Arquivo 9 SANEAMENTO AMBIENTAL II

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Disciplina: Saneamento Ambiental II 
Arquivo 9 – Tratamento Biológico de Efluentes
Prof.a Ma. Luciana Müller
ambiental.muller@gmail.com
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Reatores biológicos
Reator UASB
Sistema de tratamento por lagoas
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Biomassa
● “Lodo”
● Microrganismos
Reator UASB
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Biomassa
● “Lodo”
● Microrganismos
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Formatos usuais
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Tipos de reatores
● Escoamento
+ Ascendente
+ Descendente
+ Horizontal
● Presença da Biomassa
+ Dispersa
• Flocos 
• Grânulos*
+ Imobilizada/aderida 
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Tipos de reatores
● Escoamento
+ Ascendente
+ Descendente
+ Horizontal
● Presença da Biomassa
+ Dispersa
• Flocos 
• Grânulos
+ Imobilizada (microrganismos se aderem a meio suporte)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Tipos de reatores
● Escoamento
+ Ascendente
+ Descendente
+ Horizontal
● Presença da Biomassa
+ Dispersa
• Flocos 
• Grânulos
+ Imobilizada (microrganismos se aderem a meio suporte)
Reator 
anaeróbio
de leito 
fluidificado 
(fluidizado) em 
“repouso”
Repouso Funcionamento (expansão do leito)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Biomassa aderida a meio suporte
● Os reatores com biomassa imobilizada proporcionaram um grande 
avanço no tratamento das mais diversas substâncias poluentes
● Por possibilitarem a retenção de biomassa dentro do sistema
● Aumentando a relação entre o tempo de retenção celular (c) e o 
tempo de detenção hidráulica (TDH ou H)
● Além de minimizar a perda de biomassa no efluente, essa técnica 
permitiu que fossem aplicados TDH reduzidos
● Consequentemente, que reatores com volumes menores fossem 
projetados
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Biomassa aderida a meio suporte
● Materiais “convencionais”
+ Carvão
+ Areia
+ Brita
● Materiais alternativos
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Carvão como meio suporte
Partícula inerte (sem biomassa)
Partícula inerte em microscopia (MEV) 
Partícula inerte em microscopia (MEV) Obs.: MEV é “Microscopia eletrônica de varredura”
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Carvão como meio suporte
MEV da partícula inerte
 
 
MEV da partícula com biomassa aderida
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Biomassa aderida a meio suporte
● Materiais alternativos
+ Pneu
+ Cerâmica
+ Anéis de PVC
+ Alumina
+ Basalto
+ Bambu 
+ Outros
Obs.: há muita pesquisa relacionada a este assunto
Freire (2005)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Materiais alternativos (alumina)
Esferas de alumina 
utilizadas em Reator 
Anaeróbio de Leito 
fluidificado - Freire 
(2005)
Anéis de alumina 
utilizadas em Filtro 
Anaeróbio - Freire 
(2006)
Detalhes da 
biomassa em anéis 
de alumina - Freire 
(2006)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Materiais alternativos
● Pesquisa Baettker (2015) 
Carvão como 
“padrão” para 
comparação
Cerâmica (tijolos) 
como material 
suporte alternativo
Borracha de pneu 
como material 
suporte alternativo
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Materiais alternativos
● Pesquisa Baettker (2015) 
+ Os materiais foram colocados 
dentro de filtros anaeróbios
+ Os reatores foram “alimentados” 
pelo mesmo efluente sintético (a 
base de glicose)
+ Mesmas condições operacionais
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Materiais alternativos
● Pesquisa Baettker (2015) 
ETAPA
Remoção de DQO (%)
Carvão Cerâmica Borracha
1 94 81 88
2 79 60 63
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Um pouco de microbiologia
● “Domínios” vida microbiológica:
+ Bacteria
+ Archaea (Arqueas) - anaeróbios
+ Eukarya (microalgas, fungos, protozoários)
● Vírus: parasitas intracelulares que não pertencem a nenhum desses 
grupos
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Um pouco de microbiologia
● Tipos de células
+ Bacterias: células procarióticas
+ Arqueas: células procarióticas
+ Eukarya: células eucarióticas
● Células eucarióticas são geralmente mais complexas
● Procariontes se dividem por fissão binária e eucariontes por mitose
● Algumas estruturas são ausentes em procariontes (complexo de 
Golgi, retículo endoplasmático, mitocôndrias, cloroplastos)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
● Principais diferenças entre arqueas e bacterias (Sant´Anna Jr, 2010)
+ Parede celular
• Bactérias: peptideoglicanos
• Arqueas: polissacarídeos, glicoproteínas, proteínas e 
pseudo-peptideoglicanos 
+ Lipídeos das membranas
• Arqueas: ligações do tipo éter com glicerol (contém ácidos 
graxos ramificados de cadeia longa)
• Bactérias: Ácidos graxos de cadeia linear, unidos por ligação 
éster com glicerol
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Um pouco de microbiologia
Células eucarióticas 
Células procarióticas
Procarionte Eucarionte
Nos reatores biológicos há 
biomassa com grande 
diversidade microbiana, 
com diferentes tipos de 
interação
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Interações
● Simbiose (relação entre duas espécies)
+ Mutualismo: benéfica para ambos
+ Comensalismo: benéfica para uma delas (sem efeito p/ a outra)
● Parasitismo: quando um organismo vive no interior ou em conjunto 
com outro (há benefício somente para um deles)
● Neutralismo: presença de uma espécie não afeta a outra
● Predação: uma espécie se nutre da outra
● Sintrofia: duas ou mais espécies cooperam para gerar algo que 
nenhuma delas conseguiria isoladamente
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Interações
● Protozoários se alimentam de bactérias em sistemas de lodos 
ativados
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Interações
● Rotíferos
+ Atuam na remoção de bactérias 
livres em sistemas biológicos
+ “Os grãos fecais (revestidos de 
muco) produzidos por esses 
organismos parecem contribuir 
para a formação dos flocos 
microbianos” (Bitton, 1994)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Comensalismo
● Nitrobacter é beneficiada pela espécie 
Nitrosomonas no processo de nitrificação
● Este último transforma o nitrogênio 
amoniacal em nitrito 
● Substrato preferencial do primeiro grupo
► Mutualismo
● Bactérias aeróbias (em lagoas) fornecem 
nutrientes às algas e em troca recebem 
oxigênio para as atividades metabólicas
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Mecanismos de degradação da matéria orgânica
● Todos seres vivos precisam de
+ Energia
+ Carbono
● Fontes de carbono
+ Autótrofos: 
+ Heterótrofos
● Fontes de energia
+ Fototróficos: luz
+ Quimiotróficos: energia vem de reações químicas
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Mecanismos de degradação da matéria orgânica
● Com exceção das lagoas facultativas, há pouca influência da luz nos 
sistemas (baixa área de exposição e elevada turbidez)
● Predominância
+ Quimioautótrofos
+ Quimioheterótrofos
● Fluxo de carbono e energia: metabolismo
+ Catabolismo: produção de energia (degradação da M.O.)
+ Anabolismo: consumo da energia (formação de material celular)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Resumo
Ao degradarem a matéria orgânica os microrganismos
produzem energia para crescimento e multiplicação.
Degradação: converter a matéria orgânica mais complexa
para substâncias mais simples e com menor peso molecular
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Mecanismos de degradação da matéria orgânica
● Esse é o conceito chave a respeito da relação entre microrganismos 
e matéria orgânica
● Consequentemente oconceito chave do tratamento biológico
● Há uma diferenciação importante quanto a via que ocorre essa 
degradação
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Vias de degradação
● A matéria orgânica é alimento para os microrganismos (linguagem 
mais técnica: “substrato”)
● Há diferentes rotas metabólicas para degradação dos substratos e 
obtenção de energia (respiração e fermentação celular)
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Respiração celular
● Processo de obtenção de energia
● Muito complexo
● Mas há uma linha mestra de raciocínio: 
● “Na respiração, elétrons de um substrato oxidável (matéria orgânica) 
são transferidos (através de complicadas reações) para um receptor 
de elétrons, quase sempre inorgânico
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Respiração celular
● Respiração aeróbia: o oxigênio é o receptor final (ou aceptor) de 
elétrons
● Respiração anaeróbia: elemento diferente do oxigênio (sulfatos, 
CO2) é o receptor final de elétrons
● Respiração anóxica: os nitratos são os receptores de elétrons
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES
► Estudos importantes para o projeto de reatores biológicos
● Cinética
+ Crescimento
+ Decomposição
+ Inibição
• Componente tóxico
• Excesso/falta de substrato e/ou nutrientes
● Fluidodinâmica
+ Modelos hidráulicos de reator
+ Anomalias de escoamento
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
► Características principais
● Existem várias configurações de reatores para tratamento aeróbio
+ Filtro biológico
+ Discos rotativos
+ Outros
● Mais conhecida, importante e difundida: sistema de lodos ativados
+ Batelada: 1914
+ Fluxo contínuo: 1917
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
►Esquema de um sistema de lodos ativados (contínuo)
esgoto
recirculação
efluente
Lodo em excesso
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
►O sistema de lodos ativados visto como um todo
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
● Efetivos para uma série de efluentes
● Elevada eficiência de remoção (facilmente > 90% de 
DBO)
● Críticas
+ Geração de lodo
+ Consumo de energia e nível mais complexo de 
funcionamento (custos)
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
● Reator aerado
+ Neste compartimento haverá a degradação biológica
+ Efluente e biomassa estão em contato efetivo
+ Graças à intensa mistura necessária no tanque
+ Remoção de matéria orgânica
+ Em determinadas condições: remoção de matéria 
nitrogenada
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
+ Reator aerado do lodos ativados: mistura completa
+ Introdução do ar:
• Aeradores mecânicos
• Difusores de fundo
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
● Decantador secundário
+ No reator aerado, efluente e biomassa estão 
intensamente misturados
+ Haverá saída de biomassa junto com o efluente na 
saída do reator
+ É necessário um procedimento, pois com essa 
qualidade, o efluente (cheio de biomassa) prejudicará a 
qualidade do corpo receptor
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
+ O decantador secundário tem justamente a função de 
separar as fases (sólida e líquida) obtendo assim um 
efluente mais clarificado
+ Parte da biomassa que se sedimenta no decantador é 
reconduzida para dentro do reator aerado
+ Motivo: manter constante a concentração de sólidos 
dentro do reator
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
+ Atenção: o decantador secundário é apenas uma 
unidade de separação
+ Não deve funcionar como um reator biológico
+ Para isso ele é dimensionado com reduzidos tempos 
de detenção hidráulica
+ Tempos estes que sejam estritamente suficientes para 
promover a sedimentação da biomassa
TRATAMENTO AERÓBIO DE EFLUENTES
● Variações do sistema convencional
+ Lodos ativados com aeração prolongada
+ Lodos ativados em batelada
Aeração prolongada
Lodos ativados intermitente (batelada)
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Características principais
● Conhecidos desde os tanques sépticos (sec XVIII)
● Desenvolvimento maior: crise energética que abalou o 
mundo nos anos 1970
● Também efetivos para vários efluentes
● Eficiências menores (em relação aos aeróbios) –
geralmente precisam de pós-tratamento
● Maior simplicidade e menor geração de lodo
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Conversão anaeróbia
Matéria 
orgânica Novas células
produtossubNOHCCOCHnutrCOHNS 27524
bactérias
 
metano
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Vantagens e desvantagens
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Tanques sépticos
● Desenvolvido por Louis Mouras (França, por volta de 
1870)
● O lodo mais denso se sedimenta e sofre digestão 
anaeróbia no fundo
● Reator de contato pouco efetivo entre as fases (líquida e 
sólida), por isso eficiência apenas razoável (DBO)
● Eficiências usuais:
+Matéria orgânica: 40 a 60%
+Sólidos sedimentáveis: 50 a 70%
+Óleos/gorduras/graxas: 70 a 90%
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Filtro anaeróbio
● Podem ser considerados evoluções das fossas
● Surgiram na década de 1950 e ampliaram as 
possibilidades das configurações anaeróbias
● Primeiras investigações no Brasil: 1970
● Basicamente, os filtros anaeróbios constituem-se de 
tanques contendo leito de material inerte 
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
● Este material serve de suporte para aderência e 
desenvolvimento de microrganismos
● Reator com biomassa aderida (mas há tb biomassa 
suspensa entre o material particulado
● Mais adequados para pós-tratamento
● Efluentes com uma carga já menor de sólidos (assim, 
evita-se a “colmatação”
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Reatores UASB
● “Upflow anaerobic sludge blanket”
● Reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo
● Grande evolução da tecnologia anaeróbia
● Configuração anaeróbia mais utilizada para tratamento 
biológico de efluentes
● Desenvolvido pelo holandês Gatse Lettinga no final dos 
anos 1970
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
● Efetivos nas ETEs brasileiras
● Fenômeno “chave”: granulação do lodo
● Grânulo: colônia de biomassa da ordem de alguns 
milímetros
● Estrutura mais rígida e efetiva que os flocos (que 
também podem estar presentes na biomassa)
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
● O tamanho do grânulo permitiu aplicações de maiores 
velocidades ascensionais
● Menores TDHs
● Separador trifásico: dispositivo simples que auxilia na 
permanência de biomassa dentro do reator
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
● UASB
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
►Reatores anaeróbios de leito fluidificado/expandido
● Um dos melhores representantes com biomassa 
imobilizada
● Vantagens:
+ o escoamento permite um ótimo contato entre as 
fases líquida e sólida
TRATAMENTO ANAERÓBIO DE EFLUENTES
+ O escoamento também possibilita um ótimo controle da
espessura do biofilme
+ São evitados problemas de escoamentos preferenciais,
de entupimento, e de retenção de gás, geralmente
encontrados em reatores de leito fixo;
+ O biofilme fino permite boa difusão do substrato para as
camadas mais profundas, não existindo assim camadas
inativas
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Lagoas de estabilização
● Sistemas mais simples para tratamento de esgotos
● Diversas variantes
● Diferentes níveis de simplicidade operacional e
requisitos de área
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Principais sistemas de lagoas
+ Lagoa facultativa
+ Lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa (sistema
australiano)
+ Lagoa aerada facultativa
+ Lagoa aerada de mistura completa seguida por lagoa
de decantação
TRATAMENTOPOR LAGOAS
● As lagoas anteriores são utilizadas para remoção de
matéria carbonácea
● Além dessas lagoas, ainda existem as lagoas de
maturação, direcionadas à remoção de patogênicos
(desinfecção)
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Sistema de lagoa facultativa
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Sistema extremamente simples
● Há uma “divisão” (imaginária) da lagoa em três regiões,
ao longo da profundidade:
+ Região aeróbia (próxima da superfície)
+ Região anaeróbia (mais próximas ao fundo da lagoa)
+ Região facultativa (entre a aeróbia e a anaeróbia)
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Na região superior (aeróbia) as algas realizam
fotossíntese (por isso é necessária uma grande área de
exposição aos raios solares), liberando oxigênio
● O oxigênio também é introduzido na superfície em
virtude da agitação provocada pelos ventos
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Não possui problemas acentuados de maus odores
● H2S formado na região anaeróbia é oxidado na zona
aeróbia
● Sistema ideal para regiões com elevada radiação solar
● Ponto desfavorável: grandes requisitos de área (o maior
de todas as alternativas)
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Sistema lagoa anaeróbia + lagoa facultativa
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Veio como uma alternativa ao sistema anterior
● Possui menos requisitos de área
● O esgoto entra inicialmente em uma lagoa com área
bem menor e mais profunda (predominantemente
anaeróbia)
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Primeira lagoa, TDH entre 3 e 5 dias, ocorre uma
remoção de matéria orgânica da ordem de 50 a 60%
● “Alívio” de carga para a lagoa facultativa (que pode ser
bem menor)
● “Sistema australiano”
● Maus odores na lagoa anaeróbia
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Sistema lagoa aerada facultativa
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Facultativa com menores dimensões (em relação ‘a
convencional)
● Diferença  a forma de introdução do oxigênio
● Aeradores mecânicos (que não garantem aeração
completa)
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Consegue-se dimensões bem menores (menor TDH)
● é possível se obter melhor distribuição do oxigênio e das
reações de degradação
● TDH de 5 a 10 dias
● Ponto desfavorável: aumento do nível de complexidade
de operação
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Sistema lagoa aerada de mistura completa + lagoa de
decantação
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Sistema semelhante ao sistema de lodos ativados
● Nessa configuração, a aeração é mais potente que na
lagoa descrita anteriormente
● É possível atingir aeração em todas as regiões da lagoa,
e por isso ela é chamada de “mistura completa”
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Aeração é conseguida por potentes aeradores
● Sólidos ficam em suspensão (grande turbulência)
● Há um ótimo contato entre o esgoto e a biomassa
● Problema: a saída dessa biomassa junto ao efluente
(mesmo problema do lodos ativados) requer a instalação
de uma lagoa de decantação (não há recirculação)
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Exercício: dimensionar uma lagoa facultativa, com base
nos seguintes dados:
● Adotar modelo ideal de mistura completa
● Temperatura do líquido no mês mais frio: 20oC
● População: 20000 hab
● Vazão afluente: 3000 m3/d
TRATAMENTO POR LAGOAS
● DBO afluente: 350 mg/L
● Considere que a concentração máxima de sólidos no
efluente seja de 100 mg/L
Mistura completa
“Pistão”
►Reatores de mistura completa em série
► Aplicação dos conceitos: estimativa da DBO efluente
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Taxa de aplicação superficial (Ls)
+ É o parâmetro essencial na determinação da área da
lagoa
+ A taxa é definida pela carga de DBO (KgDBO/dia)
dividida pela unidade de área
+ Varia conforme vários fatores, principalmente em
função da temperatura
● Recomendações (Von Sperling)
+ Região com inverno quente e elevada insolação: Ls =
240 a 350 kgDBO/ha.dia
+ Região com inverno e insolação moderados: Ls = 120
a 240 kgDBO/ha.dia
+ Região com inverno frio e baixa insolação: Ls = 100 a
180 kgDBO/ha.dia
+ Taxa adotada: Ls = 200 kgDBO/ha.dia
● Cálculo da carga afluente de DBO
+ No enunciado foi fornecida uma DBO afluente (ou
seja, na entrada da lagoa) de 350 mg/L
+ Convertendo as unidades: DBO = 0,350 Kg/m3
+ A carga afluente de DBO é definida assim:
+ Carga = concentração x vazão
+ Carga = 0,350x3000 = 1050 Kg DBO/dia
● Cálculo da área requerida para a lagoa
Ls = carga/área
Área = carga/Ls
Área = 1050/200 = 5,25 ha
Área = 52500 m2
● Cálculo da área requerida para a lagoa
Ls = carga/área
Área = carga/Ls
Área = 1050/200 = 5,25 ha
Área = 52500 m2
● Adoção da profundidade da lagoa (H)
+ A recomendação é de H entre 1,5 e 3,0 m
+ Adota-se H = 2,0 m
● Volume da lagoa: V = 52500x2,0 = 105000 m3
● Cálculo do tempo de detenção hidráulica (TDH)
+ Para lagoas facultativas o TDH deve ficar entre 15 e
45 dias
+ TDH = volume/vazão = 105000/3000 = 35 dias
+ Dentro do intervalo recomendado: OK!
● Estimativa da DBO efluente
+ No esgoto existem sólidos dissolvidos e sólidos
suspensos
+ As duas modalidades de sólidos contribuem para a
DBO
► Aplicação dos conceitos: estimativa da DBO efluente
● DBOsoluvel
+ É usual adotar o modelo de mistura completa (para
uma ou mais células), devido as seguintes razões:
• Cálculos mais simples
• Segurança (o reator de MC prevê uma menor
eficiência  lagoa maior para dar uma mesma
eficiência)
+ Supondo um modelo de mistura completa
+ S: DBOsoluvel efluente
+ So: DBO afluente
+ K: coeficiente de remoção de DBO (uma valor entre
0,30 e 0,35 d-1 que deve ser corrigido quando a
temperatura do líquido é diferente de 20 graus – não
é o nosso caso)
+ t: tempo de detenção hidráulica
+ Dessa maneira a DBO solúvel efluente será:
+ DBOparticulada
• A literatura indica que 1 mg/L de sólidos
suspensos (SS) correspondem aproximadamente
a um intervalo de 0,3 a 0,4 mg/L de
DBOparticulada (vamos adotar 0,3)
30,4
9,12
9,12
9,12
39,52
● Eficiência da lagoa
39,52
88%
● Número de lagoas
+ Até agora temos os seguintes resultados:
• Área total: 52500 m2
• Volume total: 105000 m3
● Como a área é muito grande (dificuldades construtivas)
adotaremos duas lagoas, cada uma com metade da
área total (A = 26250 m2)
● Dimensões
+ Admitindo-se uma relação comprimento/largura (L/B)
igual a 2,5, tem-se:
● Dimensões finais
+ São adotadas duas lagoas com:
L = 258 m
B = 103 m
H = 2,0 m
● Área total requerida pelo sistema
+ A área total requerida para as lagoas, incluindo os
taludes e área de influência, é cerca de 25% a 33%
maior que a área líquida calculada
+ Portanto a área total deverá ser próxima de 3,5 ha
● Acúmulo de lodo
+ A taxa de acumulação de lodo para uma lagoa
facultativa fica entre 0,03 e 0,08 m3/hab.ano
+ Vamos adotar uma taxa de 0,05 m3/hab.ano
+ Para uma população de 20000 habitantes (dado do
exercício) o acúmulo será de: 20000.0,05 = 1000
m3lodo/ano
● Acúmulo de lodo
+ Cada lagoa terá um acúmulo anual de lodo de 500 m3
+ Área da lagoa = 258x103 = 26574 m2
Altura: 500/26574 = 0,019 m = 1,9 cm de lodo / ano
+ Em 20 anos de operação (geralmente este é o
alcance de projeto) haverá uma espessura de 38 cm
de lodo
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Desinfecção de esgotos
● Interesse cada vez maior
● Inativação de patogênicos
● Opções:
+ Cloro, UV, ozônio, lagoas de maturação
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Esgoto bruto: 1,0 x 107 NMP/100 mL de CF
● Água potável: ausente
TRATAMENTO POR LAGOAS
►Lagoas de maturação
● Objetivo principal: inativação de patogênicos
● “Bônus”: remoção adicional de DBO (modesta)
● O ambienteideal para os microrganismos patogênicos é
o trato intestinal humano
● Fora deste, os patogênicos tendem a morrer
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Diversos fatores contribuem para isso
+ Temperatura
+ Radiação
+ Escassez de alimento
+ Organismos predadores, competição
+ Outros
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Lagoas de maturação buscam potencializar parte
desses fatores
● Vários desses mecanismos se tornam mais efetivos com
menores profundidades
● Por este motivo as lagoas de maturação são mais rasas
se comparadas aos demais tipos
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Elevadas eficiências são possíveis (inclusive para
cumprir os padrões de descarte)
● Essas lagoas usualmente atingem eliminação total de
helmintos (vermes), por exemplo
● Atenção: técnica não se adéqua a tratamento de água –
ordens de grandeza água/esgoto são bem distintas
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Estudos empíricos mostraram que a redução é mais
significativa quando o sistema é composto por mais de 3
lagoas de maturação em série
● Da mesma maneira que para as outras lagoas, o
equacionamento varia conforme o regime hidráulico
adotado
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Equacionamento - para lagoas de maturação em MC,
em série (mais usual), temos:
N: coliformes no efluente (organismos/100 mL)
No: organismos no afluente (organismos/100 mL)
Kb: coeficiente de decaimento bacteriano (como uma
espécie de “taxa de mortalidade”)
T: tempo de detenção hidráulica (dias)
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Quanto maior o coeficiente kb, maior será a velocidade
de declínio dos microrganismos patogênicos, e maior
será a eficiência da desinfecção
● Para uma lagoa de mistura completa, por exemplo
+ kb está entre 0,4 e 1,0 (lagoa facultativa)
+ kb está entre 0,5 e 2,5 (lagoa de maturação)
TRATAMENTO POR LAGOAS
Exercício: dimensionar um sistema de lagoas de
maturação para tratar os efluentes das lagoas
facultativas do exemplo anterior
● População: 20000 hab
● Vazão afluente: 3000 m3/d
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Dimensões das facultativas
+ Comprimento: L = 258 m
+ Largura: B = 103 m
+ Profundidade: H = 2,0 m
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Coliformes no esgoto bruto
+ Produção per capita de CF: 4x1010 (Von Sperling)
+ Carga de coliformes
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Concentração de coliformes fecais no esgoto bruto
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Remoção de patogênicos na lagoa facultativa: embora
tenha sido projetada para promover remoção de matéria
orgânica, também promoverá a remoção parcial de
patogênicos
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Cálculo da concentração de coliformes fecais no
efluente da facultativa
+ Já vimos que no afluente da facultativa: No= 2,7.107
CF/100mL
+ Admitindo um regime de MC
+ Adotando kb = 1,0 (tabelado Von Sperling)
TRATAMENTO POR LAGOAS
TRATAMENTO POR LAGOAS
+ Entrada: 2,7.107 CF/100mL
+ Saída: 7,5.105 CF/100 mL
+ Parece pouco eficiente?
+ Vamos calcular a eficiência
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Concentração efluente da facultativa será a
concentração afluente do sistema de lagoas de
maturação
● Para uma redução mais significativa adotaremos 3
lagoas de maturação (n = 3)
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Volume das lagoas de maturação
+ TDH: Os pesquisadores recomendam um tempo de
detenção mínimo de 3 dias para cada lagoa de
maturação
+ Vamos adotar TDH = 4,5 dias
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Dimensões de cada lagoa de maturação
+ A profundidade recomendada fica entre 0,8 e 1,5 m
(bem menor que nas facultativas)
+ Vamos adotar H = 1,0 m
+ Área superficial de cada lagoa
TRATAMENTO POR LAGOAS
+ Área superficial de cada lagoa
TRATAMENTO POR LAGOAS
+ As lagoas de maturação podem ser quadradas
+ Assim
• Comprimento: L = 117 m
• Largura: B = 117 m
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Área total requerida
+ A área total requerida para as lagoas de maturação é
cerca de 25% maior que a área calculada para cada
lagoa
+ Para três lagoas: Atotal = 1,25.3.117.117 = 51334 m2
+ Área = 5,2 ha
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Concentração de coliformes no efluente das lagoas de
maturação (última lagoa)
+ São três lagoas de mistura completa em série:
TRATAMENTO POR LAGOAS
+ Em lagoas de maturação de MC, os valores de kb
variam de 0,5 a 2,5 d-1
+ Os valores efetivos de kb são determinados através
de ensaios prévios
+ Mas são fortemente influenciados pela temperatura
local
TRATAMENTO POR LAGOAS
+ Supondo uma região de clima quente, adotaremos kb
= 2,0 d-1
TRATAMENTO POR LAGOAS
+ Constata-se uma eficiência bastante elevada
+ Em termos práticos pode-se dizer que o sistema de
lagoas proposto atende aos padrões de qualidade
para rios de classe 2 (menor que 1000 CF/100mL)
TRATAMENTO POR LAGOAS
● Eficiência de remoção das lagoas de maturação
● Eficiência global do sistema
WETLANDS
►Histórico
● São sistemas de tratamento de águas residuárias
● Incluídos na categoria de sistemas naturais
● Segundo Metcalf e Eddy (1991) são divididos em dois
tipos: sistemas de aplicação no solo; sistemas de
tratamento aquático
WETLANDS
● Possuem condições para formar um sistema de
tratamento bastante completo e eficiente
● Sucesso já foi comprovado pelo seu histórico
● Primeiros estudos sobre esses sistemas iniciaram-se na
Europa na década de 1950 e nos Estados Unidos em
1960 (EPA, 1999)
WETLANDS
● Maior desenvolvimento entre 1970 e 1980
● Na Europa, os wetlands construídos, de modo geral, são
conhecidos como “Reed Bed Treatment System”
● Nos EUA como “Vegetated submerged bed”
● Não há ainda um consenso na nomenclatura (“zonas de
raízes”; “leitos cultivados”)  Wetlands
WETLANDS
● O primeiro experimento: 1952 em Pion (Alemanha)
● Somente em 1977 foi construído sistema real
(Othfresen)
● Posteriormente se espalhou para outros países
WETLANDS
● Década de 1980: wetlands na despoluição do rio Tamisa
● No rio Mississipi: as macrófitas flutuantes absorveram
1.600kg de nitrogênio, 360kg de fósforo, 12.300kg de
fenóis e 43kg de oligoelementos (minerais como zinco,
cobre e outros) altamente tóxicos (Rodrigues, 1999)
WETLANDS
►Classificação dos sistemas wetlands construídos
● Flutuantes: enraizadas com folhas flutuantes (Ex:
Nymphaea, Nuphar, Potamogeton e Hydricotyle); ou
livres (Ex: Lemna, Eichhornia e Spirodela)
WETLANDS
● Submersas: enraizadas - crescendo totalmente debaixo
d'água
WETLANDS
● Emergentes:
+ Enraizadas no sedimento (substrato)
+ Folhas crescem para fora da água
+ Subdivide-se em dois tipos:
• Fluxo superficial
• Fluxo sub-superficial (mais utilizados no mundo)
WETLANDS
►Wetlands de fluxo sub-superficial
● Fluxo Horizontal
+ Bastante utilizados tanto na Europa como nos Estados
Unidos para tratamento secundário e terciário de águas
residuárias
+ Remoção de sólidos suspensos, bactérias e DBO
WETLANDS
● Fluxo Vertical
+ Europa desde 1950
+ Não são comuns nos EUA
+ Capacidade de completa nitrificação
+ Transformação da amônia em nitrito e depois nitrato
(com oxigênio)
WETLANDS
►Componentes
● Meio suporte
+ Dupla função: filtração e suporte para o
desenvolvimento das plantas
+ As características físicas (uniformidade, porosidade e
condutividade hidráulica) influenciam os processos
WETLANDS
+ Deve ser cuidadosamente selecionado (assim como já
mencionado para os outros reatores biológicos)
+ A seleção do meio suporte está diretamente
relacionada com o tipo de escoamento e de remoção
de poluentes desejada
WETLANDS
● Macrófitas
+ Crescem no meio suporte e absorvem nutrientes ao
mesmo tempo em que mantêm a permeabilidadedo
solo por meio de seu sistema radicular
+ Diversas plantas de origem terrestre se adaptam a
ambientes aquáticos saturados
+ Ainda há incerteza quanto a magnitude de participação
das macrófitas
WETLANDS
+ Emergentes
• taboa (Typha angustifolia L. ou Typha latifólia) junco
(Juncus spp e junco ingens), caniço (Phragmites
spp), Schoenoplectus validus, bunho (Carex spp),
Scirpus lacustris L., Eleocharis spp e lírios-do-
charco ou lírio-dos-pantanos (Íris pseudocorus L.).
WETLANDS
+ As raízes das plantas ajudam a diminuir a turbidez ao
remover sólidos suspensos
+ O material adsorvido pelas raízes forma um excelente
ecossistema para o desenvolvimento de fungos e
bactérias que decompõem a matéria orgânica
+ Os produtos mineralizados por este processo são, em
parte, absorvidos pelas plantas
WETLANDS
+ Suprimento da demanda de nutrientes necessários ao
seu crescimento.
+ As plantas exercem papel fundamental no tratamento,
pois proporcionam superfície para biofilmes (???)
+ Transferem oxigênio para a coluna de água através das
raízes e fazem isolamento térmico
+ E o que mais? Beleza! (compare um wetland com uma
fossa séptica e tire sua própria conclusão)
WETLANDS
● Microrganismos
+ Algas, fungos, protozoários e bactérias (maior número)
+ Eles decompõem a matéria orgânica, ativam os
processos biogeoquímicos
+ Atuam sobre outros microrganismos presentes nas
águas residuárias (desinfecção por predação)
WETLANDS
+ O metabolismo de microalgas, fungos e protozoários
desempenham um papel ativo na depuração das águas
residuárias.
+ As bactérias são os microrganismos mais abundantes e
acredita-se que elas são as responsáveis pela maior
parte do tratamento das águas residuárias
WETLANDS
►Vantagens e desvantagens
● Vantagens
+ Custos de construção e operação relativamente baixos
+ Fácil manutenção
+ Tolerância a flutuações no ciclo hidrológico e nas
cargas de contaminantes
WETLANDS
+ Possibilidade de se obterem alguns benefícios
adicionais (paisagismo)
+ Não requer o uso de energia
+ Não requer produtos químicos ou equipamentos
mecânicos
+ Redução da matéria orgânica e dos sólidos
sedimentáveis
+ Não possui mau cheiro
WETLANDS
+ Possibilidade de um tratamento eficaz sem a
necessidade de equipamentos complexos
+ Possibilidade de reciclagem, reutilização e a
valorização dos efluentes
+ “Alta produção de biomassa que pode ser utilizada na
produção de ração animal, energia (biogás) e
biofertilizantes (compostos orgânicos)”
+ Considerável redução de patógenos
WETLANDS
+ Remoção satisfatória de matéria orgânica, sólidos
suspensos, nitrogênio e fósforo
● Desvantagens
+ Podem causar problemas com mosquitos
+ Necessidade de caracterizações precisas dos sólidos
do efluente a tratar, do tipo de enchimento, do ciclo
hidrológico e do regime de temperaturas
+ Colmatação (grande problema – maiores cuidados!)
WETLANDS
+ Requer um período de início até a vegetação estar bem
estabelecida (formação de biomassa no meio filtrante)
+ Alguns compostos orgânicos removidos pelo sistema
podem estar ligados aos sedimentos e se acumularem
ao longo do tempo.
+ Eficiências sazonais
WETLANDS
►Histórico no Brasil
● Primeiros estudos por Enéas Salati a partir de
observações feitas nas planícies inundadas da Amazônia
● Em 1982 este pesquisador fez sua primeira tentativa de
uso desta tecnologia
● Construção de um lago artificial próximo a um córrego
poluído com metais pesados, em Piracicaba
WETLANDS
● São Paulo:
+ UNESP implantou em 1995 um sistema wetland na
Fazenda Experimental Lageado para o tratamento de
esgoto de 12 (dose) domicílios com cerca de 60
(sessenta) pessoas
● Santa Catarina:
+ No município de Joinville, sistemas desse tipo vêm
sendo utilizados para o tratamento secundário de
esgotos de comunidades rurais desde 1998
WETLANDS
● Paraná:
+ Desde 1999, tem sido utilizado pela Sociedade de
Pesquisa de Vida Selvagem (SPVS),
+ Esses sistemas até 2004 existiam em dez localidades,
sendo um deles na região metropolitana de Curitiba
(Escola de Campo Magro) atendendo a um total de 150
pessoas
+ A UTFPR sediou o 2° Simpósio Brasileiro Sobre
Wetlands Construídos
WETLANDS
►Simpósio Wetlands (Rodrigues, 2015)
● “Zona de raízes: experiência vivenciada numa escola rural
no município de Campos Novos(SC)”
+ Existem, no Brasil, 89.160 escolas públicas rurais
+ 11.157 não possuem sequer sanitários
+ zona de raízes se apresentam como uma solução
+ Ferramenta preciosa de educação ambiental
WETLANDS
+ Objetivo: implantar e avaliar um sistema de tratamento
de efluentes sanitários do tipo zona de raízes, com a
participação da comunidade local, que se enquadrasse
ao máximo em todas as dimensões da
sustentabilidade, em uma escola rural no município de
Campos Novos/SC.
WETLANDS
+ Material suporte: brita nº 3
+ Areia grossa como material filtrante e leito de
sustentação com macrofitas da espécie Tipha sp
+ Os filtros plantados foram impermeabilizados por manta
de polietileno com espessura de 800 micra
WETLANDS
+ O sistema zona de raízes foi operado
experimentalmente de novembro de 2010 a julho de
2011
+ Os parâmetros avaliados foram: DBO, NH₄⁺-N, NO₃⁻ e
PO₄³⁻