de recirculação total = 4 = 400%
Taxa de desnitrificação especifica
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Carga de nitrato
Carga de nitrato produzido na zona aeróbia=carga de amônia oxidada = 213kg/d
Carga de
nitrato recirculado a zona anóxica pelo retorno de lodo
Caga de nitrato recirculado a zona anóxica pela recirculação interna
Carga total de nitrato recirculado
Carga de nitrato passível de redução na zona anóxica
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Concentração de nitrato no efluente
Eficiência de remoção de nitrato
Resumo das concentrações de nitrogênio
Amônia=6mg/l
Nitrato=8mg/l
Nitrogênio total= 6+8=14mg/l
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Resumo das eficiências
Remoção de amônia = 88%
Remoção de nitrato = 62%
Nitrogênio total = 73%
Consumo de oxigênio
Consumo de oxigênio=4,57 x Carga de amônia oxidada
Economia de oxigênio com a desnitrificação = 2,86 x carga de nitrato reduzido
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Exemplo 2
	Dimensionamento de um reator para remoção biológica de fósforo – dimensionar a zona anaeróbia do exemplo anterior, de forma que o sistema possa remover biologicamente também o fósforo.
Remoção de P na decantação primaria
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Exemplo anterior...
V = 2.215m3
Tempo de detenção hidráulico total = 5,4 horas
Adotando um tempo de detenção hidráulico da zona anaeróbia de 1,2 horas:
Tempo de detenção hidráulico total = 5,4 + 1,2 = 6,6 horas
Volume da zona anaeróbia:
Remoção de P com o lodo excedente:
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Concentração de P solúvel no efluente:
Concentração de P particulado nos SS:
Concentração de P total do efluente:
Eficiência de remoção:
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