Aula tratamento secundário

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
CENTRO DE CIÊNCIAS QUÍMICAS, FARMACÊUTICAS 
E DE ALIMENTOS
Profa. Nádia Carbonera
E-mail: nadiacarbonera@yahoo.com.br
TRATAMENTO DE ÁGUA E RESÍDUOS INDUSTRIAIS
De acordo com o grau de poluição, teremos o grau de tratamento, que pode ser:
Tratamento Preliminar
Tratamento Primário
Tratamento Secundário
Tratamento Terciário
Processos de tratamento
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Processos de tratamento
Devido à complexidade da composição dos efluentes industriais, são necessárias as associações de diversos níveis de tratamento para a obtenção de efluentes com as qualidades requeridas pelos padrões de lançamento
	Tratamento secundário – (processos biológicos) 
Tratamento Secundário - predominam os mecanismos biológicos. Remoção de sólidos não removidos no tratamento primário + carga orgânica presente nos efluentes.
e o objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica e eventualmente nutrientes (nitrogênio e fósforo). 
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A remoção de nutrientes e de organismos patogênicos pode ser considerada como integrante do tratamento secundário ou do tratamento terciário, dependendo do processo adotado.
Os principais processos de tratamento de efluentes são:
	Lagoas de estabilização 
	Sistemas anaeróbios
	Reatores aeróbios com biofilmes
	Disposição no solo
	Lodos ativados
	Flotação
	Ultravioleta
	Tratamento e disposição do lodo
Forma mais simples de tratamento de resíduos.
São bastante indicadas p/ as condições brasileiras, devido aos seguintes aspectos:
Suficiente disponibilidade de área;
Clima favorável (temperatura e insolação elevadas);
Operações simples;
Necessidade de poucos ou nenhum equipamento.
OBJETIVO: Remoção de matéria carbonácea
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Tipos de Sistemas de Lagoas de estabilização:
Lagoa Facultativa
Lagoa Anaeróbia – Lagoa Facultativa
Lagoa Aerada Facultativa
Lagoa Aerada de Mistura Completa – Lagoa de Decantação
OBJETIVO: Remoção de matéria carbonácea
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Fonte: Isaac Volschan Jr., D.Sc. - Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente
15 A 45 DIAS – Profundidade: 1,5 a 3,0 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,03-0,08 
3 A 6 DIAS – Profundidade: 4,0 a 5,0 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,01-0,04 
5 A 10 DIAS – Profundidade: 2,5 a 4,5 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,03-0,08 
2 A 4 DIAS – Profundidade: 2,5 a 4,5 m
LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA 
LAGOAS AERADAS
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO- TIPOS E COMBINAÇÕES
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Um outro tipo de lagoa empregada no tratamento de esgoto é a lagoa de maturação. Porém esta tem como  objetivo a remoção de patogênicos ao contrário das demais citadas que são destinadas a remoção de matéria orgânica. 
As principais vantagens de um sistema de lagoas são a facilidade de construção, operação e manutenção e respectivos custos reduzidos,  além da sua satisfatória resistência a variações de carga. 
Uma grande desvantagem é a necessidade de grandes áreas para a construção.
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
LAGOA FACULTATIVA
Tratamento preliminar
Tratamento primário
Tratamento secundário
Corpo receptor
ou
Tratamento terciário
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LAGOA FACULTATIVA
	O processo de tratamento por lagoas facultativas é muito simples e constitui-se unicamente por processos naturais. Estes podem ocorrer em três zonas da lagoa: zona anaeróbia, zona aeróbia e zona facultativa. 
A DBO solúvel e finamente particulada e estabilizada aerobiamente por bactérias dispersas no meio liquido, ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias no fundo da lagoa. O O2 requerido pelas bactérias e fornecido pelas algas, através da fotossíntese.
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Explicar e depois passar para os próximos slides contendo a explicação escrita. Para que eles tenham toda detalhada... 
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Descrição do processo
O efluente entra em uma extremidade da lagoa e sai na extremidade oposta
Durante este caminho, que demora vários dias, uma série de mecanismos contribui para a purificação dos esgotos
Estes mecanismos ocorrem nas 3 zonas das lagoas
Descrição do processo
Após a entrada do efluente na lagoa, a matéria orgânica em suspenção (DBO particulada) começa a sedimentar formando o lodo de fundo. Este sofre tratamento anaeróbio na zona anaeróbia da lagoa, ou seja, sofre processo de decomposição por m.o anaeróbios, sendo convertido lentamente em CO2, CH4, H2S... 
metano
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Descrição do processo
Após algum tempo somente a camada inerte (não biodegradável) permanece no fundo. O gás sulfídrico gerado não causa problemas de mau cheiro, pelo fato de ser oxidada, por processos químicos e bioquímicos, na camada aeróbia superior
metano
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Descrição do processo
Já a matéria orgânica dissolvida (DBO solúvel) e a em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) não sedimentam, permanecem dispersas na massa líquida. Estas sofrerão tratamento aeróbio nas zonas mais superficiais da lagoa (zona aeróbia). 
O oxigênio é decorrente da superfície tbem
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Descrição do processo
 Nesta zona a matéria orgânica é oxidada por meio da respiração aeróbia. Nesta zona há necessidade da presença de oxigênio, o qual é suprido ao meio pelas trocas gasosas da superfície líquida com a atmosfera e pela fotossíntese realizada pelas algas. Tem-se assim um perfeito equilíbrio entre o consumo de oxigênio e gás carbônico. 
 Bactérias Respiração: consumo de O2
			 produção de CO2
 Algas Fotossíntese: consumo de CO2
			 Produção de O2
O oxigênio é decorrente da superfície tbem
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Descrição do processo
Para isso há necessidade de suficiente iluminação solar, portanto, estas lagoas devem ser implantadas em lugares de baixa nebulosidade e grande radiação solar.
 Enquanto as bactérias produzem gás carbônico e consomem oxigênio através da respiração, as algas produzem oxigênio e consomem gás carbônico na realização da fotossíntese. 
Para isso... Oxigenio pela fotossíntese...
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Descrição do processo
As reações de fotossíntese (produção da matéria orgânica) e respiração (oxidação da matéria orgânica) são similares, apenas com direções opostas.
Fotossíntese:
CO2 + H2O + Energia Solar  ==>  Matéria Orgânica + O2
Respiração:
Matéria Orgânica + O2    ==>  CO2 + H2O +Energia
Para isso... Oxigenio pela fotossíntese...
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Descrição do processo
  A medida que afasta-se da superfície da lagoa a concentração de oxigênio diminui devido a menor ocorrência da fotossíntese. Também durante a noite não há realização de fotossíntese, enquanto que a respiração continua ocorrendo. 
Portanto terá predominância do consumo de oxigênio (respiração) sobre sua produção (fotossíntese). Devido a isso é essencial que haja diversos grupos de bactérias responsáveis pela estabilização da matéria orgânica, que possam sobreviver e proliferar, tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio. Na ausência de oxigênio livre, são utilizados outros aceptores de elétrons, como nitratos (condições anóxicas) e sulfatos e CO2 (condições anaeróbias).
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Descrição do processo
Esta zona, onde pode ocorrer ausência ou presença de oxigênio é denominada zona facultativa. Nela a estabilização de matéria orgânica ocorre por meio de bactérias facultativas, que podem sobreviver tanto na ausência quanto na presença de oxigênio. 
Portanto terá predominância do consumo de oxigênio (respiração) sobre sua produção (fotossíntese). Devido a isso é essencial que haja diversos grupos de bactérias responsáveis pela estabilização da matéria orgânica, que possam sobreviver e proliferar, tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio. Na ausência de oxigênio livre, são utilizados outros aceptores de elétrons, como nitratos (condições anóxicas) e sulfatos e CO2 (condições anaeróbias).
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Descrição do processo
  Esta zona, onde pode ocorrer ausência ou presença de oxigênio é denominada zona facultativa. Nela a estabilização de matéria orgânica ocorrepor meio de bactérias facultativas, que podem sobreviver tanto na ausência quanto na presença de oxigênio. 
Portanto terá predominância do consumo de oxigênio (respiração) sobre sua produção (fotossíntese). Devido a isso é essencial que haja diversos grupos de bactérias responsáveis pela estabilização da matéria orgânica, que possam sobreviver e proliferar, tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio. Na ausência de oxigênio livre, são utilizados outros aceptores de elétrons, como nitratos (condições anóxicas) e sulfatos e CO2 (condições anaeróbias).
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 As lagoas facultativas dependem da fotossíntese para a produção de oxigênio.
A eficiência desse tipo de sistema de tratamento depende da disponibilidade de grandes áreas para que a exposição à luz solar seja adequada, podendo a chegar a valores de 70 a 90 % de remoção de DBO. 
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 Como a atividade fundamental do processo consiste no desenvolvimento das algas e estas da presença de luz, as profundidades das lagoas restringem-se a valores variáveis entre 1,5 e 2,0 m, porém, com volumes elevados, de forma a permitir a manutenção de grandes períodos de detenção, em geral de 15 a 20 dias.  
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A influência das algas
Desempenham um papel fundamental
Sua concentração é mais elevada do que a de bactérias, fazendo com que o líquido da superfície da lagoa seja predominantemente verde
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Verde (clorofíceas) – principais gêneros
Azuis (cianofíceas) – requisitos de nutrientes bastante reduzidos , podem se proliferar em qualquer ambiente onde exista apenas CO2, N2, H2O, alguns minerais e luz, típicas de situações com baixos pH e poucos nutrientes – principais:
Chlamydomonas reinhardtii
Euglena
Chlorella
Oscillatoria
Phormidium 
Anabaena
Os principais tipos de algas encontradas nas lagoas de estabilização são:
As algas produzem cerca de 15 vezes mais O2 do que consomem, conduzindo a um saldo positivo no sistema.
Há um ponto ao longo da profundidade da lagoa em que a produção de O2 pelas algas é igual ao consumo de O2 pelas próprias algas e pelos m.o decompositores.
Oxipausa
Acima – condições aeróbias
Abaixo – condições anaeróbias ou anóxicas
O nível da oxipausa varia durante as 24 h do dia, em função da variabilidade da fotossíntese durante esse período. 
Indica o nível na lagoa onde há transição da camada
Profundidade da zona aeróbia em função da carga de DBO
 O nível da oxipausa varia durante as 24 h do dia, em função da variabilidade da fotossíntese durante esse período. 
A profundidade da Zona Anaeróbia além de variar ao longo do dia, varia tb com a carga de DBO da lagoa.
Variação do pH da lagoa em função da profundidade e ao longo do dia
O pH na lagoa também varia ao longo da profundidade e ao longo do dia. O pH depende da fotossíntese e da respiração através da seguinte relação:
FOTOSSÍNTESE Máxima atividade
Consumo de CO2
O íon bicarbonato (HCO3-) do esgoto tende a se converter a OH-
O pH se eleva.
RESPIRAÇÃO:
Produção de CO2
O íon bicarbonato (HCO3-) do esgoto tende a se converter a H+-
O pH se reduz
pH 10,0
Durante o dia, nas horas de máxima atividade fotossintética, o pH pode atingir valores em torno de 10.
Ion bicarbonato.
Durante o dia, nas horas de máxima atividade fotossintética, o pH pode atingir valores em torno de 10.
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Variação do pH da lagoa em função da profundidade e ao longo do dia
O pH na lagoa também varia ao longo da profundidade e ao longo do dia. O pH depende da fotossíntese e da respiração através da seguinte relação:
FOTOSSÍNTESE Máxima atividade
Consumo de CO2
O íon bicarbonato (HCO3-) do esgoto tende a se converter a OH-
O pH se eleva.
pH 10,0
Nas condições de elevado pH:
Conversão da amônia ionizada NH4+ a amônia livre NH3 tóxica;
		NH4+ + OH-  NH3
Precipitação de fosfatos (remoções mais significativas de fósforo pH 8,0);
Conversão do sulfeto (H2S), causador de odor desagradável, em bissulfeto (HS- ) inodoro.
Ion bicarbonato.
Durante o dia, nas horas de máxima atividade fotossintética, o pH pode atingir valores em torno de 10.
e faz com que ocorra a precipitação de fosfatos e a conversão do sulfeto (H2S), causador de odor desagradável, em bissulfeto (HS- ) inodoro. 
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R
E
S
UMO
Influencia das condições ambientais
A lagoa ainda está sujeita a estratificação térmica, onde a camada superior (quente) não se mistura com a inferior (fria)
CAMADA SUPERIOR
CAMADA ÚNICA
TERMOCLINA
CAMADA INFERIOR
Períodos mais quentes
Período frio
Mistura e estratificação térmica
Camada superior densidade menor e superior densidade maior
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CAMADA INFERIOR
O comportamento das algas é influenciado pela estratificação, da seguinte forma:
As algas não motoras sedimentem, deixando de produzir O2, e implicando, pelo contrário, no consumo do mesmo.
As algas motoras tendem a fugir da camada superior de elevada temperatura, formando uma densa camada de algas, a qual dificulta a penetração da energia solar.
A estratificação pode ser quebrada através de um mecanismo de mistura natural, denominado INVERSÃO TÉRMICA. Em lagos de estabilização, a mistura pode ocorrer uma vez por dia.
Camada superior densidade menor e superior densidade maior
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Fonte: Isaac Volschan Jr., D.Sc. - Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente
15 A 45 DIAS – Profundidade: 1,5 a 3,0 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,03-0,08 
3 A 6 DIAS – Profundidade: 4,0 a 5,0 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,01-0,04 
5 A 10 DIAS – Profundidade: 2,5 a 4,5 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,03-0,08 
2 A 4 DIAS – Profundidade: 2,5 a 4,5 m
LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA 
LAGOAS AERADAS
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO- TIPOS E COMBINAÇÕES
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LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
15 A 45 DIAS – Profundidade: 1,5 a 3,0 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,03-0,08 
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LAGOA ANAERÓBIA – LAGOA FACULTATIVA
3 A 6 DIAS – Profundidade: 4,0 a 5,0 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,01-0,04 
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LAGOA ANAERÓBIA – LAGOA FACULTATIVA
É uma das melhores soluções técnicas, mas esbarra no problema de necessitar de uma grande área para sua implantação
Este sistema de tratamento de esgoto constituído por lagoas anaeróbias seguidas por lagoas facultativas é também conhecido como sistema australiano
A eficiência de remoção de DBO por uma lagoa anaeróbia é da ordem de 50% a 60%. Como a DBO efluente é ainda elevada, existe a necessidade de uma outra unidade de tratamento. 
Neste caso esta unidade constitui-se de uma lagoa facultativa, porém esta necessitará de uma área menor devido ao pré-tratamento do esgoto na lagoa anaeróbia.
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As lagoas anaeróbias  são normalmente profunda,  variando entre  4 a 5 metros. A profundidade tem a finalidade de impedir que o oxigênio produzido pela camada superficial seja transmitido às camadas inferiores
Para garantir as condições de anaerobiose é lançado uma grande quantidade de efluente por unidade de volume da lagoa. Com isto o consumo de oxigênio será superior ao reposto pelas camadas superficiais.
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Como a superfície da lagoa é pequena comparada com sua profundidade, o oxigênio produzido pelas algas e o proveniente da reaeração atmosférica são considerados desprezíveis
No processo anaeróbio a decomposição da matéria orgânica gera subprodutos de alto poder energético (biogás) 
Desta forma, a disponibilidade de energia para a reprodução e metabolismo das bactérias é menor que no processo aeróbio.
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Na lagoa anaeróbia ocorre à retenção e a digestão anaeróbia do material sedimentável e na facultativa ocorre predominantemente a degradação dos contaminantes solúveis e em suspensão
Na primeira lagoa predomina o processo anaeróbio e na segunda o aeróbio, onde se atribui as algas, a função da produção do oxigênio a ser consumido pelas bactérias
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O sistema lagoa anaeróbia + lagoa facultativa representa uma economia de cerca de 1/3 da área ocupada por uma lagoafacultativa trabalhando como unidade única para tratar a mesma quantidade de esgoto
Devido a presença da lagoa anaeróbia, maus odores, provenientes da liberação de gás sulfídrico,  podem ocorrer como consequência de problemas operacionais. 
Por este motivo este sistema deve ser localizado em áreas afastadas, longe de bairros residenciais.
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LAGOA AERADA FACULTATIVA
5 A 10 DIAS – Profundidade: 2,5 a 4,5 m –Taxa de acúmulo de lodo (m3/hab.ano) = 0,03-0,08 
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LAGOA AERADA FACULTATIVA
Os mecanismos de remoção da DBO são similares aos de uma lagoa facultativa. No entanto, o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos, ao invés de através da fotossíntese
Esta diminui a necessidade de grande área, mas em consequência da utilização de aeradores, aumenta seu custo de operação
Quando o sistema incluir um decantador primário, a lagoa aerada pode ter o tempo de detenção (ou retenção) menor quando comparado ao uso de somente tratamento preliminar
Como a lagoa é também facultativa, uma grande parte dos sólidos do esgoto e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobicamente no fundo
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Estas lagoas constituem-se de equipamentos providos de turbinas rotativas de eixo vertical que causam um grande turbilhonamento na água através de  rotação em grande velocidade
O turbilhonamento da água facilita a penetração e dissolução do oxigênio
Tendo em vista a maior introdução de oxigênio na massa líquida do que é possível numa lagoa facultativa convencional, há uma redução significativa no volume necessário para esse tipo de sistema, sendo suficiente um tempo de detenção hidráulica variando entre  5 a 10 dias, e como consequência, o requesito de área é menor
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 O grau de energia introduzido na lagoa através dos aeradores é suficiente apenas para a obtenção de oxigênio, porém não é suficiente para a manutenção dos sólidos em suspensão e bactérias dispersos na massa líquida.
 Portanto ocorre sedimentação da matéria orgânica formando o lodo de fundo que será estabilizado anaerobiamete como em uma lagoa facultativa convencional 
A lagoa aerada pode ser utilizada quando se deseja um sistema predominantemente aeróbio e a disponibilidade de área é insuficiente para a instalação de uma lagoa facultativa convencional.
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Devido a introdução de equipamentos eletro-mecânicos a complexidade e manutenção operacional do sistema é aumentada, além da necessidade de consumo de energia elétrica. 
A lagoa aerada pode também ser uma solução para lagoas facultativas que operam de forma saturada e não possuem área suficiente para sua expansão.
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LAGOA AERADA DE MISTURA COMPLETA – LAGOA DE DECANTAÇÃO
2 A 4 DIAS – Profundidade: 2,5 a 4,5 m
2 DIAS
O lodo da lagoa de decantação deve ser removido em períodos de poucos anos.
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LAGOA AERADA DE MISTURA COMPLETA – LAGOA DE DECANTAÇÃO
O tempo de detenção típico da lagoa aerada é da ordem de 2 a 4 dias e na de decantação da ordem de 2 dias.
 A operação deste tipo de lagoa é mais complicado devido ao fato de se ter um menor período de armazenagem na lagoa, comparado com os outros sistemas
O grau de energia introduzido é suficiente para garantir a oxigenação da lagoa e manter os sólidos em suspensão e a biomassa dispersos na massa líquida.
 Devido a isto, o efluente que sai de uma lagoa aerada de mistura completa, possui uma grande quantidade de sólidos suspensos e  não é adequado para ser lançado diretamente no corpo receptor
O lodo da lagoa de decantação deve ser removido em períodos de poucos anos.
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Para que ocorra a sedimentação e estabilização destes sólidos é necessária a inclusão de unidade de tratamento complementar, que neste caso, são as lagoas de decantação
O acumulo de lodo nas lagoas de decantação é baixo e sua remoção geralmente é feita com intervalos de 1 a 5 anos
Este sistema ocupa uma menor área que outros sistemas compostos por lagoas. Os requisitos energéticos são maiores que os exigidos por outros sistemas compostos por lagoas. 
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