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TRATAMENTO DE ESGOTO 1 TRATAMENTO DE ESGOTO REFERÊNCIAS: Von Sperling, M. – “Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias – Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos”, UFMG, 1996. Jordão, E. P. – “Tratamento de Esgotos Domésticos” – 4ª edição – Rio de Janeiro, 2005. 1. TRATAMENTOS PRELIMINARES Objetivos: Remoção de sólidos grosseiros, detritos minerais, materiais flutuantes e carreados, óleos e graxas. Constituem: Preparação para tratamentos subseqüentes. Tratamento para lançamento ao mar por meio de emissários submarinos. Tratamento prévio para certos despejos industriais serem lançados à rede pública coletora. Unidades: grades ou desintegradores; caixas de areia ou desarenadores; tanques de remoção de óleos e graxas; tanques de neutralização; tanques de equalização. TRATAMENTO DE ESGOTO 2 Em Estação de Tratamento de Esgoto Sanitário (ETE), geralmente as duas primeiras unidades, seguidas de medidor de vazão, comumente medidor Parshall. TRATAMENTO PRELIMINAR PARA ESGOTO SANITÁRIO GRADE CAIXA DE AREIA MEDIDOR PARSHALL 1.1. GRADES Primeira unidade de uma ETE. Destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes. Grades de limpeza manual: instalações pequenas; a montante de grades mecanizadas, com abertura relativamente grande. Grades mecanizadas: vazão final ≥ 250 L/s, ou; quando volume do material retido justificar. Destino do material gradeado: incineração; aterro sanitário. TRATAMENTO DE ESGOTO 3 TRITURADORES Normalmente utilizados junto com grades mecanizadas. Separam os metais e retornam os sólidos triturados para o canal afluente da ETE. DESINTEGRADORES Fazem simultaneamente a retenção e a desintegração no próprio canal. Constituem ao mesmo tempo, grades e trituradores numa única unidade. 1.2. CAIXAS DE AREIA OU DESARENADORES Destinam-se a remover areia e outros detritos minerais inertes e pesados (entulhos, seixos, partículas de metal, carvão,...). Para proteger bombas, evitar entupimento de canalizações e impedir a formação de depósitos de materiais inertes nos decantadores, digestores,... Destino do material retido: aterros, aterros sanitários. 2. TRATAMENTOS PRIMÁRIOS Objetivos: Remoção e estabilização das impurezas sedimentáveis e flutuantes. Processos: Além dos processos preliminares podem incluir: TRATAMENTO DE ESGOTO 4 DECANTADOR PRIMÁRIO DIGESTOR decantação simples (primária); precipitação química e decantação; digestão dos lodos; secagem, disposição sobre o terreno, incineração ou afastamento dos lodos resultantes; desinfecção. Em ETE que faz tratamento primário de esgoto sanitário, geralmente depois das unidades de tratamento preliminar temos decantadores, digestores e dispositivos de secagem de lodos. 2.1. DECANTADORES PRIMÁRIOS Separam os sólidos sedimentáveis e a gordura dos esgotos. SECAGEM DO LODO Tempo de detenção ( t ): t 6h Eficiência: remoção de DBO: 35 a 40% remoção de coliformes: 30 a 40% TRATAMENTO DE ESGOTO 5 Efluente não atende aos padrões de lançamento em corpos d'água. O lodo e a gordura removidos no decantador são estabilizados por bactérias anaeróbias e facultativas nos digestores. O tempo de detenção varia de 15 a 45 dias, conforme o tipo de digestor. 2.2. TANQUES SÉPTICOS Os tanques sépticos (fossas sépticas) fazem a decantação primária e a digestão dos lodos em um único compartimento. Emprego: tratamento individual de esgoto doméstico em áreas desprovidas de rede pública coletora de esgotos; alternativa de tratamento de esgoto em áreas providas de rede coletora local; retenção previa de sólidos sedimentáveis para permitir projeto de rede coletora com diâmetros e declividades menores. TANQUE SÉPTICO Escuma Efluente líquido Lodo e escuma Lodo sedimentado Distâncias mínimas: 1,50m de construções, limites de terreno, sumidouros, valas de infiltração e ramal predial de água; 3,0m de árvores e de qualquer ponto de rede pública de abastecimento de água; 15,0m de poços freáticos e de corpos de água. TRATAMENTO DE ESGOTO 6 Tempo de detenção ( t ): 12h t 24h Eficiência: remoção de DBO: 30 a 60% remoção de óleos e graxas: 70 a 90% remoção de coliformes: 40 a 60% Remoção do lodo em excesso: O lodo e a escuma devem ser removidos em intervalos de tempo segundo o projeto. É obrigatório o uso de botas e luvas de borracha. Em caso de remoção manual, máscaras de proteção. Ao abrir a tampa de inspeção, esperar cinco minutos para a saída de gases tóxicos e/ou explosivos. O efluente apresenta elevada concentração de coliformes fecais e sua disposição merece cuidado. DISPOSIÇÃO DO EFLUENTE DOS TANQUES SÉPTICOS: a) LODO E ESCUMA: Estações de tratamento de esgoto; Pontos determinados da rede coletora de esgoto, aprovados pelo órgão responsável pelo esgotamento sanitário; Leitos de secagem (para comunidades isoladas). TRATAMENTO DE ESGOTO 7 b) LODO SECO Aterro sanitário; Usina de compostagem; Campo agrícola (não pode ser utilizado para cultivos de hortaliças, frutas rasteiras e legumes consumidos crus). c) EFLUENTE LÍQUIDO c.1) INFILTRAÇÃO NO SOLO ENSAIO DE INFILTRAÇÃO Segundo a NBR-13969 da ABNT: o em três pontos do terreno que vai ser utilizado para disposição do efluente do tanque séptico, proceder à abertura de uma vala, cujo fundo deverá coincidir com o plano útil de absorção; o no fundo de cada vala abrir uma cova de seção quadrada de 30 cm de profundidade e 30 cm de lado. Raspar o fundo e os lados do buraco; o retirar do fundo do buraco qualquer terra solta e encher com uma camada de 5 cm de brita n° 1. Em seguida, manter cada buraco cheio de água durante quatro horas, adicionando mais água à proporção que ela vai se infiltrando no terreno. o no dia seguinte, encher novamente cada buraco com água, aguardando que a mesma se escoe completamente; o em seguida, encher novamente os buracos com água até a altura de 15cm, cronometrando o tempo para que o nível d'água baixe 1cm (de 15cm para 14cm); o com os tempos de abaixamento determinados, entrar na curva apresentada a seguir e ler os coeficientes de infiltração correspondentes; o menor dos valores encontrados deverá ser adotado; TRATAMENTO DE ESGOTO 8 POÇO ABSORVENTE (SUMIDOURO) Para áreas onde o aqüífero é profundo. Deve-se manter ≥1,50m entre fundo do sumidouro e nível máximo do lençol. SUMIDOURO NA max h Brita n° 3 ou n° 4 D Área de infiltração a considerar por sumidouro: D 2 Dh 4 ≥ 0 ,5 0 TRATAMENTO DE ESGOTO 9 VALAS DE INFILTRAÇÃO Deve ser mantida uma distância mínima vertical entre o fundo da vala e o nível máximo da superfície do aqüífero de 1,5m. Para manutenção da condição aeróbia no interior da vala e desobstrução dos poros do solo, deve ser previsto uso alternado de valas. Assim, o n°mínimo de valas deve ser dois, cada uma correspondendo a 100% da capacidade total necessária. As valas devem ser alternadas em um prazo máximo de seis meses. VALAS DE INFILTRAÇÃO 0,05m 0,10m Brita até n° 4 0,30m > 0,30m Corte transversal TRATAMENTO DE ESGOTO 10 = Tubo de ventilação com tela anti - inseto = Tubo de distribuição Tubo de ventilação Tubo de distribuição Corte longitudinal Área de infiltração a considerar por vala: S1 S2 S3 TRATAMENTO DE ESGOTO 11 0,10 3 h2 h1 H h 1 2 0,30m 0,40m c.2) TRATAMENTO COMPLEMENTAR FILTRO ANAERÓBIO FILTRO ANAERÓBIO 0,80m FILTRO ANAERÓBIO 1 – bocal distribuidor 2 – tubo guia (p/ drenagem) 3 – canaleta do efluente H = h + h1 + h2 H = altura total interna h = altura total do leito h1 = altura da lâmina livre h2 = altura do vão livre Altura do leito filtrante: Geralmente de 1,20m, incluindo a altura do fundo falso. Altura do fundo falso ≤ 0,60m, já incluindo a espessura da laje. O fundo falso pode ser substituído por meio filtrante, sendo o esgoto introduzido no filtro por meio de tubos perfurados. Distribuição do esgoto no filtro anaeróbio: Através de bocais no fundo falso – considerar 1 bocal para cada 3,0m² de área horizontal de filtro, no máximo. Através de tubos perfurados. Coleta de efluentes: Canaletas tubos perfurados. 0 ,6 0 m 0 ,6 0 m TRATAMENTO DE ESGOTO 12 Deve ser previsto um dispositivo de coleta para cada dispositivo de distribuição. Dispositivo de drenagem: Nos filtros com fundo falso, um tubo-guia de 150mm de diâmetro em PVC para cada 3m² de área do fundo. Nos filtros com distribuição por tubos perfurados, o fundo do filtro deve ter declividade de 1% em direção ao poço de drenagem. Material filtrante: Brita n° 4 ou 5, com as dimensões mais uniformes possíveis. Peças de plástico. Outros materiais. Materiais de construção usuais: Alvenaria de tijolos. Concreto armado. Plástico. fibra de vidro. Remoção do lodo em excesso: Drena-se o líquido através dos tubos-guia ou do poço de drenagem, gerando um fluxo descendente através do leito com velocidade maior que a normal, que provoca a remoção do excesso de crescimento biológico. Geralmente duas a três limpezas por ano. Eficiência do sistema Tanque Séptico – Filtro Anaeróbio: remoção de DBO: 70 a 90% remoção de coliformes: 60 a 90% TRATAMENTO DE ESGOTO 13 3. TRATAMENTOS SECUNDÁRIOS Objetivos: Remoção e estabilização da matéria orgânica dissolvida (por bactérias) e da matéria coloidal e em suspensão (por adsorção ao lodo). Incluem oxidação biológica e decantação final. Processos / unidades: filtração biológica; lodos ativados; lagoas de estabilização; filtração anaeróbia; reatores anaeróbios de fluxo ascendente; etc. 3.1. FILTROS BIOLÓGICOS Características: São sistemas biológicos de crescimento fixo desenvolvimento microbiano aderido à superfície de um meio de suporte (pedra britada, geralmente). Não é um filtro. Melhor denominação seria leito biológico. Quando o esgoto percola sobre a camada de limo, a matéria orgânica e o oxigênio são extraídos e produtos finais do metabolismo são liberados, como o CO2. O excesso de crescimento biológico é removido pelo esgoto que passa no meio filtrante e separado no decantador secundário. TRATAMENTO DE ESGOTO 14 MEIO FILTRANTE H2S ácidos orgânicos DBO O2 CO2 CAMADA ANAERÓBIA CAMADA AERÓBIA A ventilação é importante para fornecer o oxigênio ao processo biológico. Na maioria dos casos a ventilação natural é suficiente. No inverno, a ventilação ocorre de baixo para cima. O esgoto aquece o ar do interior do filtro que sobe por se tornar menos denso que o ar exterior. No verão, a ventilação ocorre de cima para baixo. O esgoto esfria o ar do interior do filtro, que desce e é removido pelo sistema de drenagem. Nova massa de ar entra pelo topo do filtro para substituir aquela que saiu. PROBLEMA: mosca Psychoda alternata. Algumas horas do dia fecha- se a saída para inundar o filtro. Ventilação deve estar acima do topo de filtro. E SG O T O A R TRATAMENTO DE ESGOTO 15 Entrada do FILTRO BIOLÓGICO CORTE AA Distribuidor rotativo Ventilação Dreno Anel central de coleta esgoto Dreno Canalização afluente Poço de ventilação Anel central de coleta Conduto efluente Canaleta de coleta Comporta Dreno do fundo 1% 1 % TRATAMENTO DE ESGOTO 16 Partes principais: Distribuidores rotativos: movidos pelo próprio jato. Meio filtrante: pedras com 5 a 10 cm. A maior parte da matéria orgânica é removida no primeiro metro da camada de pedra, de modo que estes filtros têm profundidade do leito entre 1,5 e 2,1m. Quando se emprega meio sintético em substituição às pedras, as unidades são chamadas de torres biológicas pois têm altura maior, de cerca de 6m. Drenos: para coletar o efluente e permitir a circulação de ar. Carga de DBO aplicada no filtro: kg de DBO5 no esgoto afluente ao filtro durante um dia, por m³ de filtro (kgDBO5/m³×d). Não considera a contribuição devida a recirculação. Carga hidráulica: m³ de esgoto aplicado ao filtro durante um dia, por m² de área horizontal do filtro (m³/m²×d). 3.1.1. FILTROS BIOLÓGICOS DE BAIXA CARGA Emprego: Pouco usados, normalmente pequenas unidades de tratamento. Cargas aplicadas: Carga de DBO ≤ 0,3kgDBO5/m³×d Carga hidráulica entre 0,8 e 5m³/m²×d TRATAMENTO DE ESGOTO 17 FILTRO BIOLÓGICO - BAIXA CARGA FILTRO DECANTADOR PRIMÁRIO DIGESTOR BIOLÓGICO SECAGEM DO LODO DECANTADOR SECUNDÁRIO Características: Não há recirculação. Elevada eficiência na remoção da DBO. Devido à baixa carga de DBO aplicada, o lodo retido no decantador secundário encontra-se razoavelmente oxidado e pode ser disposto para secagem sem geração de odores agressivos. Áreas e volumes elevados. Incidência maior de insetos e odores. Eficiência: remoção de DBO: 85 a 93% remoção de coliformes: 60 a 90% 3.1.2. FILTROS BIOLÓGICOS DE ALTA CARGA Cargas aplicadas: Carga de DBO ≤ 1,8kgDBO5/m³×d Carga hidráulica entre 10 e 60m³/m²×d TRATAMENTO DE ESGOTO 18 FILTRO BIOLÓGICO - ALTA CARGA RECIRCULAÇÃO DIGESTOR SECAGEM DO LODO Características: Alta taxa de crescimento biológico no filtro. Para evitar obstrução, há necessidade da aplicação de carga hidráulica elevada, conseguida pela recirculação. O lodo secundário necessita ser estabilizado antesda secagem. Eficiência: remoção de DBO: 80 a 90% remoção de coliformes: 60 a 90% DECANTADOR PRIMÁRIO FILTRO BIOLÓGICO DECANTADOR SECUNDÁRIO TRATAMENTO DE ESGOTO 19 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO Exemplo extraído da referência: Jordão, E. P. e Pessôa, C. A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª ed. Rio de Janeiro, 2005. Dimensionamento dos filtros biológicos da ETE Norte, em Maringá, PR, após reatores UASB. Dados: Concentração de DBO afluente aos filtros biológicos: 120 𝑚𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝐿⁄ Vazão média afluente: 230 𝐿 𝑠⁄ = 19.872 𝑚3 𝑑⁄ Vazão máxima afluente: 360 𝐿 𝑠⁄ = 31.104 𝑚3 𝑑⁄ Solução: Carga de DBO média afluente aos filtros biológicos: 𝐶 = 19.872 𝑚3 𝑑⁄ × 0,12𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂5 𝑚 3⁄ = 2.385 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ Carga volumétrica de DBO aplicada no filtro: Considerando filtro biológico de alta taxa utilizando brita 4 como enchimento, tratando efluente de UASB, para resultar DBO efluente < 30 a 40 mg/L, é adequado: 𝐶𝑣 = 0,75 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑚 3 × 𝑑⁄ Valor dentro da faixa recomendada para este tipo de filtro. Volume necessário de enchimento: 𝑉𝑒𝑛𝑐ℎ = 2.385 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ 0,75 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑚3 × 𝑑⁄ = 3.180𝑚3 Altura de enchimento do filtro: 2,20𝑚 (arbitrado) Área dos filtros biológicos: 𝐴 = 3.180 2,20 = 1.445𝑚2 Número de filtros: 2 (arbitrado) TRATAMENTO DE ESGOTO 20 Área de cada filtro: 𝐴𝐹 = 1.445 2 = 772,5𝑚2 Diâmetro de cada filtro: 𝐷𝐹 = √ 4𝐴𝐹 𝜋 = √ 4 × 772,5 𝜋 = 30,3𝑚 Valor adotado: 𝐷𝐹 = 30𝑚 Área corrigida de cada filtro biológico: 𝐴𝐹 = 𝜋 × 302 4 = 707𝑚2 Área total dos filtros: 𝐴 = 2 × 707 = 1.414𝑚2 Volume total dos enchimentos: 𝑉𝑒𝑛𝑐ℎ = 1.414 × 2,20 = 3.111𝑚 3 Carga hidráulica aplicada para 𝑄𝑚𝑎𝑥: 31.104 𝑚3 𝑑⁄ 1.414𝑚2 = 22 𝑚3 𝑚2 × 𝑑⁄ O valor da carga hidráulica aplicada está de acordo com a faixa recomendada para filtros biológicos de alta taxa e, desta forma, não há necessidade de recirculação. Observação: a dispensa da recirculação neste filtro de alta taxa deve- se ao fato de tratar-se de aplicação de esgoto que, pelo tratamento anterior nos reatores UASB, apresenta menor concentração de DBO que o esgoto bruto. Desta maneira, para manter carga volumétrica de DBO alta, própria dos filtros biológicos de alta taxa, o esgoto afluente aplicado gera uma carga hidráulica também elevada. Constatamos, então, que a carga hidráulica dada pelo esgoto afluente ao filtro biológico é suficiente para se alcançar os limites recomendados para este tipo de filtro, sem necessidade de recirculação. TRATAMENTO DE ESGOTO 21 3.2. LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Emprego: Pequenas comunidades com condições de clima e terrenos favoráveis: o regiões quentes e ensolaradas; o terrenos baixos, pouco acidentados, afastados das zonas residenciais e de baixo custo. Resíduos industriais de natureza orgânica: fábrica de conservas, indústrias alimentícias, usina de açúcar, matadouros, frigoríficos, laticínios,... Características: Não necessitam equipamentos e energia elétrica (salvo as lagoas aeradas). Alta eficiência. Custo inicial baixo. Despesas de operação e manutenção baixas. Grande flexibilidade. Possibilidade de receber sobrecargas. Simplicidade de operação. Classificação: Lagoas facultativas Lagoas anaeróbias Lagoas de maturação: têm como objetivo principal a remoção de patogênicos. Lagoas de polimento: têm como objetivo principal a remoção adicional de DBO, nutrientes e patogênicos. Lagoas aeradas TRATAMENTO DE ESGOTO 22 NAmax Algas NAmin O2 CO2 Bacts. aeróbias e facultativas H2S, ácidos orgânicos 3.2.1. LAGOAS FACULTATIVAS Funcionamento: Junto á superfície livre, algas produzem oxigênio e forma-se uma região aeróbia. Junto ao fundo, o lodo depositado é decomposto sem a presença de oxigênio livre e tem-se uma região anaeróbia. Na região intermediária, a decomposição da matéria orgânica é efetuada por bactérias facultativas. Elas oxidam a matéria orgânica utilizando oxigênio livre, quando disponível. Na sua ausência, utilizam nitrato. LAGOA FACULTATIVA Luz solar Bactérias anaeróbias Depósito de lodo 1 ,5 0 a 3 ,5 0 m 0 ,6 0 m 0 ,3 0 TRATAMENTO DE ESGOTO 23 Características: Custos de construção e operação reduzidos. Construção, operação e manutenção simples. Satisfatória resistência às variações nas características do afluente. Necessitam áreas grandes. Deve-se fazer capina freqüente nas margens e taludes (insetos, cobras,...). Efluentes com elevadas concentrações de Sólidos em Suspensão devido às algas. Taxa de aplicação superficial (Ls): Para 80% de remoção da DBO Lagoas primárias: Recebem esgoto bruto. Características locais 𝐿𝑠 (𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ ) Inverno quente e elevada insolação 240 a 350 Inverno e insolação moderados 130 a 240 Inverno frio e baixa insolação 100 a 180 Lagoas secundárias: Recebem esgoto proveniente de outras lagoas. 𝐿𝑠 = 150 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ Tempo de detenção ( t ): t 15 a 45d Profundidade ( H ): H 1,5 a 3,0m Eficiência: remoção de DBO: 70 a 85% remoção de coliformes: 60 a 99% TRATAMENTO DE ESGOTO 24 Remoção do lodo: Necessidade de remoção, geralmente, após mais de 20 anos. 3.2.2. LAGOAS ANAERÓBIAS Características: Baixa produção de lodo. Estabilização incompleta, que requer um 2° estágio com tratamento aeróbio. Relativamente alta temperatura necessária para o processo. A camada de escuma na superfície, devida à gordura: dificulta a penetração de luz menos algas menos oxigênio (tóxico para organismos anaeróbios); protege contra curtos-circuitos, agitação provocada por ventos e transferência de oxigênio; ajuda a manter temperatura mais elevada e uniforme no interior da lagoa. Devem ficar afastadas de área habitadas devido à possibilidade de maus odores. TRATAMENTO DE ESGOTO 25 3 Tempo de detenção ( t ): t 3 a 6d Taxa de aplicação volumétrica ( Lv ): 0,1 Lv 0,3kgDBO5 / m d acima de abaixo de 0,4kgDBO5 0,1kgDBO5 / m 3 d , a lagoa pode exalar maus odores; / m 3 d , a lagoa pode deixar de ser totalmente anaeróbia. Um grande número de lagoas no Brasil trabalha bem com cargas relativamente baixas, como 0,05kgDBO5 / m 3 d Profundidade ( H ): 4,00 H 5,00m Eficiência: Na remoção de DBO: Temperatura média da lagoa no mês mais frio (°C) Eficiência na remoção de DBO (%) 20 50 20 60 Na remoção de coliformes: 60 a 90% remoção do lodo: Quando camada de lodo atingir metade da altura útil da lagoa. A taxa de acúmulo é da ordem de 0,03 a 0,04m3 / hab ano . TRATAMENTO DE ESGOTO 26 Sistema Australiano de lagoas: LAGOA ANAERÓBIA + LAGOA FACULTATIVA SISTEMA AUTRALIANO DE LAGOAS Lagoas Facultativas Requerem área menor que as lagoas facultativas. Devem ficar afastadas de áreas habitadas. EXEMPLO: Dimensionar lagoas de estabilizaçãopara: População: 5.000ℎ𝑎𝑏 Esgoto sanitário: 800 𝑚3 𝑑⁄ Inverno moderadamente quente e elevada insolação. Flutuações na temperatura moderadas e sazonais. SOLUÇÃO: a) Considerando uma só lagoa facultativa. Carga superficial aplicada (𝑳𝒔): Critério de dimensionamento de lagoas facultativas primárias (recebem esgoto bruto) para apresentarem eficiência de 80% na remoção da DBO: Características locais 𝐿𝑠 (𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ ) Inverno quente e elevada 240 𝑎 350 Lagoas Anaeróbias TRATAMENTO DE ESGOTO 27 insolação Inverno e insolação moderados 130 𝑎 240 Inverno frio e baixa insolação 100 𝑎 180 Considerando que o inverno é moderadamente quente com elevada insolação, vamos adotar: 𝐿𝑠 = 240 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ Carga diária afluente à lagoa: Considerando a contribuição unitária de 54 𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎𝑏 × 𝑑⁄ , 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 = 0,054 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎𝑏 × 𝑑 × 5.000ℎ𝑎𝑏 = 270 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ Área média da lagoa (𝑨): 𝐴 = 270 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ 240 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ = 1,125ℎ𝑎 = 11.250𝑚2 Profundidade (𝑯): Para lagoas facultativas, as profundidades recomendadas são: 1,0m Esgoto pré-decantado Temperatura uniforme e quente 1,0 – 1,5m Esgoto bruto Temperatura uniforme e quente 1,5 – 2,0m Esgoto bruto Flutuações na temperatura moderadas e sazonais 2,0 – 3,0m Esgoto bruto Sensíveis variações sazonais de temperatura A lagoa recebe esgoto bruto e considerando flutuações de temperatura moderadas e sazonais, vamos adotar: 𝐻 = 2,0𝑚 TRATAMENTO DE ESGOTO 28 Volume da lagoa (𝑽): 𝑉 = 𝐴 × 𝐻 = 11.250 × 2,0 = 22.500𝑚3 Tempo de detenção (𝒕): 𝑡 = 𝑉 𝑄 = 22.500𝑚3 800 𝑚3 𝑑⁄ = 28,1𝑑 Valor que está dentro do intervalo recomendado, que é 𝑡 = 15 𝑎 45𝑑. Eficiência do tratamento na lagoa facultativa (𝑬): A taxa de aplicação utilizada no dimensionamento é para resultar eficiência em torno de 80%. Carga diária de DBO efluente da lagoa facultativa: 𝐸 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 × 100% 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝐸 × 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 100% 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 ∙ (1 − 𝐸 100% ) 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 270 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑 ∙ (1 − 80% 100% ) = 54 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑 b) Considerando Sistema Australiano (anaeróbia + facultativa). b.1) Lagoa anaeróbia. Taxa de aplicação volumétrica na lagoa (𝑳𝒗): Carga recomendada: 0,1 ≤ 𝐿𝑣 ≤ 0,3 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑚 3 × 𝑑⁄ Valor adotado: 𝐿𝑣 = 0,1 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑚 3 × 𝑑⁄ TRATAMENTO DE ESGOTO 29 Volume da lagoa anaeróbia (𝑽): 𝑉 = 270 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ 0,1 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑚3 × 𝑑⁄ = 2.700𝑚3 Tempo de detenção (𝒕): 𝑡 = 𝑉 𝑄 = 2.700𝑚3 800 𝑚3 𝑑⁄ = 3,4𝑑 Valor que está dentro do intervalo recomendado (𝑡 = 3 𝑎 6𝑑). Profundidade da lagoa anaeróbia (𝑯): Profundidade recomendada: 𝐻 = 4,0 𝑎 5,0𝑚 Adotado: 𝐻 = 4,0𝑚 Área média da lagoa anaeróbia (𝑨): 𝐴 = 𝑉 𝐻 = 2.700𝑚3 4,0𝑚 = 675𝑚2 Carga diária volumétrica de DBO efluente da lagoa anaeróbia: Considerando eficiência esperada para os critérios de dimensionamento utilizados, de 50%. 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑖á𝑟𝑖𝑎 = 0,5 × 270 = 135 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ Esta é a carga afluente à lagoa facultativa. b.2) Lagoa facultativa. Carga superficial aplicada (𝑳𝒔): Trata-se de uma lagoa secundária, pois recebe esgoto que já sofreu tratamento na lagoa anaeróbia. O critério de dimensionamento de lagoa facultativa secundária para se alcançar eficiência de 80% na remoção da DBO, é aplicar 150 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ . TRATAMENTO DE ESGOTO 30 Então, 𝐿𝑠 = 150 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ Área da lagoa facultativa (𝑨): 𝐴 = 135 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑⁄ 150 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 ℎ𝑎 × 𝑑⁄ = 0,90ℎ𝑎 = 9.000𝑚2 Profundidade da lagoa facultativa (𝑯): Consultando a tabela anterior, para esgoto pré-decantado (na lagoa anaeróbia) e flutuações de temperatura moderadas e sazonais, vamos adotar: 𝐻 = 1,5𝑚 Volume da lagoa facultativa (𝑽): 𝑉 = 𝐴 × 𝐻 = 9.000 × 1,5 = 13.500𝑚3 Tempo de detenção na lagoa facultativa (𝒕): 𝑡 = 𝑉 𝑄 = 13.500𝑚3 800 𝑚3 𝑑⁄ = 16,9𝑑 Verifica-se que o tempo está dentro dos limites recomendados (𝑡 = 15 𝑎 45𝑑). Tempo de detenção total no sistema de lagoas (𝒕𝒕): 𝑡𝑡 = 3,4 + 16,9 = 20,3𝑑 Carga diária de DBO efluente da lagoa facultativa: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 ∙ (1 − 𝐸 100% ) Considerando eficiência da lagoa facultativa de 80%, 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 135 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑 ∙ (1 − 80% 100% ) = 27 𝑘𝑔𝐷𝐵𝑂5 𝑑 TRATAMENTO DE ESGOTO 31 Eficiência global do tratamento (𝑬𝒈): 𝐸𝑔 = 270 − 27 270 × 100% = 90% Observação: Comparação dos resultados: Tipo de sistema Tempo de detenção total (𝑑) Área total (𝑚2) Eficiência global (%) Lagoa facultativa única 28,1 11.250 80 Sistema Australiano 20,3 9.675 90 3.2.3. LAGOAS AERADAS FACULTATIVAS Características: Oxigênio fornecido por aeradores. Aeradores têm potência apenas para a oxigenação, não conseguindo manter toda biomassa dispersa na massa líquida, ocorrendo depósitos no fundo onde ocorre processo anaeróbio. Áreas menores que sistema Australiano de lagoas. Pequena possibilidade de maus odores. Requerem energia. TRATAMENTO DE ESGOTO 32 LAGOA AERADA FACULTATIVA Tempo de detenção ( t ): t 5 a 10d Profundidade ( H ): H 2,5 a 4,5m Deve propiciar uma camada aeróbia de aproximadamente 2m para oxidar os gases da decomposição anaeróbia do lodo do fundo e impedir maus odores. Eficiência: Na remoção de DBO: 70 a 90% Na remoção de coliformes: 60 a 96% 3.2.4. LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA LAGOA AERADA DE MISTURA COMPLETA TRATAMENTO DE ESGOTO 33 Características: Aeradores têm potência para oxigenar e manter os Sólidos em Suspensão dispersos no meio líquido. Devido aos Sólidos em Suspensão (biomassa) no efluente, há necessidade de uma lagoa de decantação após a lagoa aerada de mistura completa. Remoção do lodo das lagoas de decantação a cada 2 a 5 anos. Menor exigência de área entre os diferentes sistemas de lagoas. Tempo de detenção ( t ): t 2 a 4d Profundidade ( H ): H 2,5 a 4,5m Eficiência: Na remoção de DBO: 70 a 90% Na remoção de coliformes: 60 a 99% 3.3. LODOS ATIVADOS Vantagens: elevada eficiência; pequena área; grande flexibilidade de operação; normalmente não apresentam problemas de odores. Desvantagens: operação delicada; necessidade de completo controle laboratorial; elevado custo de implantação e operação. TRATAMENTO DE ESGOTO 34 3.3.1. LODOS ATIVADOS COM MISTURA COMPLETA LODOS ATIVADOS – MISTURA COMPLETA TANQUE DE AERAÇÃO DECANTADOR PRIMÁRIO DECANTADOR SECUNDÁRIO DIGESTOR SECAGEM DO LODO Características: O esgoto decantado e a biomassa (lodo) são misturadosintensamente no tanque de aeração (TA). Aeradores no TA garantem a mistura e o oxigênio para a biomassa oxidar o substrato solúvel por ela assimilado. Multiplicação da biomassa resulta na produção de mais lodo. O lodo do TA adsorve na sua superfície substrato não assimilado pela biomassa (impurezas do esgoto na forma coloidal e em suspensão). O lodo é separado no decantador secundário. Devido à recirculação do lodo, o tempo de detenção da biomassa (tempo de permanência dos microrganismos no processo) é maior que o tempo de detenção hidráulica (tempo de permanência do esgoto no processo). A recirculação garante uma elevada concentração de biomassa no tanque de aeração. O excesso de lodo do decantador secundário necessita estabilização. O processo é muito sensível às descargas tóxicas e variações nas características do esgoto. TRATAMENTO DE ESGOTO 35 Tempo de detenção hidráulica ( t ): t 3 a 5h Tempo de detenção de biomassa ou idade do lodo (X ): X 4 a 15d Eficiência: Na remoção de DBO: 85 a 93% Na remoção de coliformes: 60 a 90% 3.3.2. LODOS ATIVADOS COM AERAÇÃO PROLONGADA LODOS ATIVADOS – AERAÇÃO PROLONGADA TANQUE DE AERAÇÃO DECANTADOR SECUNDÁRIO SECAGEM DO LODO RECIRCULAÇÃO TRATAMENTO DE ESGOTO 36 Características: Devido ao maior tempo de detenção do esgoto, os sólidos sedimentáveis do esgoto bruto são oxidados no próprio tanque de aeração, dispensando-se os decantadores primários. Maior tempo de contato da biomassa com o esgoto resulta em menor disponibilidade de alimento, que leva o lodo a um elevado grau de auto-oxidação. O nível de auto-oxidação da biomassa permite que o lodo excedente do processo seja secado em leitos, sem exalação de odores agressivos, dispensando-se os digestores de lodos. É o sistema com maior eficiência na remoção de DBO. Tem elevados custos de implantação e operação. É o sistema com maior consumo de energia. Operação mais simples que os lodos ativados convencional. Tempo de detenção hidráulica ( t ): t 16 a 36h Tempo de detenção de biomassa ou idade do lodo (X ): X 20 a 30d Eficiência: Na remoção de DBO: 93 a 98% Na remoção de coliformes: 65 a 90% TRATAMENTO DE ESGOTO 37 Os VALOS DE OXIDAÇÃO são unidades de tratamento de esgoto que apresentam os mesmos princípios básicos do processo de lodos ativados com aeração prolongada. VALOS COM ROTORES DE EIXO HORIZONTAL: Semelhante a uma pista de atletismo. Porém, há muitas modificações. Recomendados para P ≤ 10.000hab. Devido à pequena capacidade de aeração e de impulsionamento dos rotores de eixo horizontal, a profundidade desses valos é pequena, não ultrapassando 1,50m, o que limita a sua aplicação às pequenas populações. Rotações: 60 – 110rpm. Imersões: 8 a 30cm. VALO COM ROTOR DE EIXO HORIZONTAL Rotor Tipos de rotores horizontais: a) Escovas Kessener Escovas de piaçava. Muito frágil, não sendo mais usadas. 50 a 80gO2/m³×h. TRATAMENTO DE ESGOTO 38 b) Rotor Spaan, 1959 – Holanda Piaçava foi substituída por cantoneiras com 2 a 3cm de lado. Diâmetro do rotor: 50cm. 100 a 300gO2/m³×h. c) Rotor tipo Gaiola Construído de lâminas ou pás de seção retangular (5×15cm, barra chata) espaçadas de 5cm, fixadas em posições alternadas. Número de fileiras radiais: 12. Diâmetro do rotor: 70cm. É o rotor mais eficiente. Carga volumétrica ou carga de DBO: 225gDBO5 / m 3 d VALOS COM ROTORES DE EIXO VERTICAL OU DE FLUXO ORBITAL Também conhecidos como Sistema Carrossel. É uma evolução do processo dos valos de oxidação para diminuir a área. Podem ter profundidades maiores que os de eixo horizontal e, conseqüentemente, atenderem populações maiores. Diâmetro do rotor: D = 4,0 a 7,5m Rotação: 60 – 110rpm O volume da câmara é calculado como no caso de valos com rotores horizontais. TRATAMENTO DE ESGOTO 39 D 1,2 D 8 – 30cm ZONA DE ESCOAMENTO ZONA DE AERAÇÃO 3.3.3. LODOS ATIVADOS POR BATELADA Características: Esgoto é retido em um tanque onde se processa sua depuração, resultando na formação de mais lodo devido à multiplicação da biomassa. Mantém-se o aerador ligado durante o tempo necessário para que a biomassa remova a matéria orgânica da água residuária. Desliga-se, então, o aerador e espera-se ocorrer a sedimentação do lodo. TRATAMENTO DE ESGOTO 40 O esgoto decantado é drenado e constitui o efluente líquido do processo. O excesso de lodo é retirado e, dependendo do tempo de aeração, pode estar estabilizado, quando é levado para secagem, ou não estabilizado, quando é conduzido a um digestor. Apresentam maior potência instalada entre os sistemas de lodos ativados. Podem ser dimensionados para operarem como sistemas com mistura completa ou com aeração prolongada. Geralmente é vantajoso para pequenas populações. LODOS ATIVADOS - BATELADA ESGOTO BRUTO ESGOTO TRATADO EXCESSO DE LODO Tempo de detenção hidráulica ( t ): t 3 a 36h TRATAMENTO DE ESGOTO 41 Tempo de detenção de biomassa ou idade do lodo (X ): X 4 a 30d Eficiência: Na remoção de DBO: 85 a 95% Na remoção de coliformes: 60 a 90% 3.4. REATORES ANAERÓBIOS DE MANTA DE LODO Terminologia: Na literatura os Reatores Anaeróbios de Manta de Lodo são freqüentemente referidos como: UASB (upflow anaerobic sludge blanket reactors). DAFA (digestor anaeróbio de fluxo ascendente). RAFA (reator anaeróbio de fluxo ascendente). RALF (reator anaeróbio de leito fluidizado). RAFAMAL (reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo). RAFAALL (reator anaeróbio de fluxo ascendente através de leito de lodo). REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO ESGOTO TRATADO GÁS Decantador Zona de lodo LODO ESGOTO BRUTO TRATAMENTO DE ESGOTO 42 Vantagens: Pequena área. Baixo custo de construção e operação. Dispensam decantadores primários. Não necessitam energia. Baixa produção de lodo. Lodo para descarte com elevada concentração e boa desidratabilidade. Após paralisações, o reinicio é rápido. Desvantagens: Possibilidade de gerar maus odores. Muito sensíveis às cargas tóxicas. Partida exige grande intervalo de tempo. Necessitam pós-tratamento pois sua eficiência na remoção da DBO é limitada (60% a 80%). Funcionamento: A água residuária entra pelo fundo do reator por uma série de tubos de alimentação e, em contato com a zona de lodo, sofre degradação dos seus componentes biodegradáveis que são convertidos em biogás (metano). Os flocos de lodo são levados pelas bolhas de gás, em corrente ascendente através do digestor, até o separador de gases, sólidos e líquido, onde o gás é liberado e o lodo retorna ao digestor. No decantador, o lodo degaseificado e de características floculentas sedimenta facilmente, retornando à câmara de digestão.A fração líquida continua em fluxo ascendente, sendo retirada do reator mediante dispositivo de coleta instalado. O fluxo do lodo degaseificado, em movimento descendente, opera em contracorrente ao fluxo hidráulico dentro do digestor e, dessa forma, serve para promover a mistura necessária para um contato eficiente entre as bactérias e a TRATAMENTO DE ESGOTO 43 água residuária homogeneamente distribuída. A produção de gás no digestor contribui para aumentar a mistura. Tempo de detenção hidráulica ( t ): t 6 a 9h Altura do reator ( H ): H 4,5 a 6,0m Eficiência: Na remoção de DBO: 60 a 80% Na remoção de coliformes: 60 a 90% 4. TRATAMENTOS TERCIÁRIOS Visam: completar tratamento secundário, quando as condições locais exigirem um grau mais elevado de depuração; remover nutrientes, caso seja necessário limitar a proliferação de algas no corpo receptor. Principais processos/unidades: filtros de areia; lodos ativados (em seqüência à filtração biológica, processos anaeróbios); filtros biológicos (em seqüência a processos anaeróbios); lagoas de estabilização; processos de oxidação total; precipitação química de fosfatos e outros compostos; eletrodiálise, osmose reversa (para recuperação de águas de elevado padrão de qualidade); etc.
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