Introdução ao Tratamento de Águas Residuárias

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
 
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CIV 441  
INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE ÁGUAS 
RESIDUÁRIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROF. ANN H. MOUNTEER 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VIÇOSA-2017 
ÍNDICE 
 
I. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 1 
1.1. Poluição Hídrica Difusa x Pontual ............................................................................ 1 
1.2. Definições ................................................................................................................ 1 
1.3. Parâmetros de Caracterização e Efeitos Poluidores de Águas Residuárias ............ 1 
1.4. Esgotomento Sanitário ............................................................................................ 2 
1.5. Principais Objetivos do Tratamento ......................................................................... 3 
1.6. Legislação Pertinente .............................................................................................. 3 
1.7. Níveis de Tratamento .............................................................................................. 5 
1.8. Fluxograma de uma ETE ......................................................................................... 6 
1.9. Tendências .............................................................................................................. 6 
1.10. Normas Brasileiras Pertinentes (ABNT) ................................................................. 6 
 
II. CARACTERIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS ..................................................................... 7 
2.1. Vazão (Q) ................................................................................................................ 7 
2.2. Características de Esgotos Sanitários ....................................................................11 
2.3. Características de Efluentes Industriais ..................................................................11 
2.4. Carga Poluidora ......................................................................................................12 
2.5. Eficiência Exigida na ETE .......................................................................................14 
2.6. Critérios de Dimensionamento Baseados em Vazão e Carga .................................15 
 
III. UNIDADES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO ............................................ 17 
3.1. Processos e Sistemas Utilizados em ETEs ............................................................17 
3.2. Processos Auxiliares ..............................................................................................17 
3.3. Tratamento preliminar .............................................................................................18 
3.4. Tratamento Primário - Remoção de Sólidos em Suspensão ...................................19 
3.5. Tratamento Secundário (Biológico) - Remoção de Matéria Orgânica .....................20 
3.6. Descrição dos Principais Processos Biológicos ......................................................21 
3.6.1. Tanque séptico e filtro anaeróbio (sistema fossa-filtro) ............................................................ 21 
3.6.2. Reator UASB ............................................................................................................................... 22 
3.6.3. Digestor anaeróbio ..................................................................................................................... 22 
3.6.4. Lagoas de estabilização .............................................................................................................. 23 
3.6.5. Lodos ativados ............................................................................................................................ 24 
3.6.6. Filtro biológico percolador (FBP) ................................................................................................ 25 
3.6.7. Disposição no solo ...................................................................................................................... 25 
3.6.8. Combinação de processos biológicos ......................................................................................... 26 
3.7. Microbiologia e Bioquímica de Processos Biológicos ..............................................27 
3.8. Tratamento Terciário ..............................................................................................37 
3.9. Tratamento de Lodo ...............................................................................................38 
 
IV. PROJETO, MODELAGEM E MONITORAMENTO DE ETES ............................................. 40 
4.1. Estudo de Concepção do Sistema de Tratamento ..................................................40 
4.2. Comparação Técnico-Econômica de Processos de Tratamento .............................43 
4.3. Modelagem de Reatores ........................................................................................33 
4.3.1. Fundamentos ............................................................................................................................. 33 
4.3.2. Cinética de reatores ................................................................................................................... 36 
4.3.3. Hidráulica de reatores ................................................................................................................ 40 
4.4. Monitoramento da ETE ...........................................................................................48 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................... 49 
 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
1 
 
I. INTRODUÇÃO 
1.1. Poluição Hídrica Difusa x Pontual 
 
1) Poluição difusa 
a) escoamento superficial de áreas urbanas e agrícolas, deposição atmosférica 
b) difícil de identificar e tratar 
c) controle requer planejamento e manejo do uso e ocupação da bacia 
 
2) Poluição pontual 
a) descarte de esgotos a partir de indústrias, prédios, redes coletoras 
b) fácil de identificar e controlar 
c) alvo de tratamento em estações de tratamento de esgotos (ETEs) 
 
1.2. Definições 
 
1) Águas residuárias (residuais) = águas descartadas que resultam da utilização da água 
para diversos processos 
 
2) Esgoto sanitário = despejo líquido constituído de esgotos doméstico e industrial, água de 
infiltração e a contribuição pluvial parasitária (NBR 9648, ABNT, 1986) 
a) esgoto doméstico = despejo líquido resultante do uso da água para higiene e 
necessidades fisiológicas humanas 
b) esgoto (efluente) industrial = despejo líquido resultante dos processos industriais, 
respeitados os padrões de lançamento estabelecidos 
c) água de infiltração = toda água proveniente do subsolo, indesejável ao sistema 
separador e que penetra nas canalizações; 
d) contribuição pluvial parasitária = parcela do deflúvio superficial inevitavelmente 
absorvida pela rede de esgoto sanitário 
 
1.3. Parâmetros de Caracterização e Efeitos Poluidores de Águas Residuárias 
 
1) Parâmetros de caracterização 
 
Físicos Quimicos 
 Condutividade elétrica Orgânicos 
 Cor  DBO, CQO, COT 
 Sólidos  Surfactantes 
 Temperatura  Fenóis 
Biologicos  Óleos e graxas 
 Patágenos  Desregularoes endócrinos (DE) 
 Vírus  Fármacos e produtos de cuidados pessoais (PPCPs) 
 Bactérias  Poluentes orgânicos persistentes (POPs) 
 Protozoários – (oo)cistos Inorgânicos 
 Helmintos – ovos viáveis  pH e alcalinidade 
 Toxinas  Cloretos 
  Gases 
  Nitrogênio, fósforo 
  Metias pesadosCIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
2 
 
3) Efeitos do lançamento de esgotos in natura nos corpos receptores 
 
Poluente / 
contaminante 
Efeito poluidor 
 
Sólidos em suspensão 
(SST, SSV) 
Depósitos de lodo - assoreamento 
Condiçoes anóxicas (falta de O2) 
Adsorçao de poluentes 
Proteção de patógenos 
Patógenos Doenças de veiculação hídrica 
Matéria orgânica 
biodegradável 
(DBO) 
Consumo de oxigênio 
Mortandade da vida aquática 
Condiçoes sépticas 
Matéria orgânica não 
biodegradável 
(Ex. pesticidas, 
detergentes, fármacos, 
POPs, etc.) 
Toxicidade 
Espumas 
Redução da taxa de reaeração 
Persistência, bioacumulação, 
biomagnificação 
Maus odores 
Sóldios inorgânicos 
dissolvidos 
(SDT, condutividade) 
Salinidade excessiva (RAS) 
Toxicidade a plantas 
Impermeabilização de solos 
Nutrientes 
(N,P) 
Eutrofização 
Toxicidade aos peixes (amônia) 
Methemoglobinia (nitrito) 
Poluição de águas subterrâneas 
Metais pesados 
(As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, 
Pb, Zn, etc.) 
Toxicidade 
Inibição do tratamento biológico 
Restrições ao uso agrícola 
Poluição de águas subterrâneas 
 
1.4. Esgotomento Sanitário 
 
 
 
 
1) Sistemas individuais e descentralizados – sem rede coletora de esgotos 
2) Sistemas centralizados – centros urbanos, redes coletoras, sistemas separadores 
Matéria 
orgânica
Bactérias
Oxigênio 
dissolvido
Distância
Ponto de 
lançamento
NH4
+, PO4
3-
NO3
-
Algas
Esgotamento
sanitário
Sistema individual
Sistema coletivo
Sistema separador
Sistema unitário
Sistema condominial
Sistema convencional
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
3 
 
1.5. Principais Objetivos do Tratamento 
 
1) Controle de impactos ambientais 
Impacto Poluente(s) a remover/controlar 
Assoreamento e condições sépticas 
Sólidos grosseiros, areia 
Sólidos sedimentáveis 
Depleção de O2 Matéria orgânica biodegradável - DBO 
Eutrofização Nutrientes (N, P) 
Toxicidade à vida aquática 
Matéria orgânica não biodegradável – DQO 
recalcitrante 
Metais 
Temperatura 
pH 
2) Promoção da saúde pública 
Impacto Poluente(s) a remover/controlar 
Doenças de veiculação hídrica Patógenos, SS 
Persistência, bioacumulação, toxicidade 
humana 
DQO recalcitrante 
Metais 
3) Viabilização de reúso 
Impacto Poluente(s) a remover/controlar 
Impermeabilização do solo 
Condutividade elétrica (sodicidade) 
Cloretos 
Metais 
Fitotoxicidade 
Condutividade elétrica 
Metais 
Fitossanidade Patógenos 
Agressividade ou Incrustabilidade 
Alcalinidade, pH 
Temperatura 
 
1.6. Legislação Pertinente 
 
1) Federal 
a) Resolução CONAMA 357/2005 
b) Resolução CONAMA 430/2011 
 
2) Estadual 
a) Deliberação Normativa Conjunta COPAM/CERH 01/2008 (GT de atualização) 
b) Licenciamento ambiental (DN COPAM 96/2006, 128/2008) 
 
3) Disposições gerais para lançamento de esgotos - Res. CONAMA 430/2011 
a) Efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados após o devido 
tratamento 
b) Lançamento não pode fazer com que limites para classe do corpo receptor sejam 
ultrapassados (Obs.: Na ausência de enquadramento, assumir Classe 2) 
c) Não permite lançamento em águas da classe especial 
d) Não permite diluição para atender aos limites 
e) Se vazão do corpo receptor < vazão de referência, restrições de caráter excepcional 
para efluentes que possam: 
i) causar efeitos tóxicos agudos a organismos aquáticos 
ii) inviabilizar o abastecimento para o consumo humano 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
4 
 
4) Condições e padrões de lançamento 
Parâmetro 
Res. CONAMA 430/2011 DN COPAM/CERH 01/2008 
Esgoto 
sanitário 
Demais 
sistemas 
Esgoto 
sanitário 
Demais 
sistemas 
Vazão máxima ≤ 1,5.Qmed ≤ 1,5.Qmed 
Idem 
CONAMA 
Idem 
CONAMA 
pH 
 
Temperatura 
 
Material flutuante 
 
O&G 
mineral 
 
animal/ 
vegetal 
 
DBO5 
(limite/eficiência) 
 
DQO 
(limite/eficiência) 
 
Surfactantes 
 
SST 
 
Toxicidade 
 
* NC = não consta 
 
5) Substâncias específicas com padrões estabelecidos - Res. CONAMA 430/2011 
a) Compostos orgânicos (listar): 
 
 
 
b) Substâncias inorgânicas (listar): 
 
 
 
c) Poluentes orgânicos persistentes (POPs) (listar): 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
5 
 
6) DN COPAM nº 96/2006 – convocação dos municípios mineiros para licenciamento 
ambiental de sistemas de tratamento de esgotos e DN COPAM 128/2008 – prorrogação 
de prazos 
a) Todo sistema deve alcançar eficiência mínima de 60%; atender  80% da pop. urbana 
b) Cronograma 
Grupo População 
Índice de 
coleta 
nº 
mun 
LP1 LI2 LO3 
% da pop. 
Estado 
1 > 150 mil 13 abr/2007 abr/2008 abr/2010 39,40 
2 30 mil a 150 mil > 70% 20 fev/2007 fev/2007 fev/2009 9,67 
3 50 mil a 150 mil < 70% 26 set/2007 set/2007 set/2010 13,26 
4 30 mil a 50 mil < 70% 22 set/2007 set/2007 set/2009 5,75 
1 Licença previa; 2 Licença de instalação; 3 Licença de operação 
 
Grupo População 
nº 
mun 
FCEI1 AAF2 
% da pop. 
Estado 
5 Estrada Real3 4 jun/2006 0,4 
6 20 mil a 30 mil 33 
mar/2007 – pop. atend. 20%; efic. 40% 
mar/2010 – pop. atend. 60%; efic. 50% 
mar/2015 – pop. atend. 80%; efic. 60% 
mar/2009 
mar/2012 
mar/2017 
5,3 
7 < 20 mil 735 cadastro RT mar/2008 mar/2017 26,25 
1 FCEI = Formulário integrado de caracterização do empreendimento 
2 AAF = Autorização ambiental de funcionamento; 3 municípios cortados pela Estrada Real 
 
 
1.7. Níveis de Tratamento 
 
1) Nível de tratamento x tamanho e forma do poluente 
 
2) Objetivos dos diferentes níveis de tratamento 
Nível Poluente removido Mecanismo de remoção 
Preliminar 
Sólidos grosseiros (> 1 cm) Físico 
Areia (> 0,2 mm) Físico 
Gordura Físico 
Primário SS (> 1 m), incluindo DBO particulada Físico; físico-químico 
Secundário 
(Biológico) 
DBO particulada e solúvel Biológico 
Terciário 
(Avançado) 
Nutrientes, patógenos, cor, matéria orgânica 
persistente, metais pesados, SDT, SST 
Físico, químico ou biológico 
 
3) Eficiência típica dos diferentes níveis de tratamento 
Nível 
Eficiência de remoção, % Atende à 
legislação DBO SST Nutrientes Coliformes 
Preliminar 5 – 10 5 – 20 0 10 – 20 Não 
Primário 25 – 50 40 – 70 0 25 – 75 Não 
Secundário 80 – 95 65 – 95 10-50 60 – 99 Usualmente 
Terciário 40 – 99 80 – 99 Até 99 Até 99,999 Sim 
Fonte: von Sperling, 1996; Jordão e Pessoa, 2005 
10-910-1010-1110-12 10-8 10-7 10-6 10-310-5 10-4
10-310-410-510-6 10-2 10-1 10 0 10 310 1 10 2
Sólidos Suspensos
m
μm
10-2
10 4
10-1
10 5
Sólidos ColoidaisSólidos Dissolvidos
Areia,
Sólidos Grosseiros
Tratamento terciário
(avaçado)
Tratamento secundário
(biológico) Tratamento 
primário
Tratamento 
preliminar
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
6 
 
1.8. Fluxograma de uma ETE 
 
1) ETE completa 
 
 
 
2) ETE simplificada 
 
 
 
1.9. Tendências 
1) Tratamento descentralizado (on-site wastewater treatment systems) 
2) Considerações ambientais e participação pública 
3) Conservação de energia 
4) ETE  estação de recuperação de água, energia, nutrientes e outros recursos (water and 
resource recovery plant) 
 
Exercício: Levantar as seguintes informações para sua cidade de origem: 
 - Cidade/estado e população: 
 - % da população servida com água tratada e empresa responsável: 
 - % da população servida com coleta de esgotos: 
 - Seexiste(m) ETE(s), a vazão tratada e os processos/etapas de tratamento: 
 
1.10. Normas Brasileiras Pertinentes (ABNT) 
 
1) NBR 9648. Estudo de concepção de sistema de esgoto sanitário – Procedimento. Rio 
de Janeiro: ABNT, 1986. 
2) NBR 9649. Projeto de redes coletoras de esgoto sanitário. Rio de Janeiro: ABNT, 1986 
3) NBR 9800. Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor 
público de esgoto sanitário. Rio de Janeiro: ABNT, 1987. 
4) NBR 12207. Projeto de interceptores de esgoto sanitário. Rio de Janeiro: ABNT, 1992. 
5) NBR 12208. Projeto de estações elvatórias do esgoto sanitário. Rio de Janeiro: ABNT, 
1992. 
6) NBR 12209. Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário. Rio de Janeiro: 
ABNT, 2011. 
7) NBR 7229. Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos. Rio de 
Janeiro: ABNT, 1993. 
8) NBR 13969. Tanques sépticos – unidades de tratamento complementar e disposição 
final dos efluentes líquidos – projeto, construção e operação. Rio de Janeiro: ABNT, 
1997. 
9) NBR 13402. Caracterização de cargas poluidoras em efluentes industriais e domésticos. 
1995. 
Tratamento 
preliminar
Tratamento 
primário
Tratamento 
secundário
Tratamento 
terciário
Tratamento 
do lodo
sólidos grosseiros
areia
lodo 1ário lodo 2ário
Disposição 
final
Esgoto 
bruto esgoto 
1ário
esgoto 
2ário
esgoto 
3ário
lodo 3ário
Corpo receptor/ 
Reúso
Reaproveitamento
Tratamento 
preliminar
Tratamento 
secundário
Tratamento 
do lodo
sólidos grosseiros
areia
lodo 2ário
Disposição 
final
Esgoto 
bruto esgoto 
2ário
Corpo receptor/ 
Reúso
Reaproveitamento
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7 
 
II. CARACTERIZAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS 
2.1. Vazão (Q) 
 
1) Q =
V 
t
 
onde: V = volume da unidade de tratamento, m3 
 t = tempo de retenção (detenção) hidráulica na unidade de tratamento (TRH ou TDH, H, ); 
TRH = 
V
Q
 
 
Exercícios 
Qual é o TRH de uma unidade de tratamento com V = 50 m3, e Q = 10 L/s? 
 
 
 
Qual é o volume de uma unidade que trata uma Q = 10000 m3/d com TRH = 12 h? 
 
 
 
 
a) Para projetar a ETE, a Q de início e final de plano devem ser estimadas 
b) Componentes de Q 
Q = Qd + Qinf + Qind 
onde: Qd = vazão doméstica 
Qinf = vazão de infiltração em sistemas separadores; não se considera a 
contribuição de águas pluviais 
Qind = vazão industrial; regras para enviar efluentes industriais para estação de 
tratmento de esgotos sanitários estão dispostas na NBR 9800/1987 
 
2) Vazão doméstica, Qd 
a) Inclui comércio, escolas, hospitais, esgoto sanitário de indústrias 
b) Depende de: 
i) clima 
ii) população 
iii) custo/ medição da água (hidrômetros) 
iv) condições socioeconômicas 
v) grau de industrialização 
vi) perdas no sistema de abastecimento de água e coleta de esgotos 
c) Estimativa de Qd 
i) com base no consumo de água 
 
Qd, med (
m3
d
⁄ ) = 
Pop.QPC.R
1000
 
 
onde: Pop. = população de contribuição, habitantes 
QPC = quota per capita, L água/hab.d 
R = coeficiente de retorno = 
Qesgoto
Qágua
 = 0,5 a 0,9; 
(na falta de medição in loco, adotar R = 0,8; NBR 9649) 
 
População, hab. QPC, L/(hab.d)* 
<5.000 90-140 
5.000-10.000 100-160 
10.000-50.000 110-180 
50.000-250.000 120-220 
>250.000 150-300 
*Já descontando as perdas no sistema de abastecimento (vonSperling, 2005) 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
8 
 
ii) com base na contribuição per capita (NBR 7229) 
 
Ocupantes permanentes Unidade Contribuição de esgoto 
(L/unidade.d) 
Residência padrão alto pessoa 160 
Residência padrão médio pessoa 130 
Residência padrão baixo pessoa 100 
Alojamento provisório pessoa 80 
Hotel (exceto cozinha e lavanderia) pessoa 100 
 
Ocupantes temporários Unidade Contribuição de esgoto 
(L/unidade.d) 
Fábrica (em geral) pessoa 70 
Escritório pessoa 50 
Edifício público ou comercial pessoa 50 
Escola (externato) e locais de longa 
permanência 
pessoa 50 
Bares pessoa 6 
Restaurante e similares refeição 25 
Cinema, teatro e locais de curta 
permanência 
lugar 2 
 
 
Exercícios: 
1; Determinar a vazão doméstica média (Qd,med) de um bairro com: 
350 casas, com média de 5 residentes/casa 
280 apartamentos, com média de 3 residentes/apto. 
um hospital com 30 leitos 
um restaurante que serve 150 refeições por dia 
prédios comerciais nos quais trabalham um total de 180 pessoas 
1 escola com 500 estudantes 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Qual seria a QPC para a população permanente do bairro (R = 0,8), p/ a mesma Qd,med? 
 
 
 
 
 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
9 
 
d) Variação de Qd 
i) Hidrograma 
 
ii) Variações de Qd dependem de: 
(1) tipo de efluente (doméstico ou misto - doméstico e industrial) 
(2) rede coletora 
(a) tamanho - variação inversamente proporcional ao tamanho da rede 
(b) qualidade - idade, material de construção, manutenção... 
(3) condições climáticas 
(4) influência do lençol freático 
 
iii) Coeficientes de variação de Qd (NBR 9649) 
(1) variação máxima diária, registrada no período de um ano, 
dia,med
diamax,
1
Q
Q
k 
 
(na impossibilidade de determinar valor in loco, a norma recomenda adotar k1 = 1,2) 
(2) variação máxima horária, registrada no período de um dia, 
hora,med
horamax,
2
Q
Q
k 
 
(na impossibilidade de determinar valor in loco, a norma recomenda adotar k2 = 1,5) 
 
Qd,max = k1.k2.Qd,med = 1,8.Qd,med 
 
Obs.: Para Q > 0,75 m3/s, pode se utilizar a equação desenvolvida pela Sabesp, SP, para 
determinação de Qmax: 
𝑘 = 
Qd,max
Qd,med
 = 1,2 + 
17,485
Qd,med
0,509
 
(3) variação mínima horária, registrada no período de um dia, 
hora,med
horamin,
3
Q
Q
k 
 
(na impossibilidade de determinar valor in loco, a norma recomenda adotar k3 = 0,5) 
Qd,min = k3.Qd,med = 0,5.Qd,med 
 
3) Vazão de infiltração, Qinf, função de: 
a) extensão da rede ou área servida; na falta de projeto de rede, pode estimar sua 
extensão 
i) área de baixa densidade populacional: 2,5 a 3,5 m/hab 
ii) cidade de porte médio: 2,0 a 3,0 m/hab 
iii) cidades maiores: ≤ 1,0 a 2,0 m/hab 
b) tipo de solo 
c) profundidade do lençol freático 
d) topografia 
e) Qinf = Ti x L 
i) L = extensão da rede, km 
ii) Ti= taxa de contribuição de infiltração, = 0,05 a 1 L/s por km de rede 
(tipicamente 0,3 a 0,5 L/s) (NBR 9649) 
 
0 6 12 18 24
Qd,méd
Qd,mín
Qd,máx
hora do dia
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
10 
 
4) Vazão industrial, Qind 
a) função de: 
i) tipo de indústria 
ii) processo de produção 
iii) grau de recirculação de água industrial (fechamento de circuito) 
iv) pré-tratamento, antes de envio à ETE (NBR 9800) 
b) Qind,max limitada a 1,5.Qind,med (Resolução CONAMA 430/2011) 
c) Indústrias de maior porte e, ou potencial poluidor tem ETE própria (parte do 
licenciamento ambiental) 
 
5) Resumo das variações de Q 
Qmin = k3.Qd,med + Qinf 
Qmed = Qd,med + Qinf + Qind,med 
Qmax = k1.k2..Qd,med + Qinf +1,5.Qind,med 
 
a) Qmax – utilizada para dimensionamento de estações elevatórias, linhas de recalque de 
afluente, medidores de vazão, unidades de tratamento preliminar e primário 
(gradeamento, dearenação e decantação primária) e suas respectivas canalizações 
b) Qmed – utilizada para dimensionamento das unidades de tratamento secundário, 
terciário, e unidades após um tanque de equalização 
c) Qmin – utilizada para verificaçãode dimensionamento de estações elevatórias, 
velocidade nas canalizçaões entre unidades em geral 
 
Exercício 
Determine as vazões totais média, mínima e máxima dos esgotos de uma cidade com 
150.000 habitantes. Os efluentes de um laticíno que produz 12.000 litros de leite por 
semana também são enviados para a ETE da cidade. (Adotar QPC = 200L/hab.d; R = 0,8; 
extensão da rede = 3 m/hab; Ti = 0,4 L/s.km; 5m3 efluente/m3 leite). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gabrielle
Realce
Gabrielle
Realce
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
11 
 
2.2. Características de Esgotos Sanitários 
 
1) Série de sólidos (totais; em suspensão/dissolvidos; fixos/voláteis) 
Parâmetro Contribuição per capita, g/hab.d mg/L 
Sólidos Totais 120-220 700-1350 
- SST 35-70 200-450 
- SDT 85-150 500-900 
Fonte: vonSperling, 2005 
 
2) Indicadores da matéria orgânica (DBO, DQO, COT) 
Parâmetro 
Contribuição per 
capita, g/hab.d 
mg/L 
 
DBO5 40-60 200-500 
DBOúltima 60-90 350-600 
DQO 80-130 400-800 
Óleos/Graxas 10-30 55-170 
Fonte: vonSperling, 2005; Jordão e Pessoa, 2005 
 
3) Nutrientes 
Parâmetro 
Contribuição per 
capita, g/hab.d 
mg/L 
 
N total 6-12 35-70 
- N orgânico 2,5-5,0 15-30 
- Amônia 3,5-7,0 20-40 
P total 1,0-4,5 5-25 
- P orgânico 0,3-1,5 2-8 
- P inorgânico 0,7-3,0 4-17 
Fonte: vonSperling, 2005; Jordão e Pessoa, 2005 
 
4) Indicadores de contaminação fecal / patógenos 
Microrganismo 
Contribuição per 
capita (org/hab.d) 
Densidade 
(org/l00 ml) 
Dose 
infectante 
Bactérias totais 1012 – 1013 109 – 1010 102-109 
Coliformes totais 109 – 1012 106 – 109 - 
Coliformes termotolerantes 108 – 1011 105 – 108 - 
Estreptococos fecais 108 – 109 105 – 106 - 
Cistos de protozoários < 106 < 103 1-100 
Ovos de helmintos < 106 < 103 1-5 
Vírus 105 – 107 102 – 104 1-10 
Fonte: vonSperling, 2005; Daniel, 2001 
 
5) Outras características de esgoto sanitário bruto 
Parâmetro Contribuição per capita, g/hab.d Valor 
pH - 6,7-7,5 
Alcalinidade, mg/L 20-30 110-170 
Cloretos, mg/L 4-8 20-50 
Fonte: vonSperling, 2005 
 
2.3. Características de Efluentes Industriais 
1) Parâmetros gerais de caracterização 
a) Sólidos (em suspensão/dissolvidos; fixos/voláteis) 
b) Indicadores da matéria orgânica (DBO, DQO, COT) 
c) Nutrientes e sua disponibilidade para o tratamento biológico (falta ou excesso) 
d) Indicadores de contaminação fecal / patógenos 
65 130
135
260
0
200
400
600
DBO DQO
m
g/
l
Particulado
Solúvel 
20
5
10
2
0
10
20
30
40
N total P total
m
g/
l
Particulado
Solúvel 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
12 
 
2) Biodegradabilidade (DBO/DQO) 
a) capacidade de estabilização por processos bioquímicos, através de microrganismos 
b) quando DBO/DQO for < 0,3, tratamento biológico pode ser inadequado/ineficiente 
 
3) Tratabilidade 
a) capacidade de tratar por processos biológicos convencionais 
b) afetada pela presença de substâncias inibidoras e refratárias/recalcitrantes 
 
4) Indicadores de toxicidade 
a) ao tratamento do efluente por processos biológicos 
b) à vida aquática (e prejudicial ao abastecimento público de água) 
c) ao tratamento e, ou disposição final do lodo 
 
5) Características das águas residuárias de diferentes tipologias industriais 
Tipologia Unidade 
Vazão de esgoto, 
m3/unidade 
Carga unitária (kg/unid) 
SST DBO 
Açúcar ton. açucar 0,5-10 4 2-5 
Laticínios m3 leite 2-10 350 5-40 
Matadouro 1 boi/2,5 porcos 0,5-3 5 4-10 
Cervejaria m3 produzido 2-10 1400 8-20 
Refrigerante m3 produzido 2-5 - 3-6 
Algodão ton. produzida 120-750 70 50 
Celulose ton. produzida 15-100 18 30 
Refinaria barril 0,2-0,4 - 0,05 
PVC ton. produzida 12,5 1,5 10 
Cimento ton. produzida 5 8 0 
Fundição ton. gusa 3-8 - 1,6 
Fonte: modificado de von Sperling, 2005 
 
2.4. Carga Poluidora 
 
1) Carga = massa/tempo (kg/d) 
a) orgânica - kg DBO/d; kg DQO/d 
b) sólidios - kg SS/d, etc. 
c) nutrientes - kg N/d (N-org; N-NH4+; N-NO3+), kg P/d 
 
2) Contribuição per capita ou unitária 
a) Para esgotos domésticos (NBR 12209) 
i) 45 a 60 g DBO5/hab.d 
ii) 45 a 70 g SS/hab.d 
b) Para efluentes industriais – deve determinar caso a caso e expressar como kg por 
tonelada ou m3 de produção (kg/ton ou kg/m3) 
 
3) Cálculo da carga poluidora, L (kg/d) 
a) carga = concentração x vazão (g/m3 x m3/d x 1 kg/1000g = kg/d) 
b) carga = carga per capita x população (ex. g/(hab.d) x hab x 1 kg/1000g = kg/d) 
c) carga = carga unitária x unidades (kg/ton x ton/d = kg/d; kg/m3 x m3/d = kg/d) 
 
Exercícios: 
1. Estimar a DBO e SS (cargas e concentrações) do esgoto de uma cidade com população 
de 75.000 habitantes, utilizando valores de contribuição per capita recomendados pela 
ABNT. Adotar QPC = 180 l/hab.d, R = 0,8, 50 g DBO/hab.d e 60 g SS/hab.d. 
 
 
 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
13 
 
2. Calcular LDQO se Q = 12 m3/h e DQO = 750 mg/L. 
 
 
 
 
3. Qual é a concentração de P em um esgoto com LP = 25 kgP/d e Q = 6000 m3/d? 
 
 
 
 
4. Qual é a vazão de um esgoto com concentração de SST = 450 mg/L e LSST = 6000 kg d? 
 
 
 
 
5. Qual dessas atividades industriais tem a maior carga orgânica poluidora? 
Atividade Produção Efluente 
 Volume DBO, mg/L 
Cervejaria 800 L/d 6 m3/m3 cerveja 700 
Indústria têxtil 0,5 ton/d 120 m3/ton 1000 
Refinaria de petróleo 1500 barris/d 0,5m3/barril 200 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Para uma usina que produz 400.000 ton açucar /ano e gera efluente com Q = 150 m3/h 
e carga específica = 4 kg DBO5/ton, determinar: 
 i. a DBO5 no efluente, mg/L 
 ii. a carga orgânica do efluente, kg DBO5/d 
 iii. a vazao específica do efluente, m3/ton 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4) Equivalente populacional (EP) 
a) EP = carga/carga per capita EP = 
kg/d
kg d.hab⁄
= hab 
b) Conceito utilizado para comparar carga poluidora de atividades industriais com àquela 
de esgotos sanitários 
 
Exercicio: Determinar o equivalente populacional de uma fábrica que produz 2500 ton de 
produto por dia, com carga unitária = 18 kg DBO5/ton. 
 
 
 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
14 
 
2.5. Eficiência Exigida na ETE 
 
1) Eficiência depende de 
a) Usos previstos da água a jusante do ponto de lançamento 
b) Requisitos da legislação ambiental 
c) Capacidade de autodepuração e diluição do corpo receptor 
i) Estudos de autodepuração 
ii) Análise de cargas orgânicas introduzidas ao longo do corpo receptor 
 
2) Eficiência de tratamento exigida é determinada pelo balanço de massa após mistura 
er
eerr
f
QQ
C.QC.Q
C



 
Eficiência exigida, E, % = 





 
i
ei
C
CC
100
 
onde: Cf = concentração final da substância após mistura no corpo receptor (g/m3) 
Ce = concentração da substância no esgoto tratado 
Ci = concentração da substância no esgoto bruto 
Cr = concentração da substância no rio 
Qe = vazão do esgoto 
Qr = vazão de referência do rio 
 
Exercícios. 
1. Um rio com vazão = 200 L/s, e DBO5 = 2 mg/L recebe o esgoto tratado de uma ETE 
municipal. Se o esgoto bruto entra na ETE com vazão = 1000 m3/d e DBO5 = 350 mg/L, 
determinar a eficiência de remoção de DBO5 exigida para: 
 i. DBO5 < 60 mg/L 
 
 
 
 
 
 
 
 ii. não ultrapassar 5 mg/L de DBO do rio no ponto de lançamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Qual será a DBO final no rio se a ETE alcança remoção média de 70% da DBO?CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
15 
 
3) Eficiência global de tratamento de várias etapas é multiplicativa, com base na fração 
remanescente após cada etapa (exceto para constituintes cujas características mudam ao 
longo da linha de tratamento) 
 
E = {1 – [(1-E1)(1-E2)...(1-En)]}100 
 
onde: E = eficiência global, % 
E1, 2..n = eficiência das etapas 1,2...n (entre 0 e 0,99) 
 
Exercício: Um esgoto é tratado em sistema composto por gradeamento, tratamento 
primário e tratamento secundário em duas etapas, com eficiências de 0, 25, 75 e 90% 
de remoção de DBO, respectivamente. Qual é a DBO do esgoto após cada etapa e a 
eficiência global do sistema se a DBO inicial = 400 mg/L? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.6. Critérios de Dimensionamento Baseados em Vazão e Carga 
 
1) Volume, V = Q.TRH 
a) Para diversos processos, TRH determina eficiência alcançada 
b) Especificando TRH, V será definido 
 
2) Unidades de sedimentação 
a) Taxa de aplicação hidráulica (superficial), TAH = 
Q (m
3
d
⁄ )
A (m2)
= vs 
b) Taxa de aplicação de sólidos, TASS = 
LSST (
kg
d
⁄ )
A (m2)
 
onde: A = área superficial da unidade 
 vs = velocidade de sedimentação 
 
 
3) Reatores biológicos 
a) Carga orgânica volumétrica, Lorg ou COV = 
Carga (
kg
d
⁄ )
V (m3)
 
 
b) Carga orgânica superficial, LS ou COS = 
Carga (
kg
d
⁄ )
A (m2)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
16 
 
Exercícios: Uma ETE foi projetada para tratar o esgoto de uma população de 60.000 
habitantes (QPC = 170 L água/hab.d; R = 0,8) e inclui grade, desarenador, decantador 
primário e filtro biológico percolador (FBP). 
 
1. Qual deve ser a área mínima em planta do desarenador, sabendo que o mesmo deve 
ser projetado para remover partículas com vs ≥ 0,02m/s? 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Qual deve ser a área mínima em planta do decantador primário, se o mesmo deve ter 
TAH < 90 m3/m2.d e TAS < 120 kg SST/m2.d? Se for um decantador circular, qual será 
seu diâmetro? 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. O FBP deve ter COV < 1,2 kg DBO/m3.d e TAH < 50 m3/m2.d. Se o tratamento primário 
remove 65% dos SST, incluindo 25% da DBO, qual devem ser o volume e área em planta 
mínimos do FBP? 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Se o FBP alcança 85% de remoção de DBO, qual será a quantidade de DBO no esgoto 
tratado (kg/d e mg/L)? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5. Elaborar o fluxograma da ETE com balanço de massa de DBO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
17 
 
III. UNIDADES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO 
3.1. Processos e Sistemas Utilizados em ETEs 
Nível Poluente/Contaminante Unidade/Processo/Sistema 
Preliminar 
Sólidos grosseiros 
Areia 
Material flutuante 
Gradeamento 
Sedimentação 
Flotação 
Primário Sólidos suspensos 
Sedimentação 
Sedimentação quimicamente assistida 
Secundário 
Matéria orgânica 
biodegradável 
Lagoas de estabilização 
Lodos ativados e variações 
Filtros biológicos percoladores e variações 
Reatores anaeróbios 
Disposição no solo 
Secundário ou 
terciário 
Nitrogênio 
Nitrificação e desnitrificação biológica 
Lagoas de maturação 
Disposição no solo 
Processos físico-químicos 
 Fósforo 
Remoção biológica 
Processos físico-químicos 
Terciário 
Matéria orgânica não 
biodegradável 
Adsorção em carvão ativado 
Precipitação química 
Filtração por membranas 
Oxidação avançada 
 Patógenos 
Lagoas de maturação 
Disposição no solo 
Desinfecção com produtos químicos 
Desinfecção com radiação UV 
 Matéria inorgânica 
Precipitação química 
Filtração em membranas 
 
 
3.2. Processos Auxiliares 
 
1) Medição de vazão – uso de calha Parshall 
a) Dispositivo de medição de vazão na forma de um canal aberto 
b) Dimensões padronizadas (W,A,B,C,D,F,G) 
c) Água é forçada por garganta (W) relativamente estreita; 
d) Relação empírica existe entre o nível de água no ponto 0 e a vazão na seção, em 
condições de escoamento livre* (sem afogamento): 
 
Q = 2,2. W. H03/2 
 
 
onde: Q = vazão (m3/s) 
H0 = altura do nível de água no ponto 0 (m) 
W = largura da garganta (m) 
 
* Condições de escoamento livre: 
H2 / H1  0,60 para W < 229mm ou 
H2 / H1  0,70 para W de 301mm a 2,5m 
Calha Parshall Convencional 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
18 
 
2) Equalização de vazão – tanque de equalização 
a) Minimiza variações operacionais 
b) Aumenta desempenho do sistema 
c) Reduz custo e tamanho das unidades de tratamento subsequentes 
d) Uniformiza características e cargas – pH, temperatura, toxicidade, DBO5 
e) Quando presente, antecede unidade(s) de tratamento secundário 
Efeito da equalização de 
vazão: 
 
 
 
3) Neutralização e resfriamento – muitas vezes necessários para adequar efluentes 
industriais ao tratamento biológico 
 
3.3. Tratamento preliminar 
 
1) Remoção de Sólidos Grosseiros 
a) Unidades de tratamento 
i) grades (aberturas 10 a 100 mm) 
ii) peneiras (aberturas 0,25 a 6mm), para remoção de sólidos mais finos, fibrosos 
b) Sólidos retidos (folhas, trapos, plástico, fezes, restos de alimentos, etc.) 
i) quantidade é função do tamanho das aberturas 
ii) enviados ao aterro ou incinerador 
 
2) Remoção de Areia 
a) Unidade = Desarenador 
i) Ocorre sedimentação discreta 
ii) Partículas não mudam de forma, tamanho ou densidade 
iii) Em líquido em repouso, no equilíbrio, sedimenta com vs constante 
iv) Tempo para sedimentar partícula (ts) deve ser menor que o TRH 
 
v) Deve ser projetado para remover partículas discretas com 
(1) vs  0,02 m/s 
(2) vh média = 0,3 m/s 
vi) Deve manter DBOparticulada em suspensão, para ser removida no tratamento 
primário (DBOparticulada tem vs < 0,02 m/s, portanto, se unidade for bem 
projetada e operada, não sedimentará) 
b) Material retido 
i) 1 a 5 L/1000 m3 de esgoto 
ii) Areia é lavada antes de disposição final (aterro) 
iii) Água de lavagem volta à entrada da unidade 
 
 
0
400
800
1200
1600
0 6 12 18 24
Vo
lum
e,
 m
3
Tempo, h
Q na entrada
Q equalizada
l
b
hQ Q
vs
vh
h = altura da lâmina de água
b = largura
l = comprimento
vs = Q/l.b = h/ts
vh = Q/h.b = l/TRH
Trajetória da partícula discreta
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
19 
 
3) Remoção de Material Flutuante, Óleos e Graxas 
a) Unidades de tratamento (s < H2O) 
i) Caixa de gordura 
ii) Separador água / óleo 
iii) Flotador (FAD) 
b) Material retido 
i) Quantidade é função de: 
ii) características da água residuária 
iii) tempo / grau de clarificação 
iv) Disposição 
(1) óleos minerais - incineração; reciclagem 
(2) óleos animais/vegetais - digestão (linha do lodo), reciclagem 
 
3.4. Tratamento Primário - Remoção de Sólidos em Suspensão 
 
1) Unidade = decantador primário (clarificador, tanque de sedimentação) 
a) Ocorre sedimentação floculenta 
i) Partículas ganham maior velocidade a medida que aumentam de tamanho e peso 
ii) Velocidade de sedimentação, vs, não é constante 
 
b) Unidades de sedimentacao são dimensionadas com base na vs mínima das partículas 
em suspensão que se deseja remover 
 
c) Critérios de dimensionamento do decantador primário (NBR 12209) 
i) TRH = 1 a 6 h; tempos longos evitados para não tornar esgoto séptico 
ii) TAH recomendada 
(1) sem tratamento biológico < 60 m3/(m2.d) 
(2) antes de filtro biológico < 80 m3/(m2.d) 
(3) antes de lodos ativados < 120 m3/(m2.d) 
iii) Comumente dotado de removedor deescuma (óleos/gorduras flutuantes) 
 
2) Lodo primário 
a) inclui parte da DBOparticulada 
b) quantidade sedimentada é função de: 
i) características da água residuária 
ii) tempo / eficiência de clarificação 
c) tratamento de lodo primário visa sua estabilização biológica (remoção de matéria 
orgânica biodegradável) e higienização (inativação de patógenos) 
d) disposição depende de forma de tratamento (linha de lodo) 
3) Tratamento primário quimicamente assistido 
a) Adição de copagulantes para aumentar vs e eficiência de remoção de SS 
b) Pode ser suficiente para atender legislação (remoção de SS, DBO) 
vh
vh
vs
vs
h
l
b
vh constante = Q/(b.h)
vs variável 
Q Q
Trajetória da partícula floculenta
vs
Re
mo
ção
 de
 SS
, % eficiência desejada
TAH de projeto
Relação entre vs e eficiência de 
remoção obtida em ensaio de 
sedimentação floculenta
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
20 
 
3.5. Tratamento Secundário (Biológico) - Remoção de Matéria Orgânica 
 
1) Unidade = Reator Biológico 
 
 matéria orgânica biomassa nova + produtos de degradação 
+ biomassa ( (CH4 e/ou CO2, NH4+ ou NO3-, SO42- ou HS-, etc.) 
 
2) Objetivos do reator biológico 
a) Reproduzir processsos naturais com introdução da tecnologia para conseguir 
depuração sob condiçoes controladas e taxas de reação mais elevadas. 
b) Realizar operações bioquímicas nas quais microrganismos crescem utilizando a carga 
orgânica como fonte de carbono e/ou energia, convertendo DBO em biomassa e CO2 
 
3) Ambientes bioquímicos nos reatores biológicos 
a) Aeróbio - presença de O2 (muitas vezes requer sistema de aeração) 
b) Anóxico - ausência de O2, presença de NO3- 
c) Anaeróbio - ausência de O2 e NO3-, presença de SO42-, CO2... 
d) Facultativo - zonas aeróbias e anaeróbias no mesmo reator 
 
4) Formas de crescimento da biomassa nos reatores biológicos 
a) Crescimento disperso – floco ou grânulo biológico 
i) biomassa em matriz de exopolímeros (principalmente carboidratos, proteínas) 
ii) matéria orgânica adsorvida na matriz do floco ou grânulo 
iii) se desejar manter floco em suspensão, requer dispositivos de agitação e de 
separação da biomassa após reação (sedimentação) 
iv) existe gradiente de matéria orgânica, nutrientes no floco 
b) Crescimento aderido (reatores de leito fixo) - biofilme 
i) biomassa em matriz de exopolímeros imobilizada/aderida a um suporte sólido 
ii) difusão da matéria orgânica, nutrientes, OD dentro do biofilme 
iii) existe gradiente de matéria orgânica, nutrientes no biofilme 
 
Floco/grânulo biológico versus biofilme 
 
 
c) Consequências da forma de crescimento – floco/grânulo versus biofilme 
i) Dois tempos de controle nos reatores 
(1) Tempo de retenção hidráulica, TRH (TRH = V/Q) 
(2) Tempo de retenção de lodo, c (tempo de residência celular, idade do lodo) 
 
θc(d)= 
biomassa no reator (kg)
biomassa retirada por unidade de tempo (kg d⁄ )
= d 
 
ii) Reatores de leito fixo (crescimento aderido): TRH < c 
reator 
biológico 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
21 
 
iii) Reatores de crescimento disperso: TRH = c, a menos que exista um mecanismo 
de retenção de biomassa (por exemplo, pela recirculação de lodo do fundo de um 
decantador secundário) 
iv) Importância de controle de c 
(1) redução de c leva ao aumento da fração ativa de biomassa e quantidade de 
biomassa produzida por unidade de tempo 
(2) aumento de c permite estabelecer populações de bactérias específicas, com 
menores taxas de crescimento, por exemplo: 
(a) bactérias nitrificantes que transformam amônio a nitrato 
(b) espécies capazes de degradar xenobióticos (substâncias sintéticas) 
(3) c > TRH leva ao aumento da biomassa no reator, o que resulta em maior 
velocidade de remoção da matéria orgânica, e, portanto, menor volume do 
reator para alcançar determinada eficiência 
 
Exercício: Determinar TRH, c e a carga de lodo retirado se forem retirados (para descarte 
de lodo) 75 m3 de efluente por dia de um reator com Q = 3000 m3/d, V = 1500 m3 e SSV 
= 2500mg/L. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5) Principais Processos Biológicos 
 
Crescimento Anaeróbio Aeróbio ou facultativo 
Disperso 
 
Tanque séptico 
Lagoa anaeróbia 
Reator UASB 
Digestor anaeróbio 
Lagoas de estabilização 
Lodos ativados 
 
Aderido Filtro anaeróbio 
Filtro biológico percolador 
Biofiltro aerado submerso 
Disposição no solo 
 
3.6. Descrição dos Principais Processos Biológicos 
 
3.6.1. Tanque séptico e filtro anaeróbio (sistema fossa-filtro) 
 
1) Solução individual, para comunidades de pequeno porte ou esgotos sanitários de 
indústrias (sistemas descentralizados) 
 
 
Caixa de 
gordura
Caixa 
gradeada
Tanque 
séptico
Filtro 
anaeróbio
Fonte: http://www.suzuki.arq.br/
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
22 
 
2) Tanque séptico retém sólidos 
a) Decantador e digestor em uma única unidade 
b) Pode ser considerado tratamento a nível primário por remover/tratar apenas os sólidos 
sedimentáveis e flutuantes, não a fase líquida 
c) Decomposição anaeróbia de sólidos orgânicos e acúmulo de sólidos inertes 
d) Requer remoção de lodo acumulado em intervalos regulares (~ 1 a 5 anos) 
3) Filtro anaeróbio 
a) TRH < c = 20 até 100 d 
b) Fluxo ascendente ou descendente 
c) Leito filtrante pode ser afogado ou não afogado 
d) Limite prático de tamanho devido ao material suporte 
e) Necessidade de tratamento primário 
f) Eficiência do sistema tanque séptico+filtro anaeróbio = 75 a 95% de DBO 
 
3.6.2. Reator UASB 
 
1) Reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (upflow anaerobic sludge blanket) 
2) TRH = 6 a 10 h < c; estabelecido em função da temperatura 
3) Separador trifásico (gás/líquido/sólidos) permite retenção da biomassa dispersa 
4) Biomassa granular com excelente sedimentabilidade, fácil retenção 
5) Não necessita de tratamento primário 
6) Eficiência de remoção de matéria orgânica = 50 a 70% de DBO 
 
Fonte: http://www.samaepomerode.com.br/ 
 
3.6.3. Digestor anaeróbio 
1) Aplicação 
a) Tratamento de efluentes com elevado teor SS, como certos efluentes agroindustriais 
(ex. suinocultura) 
b) Estabilização de lodos primário e secundário gerados nas ETEs 
2) Variantes 
a) Baixa carga: TRH = c = 30 a 60d 
b) Alta carga: TRH = 15 a 20d < c 
i) Mistura e aquecimento (25 a 35oC) 
ii) Maior taxa de hidrólise da DBOparticulada (tipicamente etapa limitante) 
 
CH4 + CO2
sobrenadante
lodo 
digerido
CH4 + CO2
aquecedor 
de lodo
baixa carga alta carga
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
23 
 
3.6.4. Lagoas de estabilização 
 
1) TRH = c 
a) relativamente baixa concentração quantidade biomassa na coluna de água 
b) requerem TRH relativamente elevado para alcançar eficiência elevada 
c) Indicadas para condições brasileiras - clima favorável e disponibilidade de terra 
 
2) Vantagens e desvantagens das lagoas 
a) construção e operação simples 
b) pouca ou nenhuma mecanização 
c) sem necessidade do tratamento primário 
d) requisitos de área (pegada) relativamente elevados 
 
3) Principais variantes 
a) Lagoa facultativa (LF) 
i) Efeito de fatores ambientais na lagoa facultativa 
(1) luz – taxas de fotossíntese e remoção de DBO, solubilidade de gases 
(2) vento - mistura, reversão térmica 
 
 
i) Pós-tratamento do efluente na saída da lagoa facultativa para remoção de algas 
(aumentam SST na saída) 
(1) filtro de areia ou brita 
(2) coagulação / floculação 
(3) biofiltro aerado 
b) Lagoa anaeróbia(LAn) 
i) utilizada para tratamento de esgotos domésticos ou industriais, percolado de 
aterros sanitários (chorume) com alta carga orgânica (sistema australiana = lagoa 
anaeróbia + lagoa facultativa) 
ii) tipicamente remove 50% da carga orgânica 
iii) quando colocada antes da lagoa facultativa, permite reduzir a área total 
c) Lagoa aerada facultativa (LAF) 
i) oxigênio introduzido mecanicamente através de aeradores, para manter 
concentração adequada de OD sem suspender a biomassa (profundidade deve 
ser suficiente para criar zona sem aeração no fundo) 
ii) útil para aumentar capacidade de lagoa facultativa sobrecarregada 
d) Lagoa aerada de mistura completa seguida de lagoa de decantação (LMC+LD) 
i) oxigênio introduzido mecanicamente através de aeradores, para manter 
concentração adequada de OD e manter biomassa em suspensão na lagoa 
aerada 
ii) lagoa (ou zona) de decantação para separar a biomassa do efluente clarificado 
 
 
O2CO2
Camada de lodo
O2
CO2
bactérias algas
zona aeróbia
zona anaeróbia
CO2, CH4, H2S
zona facultativa
DBO
particulada
solúvel
Energia 
luminosa
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
24 
 
e) Lagoa de maturação / polimento (LM / LP) 
i) polimento - remoção de matéria orgânica 
ii) maturação - remoção de nutrientes e patógenos 
iii) variante = lagoas de alta taxa, com foco na de remoção de nutrientes e produção 
de biomassa algal 
iv) lagoas rasas, condição que favorece: 
(1) aumento de luz (calor) 
(2) aumento da atividade fotossintética (geração de O2, consumo de HCO3-) 
(3) aumento do pH 
h) Características típicas de lagoas de estabilização 
Lagoa TRH, d Profundidade, m 
anaeróbia 3-6 (1-2) 4-5 
facultativa 15-45 1,5-2 
aerada 5-10 2,5-4,5 
aerada de mistura completa 2-4 2,5-4,5 
decantação <2 3 
maturação / polimento 3 <1,5 
Fonte:vonSperling, 2002 
 
i) Comparação entre lagoas de estabilização 
i) Requisitos de energia e custos: LM  LF < LAn+LF < LAF < LMC+LD 
ii) Requisitos de área: LM > LF > LAn+LF > LAF > LMC+LD 
 
3.6.5. Lodos ativados 
 
1) Unidades integrantes 
a) tanque de aeração: introdução de oxigênio e mistura do esgoto e lodo 
b) decantador secundário: sedimentação, retirada do lodo para recirculação e descarte 
c) elevatória de recirculação de lodo: recalque do lodo para o tanque de aeração. 
d) digestor de lodo: digestão do lodo excedente retirado do decantador secundário 
e) dispositivo para desaguamento do lodo: mecanizada ou em leitos de secagem 
 
 
2) TRH < c 
a) retenção da biomassa via sistema de recirculação do lodo do fundo do decantador 
secundário para o reator biológico (tanque de aeração) 
b) aumento da concentração de biomassa no reator resulta em maior taxa de remoção 
da matéria orgânica, permitindo reatores menores (menor TRH) 
 
3) Necessidade de tratamento primário depende da variante 
Variante c (d) TRH (h) X (mg SSV/l) 
Tratamento 
1ario 
Convencional 5-12 4-10 1.500-5.000 Sim 
Aeração prolongada 20-30 18-36 3.000-6.000 Não 
Alta taxa 5-10 0,5-2 4.000-10.000 Sim 
 
Tanque de 
aeração
Decantador 
2ario
Adensador
Decantador 
1ario
Digestor de 
lodo
secagem  destinação
Linhas pontilhadas indicam 
unidades opcionais, dependendo 
da variante do processo
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
25 
 
4) Modificações do sistema de lodos ativados 
a) Biorreator a membranas - módulos de membranas substituem o decantador 2ario 
b) Reator sequencial em batelada - único reator desempenha função do tanque de 
aeração e decantador 2ario de forma alternada 
c) Valo de oxidação - canal circular ou oval equipado com aeradores de eixo horizontal 
d) Reator de biofilme e leito móvel (MBBR) – peças inertes no tanque de aeração para 
crescimento de biofilme e aumento de retenção e idade do lodo 
 
3.6.6. Filtro biológico percolador (FBP) 
 
1) TRH < c (crescimento aderido) 
 
2) Componentes 
a) dispositivos de distribuição 
do esgoto na superfície do 
meio filtrante 
b) meio filtrante (pedra britada, 
cerâmica, plástico) sobre o 
qual cresce a biomassa 
c) sistema de drenagem de 
fundo (fundo falso) 
d) decantador secundário para 
remover lodo desprendido e 
recircular esgoto 
 
 
3) Necessidade de tratamento primário para evitar colmatação da superfície do meio filtrante 
 
4) Outros processos aeróbios com biofilme 
a) Biofiltro aerado submerso (BAS) 
i) fluxo ascendente, com meio suporte (2 a 6 mm) submerso 
ii) aeração forçada fornece oxigênio 
b) Filtro aeróbio submerso (FAS) – material de enchimento sintético, parecido com FBP 
c) Biodisco ou reator biológico de contato (RBC) 
 
3.6.7. Disposição no solo 
 
1) Combinação de tratamento e disposição final (sistemas descentralizados) 
a) Remoção de DBO, nutrientes, patógenos 
b) Após tratamento primário (tanque séptico) ou secundário 
c) Disposição final: reúso, recarga de aquíferos, irrigação agrícola e florestal 
 
2) Tipos de disposição 
a) Infiltração 
i) lenta = irrigação 
ii) rápida = percolação 
iii) subsuperficial 
b) Escoamento superficial 
c) Sistemas alagados construídas (wetlands construídos) 
 
3) Taxa de aplicação hidráulica (cm/d) função de 
a) Tipo e manejo de solo 
b) Tipo de aplicação 
c) Grau de tratamento do esgoto antes da aplicação 
d) Percolação > escoamento superficial > irrigação 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
26 
 
4) Infiltração lenta = Irrigação 
a) Método de disposição mais eficiente, mas que requer maior área 
i) reduz necessidade de adubos (fertirrigação) 
ii) elimina DBO, SS, N,P - solo planta 
iii) aumenta SS inorg - evapotranspiração 
iv) absorção ou precipitação de metais pesados 
b) Formas 
i) aspersão 
ii) alagamento/inundação 
iii) crista e vala / sulcos 
 
5) Infiltração rápida = Percolação 
a) Funções 
i) recarga de lençol freático 
ii) renovação da qualidade água 
iii) reversão de gradiente hidráulico - reduz intrusão de salinidade (regiões costeiras) 
b) Redução de DBO, SS, alguma redução N,P; aumento de dureza 
c) Feita em bacias construídas na terra, com aplicação intermitente, com ou sem coleta 
de efluente 
 
6) Escoamento superficial 
a) Aplicabilidade 
i) terrenos com declividade 
ii) solo de baixa permeabilidade 
iii) cobertura vegetal (capim) 
iv) aplicação intermitente no topo do declive, coleta em valas 
b) Boa remoção DBO, SS, N; alguma remoção P, metais 
 
7) Sistemas alagados construídos (SACs) 
c) Tenta mimetizar ecossistemas naturais e suas funções de ciclagem de nutrientes, 
remoção de matéria orgânica metais 
d) Boa remoção DBO, SS, nutrientes e coliformes 
e) Fluxo superficial ou subsuperficial, horizontal ou vertical 
 
8) Infiltração subsuperficial 
a) Utilizada tipicamente em conjuntos residenciais, comunidades de pequeno porte 
b) Aplicação abaixo do nível do solo em escavações enterradas preenchidas com meio 
poroso 
i) sumidouros 
ii) valas de infiltração/absorção 
iii) valos de filtração - coleta de efluente após passar pela unidade 
 
3.6.8. Combinação de processos biológicos 
 
1) Combinação de processos pode reduzir volume / custo de construção e operação do 
sistema de tratamento 
2) Combinação de reatores anaeróbio e aeróbio 
a) redução da carga orgânica no reator anaeróbio reduz demanda de oxigênio no reator 
aeróbio, ou requisitos de área para lagoa, disposição no solo 
b) Exemplos 
i) reator UASB + filtro percolador ou biofiltro aerado 
ii) reator UASB + lagoa facultativa ou aerada e, ou de maturação 
iii) reator UASB + lodos ativados 
iv) lagoa anaeróbia + lagoa facultativa ou aerada 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuáriasDEC/CCE/UFV 
27 
 
3) Combinação de reatores aeróbios 
a) redução da carga orgânica no primeiro reator viabiliza nitrificação ou remoção de 
substâncias recalcitrantes no segundo reator 
b) Exemplos 
i) FBPs de dois estágios 
ii) lodos ativados + FBP 
iii) lagoa aerada + reator MBBR 
iv) lodos ativados + reator MBBR 
 
3.7. Microbiologia e Bioquímica de Processos Biológicos 
 
1) Classificação de Microrganismos 
a) Baseada na homologia de suas sequências de RNA ribossômico (árvore filogenética); 
existem 3 domínios: 
i) Archaea – archeas (metanogênicas) 
ii) Eubacteria – bactérias verdadeiras 
iii) Eucarya – algas, fungos, protozoários, (animais, plantas) 
 
b) Baseada na fonte de energia e carbono 
i) Energia 
(1) luz solar – fototróficos 
(2) oxidação de matéria orgânica – quimiorganotróficos 
(3) oxidação de matéria inorgãnica – quimiolitotróficos 
ii) Carbono 
(1) CO2 (HCO3- ) – autotróficos 
(2) matéria orgânica - heterotróficos 
 
Exercíco: Completar o quadro de classificação de seres vivos baseada nas fontes de 
energia e carbono que utilizam 
 
Classificação 
Fonte de 
energia 
Fonte de 
carbono 
Exemplos 
fotoautótrofa 
fotoheterótrofa 
quimilitoautótrofa 
quimiorganoheterótrofa 
 
 
 
Bacteria Archaea Eukarya
Ancestral comum
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
28 
 
c) Baseada na exigência de O2 
i) Aeróbios estritos/obrigatórios (animais, plantas, algas, fungos, protozoários, 
bactérias) 
ii) Anaeróbios facultativos (bactérias) 
iii) Anaeróbios estritos/obrigatórios (bactérias, archeas) 
 
d) Baseado na estrutura celular 
i) Procariontes (Archaea, Eubactéria) 
ii) Eucariontes (Eukarya) 
 
Exercíco: Completar o quadro de comparação da organização celular em procariantes e 
eucariontes 
Característica Procariontes Eucariontes 
parede celular 
DNA 
membrana nuclear 
organelas 
divisão celular 
 
e) Baseado na temperatura (ótima) de crescimento 
 
2) Papéis dos Microrganismos nos Processos Biológicos 
a) Eubactéria 
i) Degradadores primários e secundários 
ii) São os principais responsáveis pela remoção da matéria orgânica (DBO): 
DBOparticulada  degradador 1ário  DBOsolúvel  degradador 2ário  mineralização 
iii) Cianobactérias – fotossíntese – fornecem oxigênio, consomem CO2 
b) Archaea 
i) Anaeróbios estritos 
ii) Realizam metanogênese - formação de CH4 - captura da energia presente na 
matéria orgânica (DBO) em forma utilizável 
c) Eucarya 
i) Aeróbios estritos (exceto alguns fungos) 
ii) Fungos - suportam pH baixo e baixas concentrações de OD e nutrientes 
iii) Algas - fotossíntese - forma de fornecimento de O2 em lagoas de estabilização 
iv) Protozoários 
(1) predadores - importantes para polimento 
(2) remoção de matéria em suspensão (bactérias e matéria orgânica particulada) 
(3) não competem com bactérias pela matéria orgânica solúvel 
(4) grupos: ciliados, flagelados, amebas 
v) Micrometazoários 
(1) rotíferos, nematóides - alimentam-se de protozoários, bactérias, sem afetar 
eficiência, 
(2) importantes para polimento (remoção de DBOparticulada dispersa no reator) 
900 10 60 70 80 100 11050403020
Temperatura, C
Tax
a d
e cr
esc
ime
nto
13
60
39 88 105
mesófila
psicrófila
termófila
hipertermófilas
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
29 
 
vi) Análise quantitativa e qualitativa de eucariontes fornece diagnóstico de “saúde” e 
capacidade de depuração de reatores aeróbios 
Exemplos de eucariontes presentes nos reatores biológicos 
 
 
d) Ecossistemas microbianos nos reatores biológicos 
i) Reator aeróbio / anóxico - Eubacteria e Eucarya 
(1) bactérias degradadoras primárias e secundárias (saprófitas) 
(2) bactérias nitrificantes 
(3) predadores - protozoários, rotíferos, nematóides 
(4) organismos indesejáveis quando em excesso - bactérias filamentosas, fungos 
ii) Reator facultativo - Archaea, Eubacteria e Eucarya 
(1) bactérias degradadoras primárias e secundárias (saprófitas) 
(2) bactérias metanogênicas 
(3) algas e cianobactérias 
(4) predadores - protozoários, rotíferos, nematóides 
iii) Reator anaeróbio - Archaea e Eubacteria 
(1) bactérias degradadoras primárias e secundárias (saprófitas) 
(2) archeas metanogênicas 
(3) organismos indesejáveis - bactérias sulfato-redutoras - inibem a metanogênese 
 
Exercício: Completar o quadro de grupos funcionais microbianos de importância no 
tratamento biológico de esgotos 
 
Grupo funcional Classificação Ambiente bioquímico 
bactérias heterotróficas quimiorganoheterotrófica facultativo 
bactérias nitrificantes 
bactérias desnitrificantes 
bactérias sulfatoredutoras 
protozoários 
archeas metanogênicas 
acetotróficas 
 
archeas metanogênicas 
hidrogenotróficas 
 
 
 
 
3) Noções de Metabolismo Microbiano e Bioenergética 
a) Requisitos para crescimento e manutenção da vida 
i) fonte de energia 
ii) fonte de carbono 
iii) nutrientes minerais 
iv) água 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
30 
 
b) Metabolismo =  transformações bioquímicas = catabolísmo + anabolismo 
i) Catabolismo = degradação; exergônica (G < 0) 
ii) Anabolismo = síntese; endergônica (G > 0) 
iii) Metabolismo microbiano - natureza cíclica 
(1) captura/geração de energia - via fotossíntese, respiração ou fermentação 
(2) consumo de energia - para síntese celular e manutenção 
 
 
c) Transferência de energia na célula através de pares de reações de oxidação e redução 
(reações redox) 
i) Oxidação: perda de e-, exergônica; ex. ATP  ADP + Pi + energia 
ii) Redução: ganho de e-, endergônica; ex. ADP + Pi + energia  ATP 
d) Potencial redox (Eh) mede a tendência de aceitar elétrons (e-) 
i) Por convenção, reações são escritas como reduções nas tabelas de valores de Eh 
 
O2 + 4e-  2O2-, Eh = +0,82 V 
CO2 + 8H+ + 8e-  CH4 + 2H2O, Eh = -0,24 V 
 
ii) Quanto mais positivo o Eh, maior a tendência de aceitar e-, ou seja, no par de 
reações acima, o O2 tem maior tendência de aceitar o e- do que o CO2 
iii) Na transferência de energia, reações redox são acopladas. Nas reações 
espontâneas, o fluxo de e- vai da forma reduzida da substância com menor 
potencial redox (doador de e-) para a forma oxidada da substância com maior 
potencial redox (aceptor de e-). 
iv) Exemplo: Reação redox acoplada da oxidação de metano 
 
meia reação de oxidação: CH4  C4+ + 4H+ + 8e- (C-CH4 = doador de e-) 
meia reação de redução: 2O2 + 8e-  4O2- (O2 = aceptor de e-) 
reação acoplada: CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O 
 
e) Energia gerada na reação acoplada, G0 =  n.F.E 
i) G0 = energia livre de Gibbs (kJ) da reação a 1 atm e concentrações de 1 mol l-1, 
25C 
(1) G < 0 - reação espontânea; libera energia para trabalho 
(2) G > 0 - reação não espontânea, consome energia 
ii) n = mols de e- transferidos na oxidação de um mol da substância doadora 
iii) F = constante de Faraday, 96,48 kJ/V 
ATP
ADP
Fonte de carbono
• CO2
• matéria orgânica
• precursores
Fonte de energia
• luz
• matéria orgânica
• matéria inorgânica
células novas
locomoção
transporte ativo
CATABOLISMO
 degradação
 gera energia
ANABOLISMO
 biossíntese e manutenção
 consome energia
produtos da 
degradação
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
31 
 
iv) E = diferença de potencial redox (Ehaceptor - Ehdoador) 
(1) aceptor – tem maior Eh, e será reduzido 
(2) doador – tem menor Eh, e será oxidado 
v) Para o exemplo da oxidação de metano: 
E = (Ehaceptor - Ehdoador) = +0,82 V– (– 0,24V) = +1,06V 
n = 8 
G =  (8)(96,48)(1,06) = –818,15kJ/mol, reação espontânea 
 
f) No reator biológico a principal fonte de energia (doador de elétrons) é o carbono 
orgânico (matéria orgânica, quantificada como DBO, DQO ou COT) 
i) Quanto mais reduzida o carbono, maior o número de e- e maior a energia potencial 
que contém 
(1) o estado de oxidação (EO) determina o número de e- e a energia potencial 
disponível na matéria orgânica 
(2) regras para determinar o estado de oxidação do carbono orgânico 
(a) elemento = 0 
(b) íon = carga 
(c) somatório de uma molécula neutra = 0 
(d) na matéria orgânica O = -2, H = +1, N = -3, S = -2, P = +5 
 
Exercício: Determinar o estado médio de oxidação do carbono nos seguintes substratos: 
 
Composto EO Composto EO 
CH4 (metano) C10H19O3N (esgoto) 
CH3OH (metanol) C16H24O5N4 (proteína) 
CHOO- (formiato) C8H16O (gordura) 
CH3COO- (acetato) CH2O (carboidrato) 
CH3C(O)COO- (piruvato) C5H7O2N (bactéria) 
 C23H38N7O17P3S (acetil-CoA) 
 
 
ii) Na presença de vários aceptores finais de e-, aquele que produzir mais energia 
(pela sua redução acoplada à oxidação da matéria orgânica) será esgotado 
primeiramente. 
 
(1) Exemplos de aceptores finais de e- alternativos em reatores biológicos: 
Par redox Forma inicial Forma final E, mV 
½ O2/H2O ½ O2 + 2e- + 2H+  H2O +820 
NO3-/NO2- NO3- + 2e- + 2H+  NO2- + H2O +433 
SO42-/S2- SO42- + 8e- + 8H+  S2- + 4H2O -217 
CO2/CH4 CO2 + 8e- + 8H+  CH4 + 2H2O -244 
So/HS- So + 2e- + H+  HS- -270 
CO2/CH3COO- 2CO2 + 4e- + 2H2O  CH3COO- + H+ -290 
2H+/H2 (aq) 2H+ + 2e-  H2 -410 
CO2/HCOO- CO2 + 2e- + H+  HCOO- -430 
 
(2) Por exemplo, na oxidação de glicose (C6H12O6, E = -420mV), a ordem de 
esgotamento dos seguintes aceptores finais de e- será O2, NO3-, SO42-, CO2: 
Reação E, V n G, kJ 
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O 0,82 – (-0,42) = 1,24 24 -2872 
C6H12O6 + 12NO3-  6CO2 + 12NO2- + 6H2O 0,433 – (-0,42) = 0,853 24 -1975 
C6H12O6 + 3SO42-  6CO2 + 3S2- + 6H2O -0,217 – (-0,42) = 0,203 24 -470 
C6H12O6 + 3CO2  6CO2 + 3CH4 -0,244 – (-0,42) = 0,176 24 -408 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
32 
 
Exercício: Qual é a energia livre gerada pela oxidação de gordura (C8H16O) e de amônio 
pelos aceptores de e- O2 e CO2? Baseado nesses cálculos, em qual ambiente bioquímico 
essas oxidações prosseguirão espontaneamente? 
 8CO2 + 46e-  C8H16O Eh = -283 mV O2/H2O Eh = +820 mV 
 NO3- + 8e-  NH4+ Eh = +357 mV CO2 / CH4 Eh = -244 mV 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
g) Catabolismo fermentativo versus oxidativo 
i) Catabolismo fermentativo 
(1) composto orgânico se divide - parte fica mais oxidada, parte mais reduzida 
(2) gera, tipicamente, menos energia que o catabolismo oxidativo, porque não há 
aceptor final de e- externo 
 
Ex. Fermentação alcoolica: C6H12O6  2C2H5OH + 2CO2, Go = -235kJ 
 forma inicial EOinicial forma final EOfinal 
doador C6H12O6 0 CO2 +4 
aceptor C6H12O6 0 C2H5OH 2(-2) 
 
Ex. Fermentação ácida (láctica): C6H12O6  2CH3C(OH)COOH + 2H+, Go = -129,8kJ 
 forma inicial EOinicial forma final EOfinal 
doador C6H12O6 
aceptor C6H12O6 
 
ii) Catabolismo oxidativo 
(1) fluxo de e- na cadeia de transporte de elétrons (CTE) até aceptor final de e- 
externo 
(a) substrato    aceptor final de e- (O2, NO3-, SO42- ...) + energia (ATP) 
(b) importante lembrar que a oxidação da matéria orgânica pode ocorrer em 
ambiente anaeróbio, na ausência de O2 
 
Ex. Respiração aeróbia de glicose: C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O; Go = - 2872kJ 
 forma inicial EOinicial forma final EOfinal 
doador C6H12O6 
aceptor O2 
 
Ex. Metanogênese hidrogenotrófica: 4H2 + HCO3- + H+  CH4 + 3H2O; Go = -169,7kJ 
 forma inicial EOinicial forma final EOfinal 
doador H2 
aceptor HCO3- 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
33 
 
(2) Resumo do catabolismo oxidativo 
(a) quanto maior o EO do produto final, maior a liberação de energia 
(b) quanto menor o EO do substrato (doador de e-), maior a liberação de 
energia 
(c) processos que produzem mais energia produzem mais ATP e mais 
biomassa celular (têm maior rendimento celular) 
(d) CO2 nunca pode servir como fonte de energia porque está no estado de 
oxidação máxima (C+4), mais pode servir como aceptor final de e- externo 
(3) Princiapais rotas de catabolismo oxidativo 
 
 
 
4) Degradação Microbiológica da Matéria Carbonácea 
a) Aeróbio: Corg + O2  CO2 + energia 
i) Conversão do carbono orgânico a produtos mais oxidados 
ii) Há consumo de O2 e produção de CO2 
iii) Há liberação de energia 
iv) Muitas bactérias heterotróficas aeróbias e, ou facultativas conseguem degradar 
(oxidar) completamente os substratos presentes nos esgotos 
v) Matéria orgânica remanescente após o tratamento biológico (“DQO recalcitrante”) 
– compostos não biodegradáveis e produtos microbianos solúveis 
 
Exercícios: Completar as equações a seguir, indicando o número de mols de O2 que reagem 
e de CO2 produzidos: 
 
CH3CH(OH)COOH + ____O2  ____CO2 + 
 
C10H19O3N + ____O2  ____CO2 + NH4+ + 
 
C5H7O2N + ____O2  ____CO2 + NH4+ + 
 
 
b) Anaeróbio: Corg    CO2 + CH4 + energia 
i) Produtos não completamente oxidados (CH4 é um composto orgânico reduzido) 
ii) Produção de metano - principal forma de remoção da matéria orgânica 
iii) Ausência de O2 
iv) Liberação de energia 
v) Necessidade de diferentes gêneros/espécies de bactérias e archeas para realizar 
a degradação dos substratos presentes nos esgotos 
 
 
Anaeróbio
E, mV
Matéria orgânica
CxHyOz
CO2
H2O
CO2
N2
CO2
S2-
CO2
CH4
O2
NO3
-
SO4
2-
CO2
-500
500
0E, mV
Matéria orgânica
CxHyOz
CO2
H2O
CO2
N2
CO2
S2-
CO2
CH4
O2
NO3
-
SO4
2-
CO2
-500
500
0 DesnitrificaçãoAnóxico
Aeróbio
Respiração aeróbia
Dessulfatação
Metanogênese
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
34 
 
vi) Etapas da degradação anaeróbia da matéria orgânica 
(1) Hidrólise - compostos orgânicos complexos hidrolisados a monômeros por 
bactérias fermentativas (exoenzimas hidrolíticas - celulases, lipases, etc.) 
(2) Acidogênese - monômeros convertidos a ácidos orgânicos voláteis (AOVs – 
ácido acético, propiónico, butírico...) por bactérias fermentativas 
Ex. C6H12O6 + 4H2O  2CH3COO- + 2HCO3- + 4H2 + 4H+; Go = -207kJ 
(3) Acetogênese 
(a) AOVs convertidos a acetato, CO2 e H2 por bactérias fermentativas 
Ex. CH3CH2COO- + 3H2O  CH3COO- + HCO3- + H2 + H+ ; Go = +76,2kJ 
(b) Respiração anaeróbia (CO2 como aceptor final de e-) por bactérias 
homoacetogênicas 
Ex. 4H2 + 2HCO3
- + H+  CH3COO
- + 2H2O ; G
o = -105kJ 
(4) Metanogênese - formação de metano por archeas metanogênicas 
(a) archeas metanogênicas hidrogenotróficas 
Ex. 4H2 + HCO3
- + H+  CH4 + 3H2O; G
o = -169,7kJ 
(b) archeas metanogênicas acetotróficas 
Ex. CH3COO
- + H2O  CH4 + HCO3
- ; Go = -31kJ 
(5) Redução de sulfato (dessulfatação) - reação indesejada realizada por bactérias 
sulfatoredutoras que competem com as archeas metanogênicas pelo acetato 
(doador de e-) 
Ex. CH3COO
- + SO4
2- + 3H+  2CO2 +H2S + H2O, G
o = -57,5kJ 
 
Exercícios: 
Demonstrar o fluxo de elétrons para as reações de da degradação anaeróbia, seguindo o 
exemplo: 
 
 
 
acetogênese: CH3CH2COO- + 2H2O  CH3COO- + CO2 + 3H2 
 
 
 
 
4H2 + 2HCO3- + H+  CH3COO- + 4H2O 
 
 
 
 
metantogênese: 4H2 + HCO3- + H+  CH4 + 3H2O 
 
 
 
 
CH3COO- + H2O  CH4 + HCO3-C6H12O6 + 4H2O  2CH3COO
- + 2HCO3
- + 4H2 + 4H
+
+ 6e- + 8e-
- 6e-
- 8e-
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
35 
 
Degradação anaeróbia da matéria carbonácea 
 
Fonte: vonSperling, 1996b; Brock, 1997 
 
 
 
c) Importância da sintrofia entre bactérias fermentativas e archeas metanogênicas 
i) sintrofia = alimentação mútua entre diferentes espécies bacterianas 
ii) muitas reações do catabolismo fermentativo têm G0 positiva 
iii) no reator, H2 é consumido nas reações de metanogênese, e pressão parcial de H2 
<< 1 atm, fazendo com que G se torna negativa 
iv) G = G0 + RTlnK; onde K = constante de equilíbrio 
 
 
Exercício: Determinar G* sob condições "típicas" de um biodigestor anaeróbio: 37C, 
pH 7,0; 1 mM acetato, propionato; 20 mM HCO3-; 10-4 atm H2. 
 
Fermentação (acidogênese) G0 (kcal) G * (kcal) 
Propionato a acetato: 
CH3CH2COO- + 3H2O  CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2 
+76,2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) Resumo do fluxo da matéria carbonácea nos reatores biológicos 
i) Processos aeróbios 
(1) 50 a 70% do C orgânico assimilado em biomassa 
(2) elevada eficiência energética das reações redox aeróbias 
(3) elevada produção de biomassa nos sistemas aeróbios 
ii) Processos anaeróbios 
(1) até 80% do C orgânico acaba na forma de metano 
(2) menor eficiência energética das reações redox fermentativas e anaeróbias 
(3) baixa produção de biomassa nos sistemas anaeróbios 
 
 
Hidrólise
1-bactérias hidrolíticas
Acidogênese
2-bactérias fermentativas
Acetogênese
3-bactérias fermentativas
4-bactérias homoacetogênicas
Metanogênese
5-arqueas metanogênicashidrogenotróficas
6-arqueas metanogênicasacetotróficas
Dessulfatação (na presença de SO4
2-)
7- bactérias sulfatoredutoras
polímeros orgânicos
(carboidratos, proteínas, lipídios)
monômeros
(açucares, aminoácidos, ácidos graxos)
H2, CO2 acetato
(CH3COO
-)
propionato
butirato
succinato
álcoois
H2, CO2CH4, 
CO2
H2S, CO2
2
1
4
3
5
6
7
3
5
SO4
2-
Hidrólise
1- érias hidrolíticas
Acidogênese
2-bactérias fermentativas
Acetogênese
3-bactérias fermentativas
4-bactérias homoacetogênicas
Metanogênese
5-arqueas metanogênicashidrogenotróficas
6-arqueas metanogênicasacetotróficas
Dessulfatação (na presença de SO4
2-)
7- bactérias sulfatoredutoras
monômeros
2
1
4 3
2
1
4 3
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
36 
 
5) Conversão Microbiológica da Matéria Nitrogenada 
a) Nitrificação 
i) oxidação do amônio (fonte de energia) por bactérias nitrificantes 
(quimiolitoautotróficas, aeróbias estritas) 
ii) 2 etapas 
(1) NH4+ + 3/2O2  NO2- + 2H+ + H2O + energia (ex. Nitrosomonas) 
(2) NO2- + 1/2O2  NO3- + energia (ex. Nitrobacter) 
(3) global: NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O + energia 
iii) consumo de O2, o que representa a demanda nitrogenada 
iv) liberação de H+ implica consumo de alcalinidade, possível queda de pH 
b) Desnitrificação 
i) Redução de nitrato (respiração anaeróbia) por bactérias desnitrificantes 
(quimiorganoheterotróficas, anaeróbias facultativas) 
ii) Processo de múltiplas etapas; sob condições anóxicas 
NO3-  NO2-  NO (óxido nítrico)  N2O (óxido nitroso)  N2 
iii) Reação global: 2NO3- + 12H+ + 10e- (do substrato)  N2 + 6H2O + energia 
iv) Vantagem de se promover nitrificação seguida de desnitrificação 
(1) remoção biológica de N 
(2) menor geração de H+, o que leva a economia de alcalinidade 
(3) economia de O2, devido à oxidação de parte da matéria orgânica com NO3- 
 
Exercícios 
1. Com base na estequiometria da reação global de nitrificação determina o requisito de 
oxigênio (kg/d) para nitrificação de um efluente com vazão = 3500 m3/d e NKT = 35 
mg/L. 
 
 
 
 
 
2. Determina o consumo de alcalinidade (mg/L CaCO3) para a completa nitrificação desse 
efluente, com base na seguinte reação H+ + HCO3-  H2O + CO2 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) Processo Anammox (anaerobic ammonium oxidation) 
i) Em ambiente anaeróbio o NH4+ é oxidado com concomitante redução de NO2- 
realizado por bactérias autotróficas da ordem Planctomycetales (Brocadia, 
Kuenenia, Anammoxoglobus, Scalindua) 
NH4+ + NO2− → N2 + 2H2O 
ii) Vantagem sobre nitrificação-desnitrificação, uma vez que apenas metade no N 
precisa ser oxidada a nitrito antes da conversão a N2 
d) Requisitos Nutricionais de Reatores Biológicos 
i) Estequiometria da célula bacteriana = C5H7O2N ou C60H87O23N12P 
ii) N ou P pode ser limitante para o crescimento bacteriano 
(1) Recomenda-se garantir relação DBO/N/P = 100/5/1 (processo aeróbio), ou 
DQO/N/P = 350/5/1 (processo anaeróbio) 
(2) Adição de nutrientes é necessária no tratamento de efluentes industriais pobres 
em nutrientes e que operam com descarte frequente de biomassa do reator 
(ex. lodos ativados) 
 
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
37 
 
Exercícios 
1. Determinar a razão DBO/N/P para o esgoto sanitário de um bairro com 5000 hab. e cargas 
unitárias de 54gDBO/hab.d; 10gNKT/hab.d; 1gP/hab.d. Precisa-se adicionar nutrientes ao 
esgoto antes do tratamento biológico para evitar que sejam limitantes? 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Qual é a quantidade de ureia ((NH2)2CO) e ácido fosfórico (H3PO4) que deve ser adicionado 
a um efluente industrial (Q = 2340m3/d, DBO = 800mg/L) para garantir que N e P não 
sejam limitantes ao crescimento da biomassa no sistema de tratamento? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6) Vantagens de processos aeróbios e anaeróbios 
a) Vantagens de processos anaeróbios 
i) Eficiente remoção de SS, DBO, mas geralmente precisa de pós-tratamento 
ii) Baixo requisito de área (pequena “pegada”) 
iii) Reduzida produção de lodo (reações anaeróbias produzem menos energia) 
iv) Sem consumo de energia (não há aeração), mas geração de energia (CH4) 
v) Não necessitam de equipamentos eletromecânicos (mistura, recirculação) 
vi) Construção e operação simples; adequados como soluções individuais 
b) Vantagens de processos aeróbios 
i) Elevada eficiência de remoção de SS, DBO, sem necessidade de pós-tratamento 
ii) Permitem remoção biológica de nutrientes quando em combinação com processos 
anóxicos e, ou anaeróbios 
iii) Maior diversidade de microrganismos e, portanto, maior resistência a choques 
tóxicos 
iv) Aplicáveis ao tratamento de efluentes industriais contendo substâncias inibidoras 
dos processos anaeróbios (sulfato, metais,...) 
 
3.8. Tratamento Terciário 
 
1) Adotado para atender legislação ou viabilizar reúso 
 
2) Seleção do processo depende de: 
a) uso previsto para o esgoto tratado 
b) compatibilidade com os demais operações e processos na ETE 
c) disponibilidade de métodos para dispor da forma final dos resíduos 
d) viabilidade econômica 
 
3) Processos usados no tratamento terciário 
a) Biológicos 
i) Processos incorporados aos sistemas de lodos ativados (remoção de nutrientes) 
(1) ambientes anóxico + aeróbio – remoção de N 
(2) ambientes anaeróbio + aeróbio – remoção de P 
 
Crohma
Realce
CIV441 – Introdução ao tratamento de águas residuárias DEC/CCE/UFV 
38 
 
ii) Lagoas de maturação (remoção de nutrientes e patógenos) 
iii) Lagoas de alta taxa (remoção de nutrientes e patógenos; produção de biomassa 
algal) 
iv) Disposição no solo (remoção de nutrientes e patógenos) 
 
b) Físico-químicos 
Processo Aplicação 
Desinfecção inativação de patógenos 
Precipitação química 
remoção de P, metais, substâncias 
recalcitrantes 
Adsorção em carvão ativado 
remoção de cor, substâncias 
recalicitrantes 
Filtro de areia remoção de SST, turbidez 
Filtração em membranas