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Prof. Maria Elisa Magri Tratamento de águas residuárias Universidade Federal de Lavras Departamento de Engenharia Disciplina: GNE 156 – Introdução ao controle e poluição ambiental Turma 22ª - Eng. Controle e Automação - Semestre 2014-1 1 O objetivo do tratamento de águas residuárias é remover poluentes, que quando lançados, podem prejudicar o ambiente aquático. Por que tratar os efluentes? Introdução - Conscientização? - Necessidade ambiental? - Legislação? 2 Se o efluente tratado for disposto em corpos d’água, deve-se seguir a legislação vigente: - Federal - Resolução CONAMA nº 357/2005 e 430/2011 - Estadual - Deliberação Normativa Conjunta COPAM/CERH nº 1/2008) Introdução Parâmetros CONAMA 430/2011 COPAM/CERH 01/2008 pH 6,0 a 9,0 6,5 a 9,0 Temperatura < 40ºC < 40ºC Sólidos em suspensão - 100 mg L-1 Nitrogênio amoniacal total 20 mg L-1 - DBO 120 mg L-1 60 mg L-1 (ou o sistema de tratamento deve alcançar eficiência de tratamento de 60% para esgoto doméstico (75% para outras águas residuárias), e o efluente não altere a classe do curso d’água receptor) DQO - 180 mg L-1 Metais pesados e compostos orgânicos Padrões específicos para cada metal e cada composto orgânico 3 Relações dimensionais entre carga e concentração A carga afluente a uma estação de tratamento corresponde à quantidade de poluente (massa) por unidade de tempo. QConcCa Ca = Carga afluente (kg d -1); Conc = Concentração (kg m-3); Q = Vazão (m3 d-1). Alguns conceitos 4 TDH – Tempo de Detenção Hidráulica Alguns conceitos TDH = Tempo de detenção hidráulica (d); V = Volume (m3); Q = Vazão (m3 d-1). Q V TDH 5 Porcentagem ou eficiência de remoção de um determinado poluente Alguns conceitos Ci = Concentração afluente; Cf = Concentração efluente. 100 C CC E(%) i fi 6 Tratamento de efluentes Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário Tratamento Terciário ou pós- tratamento Níveis do Tratamento dos Esgotos Tipos de tratamento Físico Físico-Químico Químico Biológico Características dos efluentes Relação custo/benefício Localização do empreendimento 7 Tratamento de efluentes Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário Tratamento Terciário ou pós- tratamento Objetivos dos diferentes níveis de tratamento Remoção de sólidos grosseiros e areia; Remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis; sólidos flutuantes; Remoção da matéria orgânica; Remoção da matéria orgânica remanescente (polimento); organismos patogênicos e nutrientes. 8 Tratamento Preliminar Unidades características de um sistema de tratamento preliminar Grades - Instalada a 45º no canal de condução do efluente - Gradeamento manual e mecanizada 9 Tratamento Preliminar Grades - Limpeza manual 10 Tratamento Preliminar Grades - Limpeza mecanizada 11 Tratamento Preliminar Peneiras Estática Rotativas 12 Tratamento Preliminar Peneiras Efluente de frigorífico Efluente da suinocultura 13 Tratamento Preliminar Desarenador - Limpeza manual 14 Tratamento Preliminar Desarenador - Limpeza mecanizada 15 Tratamento Preliminar Caixa de gordura 16 Tratamento Primário Decantador 17 Tratamento Primário Decantador 18 Tratamento Primário - Avançado Flotador 19 Tratamento de efluentes Tanque séptico Tanque séptico proposto pela NBR 13.969/1997 TRH: 12 a 24 h 20 Segundo a NBR 7.229/1993 o efluente do tanque séptico deve ser tratado das seguintes formas: 21 Tratamento de efluentes Vala de filtração Conjunto tubulações perfuradas superiores, para distribuir o efluente sobre leito biológico filtrante, e tubulações perfuradas inferiores, para coletar o filtrado e encaminhá-lo à disposição final. Vala de infiltração Consiste na infiltração do efluente do tanque séptico no solo e composta por um conjunto de tubulações perfuradas assentada sobre a camada- suporte de pedra britada. 22 Tratamento de efluentes Sumidouro ou poço absorvente Poço seco escavado no chão e não impermeabilizado, que orienta a infiltração de água residuária no solo. Filtro anaeróbio Unidade destinada ao tratamento de esgoto, mediante afogamento do meio biológico filtrante. 23 Tratamento de efluentes Filtro anaeróbio 24 Tratamento de efluentes Filtro anaeróbio 25 Tratamento Secundário Disgestão anaeróbia 26 Tratamento Secundário Reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) - A biomassa (micro-organismos) cresce dispersa no meio; - Há formação de grânulos; - Os grânulos aumentam a eficiência do sistema na remoção de matéria orgânica; - Há formação de gases (metano e CO2); - Há uma estrutura na parte superior do reator que separa o efluente dos gases e dos sólidos. 27 Reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) - Há necessidade de remoção constante de lodo; - O lodo sai digerido, podendo ser simplesmente desidratado em leitos de secagem ou por meio de equipamentos mecânicos; - Eficiência de remoção de matéria orgânica - 70%. Tratamento Secundário 28 Reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Aproveitamento energético: Tratamento Secundário 29 Tratamento de Dejetos Biodigestor - Processo anaeróbio; - Material pastoso ( 8 a 10% de ST - lodo). 30 Tratamento de Dejetos Biodigestor 31 Lagoas de Estabilização - Lagoa Anaeróbia Tratamento Secundário - Tem a finalidade de oxidar compostos orgânicos complexos; - Não dependem da fotossíntese das algas; - São profundas (4,5 a 5,0 m de profundidade); - O balanço de oxigênio é negativo, predominam as condições anaeróbias; - Ocorre os processos de degradação anaeróbia descritos anteriormente; - Para um mesmo TRH, a decomposição da matéria orgânica é apenas parcial (50 a 70% de remoção de DBO); - TRH para esgotos domésticos deve estar entre 3 e 6 dias e para águas residuárias agroindustriais entre 5 e 50 dias; 32 Lagoas de Estabilização - Lagoa Anaeróbia Tratamento Secundário 33 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário - Parte da matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) tende a sedimentar, vindo a constituir o lodo de fundo; - O lodo sofre o processo de decomposição por micro-organismos anaeróbios; - A matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel) não sedimenta e sua decomposição se dá através de bactérias facultativas; - O oxigênio utilizado na respiração aeróbia, é suprido ao meio aquático pela fotossíntese realizada pelas algas; - As algas produzem oxigênio que é usado pelas bactérias heterotróficas, as quais produzem gás carbônico que, por sua vez, é usado pelas algas. 34 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário 35 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário - Fotossíntese necessita de fonte de energia luminosa (sol), então é mais elevada próximo à superfície. - Profundidades típicas de 1,5 a 2,0 m. - À medida que se aprofunda na massa líquida, a penetração da luz é menor: ausência de oxigênio dissolvido a partir de uma certa profundidade. - A redução de DBO das lagoas facultativasé da ordem de 70 a 90%. - TRH > 20 dias (esgoto doméstico). 36 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário - A grande vantagem das lagoas facultativas é não produzir mau odor; - Sua maior desvantagem é a grande área que poderão ocupar; - O arranjo típico de lagoas de estabilização é o chamado Sistema Australiano: 2 lagoas em série - anaeróbia seguida de facultativa. - A lagoa facultativa quando precedida de uma lagoa anaeróbia recebe uma carga de apenas 30 a 50% da carga da água residuária bruta, podendo ter, portanto, dimensões bem menores. 37 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário - A lagoa anaeróbia deve ter o fundo impermeabilizado com geomembrana de PEAD (Polietileno de Alta Densidade); - Deve-se retirar o lodo; - O lodo removido deve ser enviado a um leito de secagem para posterior encaminhamento a aterro sanitário ou uso agrícola. 38 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário 39 Lagoas de Estabilização - Lagoa Facultativa Tratamento Secundário 40 Lagoas de Estabilização - Lagoas aeradas Tratamento Secundário - Utilizada quando se deseja obter um sistema predominantemente aeróbio, e de dimensões ainda mais reduzidas; - Lagoa aerada facultativa - O2 vem dos aeradores. 41 Lagoas de Estabilização - Lagoas aeradas Tratamento Secundário 42 Lagoas de Estabilização - Lagoas aeradas Tratamento Secundário Lagoa aerada de mistura completa Lagoa aerada facultativa - TDH de 5 a 10 dias - TDH de 2 a 4 dias - Exigem decantador secundário 43 Tratamento Secundário Vantagens dos sistemas de lagoas de estabilização - Satisfatória eficiência de remoção de DBO; - Razoável eficiência na remoção de patógenos; - Construção, manutenção e operação relativamente simples; - Baixos requisitos energéticos (lagoas não aeradas). Desvantagens dos sistemas de lagoas de estabilização - Elevados requisitos de área; - O desempenho varia com as condições climáticas (não aeradas); - Requisitos energéticos (aeradas); - Devem ser localizadas distante de residências (anaeróbias); - Proliferação de insetos. 44 Lodos ativados Tratamento Secundário É um dos sistemas de tratamento aeróbio mais utilizados no mundo, principalmente quando se exige elevada qualidade do efluente tratado e são requeridas pequenas áreas. Unidades do sistema de lodos ativados: → Tanque de aeração (reator) → Tanque de decantação → Recirculação de lodo 45 Lodos ativados Tratamento Secundário Remoção da matéria orgânica Reator Sedimentação do lodo Decantador secundário Recirculação de parte do lodo Conjunto motobomba TDH de 6 a 8 horas Razão de recirculação do lodo = 0,5 46 Lodos ativados x Lagoa aerada Tratamento Secundário Em virtude da recirculação do lodo, a concentração de sólidos em suspensão no tanque de aeração no sistema de lodos ativados é mais de 10 vezes superior à de uma lagoa aerada de mistura completa, onde não ocorre recirculação. Lagoa aerada de mistura completa Lodos ativados 47 Sistemas alagados construídos (wetlands) Tratamento Secundário Sistemas complexos, integrados, no qual as plantas, os micro-organismos e o substrato interagem para melhorar a qualidade da água. 48 Sistemas alagados construídos (wetlands) Tratamento Secundário 49 Sistemas alagados construídos (wetlands) Tratamento Secundário 50 Sistemas alagados construídos (wetlands) Tratamento Secundário 51 Sistemas alagados construídos (wetlands) Tratamento Secundário Vantagens: - Não requer energia para funcionamento; - Têm mostrado uma grande capacidade de remoção e transformação de compostos químicos, retendo e removendo vários poluentes; - Pequena ou nenhuma exalação de odores; - Não produz lodo para ser disposto; - Absorção dos nutrientes pelas plantas; 52 Sistemas alagados construídos (wetlands) Tratamento Secundário Limitações: - Requer grandes áreas; - A eficiência varia com a temperatura; - Necessita de suprimento de água contínuo; - Pode remover nutrientes que poderiam, ser utilizados na aplicação em culturas. 53 Tratamento do lodo O lodo secundário removido deve ser enviado a um leito de secagem ou ser desaguado mecanicamente para posterior encaminhamento a aterro sanitário ou uso agrícola. - Lodo Primário – lodo que ainda sofre processo de estabilização. Deve ser estabilizado antes de ser disposto no ambiente, por exemplo, em biodigestores. - Lodo Secundário – lodo digerido, obtido em sistemas de tratamento de efluentes que demandam longos períodos para sua remoção. 54 Tratamento do lodo Limpa-fossa Limpeza de lagoa 55 Tratamento do lodo 56 Tratamento do lodo - Elevador de lodo tipo helicoidal (parafuso sem fim) 57 Tratamento do lodo - Leito de secagem do lodo - Filtro prensa (desaguar o lodo) 58 Tratamento do lodo Higienização A higienização busca reduzir a patogenicidade do lodo a níveis que não venham a causar riscos à saúde da população, de acordo com as exigências de cada utilização. Andreroli & von Sperling (2001) - Elevar o pH do lodo para valores superiores a 12,0 por 72 horas; Resolução CONAMA nº 375/2006 - A uma temperatura de 25ºC, elevar o pH do lodo para valores superiores a 12,0 por 2 horas, permanecendo > 11,5 por mais 22 horas, sem que seja feita uma aplicação adicional de álcali (cal). 59 Desinfecção Tratamento Terciário - Efluentes de sistemas de tratamento de esgotos sanitários ou dejetos animais, tanto aeróbios quanto anaeróbios, geralmente ainda contêm relativamente grande quantidade de micro-organismos patogênicos e, portanto, necessitam passar por desinfecção para assegurar proteção à saúde pública. - Os sistemas de tratamento convencionais são projetados para remoção de matéria orgânica, sendo, portanto, pouco eficientes na remoção de organismos patogênicos. - Desinfecção pode ser definida como a etapa responsável pela redução das densidades de micro-organismos de interesse até os limites estabelecidos pela legislação para os diferentes tipos de usos da água. Desinfecção ≠ Esterilização 60 Desinfecção Tratamento Terciário 61 Lagoas de Estabilização - Lagoa de maturação Tratamento Terciário - O principal objetivo das lagoas de maturação é o da remoção de organismos patogênicos, e não da remoção adicional de DBO. - As lagoas são rasas (< 1,0 m de profundidade): - Radiação solar (radiação ultravioleta e temperatura); - Elevado pH (pH > 8,5) - remoção de CO2 pelas algas; - Elevada concentração de OD (favorecendo uma comunidade aeróbia, mais eficiente na eliminação dos coliformes, e reações de foto- oxidação). - Escassez de alimento; - Organismos predadores; - Competição. 62 Lagoas de Estabilização - Lagoa de maturação Tratamento Terciário - As lagoas de maturação devem atingir elevadíssimas eficiências na remoção de coliformes (E > 99,9 a 99,999%); - E para isso, geralmente são construídas em série. 63
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