Aula 14 tratamentos biológicos - 27.10

Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental

Métodos de
Tratamento

Biológicos

Sistema Convencional
Destino final do
Remoção
efluente tratado (lago,
rio, corpo d´água) especial
Entrada
ETE
Caixa de Decantador Decantador
areia primário secundário
grades
Retorno sobrenadante Reator
Legenda: Bomba
biológico
• Fase liquida sendo clarificada de lodo
• Sobrenadante retorno a ETE Recirculação de lodo
• Lodo (sólido) remoção e
tratamento
Espessador Flotador
Destino final do de lodo
lodo desidratado
(aterro sanitário)

Condicionamento e
Digestor de lodo
secagem de lodos

Tratamento de Efluente

Tratamentos Biológicos

5



Processos Biológicos

 Biomassa suspensa

 Biomassa aderida
6



Qual a finalidade dos Tratamentos Biológicos?

 Remoção da MO biodegradável contida nos
sólidos dissolvidos, ou finamente particulados
e, eventualmente ...
 ... de nutrientes (nitrogênio e fósforo), através
de processos biológicos aeróbios (oxidação) ou
anaeróbios seguidos de sedimentação final
(secundária).

7



Qual a eficiência dos Tratamentos Biológicos?

Eficiência de Remoção

DBO Coliformes Nutrientes

60 a 60 a 10 a
99% 99% 50%
8



Como é feita a remoção ?
 Através de reações bioquímicas, realizadas por
microrganismos aeróbios (tanque de aeração),
ou por microrganismos anaeróbios
 ... nas condições operacionais desejáveis
(regra dos 3 T´s), pH de 6 a 8, DBO:N:P =
100:5:1 (processos aeróbios);
 ... Processos anaeróbios: DQO:N:P = 350:7:1

9



Reações bioquímicas (aeróbio):

MO + Microrganismos + O2  CO2 + H2O + LODO

• Bactérias
Material
Substrato • Fungos celular
• Protozoários

Produção sólidos ≈ descarte sólidos
10



Para que servem os decantadores secundários ?

 São responsáveis pela separação dos sólidos
em suspensão presentes no tanque de
aeração, permitindo a saída de um efluente
clarificado e ...
 ... um aumento do teor de sólidos em
suspensão no fundo do decantador.
 É gerado o “lodo ativado” (parte recirculado e
outra descartado)
11


Métodos

Processos Aeróbios Processos Anaeróbios

Lodos ativados RAFA

Lagoas de estabilização FAFA (doméstico)
Fossas sépticas
Filtros biológicos
(doméstico)
Contactores biológicos
rotativos (biodiscos)

12



Como escolher o método mais adequado ?

 Vai depender dos objetivos ou a qualidade
pretendida do efluente, ...
 Deve-se considerar:
 A vazão e a carga orgânica do efluente;
 A qualidade final a ser alcançada;
 A área disponível para implantação do projeto;
 Disponibilidade econômica (viabilidade técnica
econômica).
13



Vazão x Carga orgânica
Efluente DBO5,20 (mg/L)
Esgoto sanitário 200 a 600
Alimentos enlatados 500 a 2.000
Alimentos óleo comestível 15.000 a 20.000
Destilaria álcool (vinhaça) 15.000 a 20.000
Aterro sanitário (chorume) 15.000 a 20.000
Laticínio 30.000
Matadouro 30.000
Carga Orgânica = DBO x Vazão do Efluentes 14



Vazão x Carga orgânica - Exemplo

 Um efluente de uma Refinaria de açúcar chega
a ter uma DBO (demanda bioquímica de
oxigênio) de 6.000 mg/L, o que significa que a
cada litro despejado num rio, fará com que
6.000 mg, ou seja, 6 g do OD (oxigênio
dissolvido) na água do rio seja consumido ou
desapareçam.

15



Vazão x Carga orgânica - Exemplo

Exemplo:
• DBO5,20 = 6.000 mg/L
• Vazão efluente = 5.000 L/s
• Carga Orgânica = 6.000 mg/L x 5.000 L/s
• Carga Orgânica = 30.000.000 mg/s = 2.592.000
Kg/dia ou 2.592 ton/dia
16



Limites legais para o OD nos corpos d’água

Parâmetros Padrão de qualidade dos corpos d’água
conforme suas classes (Conama 357/2005)
Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4
OD (mg/L) ≥6 ≥5 ≥4 ≥2

 Para águas de classe especial não é permitido lançamento
de efluentes mesmo tratado
 Nas águas naturais de superfície o índice OD varia de 0 a
19 mg/L, mas um teor de 5 a 6 mg/L já é o suficiente para
suportar uma população variada de peixes
17



Conhecendo um pouco mais sobre os
microrganismos (vídeo CETESB – 7 min)

18


Processos Aeróbicos

Quando são adequados ?

 a quase todos os tipos de efluentes, e dentre os
tipos de sistemas aeróbios podemos citar:
 Lodos ativados
 Filtros Biológicos
 Lagoa de estabilização
 Biodiscos

19


Lodos Ativados

O que ?

 É o método mais utilizado mundialmente para
remoção de carga orgânica dos efluentes.
 Foi desenvolvido na Inglaterra por Arden e
Lockett em 1914 sendo composto basicamente
por duas unidades: tanque de aeração e
decantador.

20


Lodos Ativados

21


Lodos Ativados

22


Lodos Ativados
Quais os tipos de tratamento ?
Quanto a idade do lodo
• Lodo ativado convencional
• Aeração prolongada

Quanto ao fluxo
• Fluxo contínuo
• Fluxo intermitente

Quanto ao afluente
• Efluente bruto
• Efluente de decantador primário
• Efluente de reator anaeróbico
23


Lodos Ativados
Classificação dos sistemas em
função da idade do lodo:

 Aeração modificada: inferior a 3 dias
 Convencional: 4 a 10 dias
 Intermediária: 11 a 17 dias
 Aeração prolongada: 18 a 30 dias

24


Lodos Ativados
Sistema Convencional - O que ?
 Possuem decantador primário para que a MO
sedimentável seja retirada antes do tanque de
aeração (economia de energia)
 Tempo de detenção hidráulico baixo (6 a 8 horas)
 Idade do lodo em torno de 4 a 10 dias
 Remoção contínua do lodo biológico excedente
 Lodo não é estabilizado no processo
 Fornecimento de O2 (aeradores mecânicos ou ar
difuso) 25


Lodos Ativados
Sistema Convencional - O que ?

 Decantador primário: remove os SS
sedimentáveis e MO suspensa
 Decantador secundário: sedimenta a biomassa e
o efluente sai clarificado
 Lodo secundário (parte) retorna para o tanque de
aeração – aumento de eficiência do processo

26


Lodos Ativados

27


Lodos Ativados

Decantadores Primários

Circulares Retangulares

28


Lodos Ativados
Aeração Prolongada - O que ?
 A diferença para o sistema convencional é que a
biomassa permanece mais tempo no reator (18 a 30
dias – idade do lodo)
 Bactérias consumem toda MO, gerando lodo
estabilizado não necessita do digestor de lodo e
decantador primário)
 Maior consumo de energia, porém maior eficiência de
remoção de DBO
 Mais eficiente na remoção de MO (muito utilizado em
tratamento de despejos industriais) 29


Lodos Ativados
Aeração Prolongada

tanque de
aeração decantador
secundário

lodo secundário
linha de recirculação

adaptado de VON SPERLING, 1996

30


Lodos Ativados

31


Lodos Ativados

32


Lodos Ativados

Reator Aeróbico

Aeração Mecânica Ar Difuso

33


Lodos Ativados

Decantador Secundário

Retangular (manual) Circular (mecanizado)

34


Lodos Ativados
Fluxo intermitente - O que ?
 Todas as etapas do tratamento ocorrem dentro do reator
 Ciclos definidos: enchimento com ou sem aeração,
aeração, sedimentação, drenagem do lodo tratado e
repouso;
 A biomassa permanece no reator não havendo
necessidade do sistema de recirculação de lodo;
 Exige a construção de mais de uma unidade do reator
principal (uso intercalado / manutenção)
 É considerado um sistema de aeração prolongada (lodo já
sai estabilizado) 35


Lodos Ativados
Fluxo intermitente - O que ?
tanque de
aeração

decantador
secundário

36


Lodos Ativados

37


Filtros Biológicos
O que ?
 Trata-se de um leito de percolação onde a biomassa
permanece aderida no material de enchimento
 Eficiência em torno de 75 a 90% de remoção de DBO;
 São tanques circulares de diâmetros compatíveis com a
vazão a ser tratada;
 Meio filtrante: pedra de brita ou material plástico;
 No meio filtrante forma-se uma película de biomassa
aderida, de forma que ao passar o efluente pelo leito em
direção ao dreno de fundo, essa biomassa adsorve a MO e
as bactérias promovem sua digestão
38


Filtros Biológicos
Ilustração


39


Lagoa Estabilização
O que ?
 São reservatórios escavados diretamente no solo,
com a proteção de taludes e do fundo variando de
acordo com o tipo de terreno
 É recomendado para tratar esgoto de pequenas
comunidades ou efluentes de pequena vazões
 É considerado um sistema de tratamento biológico
muito eficiente;

40



CO2
Reação aeróbica,
bactérias algas
presença:
O2 O2 + MO  Lodo
zona aeróbia
+ CO2
zona facultativa (fotossíntese)

zona anaeróbia

Reação anaeróbica,
quase ausência:
O2 e produz:
Pouco lodo + energia
41


Tipos de lagoas

 Geralmente o sistema é compostos de vários tipos
de lagoas: lagoas facultativas, sistema de lagoas
anaeróbias seguidas de lagoas facultativas, lagoas
aeradas facultativas, sistema de lagoas aeradas de
mistura completa seguida por lagoas de
sedimentação; e lagoas de maturação

42


Lagoas Facultativas
 DBO particulada se sedimenta – lodo de fundo
(decomposto anaerobiamente)
 DBO solúvel – permanece dispersa na massa líquida
(decomposição se dá por bactérias facultativas)
 TDH > 20 dias
 Fotossíntese – O2 para as bactérias – requer
elevada área de exposição
 Retirada do lodo de fundo > 20 anos
 Simplicidade operacional 43


Lagoas Aeradas
 Funcionamento – lagoa
facultativa
 Fornecimento de O2 – artificial
(aeradores mecânicos)
 TDH entre 5 e 10 dias
 Menor requisito de área
 Requerimento de energia
elétrica
 Retirada do lodo de fundo < 5
anos
44


Lagoas Aeradas de mistura completa
seguidas por lagoas de sedimentação
 Elevado nível de aeração – biomassa em suspensão na
massa líquida
 Maior eficiência do sistema
 TDH – 2 a 4 dias
 Biomassa sai com o efluente líquido – necessidade de uma
lagoa de decantação (sedimentação dos sólidos – TDH de 2
dias)
 Requer menor área entre as lagoas de estabilização
 Retirada do lodo – 2 a 5 anos
45


Lagoa com macrófitas -
Wetlands

46


Principais Vantagens
 Baixo custo de implantação, operação e manutenção;
 Baixo gasto energético;
 Eficientes na remoção de matéria orgânica (70% -
90%);
 Melhor adequação ao meio natural;
 Maior diversidade biológica -melhor ciclagem;
 Excelente remoção de patógenos;
 Produção de biomassa algal, a qual pode ser utilizada
para a produção de proteína para consumo humano -
reúso na psicultura
47


Principais Desvantagens
 Elevados requisitos de área;
 Performance variável com as condições climáticas;
 Efluentes com elevadas concentrações de nutrientes e
sólidos em suspensão (algas);
 Possibilidade de geração de maus odores e
proliferação de insetos;
 Possibilidade de produção de toxinas (algas)

48


Biodiscos
O que é ?
 Neste sistema um conjunto de discos (plástico)
gira em torno de eixo horizontal, metade do disco
é imerso no efluente a ser tratado e a outra fica
exposta ao ar;
 Similar ao filtro biológico (biomassa cresce
aderida ao meio suporte)
 Bactérias formam uma película aderida a disco
que, quando exposta ao ar, é oxigenada e depois
quando novamente entra em contato com o
efluente contribui para a oxigenação deste 49


Biodiscos
Ilustração

50


Processos Anaeróbicos
Quando são adequados ?
 Nas industrias que geram efluentes sem grandes
variações em suas características, ex:
 Cervejeiras
 Molho de Tomate
 Refrigerantes
 Em geral, no que diz respeito a remoção de carga
orgânica, tem eficiência média e devem ser
complementados.
 Tem custos de implantação e operação inferiores
aos sistemas aeróbios 51


Como é a bioquímica do processo?
 A digestão anaeróbia é um processo bioquímico complexo
composto por várias reações sequenciais, cada uma com sua
população bacteriana específica;
 Os microrganismos, que atuam na ausência de oxigênio
molecular, promovem a transformação de compostos orgânicos
complexos (carboidratos, proteínas e lipídios) em produtos mais
simples como o metano e gás carbônico;
 Grande parte dos produtos da digestão anaeróbia é constituída
por gases, que se desprendem da água residuária, formando
uma fase gasosa = o Biogás.
 Fases: Hidrólise; Acidogênese; Acetogênese e Metanogênese
52



Quais os tipos?

 Efluentes Industriais
 RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente)

 Efluentes Domésticos
 FAFA (Filtros Anaeróbios de Fluxo Ascendente)
 Fossa séptica

53


RAFA / UASB

O que é?
 RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente) ou
UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
 Também chamado de reator anaeróbio de manta de
lodo (conc. de bactérias elevadas)
 No reator a biomassa cresce dispersa no meio,
formando pequenos grânulos
 O efluente entra por baixo em fluxo ascendente
 No topo há uma estrutura cônica que possibilita a
separação dos gases (CO2 e metano) da biomassa 54


RAFA / UASB

Considerações
 Área requerida para instalação é reduzida : 0,05 a
0,10 m2/hab
 Baixa produção de lodo e já sai estabilizado;
 Maior controle sobre os maus odores
 Custos de implantação: 30,00 a 40,00 R$/hab.
 Custos operacionais: 1,50 a 2,00 R$/hab x ano
 Apesar das grandes vantagens, encontram
dificuldades em produzir efluentes que se enquadrem
aos padrões ambientais (pós-tratamento)
55


RAFA / UASB

56


RAFA e Biogás

57

Tratamentos Anaeróbio
Sistemas Anaeróbios
Há necessidade de Pós-Tratamento ?
Esgoto Bruto Eficiências Típicas p/ Esgoto Tratado Legislação Ambiental
(Afluente) Remoção de Poluentes (Efluente) (Padrão de Lançamento)

Matéria Orgânica Matéria Orgânica 60 mg DBO/L ou
40 a 85%
 350 mg DBO/L 40~160 mg DBO/L Eficiência > 60%

Nutrientes Nutrientes
Baixa ou Nula 5 mg NH3/L
 30 mg NH3/L  30 mg NH3/L

Microrganismos Microrganismos
105 ~ 108 Baixa ( 1 log) 104 ~ 107 Não existe
CF /100mL CF /100mL
58


Anaeróbio + Aeróbio
 Aeróbios:
 Oxigênio é o aceptor final dos elétrons;
 Gera CO2, água e biomassa,
 Anaeróbios:
 Compostos químicos atuam como aceptor final dos
elétrons
 Gera CH4, álcool, ácidos orgânicos e biomassa
 Obs: Em decorrência da alta quantidade de energia
dos produtos finais dos processos anaeróbios,
geralmente é necessário um posterior tratamento
aeróbio 59



60



Reator RAFA + lodos ativados
 Vantagens:
 Substancial redução da produção de lodo
 Substancial redução no consumo de energia
 Pequena redução no volume total das unidades
 Redução no consumo de produtos químicos para desidratação
 Menor número de unidades diferentes a serem implementadas
 Menor necessidade de equipamentos
 Maior simplicidade operacional
 Desvantagem:
 Menor capacitação para remoção biológica de nutrientes (N e P)
61


Comparação
Item Parâmetros / Convencional Aeração RAFA +
Unidades prolongada lodo
Idade do lodo Dias 4 a 10 18 a 30 6 a 10
Eficiência de DBO 85 – 95 93 – 98 85 – 95
remoção DQO 85 – 90 90 – 95 83 – 90
SS(%) 85 – 95 85 – 95 85 – 95
Amônia(%) 85 – 95 90 – 95 75 – 90
N (%) 25 – 30 15 – 25 15 – 25
P (%) 25 – 30 10 – 20 10 – 20
Coliformes (%) 60 – 90 70 – 95 70 – 95
Área requerida Área (m2/hab) 0,2 – 0,3 0,25 – 0,35 0,2 – 0,3
Massa do lodo (g ST/hab.dia) - antes 60 – 80 40 – 45 20 – 30
(g ST/hab.dia) - depois 30 – 45 40 – 45 20 – 30
Custo Implantação (R$/hab) 80 – 150 70 – 120 60 – 100
Operação (R$/hab.ano) 10 – 18 10 – 18 7 – 12
62



Sistemas combinados: Reator RAFA + lagoas
de Polimento

63



Sistemas combinados: Reator RAFA +
aplicação no solo

64

Onde Estudar a Aula de Hoje

Nos Livros
• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de
Tratamento de Efluentes Industriais – ABES –
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental ( Cap. 12 – Tratamento Biológicos)
• Telles, Dirceu D´Alkmin & Costa, Regina Hellena
Pacca Guimarães – Reúso da Água – Conceitos,
Teorias e Práticas – Cap 6 (Tratamento de
Efluentes)

Aula 14 tratamentos biológicos - 27.10

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