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SISTEMAS DE TRATAMENTO. SISTEMAS DE TRATAMENTO. ESTUDOS E PROJETOS Devem ser bem caracterizados os seguintes aspectos: • objetivo do tratamento dos esgotos • nível que deve ser o mesmo processado • estudos de impacto ambiental no corpo receptor - PowerPoint PPT Presentation
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SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
ESTUDOS E PROJETOS
Devem ser bem caracterizados os seguintes aspectos:• objetivo do tratamento dos esgotos• nível que deve ser o mesmo processado• estudos de impacto ambiental no corpo receptor
Os requisitos a serem atingidos para o efluente são função de legislação específica, que prevê padrões de qualidade para o efluente e para o corpo receptor
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
NÍVEIS DO TRATAMENTO DE EFLUENTES
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
NÍVEL DO TRATAMENTO
• Preliminar - remoção dos sólidos grosseiros • Primário - remoção de sólidos sedimentáveis
e da matéria orgânica
• Secundário - remoção de matéria orgânica (nitrogênio e fósforo)
• Terciário (apenas eventualmente) - remoção poluentes específicos (usualmente tóxicos ou compostos não biodegradáveis)
poluentes não suficientemente removido pelo tratamento secundário
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
mecanismos físicos de remoção de poluentes
mecanismos biológicos
Níveis do tratamento dos esgotos
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Classificação dos métodos de tratamentoOs métodos de tratamento dividem-se em operações e processos unitários, e a integração destes compõe os sistemas de tratamento.
• Operações físicas unitárias: métodos de tratamento no qual predomina a aplicação de forças físicas (ex: gradeamento, mistura, floculação, sedimentação, flotação, filtração).
• Processos químicos unitários: 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).
• Processos biológicos unitários: métodos de tratamento nos quais a remoção de contaminantes ocorre por meio de atividade biológica (ex: remoção da matéria orgânica carbonácea, desnitrificação).
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Eficiência de remoção
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
ondeE = eficiência de remoção (%)Co = concentração afluente do poluente (mg/l) Ce = concentração efluente do poluente (mg/l)
SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
METABOLISMO BACTERIANO
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoa FacultativaA DBO solúvel e finamente particulada é estabilizada aerobicamente por bactérias dispersas no meio líquido, ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias no fundo da lagoa O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido pelas algas, através da fotossíntese.
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa Facultativazona anaeróbiaDBO particulada sedimenta lodo de fundo gás carbônico, água, metano e outros
zona aeróbia(DBO solúvel) + (DBO finamente particulada) zona aeróbia matéria orgânica oxidada por meio da respiração aeróbia presença de oxigênio
zona facultativaPode ocorrer a presença ou ausência de O2 Dia/noite
Muito sol/nubladoProfundidade
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa Facultativa
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa Facultativa
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa Facultativa
- elevado período de detenção na lagoa (usualmente superior a 20 dias).- elevada área de exposição aproveitamento da energia solar pelas algas- grandes unidades grande área total requerida - maior simplicidade operacional
- características principais do efluente • cor verde devida às algas• elevado teor de oxigênio dissolvido• sólidos em suspensão, embora praticamente estes não sejam
sedimentáveis (as algas praticamente não sedimentam no teste do cone Imhoff)
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa FacultativaAlgas, energia luminosa e oxigênio em uma lagoa facultativa (seção transversal)
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa FacultativaProfundidade da zona aeróbia em função da carga de DBO
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa FacultativaInfluência das condições ambientais
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
(*) mecanismo de menor importância no balanço de OD
Lagoa FacultativaDinâmica de estratii9cação e mistura de lagoas
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
LAGOA COM ESTRATIFICAÇÃO TÉRMICA(períodos mais quentes)
LAGOA COM MISTURA INVERSÃO TÉRMICA(entrada do período frio)
Lagoa FacultativaCritérios de projeto
Principais parâmetrosTaxa de aplicação superficial Atividade das algas
Área de exposição à luzGarantir a fotossínteseProduzir oxigênio suficiente
Tempo de detenção Atividade das bactériasEstabilização da matéria orgânica
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa FacultativaTaxa de aplicação superficial
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
)ar, do média atemperaturT(
072,150oC
L TS
Onde:
A = área requerida para a lagoa (ha)
L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgDBO5/d )
LS = taxa de aplicação superficial (kgDBO5/ha.d)
Sendo:
LS = 240 a 350 kgDBO5/ha.d Regiões c/ inverno quente e elevada insolação
LS = 120 a 240 kgDBO5/ha.d Regiões c/ inverno e insolação moderados
LS = 100 a 180 kgDBO5/ha.d Regiões c/ inverno frio e baixa insolação
OU:
SLLA
Lagoa FacultativaTempo de detenção
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Onde:V = volume requerido para a lagoa (m³)t = tempo de detenção (d)Q = vazão Média do afluente (m³/d)
Sendo:
t = 15 a 45 dias depende da temperatura do líquido
QtV .
Lagoa FacultativaProjeto – Roteiro de cálculo
1. Adotar o tempo de detenção t2. Calcular o Volume da lagoa (V = t.Q)3. Adotar a taxa de aplicação superficial (LS)4. Determinar a área A (A = L/LS)5. Calcular a profundidade H (H = V/A) -
H = 1,5 m a 3,0 m6. Se a lagoa ficar muito profunda ou muito rasa, adotar outros
valores para t e/ou LS e recalcular.
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa FacultativaProblema
Calcular as dimensões de um sistema de um tratamento por lagoa facultativa (somente uma lagoa) de uma comunidade próxima a Belo Horizonte (clima tropical típico) com efluente com os seguintes dados:
Vazão de esgoto : 42 m³/hDBO : 300 mg/l
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Lagoa FacultativaProblema
Calcular as dimensões de um sistema de um tratamento por lagoa facultativa (somente uma lagoa) de uma comunidade próxima a Belo Horizonte (clima tropical típico) com efluente com os seguintes dados:
Adotaremos para a região de Belo Horizonte:LS = 200 kgDBO5/ha.dt = 30 dias
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Lagoa FacultativaArranjos de lagoas
Células em sérieMaior eficiência que lagoa única menor área ocupadaSobrecarga na primeira lagoa primeira lagoa deve ser maior
Células em paraleloMesma eficiência que lagoa únicaMaior flexibilidade operacional
Arranjo flexível em paralelo com alta carga de DBOem série no período de menor carga de DBO
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Lagoa FacultativaExercício 2Dimensionar uma lagoa facultativa com base nos seguintes dados:
População = 20.000 habitantesVazão afluente = 3.000 m³/dDBO afluente: S0 = 350 mg/lTemperatura do ar: T = 21 oC
Verificar o acumulo de lodo no fundo da lagoa (espessura) se cada habitante acumula 0,05 m³/ano (usual 0,03 a 0,08m³/hab.ano). Verificar o acumulo em 20 anos.
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoa anaeróbia – Lagoa facultativaA DBO é em torno de 50% estabilizada na lagoa anaeróbia (mais profunda e com menor volume), enquanto a DBO remanescente e removida na lagoa facultativa O sistema ocupa uma área inferior ao de uma lagoa facultativa única
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbiaLançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa
Taxa de consumo de oxigênio várias vezes superior à taxa de produção No balanço de oxigênio a produção pela fotossíntese e pela reaeração
atmosféricas são desprezíveis
A conversão da matéria orgânica em condições anaeróbias é lenta, pelo fato dasbactérias anaeróbias se reproduzirem numa vagarosa taxa.
As reações anaeróbias geram menos energia do que as reações aeróbias
A temperatura do meio tem uma grande influencia
As lagoas anaeróbias são usualmente profundas, da ordem de 3 m a 5 m. Penetração de oxigênio da superfície para as demais camadas.
Eficiência de remoção de DBO é usualmente de 50 a 70%
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoa anaeróbiaRemoção de DBO na lagoa anaeróbia economia de área
45 a 70% do requisito de uma lagoa facultativa única.
Maus odores gás sulfídrico (H2S)
Problemas operacionais - concentração de sulfato no afluente seja superior a
300 mg/l- pH na lagoa esteja baixo (elevada acidez)
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbia - descrição do processo
Conversão anaeróbia se desenvolve em duas etapas:• liquefação e formação de ácidos (bactérias acidogênicas)
Não há remoção de DBO - conversão da matéria orgânica a outras formas (moléculas mais simples e depois ácidos).
• formação de metano (bactérias metanogênicas)A DBO é removida - matéria orgânica (ácidos produzidos na primeira etapa) convertida a metano, gás carbônico e água, principalmenteO carbono orgânico é removido do meio líquido com o metano (CH4) escapando para a atmosfera.
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbia - critérios de projeto
Os principais parâmetros de projeto das lagoas anaeróbias são:• Taxa de aplicação volumétrica
principal parâmetro de projeto função da necessidade de um determinado volume da lagoa anaeróbia para a conversão da carga de DBO aplicada
• Tempo de detençãotempo necessário para a reprodução das bactérias anaeróbias
• Profundidademanter as condições anaeróbias
• Geometria (relação comprimento / largura)
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LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetotaxa de aplicação volumétrica LV
Principal parâmetro de projeto das lagoas anaeróbiasFunção da temperatura - locais mais quentes - maior taxa (menor
volume):
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Temperatura média do ar no mês mais frioTemperatura média do ar no mês mais frio Taxa de aplicação volumétrica admissível –Taxa de aplicação volumétrica admissível –LLVV
T (T (00C)C) (KgDBO/m³.d)(KgDBO/m³.d)
10 a 2010 a 20 O,02 T – 0,10O,02 T – 0,10
20 a 2520 a 25 0,01 T + 0,100,01 T + 0,10
>25>25 0,350,35
O volume requerido é obtido pela equação:
onde: V = volume requerido para a lagoa (m³)L = carga de DBO total afluente (kgDBO5/d)LS = taxa de aplicação volumétrica (kgDBO5/m3.d)
SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbia - critérios de projetotaxa de aplicação volumétrica LV
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoTempo de detençãoConferência do tempo de detenção:
t = V / Q
Esgotos domésticos: t = 3,0 d a 6,0 d
tempos inferiores a 3,0 dias:Lagoas anaeróbias convencionais (com entrada do afluente acima da camada de lodo) - poderá ocorrer que a taxa de saída das bactérias metanogênicas com o efluente da lagoa (fatores hidráulicos) seja superior à taxa de reprodução destas bactérias (fatores biológicos). tempos de detenção superiores a 6 dias:A lagoa anaeróbia poderia se comportar ocasionalmente como uma lagoa facultativa - a presença de oxigênio é fatal para as bactérias metanogênicas.
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Onde:t = tempo de detenção (d) V = volume da lagoa (m³)Q = vazão média afluente (m³/d)
LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoTempo de detençãoDeterminação da profundidade:
H = 3,5 m a 5,0 m
< 3,5 m = diminuem as condições anaeróbias> 5,0 m = Muito caro (Quanto mais profunda melhor)
Determinação da Geometria (relação comprimento / largura)
Relação comprimento/Largura (L/B) = 1 a 3
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LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoEstimativa da concentração efluente de DBO da lagoa anaeróbia
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Temperatura média do ar no mês mais frio T (Temperatura média do ar no mês mais frio T (00C)C) Eficiência de remoção de DBO (%)Eficiência de remoção de DBO (%)
10 a 2010 a 20 2 T + 202 T + 20
>25>25 7070
LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoEstimativa da concentração efluente de DBO da lagoa anaeróbia
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Temperatura média do ar no mês mais frio T (Temperatura média do ar no mês mais frio T (00C)C) Eficiência de remoção de DBO (%)Eficiência de remoção de DBO (%)
10 a 2010 a 20 2 T + 202 T + 20
>25>25 7070
onde:S0 = concentração de DBO total afluente (mg/l)DBOefl = concentração de DBO total efluente (mgIl)E = eficiência de remoção (%)
LAGOA FACULTATIVA - critérios de projeto
Achada a concentração efluente de DBO da lagoa anaeróbia
Calcula-se a lagoa facultativa igual às lagoas facultativas únicas
1. Adotar o tempo de detenção t2. Calcular o Volume da lagoa (V = t.Q)3. Adotar a taxa de aplicação superficial (LS)4. Determinar a área A (A = L/LS)5. Calcular a profundidade H (H = V/A)H = 1,5 m a 3,0 m
Se a lagoa ficar muito profunda ou muito rasa, adotar outros valores para t e/ou LS e recalcular.
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
ACÚMULO DE LODO NAS LAGOAS ANAERÓBIAS
A taxa de acúmulo:
0,03 a 0,10 m³/hab.ano (Gonçalves, 2000)
2 a 8 cm/ano (Silva, 1993)
lagoas facultativaspode operar durante vários anos, às vezes durante todo o período de projetolagoas anaeróbiaso acúmulo de lodo se faz sentir mais rapidamente
Retira-se o lodo:• Quando a camada de lodo atingir aproximadamente 1/3 da altura útil• Remoção de um certo volume anualmente, em um determinado mês
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Lagoa anaeróbia – Lagoa facultativaExemplo 1
Dimensionar um sistema de lagoa anaeróbia - lagoa facultativa com os mesmos dados do exercício 2 (lagoa facultativa), ou seja:
População = 20.000 habVazão afluente = 3.000 m³/dDBO afluente: S0 = 350 mg/lTemperatura: T = 21 °C (Ar)
Verificar o acumulo de lodo no fundo da lagoa (espessura). Verificar quando retirar este lodo (tempo de operação)
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Lagoa aerada facultativaOs mecanismos de remoção da DBO são similares aos de urna lagoa facultativa. No entanto, o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos, ao invés de através da fotossíntese.
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativa
•A lagoa aerada é também facultativa, uma grande parte dos sólidos do esgoto e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobicamente no fundo.
•As lagoas facultativas convencionais sobrecarregadas e sem área para expansãopodem ser convertidas a lagoas aeradas facultativas
- é interessante, no entanto, prever esta possibilidade desde o período de projeto- selecionar uma profundidade que seja compatível como os futuros equipamentos de aeração - Colocação de placas protetoras de concreto no fundo, abaixo dos aeradores.
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativa
Nível de energia introduzido pelos aeradores:Suficiente apenas para a oxigenação
Não é para manter os sólidos (biomassa e sólidos em suspensão do esgoto bruto) dispersos na massa líquida
A lagoa é facultativa:Apenas a DBO solúvel e a DBO representada pelos sólidos de menores dimensões permanecem na massa líquida - decomposição aeróbia.
Os sólidos tendem a sedimentar e constituir a camada de lodo de fundo, a ser decomposta anaerobiamente
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativa
aeradores mecânicos
unidades de eixo vertical
turbilhonam a água
penetração do oxigênio na massa líquida
O2 se dissolve
maior introdução do O2 em relação a lagoa facultativa
tempo de detenção pode ser menor
da ordem de 5 a l0 dias (contra 15 a 45 dias)
o requisito de área é bem inferior.
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativacritérios de projeto:• tempo de detenção
t = 5 a 10 dias
• profundidade
H = 2,5 a 4,0 m
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaRequisitos de oxigênioA quantidade de oxigênio a ser fornecida pelos aeradores para a estabilização aeróbia da matéria orgânica é usualmente igual à DBO total última afluente.
Relação DBO/DBO5 = 1,2 a 1,5
Sistema de aeraçãoAeradores mais freqüentemente utilizados:
Aeradores mecânicos flutuantes de eixo vertical e alta rotação. Aeradores de turbina com aspiração
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaSistema de aeração
Aspectos importantes:• Os aeradores devem ser distribuídos homogeneamente pela zona aerada da lagoa.• No caso de lagoas predominantemente retangulares, pode-se ter um maior número de aeradores ou aeradores mais potentes na região próxima à entrada, onde a demanda de oxigênio é superior.• Aeradores contíguos devem ter sentidos de rotação opostos, isto é, um deve ter o sentido horário, e o outro anti-horário.• Caso se deseje uma menor perda de sólidos no efluente, a região final da lagoa poderá ficar sem aeradores• Deve-se ter um mínimo de 2 aeradores em lagoas pequenas
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaÁrea de influência de um aerador • Zona de misturaárea na qual é garantida mistura do líquidomanutenção de sólidos em suspensão• Zona de oxigenaçãoarea na qual é garantida a difusão de oxigênio no meio líquido, não a mistura.
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SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaÁrea de influência de um aerador
SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO
Polencias usuais dos aeradores: 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 CV.
SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada de mistura completa – Lagoa de decantaçãoA energia introduzida por unidade de volume da lagoas é elevada, o que faz com que os sólidos (principalmente a biomassa) permaneçam dispersos no meio líquido, ou em mistura completa. A decorrente maior concentração de bactérias no meio liquido aumenta a eficiência do sistema na remoção da DBO, o que permite que a lagoa tenha um volume inferior ao de uma lagoa aerada facultativa. No entanto, o efluente contém elevados teores de sólidos (bactérias), que necessitam ser removidos antes do lançamento no corpo receptor. A lagoa de decantação a jusante proporciona condições para esta remoção.
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