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Fundamentos do Controle de Poluição das Águas 04/08/2018 Estação de Tratamento Convencional Tratamento de Lodo Tratamento Preliminar Tratamento Primário Tratamento Secundário Disposição Lodo Efluente Final LodoEfluente Bruto Lodo Tratamento Terciário Reuso Tratamento Preliminar Gradeamento (Remoção de Sólidos Grosseiros) • Finalidade: proteção de tubulações, peças e equipamentos do sistema de tratamento de esgotos. • Dispositivos: barras de ferro ou aço paralelas, verticais ou inclinadas, com espaçamento adequado para retenção de material sem produzir grandes perdas de carga. • Classificação das Grades: • Inclinação: Limpeza Manual: 45º a 60º. Limpeza Mecânica: 70º a 90º. Tipo de Grade Espaçamento (mm) Seção Transversal Típica (pol.) Grade Grosseira 40 a 100 3/8 x 2 3/8 x 2 ½ 1/2 x 1 ½ 1/2 x 2 Grade Média 20 a 40 5/26 x 2 3/8 x 1 ½ 3/8 x 2 Grade Fina 10 a 20 1/4 x 1 ½ 5/16 x 1 ½ 3/8 x 1 ½ Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005 Grade Manual Grade Mecanizada Grade Mecanizada – Esteira transportadora de resíduos Grade Grossa Grade Média Gradeamento (Remoção de Sólidos Grosseiros) Peneiras (Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos) • Peneiras Estáticas: - Retenção de material através do efeito do fluxo líquido durante o peneiramento; - Não requer energia e não possui peças móveis; - Ocupam maiores áreas; - Abertura da malha da peneira: de 0,25 a 2,5 mm. Peneiras (Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos) Peneira Estática com parafuso transportador Peneira Estática Peneiras (Remoção de Sólidos Finos ou Fibrosos) • Peneiras Móveis: - Principais tipos constituídos de cilindros giratórios formados por barras de aço inoxidável; - Abertura da malha da peneira: 0,25 a 2,50 mm; - Classificação: de fluxo tangencial, axial e frontal; Peneira Móvel de Fluxo Axial. Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005 Peneira Móvel de Fluxo Tangencial. Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005 Peneiras Rotativas • Finalidade: proteção das instalações a jusante e aos corpos receptores, principalmente devido ao assoreamento. • Remoção de partículas de 0,20 a 0,40 mm • Velocidade de escoamento de 0,30 m/s e de sedimentação de 0,02 m/s Caixa de Areia (Remoção de Areia) • Dispositivos: caixa para retenção através de sedimentação, sem a deposição de matéria orgânica. • O dispositivo de limpeza pode ser manual ou mecânico com bandejas de aço removidas por talha e carretilha, raspadores, sistemas “air lift”, etc. Caixa de Areia (Remoção de Areia) • Classificação das caixas de areia: - Tipo canal com velocidade constante controlada por Calha Parshall; - Seção quadrada em planta, com remoção mecanizada; - Caixa de areia aerada; - Caixa de areia tipo “Vortex”. Caixa de Areia (Remoção de Areia) Caixa de Areia com velocidade controlada por Calha Parshall. Caixa de Areia (Remoção de Areia) Caixa de Areia Mecanizada – ETE Piçarrão Calha Parshall Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005 Q=K.hn onde Q - vazão em m3/s K e n - coeficientes em função da largura de garganta h - lâmina d'água Expoente n e Coeficiente K Garganta "W" W (m) n K 3" 0,076 1,547 0,176 6" 0,152 1,580 0,381 9" 0,229 1,530 0,535 1' 0,305 1,522 0,690 2' 0,610 1,550 1,426 3' 0,915 1,566 2,182 4' 1,220 1,578 2,935 6' 1,830 1,595 4,515 8' 2,440 1,606 6,101 Fonte: Jordão, E.P., Pêssoa, C.A. Tratamento de Esgotos Domésticos. 4ª Ed. 2005 Calha Parshall z – desnível entre o fundo da caixa de areia e o fundo da Calha Parshall (m) z = Qmáx . hmín – Qmín . hmáx Qmáx - Qmín 45° 45° 1,50m 11,50m PLANTA 0,25m Z = 10cm DEPÓSITO DE AREIA PARSHALL W = 9" 11,50m CORTE LONGITUDINAL PARSHALL W = 9" YMAX. = 0,460M • Finalidade: - Evitar obstrução de tubulações; - Evitar aderência e perturbações no funcionamento de equipamentos; - Evitar a formação de odores e aspectos desagradáveis nas unidades posteriores. Caixa de Gordura (Remoção de Gorduras e Sólidos Flutuáveis) • Classificação: - Caixa de Gordura Domiciliar; - Caixa de Gordura Coletiva; - Dispositivo de Remoção de Gorduras em Decantadores; - Tanques Aerados por Ar Comprimido; - Separadores de Óleo; - Tanques de Flotação por Ar Dissolvido. Caixa de Gordura (Remoção de Gorduras e Sólidos Flutuáveis) • Finalidade: Tornar constante o fluxo (vazão) e a carga orgânica / inorgânica do efluente na entrada do tratamento. • Vantagens: - Minimizar cargas de choque no tratamento biológico; - Manter carga de sólidos constante, aumentando a eficiência dos tratamentos primário e secundário; - Maior controle na dosagem e adição de reagentes; - Funcionar como pulmão dando maior flexibilidade operacional. Tanque de Equalização Processos de Separação de Sólidos • Finalidade: reter parte dos sólidos sedimentáveis, bem como o material que tende a flotar. Reduz a carga orgânica, minimizando os custos de implantação e operação no tratamento biológico. • Classificação: – Quanto a geometria; – Dispositivo remoção de lodo; – Fundo; – Sentido do Fluxo. Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis) • Eficiência de Remoção: DBO: 25 a 35% / SS: 40 a 60% Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis) Decantador Circular. Fonte: Von Sperling, M. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Volume 4 – Lodos Ativados. 2ªed. 2002 Decantador Retangular. Dispositivo de Remoção de Lodo Mecanizado. Decantador Retangular. Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis) Decantador Retangular. Vertedor Triangular. Decantação (Remoção de Sólidos Sedimentáveis) Decantador Circular. Detalhe do coletor de escuma. Decantador Circular. Detalhe do coletor de escuma. Decantador Circular. Dispositivo de Remoção de Lodo Mecanizado. Decantador Lamelar Flotador • Finalidade: remoção de óleos e graxas e sólidos em suspensão. • Dispositivo: separação dos sólidos com aplicação de ar. • Eficiência: – DBO: 40 a 50% – SS: 50 a 70% Flotador Flotador Circular Filtração • Finalidade: remoção de sólidos em suspensão, cor e até mesmo DBO. • Dispositivo: passagem do efluente por camada de meio filtrante, que pode ser simples ou dupla (gravidade). Filtros de Areia – partículas > 20 µµµµm Pressurizado com elemento filtrante pré-fabricado – partículas < 5 µµµµm • Necessidade de retrolavagem Filtro de Areia Filtro Cartucho Filtração com Membranas • Finalidade: remoção de sólidos em suspensão com tamanho superior a 0,001 µm (bactérias, vírus, moléculas orgânicas e íons) • Dispositivo: passagem do efluente por membranas, resultando no permeado e concentrado. Filtração com Membranas a D: Dalton – medida de peso molecular, corresponde ao peso de um átomo de H; b µm = 10-6 m; c RO – Osmose Reversa; NF – Nanofiltração; UF – Ultrafiltração; MF - Microfiltração Fonte: Schäfer, 1999 apud Schneider; Tsutiya, 2001. Membrana Porosidade (µµµµm) Pressão de operação (kPa) Taxa de fluxo (L/m2.d) Contaminantes removidos Microfiltração (MF) 0,1 – 10 6,89 - 206,70 405 a 1600 Bactérias, vírus, sólidos suspensos, emulsões oleosas, cryptosporidium. Ultrafiltração (UF) 0,01 – 0,1 20,67 – 551,20 405 a 815 Proteínas, amidos, antibióticos, vírus, sílica coloidal, orgânicos, bactérias, óleo solúvel, biomassa de lodo ativado. Fonte: Adaptado de WEF, 2006; Cavalcanti, 2009; Nuvolari; Costa, 2010. Classificação das Membranas Filtração com Membranas Membrana Porosidade (µµµµm) Pressão de operação (kPa) Taxa de fluxo (L/m2.d) Contaminantes removidos Nanofiltração (NF) 0,001 – 0,01 482,30 – 1.515,80 200 a 815 Amidos, açúcares, pesticidas, herbicidas, pirógenos, íons divalentes, orgânicos, metais pesados, detergentes. Osmose Reversa (OR) < 0,001 5.512 – 8.268 320 a 490 Íons monovalentes,açúcares, sais aquosos, corantes sintéticos. Fonte: Adaptado de WEF, 2006; Cavalcanti, 2009; Nuvolari; Costa, 2010. Classificação das Membranas Filtração com Membranas Módulo de placas planas. Fonte: Catálogo Kubota, 2005 Módulo de membrana espiral. Fonte: Catálogo GE Power Water, 2011. Módulos tubulares. Fonte: Boldman; Latz apud Schneider; Tsutiya, 2001 (a) Módulo com fibras ocas. Fonte: (a) Catálogo Norit, 2008; (b) Catálogo GE Power Water, 2011. (b) (b) (a) Módulo completo. (b) Detalhe de montagem do disco de membrana. Módulo com discos rotatórios. Fonte: Schneider; Tsutiya, 2001. • Finalidade: Remoção de substâncias inorgânicas dissolvidas, em especial sais dissolvidos. Osmose Reversa (b) Osmose Água dessalinizada Solução Salina Membrana semi-permeável ∆∆∆∆p=pressão osmótica Osmose Reversa ∆∆∆∆p (a) (c) (a) duas soluções, uma salina e outra sem sal, separadas por uma membrana semipermeável; (b) equilíbrio hidrostático em um vaso comunicante com dois compartimentos separados por uma membrana semi-permeável, que retém íons e deixa a água passar; (c) reversão da pressão osmótica por aplicação de pressão. Tratamento Físico- Químico • Desestabilização das partículas coloidais em um sistema aquoso com adição de produtos químicos. • Gradiente de velocidade: 700 a 1500 s-1 • Tempo de detenção: < 30 s • Dosagem dos coagulantes: Calha Parshall, Tanques com misturadores, em linha com dosador estático Coagulação • Coagulantes: – Sulfato de alumínio (sólido ou líquido) – Cloreto férrico (líquido) – Sulfato férrico (líquido) – Cloreto de polialumínio (sólido ou líquido) – Sulfato ferroso (sólido ou líquido) – Coagulantes orgânicos catiônicos (sólido ou líquido). Coagulação • As partículas coloidais são colocadas em contato umas com as outras de modo a permitir o aumento do seu tamanho físico, alterando, desta forma, a sua distribuição. • Gradiente de velocidade: 20 a 1000 s-1 • Tempo de detenção: 10 a 30 min • Dosagem dos coagulantes: Tanques com misturadores ou com chicanas Floculação • Floculantes: – Eletrólitos – Coagulantes – Agentes Tensoativos – Polieletrólitos. • Eficiência: – DBO: 50 a 70% – SS > 90% Floculação Tanque de Mistura Rápida Tanque de Mistura Lenta MisturadoresFlocos formados em Floculador • Finalidade: É o processo de adição de reagentes no efluente visando, acelerar a sedimentação (coagulação e floculação) e a transformação de substâncias solúveis em compostos insolúveis de fácil decantação. • Eficiência de Remoção: DBO: 50 a 85% SS: 70 a 90% Precipitação Química • Depende da concentração do metal e do pH da água. • Cada metal possui faixa de pH ótimo para precipitação – Ferro e Cobre: 7,00 < pH < 9,00 – Níquel e Cadmio: 10,00 < pH < 11,00 – Zinco: 9,00 < pH < 9,50 Precipitação Química Adsorção • Finalidade: Remoção de compostos orgânicos naturais ou sintéticos dissolvidos, incluindo COV’s, pesticidas, PCB’s e metais pesados. • Dispositivo: Filtro de Carvão Ativado Granular ou Adição de Carvão Ativado em pó, onde os contaminantes são adsorvidos, isto é, o contaminante é transferido para micro-poros da superfície das partículas de carvão ativado. Adsorção • Outros materiais: Argila Organofílica Granular, Zeólitas Naturais e Sintéticas, Resinas de Troca Iônica • Eficiência: – DBO – entre 2 e 7 mg/L – DQO – 10 e 20 mg/L Carvão Granular e em Pó. Disponível em:<http://www.naturaltec.com.br/Filtro- Agua-Carvao-Ativado.html> Troca Iônica • Finalidade: Remoção de íons como fosfatos, nitratos, sais minerais dissolvidos (cloretos), cobre Cu2+, Zinco Zn2+. Utilizada para abrandamento de água industrial, desmineralização da água. • Dispositivo: Passagem dos efluentes por resinas de troca iônica, que sequestram os sais dissolvidos, que ficam acumulados no seu interior Troca Iônica • Resina de troca iônica são pequenas esferas poliméricas carregadas com hidrogênio (H+) (catiônicas) ou hidroxilas (OH-)(aniônicas). • Resina catiônica: trocam H+ por cátions como cálcio, magnésio, potássio, sódio. • Resina aniônica: trocam OH- por ânions como fluoreto, cloreto, sulfato. • Regeneração: ácido clorídrico ou sulfúrico (catiônica) e soda cáustica (aniônica) Tratamento Biológico Processo Aeróbio • Remoção de matéria orgânica e eventualmente nutrientes (nitrogênio e fósforo). • Reprodução do processo natural de autodepuração em condições controladas de pH, temperatura, tempo de detenção e oxigênio disponível. Filtros Biológicos Aeróbios • Dispositivo: reator de leito fixo (meio suporte) onde é formada película biológica ou biofilme que em contato com o efluente provocará oxidação da matéria orgânica. • Devem ser precedidos de remoção de sólidos e de materiais sedimentáveis. • Meio Suporte: – Pedregulhos, Cascalhos, Pedras Britadas (com diâmetro de 5 a 10 cm); – Escórias de fornos de fundição; – Material Plástico (Bloco Colméia semi- corrugado ou corrugado de fluxo vertical, Bloco Colméia de fluxo cruzado, Tubo Colméia e Randômico) Filtros Biológicos Aeróbios Filtros Biológicos Aeróbios • Filtros Biológicos Percoladores de Baixa Carga – Aplicação do efluente pela parte superior em gotas ou jatos. – O2 é fornecido pelo ar que circula entre os componentes do meio suporte. – Profundidades até 3,00 m. Filtros Biológicos Aeróbios • Filtros Biológicos Percoladores de Baixa Carga – Menores taxas de aplicação por área superficial → maior eficiência na remoção de DBO (85 a 93%) e de Nitrogênio (65 a 85%). – Lodo estabilizado se precedido por Fossa Séptica. Grade Caixa de areia Decantador Primário ou Fossa Séptica Filtro Biológico Baixa Carga Decantador Secundário Adensamento Secagem Lodo “Seco” Rio Filtros Biológicos Aeróbios Filtros Biológicos Aeróbios • Filtros Biológicos Percoladores de Alta Carga – Aplicação do efluente pela parte superior em gotas ou jatos. – O2 é fornecido pelo ar que circula entre os componentes do meio suporte. – Profundidades de 0,90 a 2,00 m. Filtros Biológicos Aeróbios • Filtros Biológicos Percoladores de Alta Carga – Maiores taxas de aplicação por área superficial → menor eficiência na remoção de DBO (80 a 90%). – Recirculação do efluente. – Lodo não estabilizado. Filtros Biológicos Aeróbios Grade Caixa de areia Decantador Primário ou Fossa Séptica Filtro Biológico Alta Carga Decantador Secundário Adensamento Digestão Secagem Lodo “Seco” Rio Filtros Biológicos Aeróbios Filtros Biológicos Aeróbios Meio Suporte de Filtro Biológico. Detalhe de Meio Suporte modelo Randômico. Filtros Biológicos Aeróbios Filtros Biológicos Aeróbios • Biofiltro Aerado Submerso – Tanque preenchido com material poroso, normalmente totalmente imerso. – Fluxo de ar ascendente (sopradores + bolha grossa). – Enchimento granular (diâmetro de 2 a 6 mm) também remove sólidos em suspensão. Filtros Biológicos Aeróbios • Biofiltro Aerado Submerso – Necessidade de contralavagem para remoção do excesso de lodo (não estabilizado). – Enchimento também pode ser com elementos estruturais e nesse caso não há retenção de sólidos em suspensão sendo necessário unidade de decantação. Filtros Biológicos Aeróbios • Biofiltro Aerado Submerso Eficiência: – DBO 88 a 95% – SS 87 a 93% – Nitrogênio > 80% Filtros Biológicos Aeróbios • Biodisco ou Reatores Biológicos de Contato – Série de discos espaçados em um eixo horizontal que giram lentamente, ficando metade imerso no efluente e metade exposta permitindo absorção de O2. Filtros Biológicos Aeróbios • Biodisco ou Reatores Biológicos de Contato – Lodo estabilizado caso seja precedido por Fossa Séptica. – Eficiência: –DBO 88 a 95% –SS 87 a 93% –Nitrogênio 65 a 85% Grade Caixa de areia Decantador Primário ou Fossa Séptica Biodisco Decantador Secundário Adensamento Secagem Lodo“Seco” Rio Filtros Biológicos Aeróbios Filtros Biológicos Aeróbios Disponível em: <http://tebrafilter.com/plantas-depuradoras/> • Efluentes são misturados, agitados e aerados ao lodo ativado no tanque de aeração para depois serem separados por sedimentação no decantador. • Lodo Ativado: floco produzido pelo crescimento de bactérias zoogléias ou outros organismos na presença de oxigênio dissolvido e acumulado em concentração suficiente devido ao retorno de outros flocos previamente formados (recirculação do decantador) Lodos Ativados • Necessidade de retirada do lodo biológico excedente devido ao crescimento da biomassa para não sobrecarregar o decantador. • Maior eficiência e flexibilidade operacional. • Possibilidade de remoção de N e P. Lodos Ativados • Menores áreas em relação aos Filtros Biológicos e Lagoas de Estabilização. • Maior custo de implantação e operação mais delicada. • Necessidade de aeração constante para manter os sólidos em suspensão e fornecer O2 para degradação da matéria orgânica e nitrogênio. Lodos Ativados • Sistemas de Aeração - Difusores – O ar é fornecido por um compressor / soprador – O ar é introduzido em microbolhas Lodos Ativados Difusores • Sistemas de Aeração – Aeradores Superficiais – O oxigênio é introduzido graças à exposição à atmosfera e o levantamento / agitação do líquido. – Podem ser fixos ou montados sobre flutuadores Lodos Ativados Sistema Lodo Ativado Convencional Grade Caixa de areia Decantador Primário Tanque de Aeração Decantador Secundário Adensamento Digestão Secagem Lodo “Seco” Rio Lodos Ativados • Vantagens e Desvantagens - Convencional Lodos Ativados Vantagens Desvantagens • Eficiência na remoção de DBO 85 a 93%. • Nitrificação usualmente obtida. • Possibilidade de remoção biológica de N e P (remoção N > 80%). • Baixos requisitos de área. • Processo confiável, desde que supervisionado. • Reduzidas possibilidades de maus odores, insetos e vermes. • Flexibilidade operacional. • Baixa eficiência na remoção de coliformes. • Elevados custos de implantação e operação. • Elevado consumo de energia. • Necessidade de operação sofisticada. • Elevado índice de mecanização. • Relativamente sensível a descargas tóxicas. • Possíveis problemas ambientais com ruídos e aerossóis. Aeração Prolongada (Mistura Completa) Grade Caixa de areia Tanque deAeração Decantador Secundário Adensamento Secagem Lodo “Seco” Rio Lodos Ativados • Vantagens e Desvantagens – Aeração Prolongada Lodos Ativados Vantagens Desvantagens • Idem Lodos Ativados Convencionais. • Eficiência na remoção da DBO 90 a 97%. • Nitrificação consistente (remoção N>80%). • Operação mais simples. • Menor geração de lodo que lodos ativados convencional. • Estabilização do lodo no próprio reator. • Elevada resistência a variações de carga e a carga tóxicas. • Satisfatória independência das condições climáticas. • Baixa eficiência na remoção de coliformes. • Elevados custos de implantação e operação. • Sistema com maior consumo de energia • Elevado índice de mecanização. Lodos Ativados por Batelada Grade Caixa de areia Tanque de Aeração Decantador Secundário Adensamento Secagem Lodo “Seco” Rio Lodos Ativados • Vantagens e Desvantagens – Batelada Lodos Ativados Vantagens Desvantagens • Eficiência na remoção de DBO 90 a 97%. • Satisfatória remoção de N e possivelmente P (remoção N>80%). • Baixos requisitos de área. • Operação mais simples que os demais sistemas de lodos ativados. • Flexibilidade operacional. • Não há necessidade de Decantador secundário e elevatória de recirculação. • Baixa eficiência na remoção de coliformes. • Elevados custos de implantação e operação. • Maior potência instalada que os demais sistemas de lodos ativados. • Mais competitivo economicamente para populações pequenas e médias. Reator Batelada - Aeração Lodos Ativados Reator Batelada - Decantação Pós-Tratamento de Reatores Anaeróbios Grade Caixa de areia Tanque de Aeração Decantador Secundário Lodo Aeróbio Secagem Lodo “Seco” RioReator Anaeróbio Lodo de Retorno Lo do B io ló gi co ( já es ta bi liz ad o) Lodos Ativados • Vantagens – de Lodos Ativados como Pós tratamento UASB – Menor produção de lodo. – Menor consumo de energia. – Menor consumo de produtos químicos na desidratação. – Menor necessidade de equipamentos. – Maior simplicidade. Lodos Ativados Decantadores Secundários • Finalidade: - Separação dos sólidos em suspensão, permitindo clarificação do efluente; - Adensamento dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, resultando em lodo recirculado com concentração mais elevada; Decantador Secundário Circular. Decantador Secundário Circular. Detalhe do Vertedor. Decantadores Secundários Lagoas de Estabilização • Finalidade: Estabilização da matéria orgânica através da oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas. • Dispositivos: Lagoas naturais ou artificiais onde prevalecem condições físicas, químicas e biológicas que caracterizam a autodepuração. Lagoas de Estabilização • Vantagens – Projeto simples – Baixo custo de implantação – Operação simples e terreno reaproveitável Lagoas de Estabilização • Desvantagens – Necessidade de grandes áreas. – Excesso de algas no efluente final. – Emanação de odores em lagoas anaeróbias. Lagoas de Estabilização • Lagoas Facultativas – Tempo de detenção elevado > 20 dias, podendo chegar a 45 dias – Necessidade de grandes áreas – O2 pela fotossíntese das algas – Profundidade entre 1,50 e 2,00 m – Eficiência: DBO 70 a 85% e SS 70 a 80%. Lagoas de Estabilização • Lagoas Anaeróbias – Tempo de detenção de 2 a 5 dias – Emanação de odores – Profundidade entre 3,00 e 5,00 m – Eficiência: DBO 75 a 85% e SS 70 a 80%. Lagoas de Estabilização • Lagoas Aeradas Facultativas – Tempo de detenção de 5 a 10 dias – Necessidade de menores áreas – O2 por sistema de aeração – Profundidade entre 2,50 e 4,00 m – Eficiência: DBO 75 a 85% e SS 70 a 80%. Lagoas de Estabilização • Lagoas Aeradas de Mistura Completa – Tempo de detenção de 2 a 4 dias – Necessidade de menores áreas – O2 por sistema de aeração – Necessidade de Lagoa de Decantação com tempo de detenção de ~2 dias e profundidade entre 3,00 e 4,00 m – Eficiência: DBO 75 a 85% e SS 70 a 80%. Lagoas de Estabilização • Lagoas Maturação – Remoção de organismos patógenos – Tempo de detenção de 3 a 5 dias (lagoas em série) e 10 a 20 dias (lagoa com chicana) – Profundidade entre 0,60 e 1,50 m Lagoas de Estabilização • Lagoas Polimento – Pós tratamento de efluentes de tratamento secundário, em especial reatores anaeróbios. – Remoção de organismos patógenos e matéria orgânica. Lagoas de Estabilização Sistema australiano Grade Caixa de areia Lagoa anaeróbia Lagoa facultativa Rio Lodo Lodo Lagoa de maturação Grade Caixa de areia Lagoa facultativa Rio LodoLodo Lagoa de maturação Lagoa Facultativa Primária Lagoas de Estabilização Grade Caixa de Areia Lagoas Aeradas Facultativas Rio Sistema de Lagoas Aeradas Grade Caixa de Areia Lagoas Aeradas de Mistura Completa Lagoas de decantação Rio Lodo Lagoas de Estabilização Lagoas de Estabilização - ETE Lins. Lagoas de Estabilização ETE São João (São João da Boa Vista). Lagoa Aerada seguida de Lagoa de Decantação e Lagoa de Secagem. Lagoa Aerada de Jarinu. Lagoas de Estabilização Lagoa Aerada para ampliação Lagoas de Estabilização ETE Camanducaia. Lagoa Aerada seguida de Decantador Lagoa Anaeróbia com sistema de captação de gases Lagoas de Estabilização Processo Anaeróbio • Remoção de matéria orgânica na ausência de O2. • Conversão da matéria orgânica a metano, dióxido de carbono e água. • Baixa produção de lodo • Unidades com menores volumes Processo Anaeróbio • Menorcusto de implantação e operação • Maior tolerância a altas cargas orgânicas • Eficiência DBO 45 a 75%. Processo Anaeróbio • Geração de odor • Baixa capacidade de absorver cargas tóxicas • Necessidade de pós tratamento para atender PE e remoção de nutrientes e organismos patogênicos. Processos Anaeróbios • Fossa Séptica – Primeiro sistema de tratamento utilizado pelo homem. – Tempo de detenção de 12 a 24 horas. – Sedimentação de 60 a 70% de sólidos que serão degradados por bactérias anaeróbias. – Formação de escuma formada por óleos, graxas e gorduras e gases. Processos Anaeróbios – Eficiência DBO < 30% • NBR 7.229 - Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos, de Set/93. Fonte: Chernicharo, C.A. de L. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Volume 5 – Reatores Anaeróbios. 2ªed. 2007 Processos Anaeróbios • Filtro Anaeróbio – Pós tratamento de Fossa Séptica, formando sistema “Fossa-Filtro”. – Unidade preenchida com meio suporte por onde o efluente percola em fluxo ascendente e entra em contato com biofilme aderido ao meio suporte. – Eficiência DBO 80 a 85% Processos Anaeróbios • NBR 13.969 - Tanques sépticos - Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - Projeto, construção e operação, Jan/97. Fonte: Chernicharo, C.A. de L. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Volume 5 – Reatores Anaeróbios. 2ªed. 2007 Processos Anaeróbios • Reator de Manta de Lodo (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente); DAFA (Digestor Anaeróbio de Fluxo Ascendente). – Biomassa cresce dispersa no reator e concentração de sólidos é bastante elevada. Processos Anaeróbios • Reator de Manta de Lodo (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – Fluxo do efluente ascendente. – Degradação de matéria orgânica no leito e manta de lodo. – Formação de gases que são separados na estrutura “separador trifásico” na parte superior. Processos Anaeróbios • Reator de Manta de Lodo (UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket) – Tempo de detenção de 6 a 10 horas. – Eficiência DBO 60 a 75% – Necessita tratamento complementar para atendimento de PE. Processos Anaeróbios Processos Anaeróbios Representação esquemática de reator UASB circular Processos Anaeróbios Sistema de distribuição efluentes Processos Anaeróbios Processos Anaeróbios Processos Anaeróbios • Controle de Odores – Oxidação Térmica • Pós-Tratamento de Efluentes de UASB Processos Anaeróbios • Pós-Tratamento de Efluentes de UASB Processos Anaeróbios Tecnologias Recentes WETLANDS • Wetlands Construídas, Terras Úmidas Construídas, Filtros Plantados com Macrófitas • Tanques, lagoas ou canais rasos preenchidos por material poroso e inerte (areia, cascalho, pedra, etc.) cultivados com macrófitas aquáticas, possibilitando a formação de biofilme WETLANDS • Lagoas ou canais normalmente possuem camada impermeável de argila ou membrana sintética. • Remoção de matéria orgânica e nutrientes por: – Sedimentação – Filtração no meio poroso – Degradação biológica no biofilme – Absorção pelas plantas WETLANDS WETLANDS • Menores custos de implantação, operação e manutenção • Tecnologia de tratamento natural, suscetível as condições ambientais • Favorável em regiões com clima tropical e subtropical • Pode ser utilizada para atendimento de comunidades isoladas ou polimento de efluentes de tanque séptico, lagoas de estabilização e sistemas convencionais Fluxo sub-superficialFluxo superficial Fluxo Horizontal 5 a 10 m2/hab Fluxo Vertical 1 a 2 m2/hab WETLANDS • Sistema Híbrido (Fluxo Vertical e Horizontal) possibilita maior remoção de nutrientes, patógenos, matéria orgânica e redução da área superficial do leito filtrante • Macrófitas: crescem em ambientes aquáticos, solos alagados ou saturados por água – Emergentes ou enraizadas – Flutuantes ou submersas WETLANDS • Eficiências de remoção verificadas em pesquisas: – DBO > 70% – Nitrogênio > 60% – Fósforo > 40% WETLANDS • Elevados tempos de detenção • Necessidade de disponibilidae de áreas • Remoção periódica das macrófitas em excesso • Possibilidade da ocorrência de obstruções • Influência da temperatura Macrófitas Utilizadas Eichhornis sp Pistia stratiotes Salvini molestia Spirodela sp Gladiolus sp Iris sp Hidrocotyle umbelatta Collocasia eculenta Hedychium coronarium Heliconia sp Typha sp Typha sp . = popularmente conhecida como Taboa • Remoção da matéria orgânica e nutrientes utilizando biofilme formado em elementos de suporte em suspensão no reator. • Elementos de suporte: peças em polietileno com elevada área superficial específica (de 300 a 500 m2/m3) Reator com Biofilme em Leito Móvel (MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor) MBBR • Fornecimento de O2 com sistema de aeração por ar difuso • Unidades com volume reduzido comparando com lodos ativados • Maior estabilidade devido a grande variedade de microrganismos • Excesso de biofilme com boa sedimentação Reator com Biofilme em Leito Móvel (MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor) • Oxidação da amônia ocorre com baixas idades de lodo • Pode ser utilizado para aumentar capacidade de sistemas de lodos ativados convencionais ou melhorar remoção de nutrientes Reator com Biofilme em Leito Móvel (MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor) • Associação do sistema biológico convencional com tratamento físico com filtração por membranas • Possibilita a retenção total da biomassa, aumentando a eficiência, especialmente para microrganismos patogênicos • Idades de lodo elevadas, absorvendo melhor picos de carga orgânica devido a maior concentração de biomassa MBR (Membrane Biological Reactor) SISTEMA MBR Grade Caixa de areia Decantador Primário (opcional) Tanque de Aeração Reator com Membranas Tratamento do lodo Disposição Final Efluente Final MBR (Membrane Biological Reactor) SISTEMA MBR Tipos de sistemas com membranas. (a) Membrana Externa. (b) Membrana Interna. Fonte: Schneider; Tsutiya, 2001. MBR (Membrane Biological Reactor) SISTEMA MBR Efluente do Tratamento Secundário Efluente Tratado e Desinfectado Ar Descarte de lodo Entrada Saída A Crap Commitment SISTEMA MBR MBR (Membrane Biological Reactor) • Membranas submersas: módulos de fibras ocas e de placas pois operam com baixas pressões e assimilam melhor variedade de sólidos. • Membranas externas: membranas cerâmicas, normalmente para efluentes industriais • Eficiência: DBO, SS e vírus >99%; Coliformes 100% e P >98% MBR (Membrane Biological Reactor) SISTEMA MBR • Etapas de operação: • Produção (aeração) • Retrolavagem • Relaxamento (apenas aeração) • Limpeza •Capacidade de tratamento limitada a capacidade dos módulos de membranas •Alto custo de implantação e operação MBR (Membrane Biological Reactor) SISTEMA MBR Remoção de Nutrientes (Nitrogênio e Fósforo) Remoção de Nutrientes • Nitrogênio e Fósforo em certas condições podem provocar eutrofização de corpos d’água • Remoção por tratamentos Biológicos, Físico-Químico ou Disposição no solo Remoção de Nutrientes • Lagoas – Volatilização da amônia (NH3). – Assimilação da amônia e nitratos pelas algas e sedimentação de nitrogênio orgânico particulado. – Precipitação de fosfatos. – pH elevado e profundidade reduzida (lagoa de maturação, de polimento e de alta taxa). Remoção de Nutrientes • Disposição Controlada no Solo – Disposição dos efluentes tratados em solos contendo culturas, a remoção se dá pela absorção pelas plantas. – Taxas de aplicação de acordo com características de solo e plantas. Remoção de Nutrientes • Sistemas de Lodos Ativados e Filtros Biológicos Aerados – Remoção de N ocorre em duas etapas: Nitrificação (nitrogênio amoniacal ou amônia em nitrato) ocorre sistematicamente em regiões de clima quente em LodosAtivados, Filtros Biológicos de Baixa Carga e Biofiltro Aerado Submerso Remoção de Nutrientes Desnitrificação (nitrato para nitrogênio gasoso) ocorre em ambiente anóxico (sem O2) e com recirculações internas. Nitrificação dificultada pela falta de OD, baixo pH, pouca biomassa ou substâncias tóxicas. Sistemas de pós-tratamento de UASB a remoção de N é menor. Recirculação interna Zona Anóxica DecantadorZona Aeróbia Retorno de Lodo Remoção de Nutrientes Pré-Desnitrificação Pós-Desnitrificação Zona Anóxica DecantadorZona Aeróbia Retorno de Lodo Zona Aeróbia Remoção de Nutrientes • Sistemas de Lodos Ativados e Filtros Biológicos Aerados – Remoção de P: Em Lodos Ativados é necessário zona anaeróbia (seletor biológico) para crescimento de organismos acumuladores de P. Em sistemas de pós tratamento de UASB remoção de P é dificultada. Remoção de Nutrientes • Tratamento Físico-Químico – Remoção de N: Volatilização da amônia livre com elevação de pH (dosagem de cal) seguida de processos de transferência de gases, como Torres de Aeração (stripping). Remoção de Nutrientes • Tratamento Físico-Químico – Remoção de P: Precipitação de Psolúvel com adição de coagulantes (sais metálicos de ferro e alumínio) ou alcalinizantes (cal). Remoção do P nos sólidos em suspensão com Filtração ou Flotação. Combinação de Precipitação e Filtração ou Flotação. Desinfecção • Inativação dos organismos patogênicos para proteção da saúde pública, evitando transmissão de doenças de veiculação hídrica • Principais indicadores de contaminação: – Coliformes Totais – Coliformes Fecais ou Termotolerantes – Enterecocos Fecais Desinfecção • Processos Naturais – Lagoas de Estabilização – Disposição Controlada no Solo • Processos Artificiais – Físico – Químico Desinfecção • Lagoa de Estabilização (Maturação e de Polimento) – Os agentes desinfetantes naturais são: •Temperatura • Insolação •pH •Escassez de alimento Desinfecção • Lagoa de Estabilização (Maturação e de Polimento) – Os agentes desinfetantes naturais são: •Organismos predadores •Compostos Tóxicos •Elevada concentração de OD •Para cistos e protozoários principal mecanismo é a sedimentação Vantagens Desvantagens • Processo natural, sem mecanização. • Não gera efeitos residuais prejudiciais. • Operação simples. • Pode ser realizado de forma concomitante à estabilização da matéria orgânica. • Necessita de muita área. • Tempo de detenção muito longo (vários dias). • Desempenho depende das condições climáticas. • Produz algas em grande quantidade. Desinfecção • Lagoa de Estabilização (Maturação e de Polimento) Desinfecção • Disposição no Solo Vantagens Desvantagens • Processo natural, sem mecanização. • Não gera efeitos residuais prejudiciais. • Operação simples. • Pode ser realizado de forma concomitante à estabilização da matéria orgânica. • Necessita de muita área. • Desempenho depende das condições climáticas. • Sensível à quantidade de sólidos suspensos no afluente. Desinfecção • Cloração – Utiliza cloro gasoso, hipoclorito de sódio ou hipoclorito de cálcio, que penetram nas células dos microrganismos e reagem com suas enzimas – Tempo de detenção recomendado na norma ABNT 12209/11 é de 30 minutos – Para dióxido de cloro recomenda residual de 0,10 mg/L após tempo de contato de 5 minutos Desinfecção • Cloração Vantagens Desvantagens • Tecnologia amplamente conhecida. • Menor custo. • Cl residual prolonga a desinfecção e indica a eficiência do processo. • Efetiva e confiável para grande variedade de patógenos. • Oxida certos compostos orgânicos e inorgânicos. • Flexibilidade de dosagens. • Cl residual é tóxico; requer descloração. • Todas as formas de cloro são altamente corrosivas e tóxicas. • As reações com Cl geram compostos potencialmente perigosos (trihalometanos-THM). • Aumenta os sólidos totais dissolvidos. • Cl residual é instável na presença de materiais que demandam cloro. • Alguns patógenos são resistentes. Desinfecção • Descloração Vantagens Desvantagens • Tecnologia bem desenvolvida. • Efetiva e confiável para grande variedade de patógenos. • Oxidação de certos compostos orgânicos e inorgânicos. • Flexibilidade de dosagens. • Requer adição de produtos químicos para eliminar cloro residual. • Elimina o efeito residual da desinfecção com cloro. • Gera subprodutos potencialmente perigosos. • Aumenta os sólidos totais dissolvidos. • Alguns patógenos são resistentes. Desinfecção • Ozonização (gás ozônio – O3) – Recomendado para efluentes que tenham passado por processo de nitrificação e filtração – Aplicação do gás Ozônio (O3) não gera trihalometanos, mas não há muitas informações sobre a formação de subprodutos – Alto custo operacional e tecnologia complexa uma vez que o O3 é gerado no local de aplicação porque se decompõe rapidamente Desinfecção • Ozonização Vantagens Desvantagens • Mais efetivo na destruição de vírus e bactérias que o cloro. • Utiliza curto tempo de contato (de 10 a 30 minutos). • Não gera residuais perigosos. • Não resulta em recrescimento de bactérias, exceto as protegidas pelo material particulado. • É gerado in situ, com fácil armazenamento e manuseio. • Eleva o oxigênio dissolvido (OD) no efluente tratado. • Baixas doses podem não inativar alguns vírus, esporos e cistos. • Tecnologia mais complexa que a desinfecção com cloro ou UV. • O3 muito reativo e corrosivo. • Não é econômico para esgotos com muito SS, DBO ou DQO. • O3 é extremamente irritante e possivelmente tóxico. • O custo do tratamento pode ser relativamente alto. Desinfecção • Radiação Ultravioleta – Não gera subprodutos tóxicos – Ação direta aos ácidos nucleicos celulares causando alterações no DNA impedindo reprodução – Depende das características do efluente, intensidade da radiação UV, tempo de contato e tipo de reator (contato ou não contato) Desinfecção • Radiação Ultravioleta Vantagens Desvantagens • Efetiva na inativação de vírus e esporos. • Não necessita de geração, manuseio, transporte ou estocagem de produtos químicos. • Não gera efeitos residuais prejudiciais. • Operação simples. • Tempo de contato muito curto (de 20 a 30s). • Menor demanda de espaço do que os outros processos. • Baixas dosagens não inativam alguns vírus, esporo e cistos. • Os microrganismos podem se multiplicar por fotorreativação ou recuperação no escuro. • Necessita de controle da formação de biofilmes nos reatores de contato. • É sensível à turbidez e a sólidos suspensos totais no esgoto. • É mais caro do que a cloração e mais barato do que a cloração/descloração. Desinfecção • Filtração por Membranas Vantagens Desvantagens • Melhora significativamente a qualidade físico-química do efluente. • Realiza a remoção complementar de fósforo do esgoto. • Eficiente na remoção de ovos e larvas de helmintos e cistos de protozoários. • Eficiência variável e inespecífica em relação aos patógenos. • Requer produtos químicos de coagulação/floculação. • Funcionamento intermitente, devido à necessidade de lavagem dos filtros. • Demanda operacional com nível intermediário. Disposição Controlada no Solo • Remoção de nutrientes pelas plantas • Remoção de sólidos suspensos • Remoção de patógenos pela ação dos raios ultravioleta, dessecação e pela ação de predadores biológicos presentes no solo Disposição Controlada no Solo • Infiltração Lenta: tratamento de efluentes ou fertirrigação – Maior parte do efluente é absorvido pelas plantas, parte é evaporado e parte percola no solo – Aplicação por sulcos, aspersão, gotejamento ou chorumeiras Gotejamento Sulcos Disposição Controlada no Solo Aspersão Chorumeira Disposição Controlada no Solo •Solo argiloso •Lençol freático a 1,50 m Disposição Controlada no Solo • Infiltração Rápida: utiliza o solo como filtro por onde o efluente percolae pequena parcela evapora – Efluentes dispostos em bacias rasas sem impermeabilização – Maiores taxas de aplicação – Aplicação intermitente por descarga direta ou aspersão de alta capacidade – Menor requisito de área Disposição Controlada no Solo • Infiltração Subsuperficial: efluente é aplicado abaixo do nível do solo em locais escavados e preenchidos com meio poroso – Valas de Infiltração – Valas de Filtração – Sumidouros Disposição Controlada no Solo Disposição Controlada no Solo Sumidouro Vala de Infiltração Disposição Controlada no Solo • Escoamento Superficial: efluente é aplicado de maneira controlada em solos com certa declividade, escoando pelo solo até canaletas na parte mais baixa do terreno – Aplicação intermitente por aspersores, tubulações ou canais – Solos com baixa permeabilidade como argilosos – Declividade de 2 a 8% Disposição Controlada no Solo – A área de disposição deve conter vegetação: aumenta absorção de nutrientes, perda de água por transpiração, aumenta retenção de sólidos e maior ação de microrganismos Disposição Controlada no Solo Obrigada! Sandra Ruri Fugita Setor de Avaliação Ambiental de Sistemas de Tratamento de Efluentes – IPSE Email: sfugita@sp.gov.br Tel.: 11-3133-3128