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guas e Efluentes Sistemas de tratamento www.biotecs.com.br
Introduo ao Sistema de Tratamento Anaerbio e lodos ativados
Principais Sistemas de Tratamento de Esgotos lagoas de estabilizao;simplificados
disposio no solo; reatores anaerbios.
lodos ativados;mecanizados
lagoas de estabilizao; filtros biolgicos.
ALTERNATIVAS SIMPLIFICADAS PARA O TRATAMENTO DE ESGOTOS
Sistemas no mecanizados Sistemas de fcil operao e de baixo custo Sistemas com baixa produo de lodo
Principais alternativas Sistemas anaerbios (reatores de manta de lodo ou reatores UASB) Sistemas combinados (reator UASB + pspstratamento)
Sistemas Anaerbiostanque sptico reator aerbio de manta de lodo (reator UASB) filtro anaerbio
Reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket) Biomassa cresce dispersa formao de grnulos de bactrias que servem como meio suporte Concentrao de biomassa elevada manta de lodo Formao de CH4 (metano) e CO2 Biogs metano - queima ou reaproveitamento Baixa produo de lodo j estabilizados leitos de secagem No h necessidade de decantao primria
REATORES UASB: Esquema de funcionamento
Paulo Libnio
Metabolismo de RSO (resduos slidos orgnicos)Energia Matria Orgnica (DQO, DBO Alimento) Biomassa LODOS RSO CO2, CH4
Todo processamento biolgico de matria orgnica gera uma fase gasosa e uma fase slida representada pelos lodos e resduos slidos orgnicos (RSO) em geral.
Processos Aerbios e AnaerbiosProcessos Aerbios Matria Orgnica + 02 CO2 + H20 + Energia Elevada Energia com > Biomassa Processos Anaerbios Matria Orgnica CH4 + CO2 + Energia Baixa Energia com < Biomassa
BiogsMistura de 50-70% CH4 e 30-50% CO2 com 5030possveis traos de H2S Proveniente da degradao da matria orgnica em condio anxica Efeito estufa do metano ( 21 x superior CO2) Tambm denominado Gs natural.
Disgesto AnaerbiaPolmeros(proteinas, polissacarideos)
Atuao conjunta de diversas populaes microbianas = Sinergismo ou Sintrofia
H Monmeros(Acares, amino cidos, peptdeos)
1
1 propionato butirato 2 2
1
H2 + CO2 4 3
acetato
CH4 + CO2
4
3 Bactrias Homoaceticas H Enzimas Hidrolticas 4 Archeas Metanognicos 1 Bactrias Fermentativas 2 Bactrias Acetognicas Singroficas
Digesto Anaerbia de RSOSulfato Redutoras - BRS
SO4= Hidrognio 4% Substancias Organicas Complexas (Polimeros) 76%cidos Orgnicos
H2S
24%
CO252%
Metano (CH4)CO2
20%
Acetato
Fases I e II Hidrlise e Acidognese
Fase III Acetognese
Fase IV Metanognese
Balano (DQO) Digesto Anaerbia e Metanognese (IV)
Particulados Complexos (DQO=100)
I- Desintegrao
Carboidratos (30)
Proteinas (30)
Lipidios (30)
Inertes (10) I - Hidrlise
Monosacardeos
(31,5)
Amino-Acidos (30,0)
Acidos Graxos (28,5)
Acidos volteis (28,8) Acetato (63,2) Metano (90) Hidrognio (26,8)
II - Acidognese
III - Acetognese
IV - Metanognese
HidrliseEnzimas extracelulares produzida pela biomassa do lodo Primeira fase no processo de degradao anaerbia. Consiste na hidrlise de materiais complexos (polmeros) em carboidratos, proteinas e aminocidos. A hidrlise ocorre de forma lenta devido a vrios fatores tais como:
Hidrlise1. Temperatura operacional do reator 2. Tempo de residncia do substrato no reator 3. Composio do substrato (teores decarboidrato, proteinas e gorduras) 4. Tamanho das partculas 5. pH do meio 6. Concentrao de produtos da hidrlise (ex: (ex: cidos graxos volteis)
AcidogneseTransformam os produtos solveis oriundos da fase da hidrlise em compostos mais simples tais como: cidos graxos volteis lcoois, cido ltico Gs carbnico e hidrognio Amnia e sulfeto de hidrognio Novas clulas bacterianas Como os cidos graxos volteis so o principal produto gerado nesta fase, estes so usualmente designados de bactrias fermentativas acidognicas
AcetogneseAs bactrias acetognicas so responsveis pela oxidao dos produtos gerados na fase acidognica em substrato apropiado para as bactrias metanognicas. metanognicas. Os produtos gerados so hidrognio, dixido de carbono e acetato Durante a formao dos cidos acticos e propinico, uma grande quantidade de hidrognio formada fazendo com que o pH do meio decresa. decresa.
AcetogneseH duas maneiras pelas quais o hidrognio consumido no meio: meio: Atravs das bactrias metanognicas que utilizam hidrognio e dixido de carbono para produzir metano Atravs da formao de cidos orgnicos tais como o propinico e butrico, cidos estes formados atravs da reao do hidrognio com dixido de carbono e cido actico Pelo menos 50% da DQO biodegradvel 50% convertida em propionato e butirato, os quais so posteriormente decompostos em acetato e hidrognio pela ao das bactrias acetognicas
MetanogneseAs bactrias metanognicas so subdivididas em dois grupos principais: Bactrias utilizadoras de acetato (acetoclsticas). Produz o metano atravs do cido actico ou metanol. 70 % do metano produzido provm do acetato. Bactrias utilizadoras de hidrognio (hidrogenotrficas). Produz o metano a partir do hidrognio e dixido de carbono. Gneros acetoclsticas:Methanosaeta: Methanosaeta: exclusivamente acetotrfico, filamentosa. Methanosarcina: Methanosarcina: muito verstil metabolicamente, cresce em agregados de cocos.
Gneros hidrogenotrficas:Methanobacterium. Methanobacterium. Methanospirillum. Methanobrevibacter. Methanobrevibacter.
METANOGNESECH3COOH CO2 + H2Acetoclsticas
CH4 + CO2 CH4
Autotrficas
Substrato: Acetato (Methanosaeta)
Substrato: Sacarose (cultura mista)
Caracterizao de Consrcios Microbianos em Reatores Anaerbios
Bactrias
Archeas
Equivalencias para o Gs Metano1.71 l Prod. Metilados 9.7 k W/h eletricidade
0.94 l Gas Natural
1 m3 Metano
1.3 kg de carvo
2.1 kg Madeira (seca)
1 l oleo comb
1.15 l de petrleo
Tecnologias Simplificadas: Sistemas AnaerbiosCaractersticas dos Sistemas Anaerbios VantagensMaior Simplicidade Operacional: No h fornecimento de oxignio (s/ aerao) Pouca dependncia de operadores qualificados Fluxograma simplificado, havendo poucas unidades integrando a estao de tratamento
Menor Custo de Operao e Manuteno: Baixa produo de lodo Pouca dependncia de equipamentos Menor consumo energtico Menos inconvenientes com manuseio, acondicionamento e transporte de lodo
Lodo mais concentrado e melhores caractersticas de desidratao
Menor Custo de Implantao: Baixo requisito de rea Pouca ou nenhuma demanda por equipamentos p/ aerao ou desidratao
SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Lagoas de Polimento
SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Lagoas de Polimento
SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Aplicao no Solo
SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Aplicao no Solo
Subprodutos Slidos do Tratamento de Esgotos
areia escuma material gradeado
lodo primrio
lodo secundrio
Destinao Final dos Subprodutos Slidos
areia material gradeado escuma
aterro
Tratamento do LodoLodo biolgico (secundrio) j estabilizado
adensadores leitos de secagem
aplicao no solo aterramento
Lodos ativadosconvencional aerao prolongada fluxo intermitente (batelada)
tanque de aerao
decantador secundrio
Lodos ativados convencional MO estabilizada por bactrias que crescem dispersas no tanque de aerao TDH lquido 6 a 8 horas Idade do lodo 4 a 10 dias Remoo contnua do lodo biolgico excedente Lodo no estabilizado no processo Fornecimento de O2 aeradores mecnicos ou ar difuso
Lodos ativados convencional SS sedimentveis e MO suspensa so removidos no decantador primrio Decantador secundrio biomassa sedimentam Efluente sai clarificado Lodo secundrio retorna para o tanque de aerao aumento de eficincia do processo
Lodos ativados de aerao prolongada Biomassa permanece no sistema por mais tempo do que na modalidade convencional TDH lquido 16 a 24 horas Idade do lodo 20 a 30 dias Bactrias utilizam sua prpria biomassa para realizar os processos metablicos Estabilizao da biomassa no prprio tanque de aerao lodo j sai estabilizado
Lodos ativados de aerao prolongada No apresenta decantador primrio assim no h gerao de um lodo no estabilizado Simplificao do processo Requerimento de maior energia para aerao Modalidade mais eficiente na remoo de MO
Lodos ativados convencional
tanque de aerao
decantador secundrio
lodo secundrio linha de recirculao adaptado de VON SPERLING, 1996
Lodos ativados de fluxo intermitente (batelada) Todas as unidades em um nico tanque Ciclos de operao com durao definida 1. enchimento 2. reao 3. sedimentao 4. esvaziamento 5. repouso (retirada do lodo excedente)
Lodos ativados de fluxo intermitente (batelada)tanque de aerao
decantador secundrio
adaptado de VON SPERLING, 1996
Lagoa de estabilizaolagoas facultativas lagoa aerada facultativa lagoas aeradas de mistura completa sistema australiano (lagoa anaerbia - lagoa facultativa) lagoas de polimento / maturao
Lagoa facultativa DBO particulada se sedimenta lodo de fundo (decomposto anaerobiamente) DBO solvel permanece dispersa na massa lquida (decomposio se d por bactrias facultativas) TDH > 20 dias Fotossntese O2 para as bactrias requer elevada rea de exposio Retirada do lodo de fundo > 20 anos Simplicidade operacional
Lagoa aerada facultativa Funcionamento lagoa facultativa Fornecimento de O2 artificial (aeradores mecnicos) TDH entre 5 e 10 dias Menor requisito de rea Requerimento de energia eltrica Retirada do lodo de fundo < 5 anos
Sistema Australiano Lagoa anaerbia seguida de lagoa facultativa Lagoa anaerbia decomposio parcial da MO (50 a 60%) alivia a carga da lagoa facultativa Economia de rea 2/3 da rea requerida para a lagoa facultativa nica Lagoa anaerbia possibilidade de maus odores
Lagoa aerada de mistura completa Elevado nvel de aerao biomassa em suspenso na massa lquida Maior eficincia do sistema TDH 2 a 4 dias Biomassa sai com o efluente lquido necessidade de uma lagoa de decantao (sedimentao dos slidos TDH de 2 dias) Requer menor rea entre as lagoas de estabilizao Retirada do lodo 2 a 5 anos
Lagoa facultativa
CO2 bactrias O2 algas zona aerbia zona facultativa zona anaerbiaadaptado de VON SPERLING, 1996
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