Processos e Níveis de Tratamento de Águas Residuárias

TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS LOB1225 G Aula 6 Níveis operações e processos de tratamento de esgotos Níveis do tratamento dos esgotos Estudos de concepção Impacto ambiental do lançamento no corpo receptor Objetivos do tratamento principais constituintes a serem removidos Nível do tratamento Eficiências de remoção desejadas Níveis do tratamento dos esgotos Mecanismos Físicos Mecanismos Biológicos Níveis do tratamento dos esgotos Nível de tratamento da ETE Maior nível existente Remoção sólidos grosseiros tratamento preliminar Sólidos sedimentáveis decantadores primários tratamento primário Matéria orgânica processos biológicos tratamento secundário ETE em nível secundário Níveis do tratamento dos esgotos Tratamento preliminar Sólidos em suspensão grosseiros materiais de maiores dimensões e areia Tratamento primário Sólidos em suspensão sedimentáveis DBO em suspensão Níveis do tratamento dos esgotos Tratamento secundário DBO em suspensão caso não haja tratamento primário DBO em suspensão finamente particulada caso haja tratamento primário sólidos não sedimentáveis DBO solúvel sólidos dissolvidos Níveis do tratamento dos esgotos Tratamento terciário Nutrientes Organismos patogênicos Compostos não biodegradáveis Metais potencialmente perigosos Sólidos inorgânicos dissolvidos Sólidos em suspensão remanescente Níveis do tratamento dos esgotos Item Nível do tratamento Preliminar Primário Secundário Poluentes removidos Sólidos grosseiros Sólidos sedimentáveis DBO em suspensão Sólidos não sedimentáveis DBO em suspensão fina DBO solúvel Eventualmente nutrientes Eventualmente patógenos Eficiências de remoção SS 6070 DBO 2535 Coliformes 3040 DBO 6098 Coliformes 6099 Mecanismo de tratamento preponderante Físico Físico Biológico Cumpre padrões de lançamento usuais Não Não Usualmente sim Aplicação Montante de elevatória Etapa inicial de todos os processos de tratamento Tratamento parcial Etapa intermediária de tratamento mais completo Tratamento mais completo para a remoção de matéria orgânica Níveis do tratamento dos esgotos Eficiência de remoção de poluentes no tratamento ou etapa do mesmo E Eficiência de remoção C0 Concentração afluente do poluente mgL Ce Concentração efluente do poluente mgL Níveis do tratamento dos esgotos Eficiência global de remoção várias etapa ou unidades de tratamento em série E Eficiência global de remoção E1 E2 E3 En Eficiência de remoção nas etapas 1 2 3 n Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Operações unitárias físicos Predominância de aplicação de forças físicas Ex Gradeamento mistura floculação sedimentação flotação filtração Processos unitários químicos Métodos de tratamento nos quais a remoção ou conversão de contaminantes ocorre pela adição de produtos químicos ou devido a reações químicas Ex Precipitação adsorção desinfecção Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Processos unitários biológicos Método de tratamento nos quais a remoção de contaminantes ocorre por meio de atividade biológica Ex Remoção da matéria orgânica carbonácea nitrificação desnitrificação Dependendo do processo a ser utilizado vários mecanismos podem atuam separada ou simultaneamente na remoção de poluentes Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos Sólidos Grosseiros 1cm Gradeamento Retenção de sólidos com dimensões superiores ao espaçamento entre barras Em suspensão 1μm Sedimentação Separação de partículas com densidade superior à do esgoto Dissolvidos 1μm Adsorção Retenção na superfície de aglomerados de bactérias ou biomassa Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos Matéria orgânica DBO em suspensão 1μm Sedimentação Separação de partículas com densidade superior à do esgoto Adsorção Retenção na superfície de aglomerados de bactérias ou biomassa Hidrólise Conversão de DBO suspensa em solúvel por meio de enzimas possibilitando sua estabilização Estabilização Utilização pelas bactérias como alimento com conversão a gases água e outros compostos inertes DBO solúvel 1μm Adsorção Retenção na superfície de aglomerados de bactérias ou biomassa Estabilização Utilização pelas bactérias como alimento com conversão a gases água e outros compostos inertes Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos Patógenos Maiores dimensões cistos de protozoários e ovos de helmintos Sedimentação Separação de patógenos de maiores dimensões e com densidade superior à do esgoto Filtração Retenção dos patógenos em um meio filtrante de granulometria adequada Menores dimensões bactérias e vírus Condições ambientais adversas Temperatura pH falta de aliemento competição com outras espécies Radiação ultravioleta Radiação do sol ou artificial Desinfecção Adição de um agente desinfectante como o cloro Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos Nitrogênio Nitrogênio orgânico Amonificação Conversão do nitrogênio orgânico à amônia Amônia Nitrificação Conversão da amônia a nitrito e deste a nitrato por meio de bactérias nitrificantes Assimilação bacteriana Incorporação da amônia na composição das células bacterianas Dessorção Escape de amônia livre para a atmosfera em condições de elevado pH Cloração ao breakpoint Conversão da amônia a cloramina através da presença de cloro Nitrato Desnitrificação Conversão do nitrato a nitrogênio gasoso o qual escapa para a atmosfera em condições anóxicas Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos Fósforo Fosfato Desfosfatação Assimilação em excesso do fósforo do meio líquido por organismos acumuladores de fosfato que ocorre ao se alternar condições aeróbias e anaeróbias Precipitação Precipitação do fósforo em condições de pH elevado ou através da adição de sais metálicos Filtração Retenção da biomassa rica em fósforo após a etapa de desfosfatação biológica Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Sólidos em suspensão Gradeamento Remoção de areia Sedimentação Disposição no solo Matéria orgânica biodegradável Lagoas de estabilização e variações Lodos ativados e variações Reatores anaeróbios com biofilmes Tratamento anaeróbio Disposição no solo Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Organismos patogênicos Lagoas de maturação Disposição no solo Desinfecção com produtos químicos Desinfecção com radiação ultravioleta Processos com membranas Nitrogênio Nitrificação e desnitrificação biológica Lagoas de maturação e de alta taxa Disposição no solo Processos físicoquímicos Operações processos e sistemas de tratamento de esgotos Fósforo Remoção biológica Lagoas de maturação e de alta taxa Processos físicoquímicos Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoa facultativa Esgotos fluem continuamente em lagoas especialmente construídas para o tratamento O líquido permanece por vários dias DBO solúvel e particulada são estabilizadas aerobicamente por bactérias dispersas no líquido DBO suspensa sedimenta e é estabilizada anaerobicamente no fundo da lagoa Oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido pelas algas fotossíntese Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoa anaeróbialagoa facultativa Remoção de DBO 5065 lagoa anaeróbia mais profunda e com menor volume DBO remanescente é removida na lagoa facultativa O sistema ocupa área inferior a da lagoa facultativa única cerca de 13 Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoa aerada facultativa Remoção de DBO é semelhante a lagoa facultativa Oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos Dimensões menores que a lagoa facultativa Tempo de detenção típico 5 a 10 dias Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoa aerada de mistura completalagoa de decantação Energia introduzida por unidade de volume é elevada fazendo com que os sólidos fiquem dispersos no meio líquido Maior concentração de bactérias aumenta a eficiência de remoção de DBO Volume inferior a uma lagoa aerada facultativa Necessidade de lagoa de decantação a jusante remoção dos elevados teores de sólidos presentes Lodo da lagoa de decantação remoção em poucos anos Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoa aerada de mistura completalagoa de decantação Tempo de detenção típico 2 a 4 dias Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoas de alta taxa Maximizar a produção de algas condições aeróbias Profundidades reduzidas penetração de energia luminosa em toda a massa líquida Alta atividade fotossintética alta concentração de oxigênio dissolvido e elevado pH Aumento na taxa de remoção de patógenos e na remoção de nutrientes Elevada carga orgânica por área superficial e moderada agitação na lagoa equipamento mecânico de baixa potência Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoas de alta taxa Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lagoas de estabilização Lagoas de maturação Remoção de organismos patogênicos Predomínio de condições ambientais adversas radiação UV pH elevado elevado OD temperatura mais baixa que do trato intestinal humano falta de nutrientes e predação por outros organismos Póstratamento de processos que removem DBO Elevada eficiência na remoção de coliformes Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Infiltração lenta Esgotos são aplicados no solo água e nutrientes para as plantas Líquido Parte evapora parte percola no solo e a maioria é absorvida pelas plantas Taxas de aplicação no terreno são bem baixas Métodos de aplicação Aspersão alagamento e da crista e vale Fertirrigação Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Infiltração lenta Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Infiltração rápida Esgotos sã dispostos em bacias rasas Líquido passa pelo fundo poroso e percola pelo solo Menores perdas por evaporação com maiores taxas de aplicação Aplicação intermitente descanso para o solo Tipos Percolação para a água subterrânea recuperação por drenagem subsuperficial e recuperação por poços freáticos Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Infiltração rápida Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Infiltração subsuperficial Esgoto prédecantado é aplicado abaixo do nível do solo Locais de infiltração são preenchidos com meio poroso no qual ocorre o tratamento Tipos Valas de infiltração e sumidouros Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Escoamento superficial Esgotos distribuídos na parte superior do terreno com certa declividade Escoam até serem coletados em valas na parte inferior Aplicação intermitente Tipos de aplicação aspersores de alta pressão aspersores de baixa pressão tubulações ou canais de distribuição com aberturas intervaladas Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Escoamento superficial Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Disposição no solo Terras úmidas construídas Banhados artificiais ou alagados artificiais Lagoas ou canais rasos que abrigam plantas aquáticas Fluxo superficial NA acima do nível do solo ou subsuperficial NA abaixo do nível do solo Mecanismos atuantes no sistema raizsolo físicos químicos e biológicos Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Sistemas anaeróbios Filtro anaeróbio DBO Convertida anaerobicamente por bactérias aderidas a um meio suporte usualmente pedras no reator Trabalha submerso e em fluxo ascendente Requer decantação primária frequentemente fossas sépticas Produção baixa de lodo Lodo já sai estabilizado Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Sistemas anaeróbios Filtro anaeróbio Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Sistemas anaeróbios Reator anaeróbio de manta lodo e fluxo ascendente UASB UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket DBO Conversão anaeróbia pelas bactérias dispersas no reator Fluxo de líquido ascendente Parte superior zona de sedimentação saída do efluente clarificado e retorno dos sólidos ao sistema Formação de metano Dispensa decantação primária produção de lodo é baixa e este já sai adensado e estabilizado Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Sistemas anaeróbios Reator anaeróbio de manta lodo e fluxo ascendente UASB Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Sistemas anaeróbios Reator anaeróbio póstratamento Reatores UASB não produzem efluentes dentro da maioria dos padrões de lançamento Necessidade de póstratamento Biológico aeróbio ou anaeróbio Físicoquímico adição de coagulantes Todos os processos de tratamento de esgoto podem ser usados como póstratamento Eficiência global mesma que só o póstratamento fosse aplicado no esgoto bruto Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Lodo ativado convencional Etapa biológica 2 unidades reator biológico e decantador secundário Elevada concentração de biomassa no reator recirculação do fundo do decantador secundário Biomassa fica em contato por longos períodos com o líquido elevada eficiência remoção DBO Necessidade de remoção de biomassa produzida Aeração Mecânica ou ar difuso Decantador primário remoção de sólidos sedimentáveis montante do reator biológico Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Lodo ativado convencional Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Lodo ativado por aeração prolongada Similar ao convencional no entanto a biomassa permanece mais tempo no sistema reatores biológicos maiores Menos DBO disponível competição entre as bactérias Lodo excedente já sai estabilizado Não são usualmente incluídas unidades de decantação primária Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Lodo ativado de fluxo intermitente Operação do sistema é intermitente Mesmo tanque em fases diferentes Etapas de reação aeradores ligados e sedimentação aeradores desligados Aeradores desligados sedimentação dos sólidos e retirada do efluente sobrenadante Religamento dos aeradores ressuspensão dos sólidos não há necessidade de elevatórias de recirculação Modo de operação convencional ou por aeração prolongada Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Lodo ativado com remoção biológica de nitrogênio Reator biológico incorporação de zona anóxica ausência de oxigênio e presença de nitratos Zona anóxica montante eou jusante da zona aerada Nitratos formados nitrificação na zona aeróbia respiração de microrganismos facultativos na zona anóxica com redução a nitrogênio gasoso escapa para a atmosfera Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Lodos ativados Lodo ativado com remoção biológica de nitrogênio e fósforo Incorporação no reator biológico de zona anaeróbia extremidade de montante além das zonas aeróbias e anóxicas Recirculação interna da biomassa contato com zonas anaeróbias e aeróbias Absorção de fósforo do meio líquido por um certo grupo de microrganismos em quantidades superiores àquelas que o microrganismo necessita para seu metabolismo Retirada de lodo excedente retirada de fósforo Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Reatores aeróbios com biofilmes Filtro de baixa carga DBO Estabilizada anaerobicamente por bactérias aderidas a um meio suporte pedras ou material plástico Esgoto aplicado na superfície do tanque distribuidores rotativos Líquido percola pelo tanque e sai pelo fundo Matéria orgânica retida e estabilizada pelas bactérias Espaços vazios permitem circulação de ar Baixa carga pouca disponibilidade de DBO para as bactérias autodigestão já saindo estabilizadas Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Reatores aeróbios com biofilmes Filtro de baixa carga Placas de bactérias desprendidas são removidas pelo decantador secundário Necessita de decantação primária Filtro de alta carga Similar ao de baixa carga diferindo na DBO disponível para as bactérias maior quantidade Lodo necessita de estabilização Efluente do decantador secundário é recirculado para o filtro diluir o afluente e manter a carga hidráulica homogênea Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Reatores aeróbios com biofilmes Biofiltro aerado submerso Tanque preenchido com material poroso usualmente submerso Fluxo permanente esgoto e ar ascendente Biofiltros com meios granulares remoção de compostos orgânicos solúveis e particulados do esgoto Meio suporte para os microrganismos Meio filtrante Lavagens periódicas para eliminação do excesso de biomassa acumulada Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Reatores aeróbios com biofilmes Biofiltro aerado submerso Principais sistemas de tratamento de esgoto em nível secundário Reatores aeróbios com biofilmes Biodisco Crescimento da biomassa a um meio suporte discos Discos parcialmente imersos giram ora expondo a superfície ao líquido ora ao ar Bibliografia JORDÃO EP PESSÔA CA Tratamento de Esgotos Domésticos 4ª ed Rio de Janeiro Segrac 2005 VON SPERLING M Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos 3ª ed Belo Horizonte Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Universidade Federal de Minas Gerais 2005 65