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CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 1 CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS REFERÊNCIAS: JORDÃO, E P.; PESSÔA, C. A. Tratamento de esgotos domésticos. Rio de Janeiro: ABES. VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias . vol.1. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. UFMG. 1. INTRODUÇÃO Esgoto sanitário = esgoto doméstico + águas de infiltração + despejos industriais Esgoto doméstico das residências, comércio, repartições públicas. Águas de infiltração penetram na rede coletora de esgotos através das juntas defeituosas das tubulações, paredes de poços de visita, etc. Despejos industriais efluentes de indústrias que, devido às suas características favoráveis, são admitidos na rede de esgoto. Sistema separador de esgotos: sistema de coleta de esgoto adotado no Brasil, que só prevê o recebimento de esgoto sanitário. Nas comunidades há, então, um sistema para esgoto e outro para águas pluviais. Em muitos países, o sistema para coleta de águas de chuva e de esgoto sanitário é único (sistema unitário). 2. VAZÕES DE ESGOTO 2.1. ESGOTO DOMÉSTICO: A vazão de esgoto doméstico é relacionada com a vazão de água fornecida pela rede de distribuição para os domicílios. É uma fração da vazão de água distribuída e sofre variações semelhantes. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 2 Vazão média fornecida pela rede de distribuição de água, em L/s: 40086. Pq Q mmed P população abastecida (hab) mq consumo médio “per capita” de água (L/hab×dia). O consumo médio “per capita” depende, principalmente: do clima da natureza e do tamanho da cidade dos hábitos e das condições de vida da comunidade do custo da água da pressão na rede de distribuição da existência ou não de medidores de consumo Valores representativos do consumo médio “per capita”: populações até 10.000 hab - 150 a 200 L/hab×dia populações entre 10.000 e 50.000 hab - 200 a 250 L/hab×dia populações maiores que 50.000 hab - 250 L/hab×dia população temporária - 100 L/hab×dia Vazão máxima fornecida pela rede de distribuição, em L/s: 40086 21 . PqkkQ mmax 1k coeficiente do dia de maior consumo. Geralmente k1 = 1,2. 2k coeficiente da hora de maior consumo. Geralmente 2k 1,5. VAZÕES DE ESGOTO DOMÉSTICO: a) média ( med,dQ ) 40086. PqCQ mmed,d C coeficiente de retorno (fração da água distribuída que se transforma em esgoto doméstico). Geralmente é usado em projetos C 0,8. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 3 b) máxima ( max,dQ ) 40086 21 . PqkkCQ mmax,d 2.2. INFILTRAÇÃO: A taxa de infiltração varia desde 0,05 a 1 L/s por km de coletor. Depende, principalmente, do tipo e estado das juntas das tubulações, do tipo de elementos de inspeção, do tipo de solo e da posição do lençol freático. Valores médios comumente utilizados: 0,3 a 0,5 L/s×km. (Von Sperling). 2.3. ESGOTO INDUSTRIAL: Ocorre em pontos específicos da rede e suas características dependem da indústria. 3. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS ESGOTOS 3.1. SÓLIDOS TOTAIS (ST): São toda matéria que permanece como resíduo após evaporação a 103 – 105ºC. CLASSIFICAÇÃO DOS ST: a) De acordo com o tamanho das partículas: SÓLIDOS EM SUSPENSÃO SÓLIDOS FILTRÁVEIS OU DISSOLVIDOS b) De acordo com sua capacidade de sedimentação: (1 h no cone Imhoff) SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS SÓLIDOS NÃO SEDIMENTÁVEIS CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 4 Sólidos Sedimentáveis são uma medida aproximada da quantidade de lodo que será removida por sedimentação. c) De acôrdo com sua volatilidade a 600ºC: SÓLIDOS VOLÁTEIS - fração orgânica SÓLIDOS FIXOS - fração inorgânica 3.2. ODOR Nos esgotos é, geralmente, causado por gases produzidos pela decomposição de matéria orgânica. Esgoto fresco (ainda possui oxigênio dissolvido): odor desagradável, de mofo. Esgoto séptico: odor de alta intensidade devido, principalmente, a sulfeto de hidrogênio (H2S). 3.3. COR E TURBIDEZ Cor aparente = Cor (verdadeira) + Turbidez Turbidez interferência na passagem da luz. Indicam o estado de decomposição do esgoto. Coloração acinzentada esgoto fresco Coloração preta esgoto séptico removidas por coagulação sedimentáveis 10 SÓLIDOS EM SUSPENSÃO SÓLIDOS FILTRÁVEIS Diâmetro da partícula (μm) partículas em suspensão partículas coloidais 1 10 -3 partículas em solução Turbidez Cor CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 5 3.4. TEMPERATURA Nos esgotos sanitários, geralmente, 20 a 25ºC. Contribuições industriais podem elevar essa faixa. Temperatura interfere com o tratamento biológico. 4. CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DOS ESGOTOS 4.1. DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO) Nos esgotos sanitários de condição média, aproximadamente 50% dos sólidos são de origem orgânica, constituídos principalmente de: proteínas carboidratos gorduras surfactantes (agentes de superfície que formam espumas nos corpos receptores). A DBO é a forma mais utilizada de medir a matéria orgânica dos esgotos. A DBO indica a quantidade de oxigênio que é consumida pelos microrganismos dos esgotos, na oxidação da matéria orgânica, quando mantida uma dada temperatura por um espaço de tempo convencionado. A DBO é uma medida da matéria orgânica biodegradável. O ensaio da DBO consiste em se medir o consumo de O2 em uma amostra de líquido (diluída ou não) durante 5 dias encubada a 20ºC. Valores para esgoto sanitário: esgoto fraco: DBO5 = 110 mg/L esgoto médio: DBO5 = 220 mg/L esgoto forte: DBO5 = 400 mg/L DBOL = 1,46 × DBO5 , sendo DBOL a demanda total para oxidar a matéria orgânica. contribuição individual: 54 gDBO5/hab × dia CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 6 EXEMPLO: Indústria de laticínios, processando 113.000 kg de leite por dia, produz 246 m3 de despejos industriais por dia, com DBO5 = 1.400 mg/L. Calcular a população equivalente. SOLUÇÃO: Carga diária de DBO: dia gDBO.dia L.L gDBO, 55 40034400024641 População equivalente: hab. diahab gDBO dia gDBO. P 3786 54 400344 5 5 EXEMPLO: Pelo Plano Diretor de Esgotos de uma cidade, será criado, no polo industrial, uma estação de tratamento para os efluentes industriais. Anteriormente, os esgotos industriais estavam ligados à estação de tratamento existente. Que população poderá ser acrescida a essa cidade, sem que ocorra a necessidade de ampliação da estação de tratamento de esgotos, considerando que a contribuição das indústrias será nula na nova situação? Os dados disponíveis são: a) área piloto (área da amostragem – sem contribuição industrial) População urbana efetivamente ligada à rede coletora: 3.021 hab Volume médio diário de esgotos: 237,17 m3 DBO5,20 média diária: 461,5 mg/L Rede coletora de esgotos sanitários tipo separador absoluto. b) estação de esgotos existente – situação atual População atendida: 180.000 hab Capacidade máxima: 25.000 m3/dia de esgoto com uma DBO5,20 de 350 mg/L (considerando as contribuições domésticas e industriais) Dados / Informações Técnicas: Considere que a carga orgânica dos esgotos domésticos da população a ser acrescida será igual à cargaorgânica atual dos esgotos industriais. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 7 SOLUÇÃO: - Contribuição de DBO5,20 “per capita”: diahabDBOkg hab diaLLDBOkg / 0362,0 )( 021.3 )/(1017,237)/ (105,461 20,5 3 20,5 6 - Carga orgânica na ETE, devida à população: diaDBOkgdiahabDBOkghab / 516.6)/ (0362,0)(000.180 20,520,5 - Carga orgânica total que a estação pode tratar (capacidade da ETE): diaDBOkgLDBOkgdiaL / 750.8)/ (10350)/(10000.25 20,520,5 63 - Carga orgânica atual dos esgotos industriais: diakgDBO / 234.2516.6750.8 20,5 - População equivalente à parcela industrial, ou população que pode ser acrescida à cidade: habPdiaDBOkgP diaDBOkghab 713.61 0362,0 234.2 / 234.2 / 0362,0 1 20,5 20,5 EXEMPLO: Em uma pequena comunidade não existe estação de tratamento de esgotos. Para atender à implantação de um restaurante em um parque municipal, a secretaria de meio ambiente do município encarregou você de fazer os estudos da necessidade de tratamento dos efluentes deste restaurante considerando como parâmetro de decisão a Demanda Bioquímica de Oxigênio – DBO (índice de concentração de matéria orgânica presente num volume de água e, por conseqüência, um indicativo dos seus efeitos na poluição). Como você sabe, a DBO é dada em mg/L, ou seja, o número de miligramas indica a quantidade de oxigênio para que bioquimicamente seja estabilizada a matéria orgânica presente em um litro de esgoto. Ao analisar o projeto, você estudou dados referentes ao restaurante e ao córrego onde se deseja depositar o efluente desse restaurante, como descrito no quadro abaixo: CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 8 Dados / Informações Técnicas: Quanto ao restaurante: - irá servir 500 refeições diárias; - terá uma contribuição diária de despejos de 25 L/refeição; - a DBO do seu efluente é de 300 mg/L. Quanto ao córrego onde se deseja depositar o efluente desse restaurante: - apresenta uma vazão crítica de 40 L/s; - apresenta DBO admissível de 10 mg/L; - apresenta DBO real de 9,6 mg/L. Diante dos resultados dos estudos que você apresentou ao secretário do meio ambiente, ele lhe fez as seguintes solicitações: a) explique a necessidade de tratamento dos efluentes do restaurante considerando a DBO como parâmetro de decisão; b) indique qual será a redução de DBO, em mg/L, necessária para adequação do efluente às condições do córrego. SOLUÇÃO: a) necessidade de tratamento: - Vazão média de efluentes lançada no córrego: sL dias diarefeiçõesrefeiçãoL /145,0 )/(400.86 )/(500)/(25 - Carga de DBO no efluente: smgDBOLmgDBOsL /5,43)/(300)/(145,0 - Carga de DBO no córrego, antes do lançamento: smgDBOLmgDBOsL /384)/(6,9)/(40 - Carga de DBO no córrego, após o lançamento: smgDBO /5,4273845,43 - Concentração de DBO no córrego, após o lançamento: LmgDBO sL smgDBO /6,10 )/)(145,040( )/(5,427 CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 9 - Verificação da necessidade de tratamento: Como a DBO no córrego, após o lançamento, de 10,6 mgDBO / L, ultrapassa à concentração admissível, de 10 mgDBO / L, então há necessidade de tratamento. b) Redução necessária na DBO: - Máxima carga de DBO no efluente: smgDBO mgDBO sL smgDBO /4,17CargaDBO L/10 )/)(145,040( )/)(CargaDBO384( efl efl - Máxima concentração de DBO no efluente: LmgDBO sL smgDBO /120 )/(145,0 )/(4,17 - Redução necessária: LmgDBO /180120300 4.2. DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) A DQO indica a quantidade de O2 necessária para oxidar a fração orgânica de uma amostra pelo dicromato de potássio. A DQO de uma água residuária é, em geral, maior do que a DBO porque existem mais compostos que podem ser quimicamente oxidados do que biologicamente. O ensaio da DQO é mais rápido do que o da DBO - dura aproximadamente 3 horas. A DQO é particularmente importante em despejos que contenham substâncias tóxicas. Valores da DQO para esgoto sanitário: esgoto fraco: DQO = 250 mg/L esgoto médio: DQO = 500 mg/L esgoto forte: DQO = 1.000 mg/L Correlação entre medidas: Quanto maior a relação DQO / DBO mais difícil é o tratamento da água residuária por microrganismos. Para esgoto sanitário: DQO / DBO5 = 1,25 a 2,5 CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 10 4.3. OXIGÊNIO DISSOLVIDO (OD) A presença de OD nas águas residuárias é desejável porque evita a formação de odores agressivos. 5. CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DOS ESGOTOS 5.1. ORGANISMOS PATOGÊNICOS NOS ESGOTOS Ascaris, enterobius Lombrigas Efluentes de ETE e lodo seco usado como fertilizante. Bacillus anthracis Antraz (aglomeração de furúnculos) Esporos são resistentes ao tratamento. Brucella Brucelose (febre de Malta) Normalmente transmitida por leite infectado ou por contato. Esgotos são também suspeitos. Entamoeba histolytica Disenteria Difundida por águas contaminadas e lodo usado como fertilizante. Comum em climas quentes. Leptospira iceterohaemorrhagiae Leptospirose Transportada por ratos dos esgotos. Mycobacterium tuberculosis Tuberculose Isolado em esgotos e águas poluídas. Os esgotos são possíveis transmissores. Salmonella paratyphi Febre paratifóide Comum nos esgotos em épocas de epidemias. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 11 Salmonella typhi Febre tifóide Comum nos esgotos em épocas de epidemias. Salmonella spp. Intoxicação alimentar Comum em esgotos. Schistosoma spp. Esquistossomose Provavelmente morto por eficiente tratamento do esgoto. Shigella spp. Disenteria bacilar Àguas poluídas são as principais fontes de infecção. Taenia spp. Solitária Ovos muito resistentes, presentes em lodos de esgotos e águas residuárias. Perigo para o gado em terras irrigadas ou terras adubadas com lodos. Vibrio cholerae Cólera Transmitido por esgotos e águas poluídas. Vírus Poliomielite, hepatites Encontrados em efluentes de tratamento biológico. Alguns vírus vivem até 41 dias em águas ou esgotos a 20ºC e 6 dias nos rios. 5.2. ORGANISMOS COLIFORMES As bactérias do grupo coliforme são habitantes de intestinos humanos. Cada pessoa expele de 100 a 400 bilhões de coliformes por dia. Como a identificação de organismos patogênicos nas águas é difícil e demorada, as bactérias coliformes são usadas como indicadoras da presença de fezes nas águas e, conseqüentemente, do risco de organismos patogênicos. Coliformes indicadores de poluição fecal A presença de coliformes na água é tomada como um indicador de que patogênicos podem estar presentes. CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS 12 A maioria das bactérias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e Enterobacter. Elas podem viver no intestino de animais de sangue quente e, com exceção da Escherichia, também no solo. A Escherichia coli, por ser de origem exclusivamente fecal, é considerada o mais específico indicador de contaminação fecal recente e de eventual presença de organismos patogênicos. O teste de coliformes determina o nº mais provável (NMP) dessas bactérias em 100 mL. Dois tipos de testes são comuns: contagem de coliformes totais (CT), que não faz distinção entre Escherichia e outroscoliformes; contagem de coliformes fecais (CF), que pesquisa exclusivamente a Escherichia coli. CF atesta contaminação por fezes de animais de sangue quente. CT atesta contaminação por fezes ou proveniente do solo. As quantidades de coliformes fecais (CF) e streptococus fecais (SF) que são despejadas por seres humanos são muito diferentes daquelas despejadas por outros animais. A relação CF / SF pode ser usada para verificar se a contaminação é devida a pessoas ou animais: Para animais domésticos: CF / SF 1,0 Para seres humanos: CF / SF 4,0
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