FACULDADES SANTO AGOSTINHO Curso de Engenharia Ambiental

FACULDADES SANTO AGOSTINHO

Curso de Engenharia Ambiental

Cabe aos órgãos ambientais dos estados, territórios Cabe aos órgãos ambientais dos estados, territórios e Distrito Federal efetuar, não só o enquadramento e Distrito Federal efetuar, não só o enquadramento dos corpos de água no âmbito das classes dos corpos de água no âmbito das classes preconizadas pela Resolução CONAMA npreconizadas pela Resolução CONAMA n0. 0. 357/05, 357/05, como exercer como exercer atividade orientadora, atividade orientadora, fiscalizadora e punitivafiscalizadora e punitiva junto às fontes de junto às fontes de poluição que possam alterar os valores dos poluição que possam alterar os valores dos padrões de qualidade das águas da classe padrões de qualidade das águas da classe estabelecida para o corpo d’água receptor.estabelecida para o corpo d’água receptor.

APLICAÇÃO DE UMA LEGISLAÇÃO

Várias formas de tratamento de águas residuárias foram desenvolvidas, partindo-se do princípio da autodepuração, ou seja, empregando a ação de microrganismos para a remoção da matéria orgânica presente nos esgotos. Esse tipo de tratamento é denominado tratamento biológico.

As ETE’s otimizam esses processos, a fim de reduzir custos e incrementar a eficiência de degradação, para se atingir o menor tempo de tratamento no menor espaço possível.

O tratamento biológico ganhou grande destaque pelas formas razoavelmente simples de se consumir matéria orgânica em grande escala, como em esgoto sanitário, ou mesmo substâncias orgânicas tóxicas como fenol, BTEX – benzeno, tolueno, etil- benzeno e xileno ou formaldeído

O tratamento biológico pode ser feito por microrganismos aeróbios, que necessitam de oxigênio, ou anaeróbios, para os quais o oxigênio é tóxico. Os sistemas biológicos podem oferecer bons resultados, resultando os subprodutos principais da degradação: água, dióxido de carbono e metano (só em processo anaeróbio), além do excesso de lodo, composto principalmente por microorganismos vivos e mortos, restos de matéria orgânica e material inorgânico não biodegradável.

Tipo Processo Predominante

Filtro biológico aeróbio Aeróbio

Filtro anaeróbio Anaeróbio

Tanque séptico + Filtro anaeróbio Anaeróbio

Reator anaeróbio de manta de lodo Anaeróbio

Reator anaeróbio compartimentado com chicanas Anaeróbioo

Reator anaeróbio de leito fluidificado Anaeróbio

Reator aeróbio de leito fluidificado Aeróbio

Tipo Processo Predominante

Filtro biológico aeróbio Aeróbio

Filtro anaeróbio Anaeróbio

Tanque séptico + Filtro anaeróbio Anaeróbio

Reator anaeróbio de manta de lodo Anaeróbio

Reator anaeróbio compartimentado com chicanas Anaeróbioo

Reator anaeróbio de leito fluidificado Anaeróbio

Reator aeróbio de leito fluidificado Aeróbio

Níveis do Tratamento dos Esgotos

Tratamento

preliminar

Tratamento primário

Tratamento terciário

ou pós-tratament

o

Tratamento

secundário

Tratamento Preliminar

Objetivo: remoção de sólidos grosseiros e areia

grade caixa de areia medidor de vazão

adaptado de VON SPERLING, 1996

Finalidades da remoção de sólidos grosseiros

• proteger as unidades subsequentes;

• proteger as bombas e tubulações;

• proteger os corpos receptores.

Finalidades da remoção de areia

• evitar abrasão nas bombas e tubulações;

• evitar obstrução em tubulações;

• facilitar o transporte do líquido.

Tratamento Preliminar

Tratamento PrimárioObjetivo: remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis, materiais flutuantes (óleos e graxas) e parte da matéria orgânica em suspensão

lodo primário

Tratamento Secundário

Objetivo: remoção de matéria orgânica dissolvida e da matéria orgânica em suspensão não removida no tratamento primário

participação de microrganismos

contato entre os microrganismos e o material orgânico contido no esgoto

matéria orgânica + H2Obactérias mais

bactérias++ CO2

Características Típicas dos Principais Sistemas de Tratamento de Esgotos

Eficiência na remoção (%) Requisitos Sistema de tratamento Matéria

orgânica Patógenos Área (m2/hab)

Potência (W/hab)

Custos (US$/hab)

Lagoas sem aeração 80 – 90 60 – 99,9 1,5 – 5,0 - 10 – 30 Disposição no solo 85 – 99 90 – 99 1 – 50 - 5 – 20 Sistemas anaeróbios 60 – 90 60 – 90 0,05 – 0,4 - 20 – 80 Lagoas com aeração 70 – 90 60 – 99 02 – 2,5 1 – 1,7 10 – 30 Reatores com biofilmes 80 – 95 60 – 90 0,05 – 0,7 0,2 – 3,0 40 – 120 Lodos ativados 85 – 98 60 –90 0,2 – 0,35 1,5 – 4,0 40 – 120

Fonte: Von Sperling (1996)

Ocorrências de microrganismos nos esgotos brutos e remoções esperadas no tratamento

Microrganismos Tratamento primário (%) Tratamento secundário (%) Coliformes totais < 10 90 a 99 Coliformes fecais 35 90 a 99 Shigella sp. 15 91 a 99 Salmonella sp. 15 96 a 99 Escherichia coli 15 90 a 99 Vírus < 10 76 a 99 Entamoeba histolytica 10 a 50 10 Ovos de helmintos 50 a 90 70 a 99

Fonte: Adaptado de USEPA (1986)

Microrganismo Contribuição per capita (org/hab.d)

Concentração (org/100 ml)

Coliformes totais 109 a 1012 106 a 109

Coliformes fecais 108 a 1011 105 a 108

Estreptococos fecais 108 a 109 105 a 106

Cistos de protozoários < 106 < 103

Ovos de helmintos < 106 < 103 Vírus 105 a 107 102 a 104

Fonte: Adaptado de VON SPERLING (1995) e ARCEIVALA (1981)

Sistemas de Desinfecção

• lagoas de maturação/polimento

• disposição no solo

• cloração

• ozonização

• radiação UV

• subprodutos corrosivos e tóxicos;• elevadas dosagens.

• escapa para a atmosfera;• oxidante mais forte.

• não há geração de subprodutos;• requer áreas pequenas.

• pequenas profundidades;• radiação solar, elevado pH.

Principais Sistemas de Tratamento de Esgotos

mecanizados

simplificados• lagoas de estabilização;

• disposição no solo;

• reatores anaeróbios.

• lodos ativados;

• lagoas de estabilização;

• filtros biológicos.

Lagoa de estabilização

lagoas facultativaslagoa aerada facultativalagoas aeradas de mistura completa sistema australiano (lagoa anaeróbia - lagoa facultativa)lagoas de polimento / maturação

• 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

Lagoa facultativa

• Funcionamento – lagoa facultativa

• Fornecimento de O2 – artificial (aeradores mecânicos)

• TDH entre 5 e 10 dias

• Menor requisito de área

• Requerimento de ebergia elétrica

• Retirada do lodo de fundo < 5 anos

Lagoa aerada facultativa

• Lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa

• Lagoa anaeróbia – decomposição parcial da MO (50 a 60%) – alivia a carga da lagoa facultativa

• Economia de área – 2/3 da área requerida para a lagoa facultativa única

• Lagoa anaeróbia – possibilidade de maus odores

Sistema australiano

• 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

Lagoa aerada de mistura completa

Lagoa facultativa

zona anaeróbia

zona facultativa

zona aeróbia

algasbactérias

CO2

O2

adaptado de VON SPERLING, 1996

Lodos ativados

convencionalaeração prolongadafluxo intermitente (batelada)

decantador secundário

tanque de aeração

Lodos ativados convencional

• MO estabilizada por bactérias que crescem dispersas no tanque de aeração

• TDH líquido – 6 a 8 horas

• Idade do lodo – 4 a 10 dias

• Remoção contínua do lodo biológico excedente

• Lodo não é estabilizado no processo

• Fornecimento de O2 – aeradores mecânicos ou ar difuso

Lodos ativados convencional

• SS sedimentáveis e MO suspensa são removidos no decantador primário

• Decantador secundário – biomassa sedimentam

• Efluente sai clarificado

• Lodo secundário retorna para o tanque de aeração – aumento de eficiência do processo

Lodos ativados de aeração prolongada

• Biomassa permanece no sistema por mais tempo do que na modalidade convencional

• TDH líquido – 16 a 24 horas

• Idade do lodo – 20 a 30 dias

• Bactérias utilizam sua própria biomassa para realizar os processos metabólicos

• Estabilização da biomassa no próprio tanque de aeração – lodo já sai estabilizado

Lodos ativados de aeração prolongada

• Não apresenta decantador primário – assim não há geração de um lodo não estabilizado

• Simplificação do processo

• Requerimento de maior energia para aeração

• Modalidade mais eficiente na remoção de MO

Lodos ativados convencional

tanque de aeração decantador

secundário

adaptado de VON SPERLING, 1996

lodo secundário

linha de recirculação

• Todas as unidades em um único tanque

• Ciclos de operação com duração definida

1. enchimento

2. reação

3. sedimentação

4. esvaziamento

5. repouso (retirada do lodo excedente)

Lodos ativados de fluxo intermitente (batelada)

Lodos ativados de fluxo intermitente (batelada)

adaptado de VON SPERLING, 1996

tanque de aeração

decantador secundário

Filtros biológicos

baixa cargaalta carga

• MO estabilizada por bactérias que crescem aderidas a um meio suporte

• Esgoto é aplicado na superfície do filtro

• MO é retida pelas bactérias

• Aeração natural

Filtros biológicos

• Lodo gerado não está estabilizado

• Recirculação do líquido efluente dos decantadores secundários

• Maior concentração de MO < eficiência na remoção de DBO

Filtros biológicos de alta carga

• Estabilização parcial do lodo

• Menor concentração de MO - > eficiência de remoção de DBO

Filtros biológicos de baixa carga

Filtro biológico percolador

adaptado de VON SPERLING, 1996

Disposição no Soloinfiltração lentainfiltração rápidainfiltração subsuperficialaplicação com escoamento superficial

Aeradores lentos (fixos e flutuantes);

Sopradores de ar e malha difusora

• A MO é estabilizada por meio de mecanismos físicos, químicos e biológicos

• Retenção no solo

• Retenção pelas plantas

• Aparecimento na água subterrânea

Disposição no Solo

• Os esgotos fornecem água e nutrientes para as plantas

• Requer > área superficila

• > eficiência de remoção de MO

Infiltração lenta

• Líquido percola através de um meio poroso e vai para o lençol de água subterrânea ou para um sistema de drenagem subsuperficial

Infiltração rápida

• Esgoto é aplicado abaixo do nível do solo

Infiltração subsuperficial

• Esgoto escoa por uma rampa

• Aplicado a terrenos com baixa permeabilidade

Escoamento superficial

Disposição no solo

adaptado de VON SPERLING, 1996

Sistemas anaeróbios

tanque sépticoreator aeróbio de manta de lodo (reator UASB)filtro anaeróbio

• Biomassa cresce dispersa – formação de grânulos de bactérias que servem como meio suporte

• Concentração de biomassa elevada – manta de lodo

• Formação de CH4 (metano) e CO2

• Biogás – metano - queima ou reaproveitamento

• Baixa produção de lodo – já estabilizados – leitos de secagem

• Não há necessidade de decantação primária

Reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket)

Paul

o Li

bâni

o

REATORES UASB: Esquema de funcionamentoREATORES UASB: Esquema de funcionamento

• Baixíssimos requisitos de área: 0,05 a 0,10 m2/hab.

• 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

– Necessidade de pós-tratamento

REATORES ANAERÓBIOS: Alguns aspectos relevantesREATORES ANAERÓBIOS: Alguns aspectos relevantes

Paul

o Li

bâni

o

REATORES UASBREATORES UASB

Subprodutos Sólidos do Tratamento de Esgotos

material gradeado

Destinação Final dos Subprodutos Sólidos

areia

material gradeado

escuma

aterro

Etapas do Tratamento do Lodo

adensamento: remoção de umidade

estabilização: remoção de matéria orgância

condicionamento: preparação para desidratação

desidratação: remoção de umidade

disposição final

Tratamento do Lodo

• adensadores

• leitos de secagem

• aplicação no solo

• aterramento

ESTABILIZAÇÃO

Tratamento do Lodo

• desidratação mecânica

• leitos de secagem

• aplicação no solo

• aterramento

Estabilização do Lodo Digestores

Reuso do Lodo

lodo

higienização

reuso na agricultura

tratamento

Por que higienizar o lodo?

• Principais patógenos que colocam em risco a saúde humana e animal:

– Ovos de helmintos, bactérias e cistos de protozoários

• Fatores relacionados à sua disseminação:– Ampla distribuição geográfica;

– Alta frequência de parasitismo na população mundial e tempo de sobrevivência no meio externo (ovos de Ascaris sp podem sobreviver até 7 anos no solo);

– Baixa dose infectante (ovo ou cisto é suficiente para contaminar o hospedeiro).

• Organismos patogênicos mais encontrados nas fezes humanas nos países tropicais:

– Helmintos intestinais

• 70 milhões de brasileiros apresentam doenças causadas por A. lumbricoides (Campos, 1988)

• 1 bilhão de pessoas infectadas por A. Lumbricoides em todo o mundo (WHO, 1984. citado por Neves, 2000)

• Uma fêmea de A. lumbricoides pode eliminar 200 mil ovos ou mais por dia

• Grande quantidade de ovos + condições sanitárias precárias + fatores ambientais = Disseminação da Ascaridíase.

Por que higienizar o lodo?

Higienização do Lodo

• caleação

• temperatura

• compostagem