Apresentação do PowerPoint - ETEs Sustentáveisetes-sustentaveis.org/wp-content/uploads/2018/12/NT3.pdf · 2018-12-17 · Lívia Lobato, Thiago Bressani Ribeiro, Bruno da Silva,

Realização:

Parte 3: Gerenciamento de lodo e escuma

Lívia Lobato, Thiago Bressani Ribeiro, Bruno da Silva, Carlos Flórez, Priscilla Neves, Carlos Chernicharo

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Estações Sustentáveis de Tratamento de Esgoto

Introdução

Tópicos de interesse Nota Técnica correspondente

1. Tratamento preliminar,

bombeamento e distribuição

de vazão

Parte 2: Tratamento preliminar, bombeamento e

distribuição de vazão (BRESSANI-RIBEIRO et al.,

2018);

2. Gerenciamento de escuma Parte 3: Gerenciamento de lodo e escuma

(LOBATO et al., 2018); 3. Gerenciamento de lodo

4. Corrosão e emissões

odorantes

Parte 4: Controle de corrosão e emissões

odorantes (BRANDT et al., 2018);

5. Biogás e emissões fugitivas

de metano

Parte 5: Biogás e emissões fugitivas de metano

(POSSETTI et al., 2018);

6. Qualidade do efluente Parte 6: Qualidade do efluente (ALMEIDA et al.,

2018).


Introdução

Reatores UASB Subprodutos sólidos: lodo e escuma

Ausência ou não efetividade do gerenciamento

Rotinas operacionais adequadas para o gerenciamento desses subprodutos


Introdução

Reatores UASB Elevada capacidade de retenção de lodo

Capacidade limite de retenção e armazenamento do lodo

Perda excessiva de sólidos

Perda da qualidade do efluente

Remoção periódica do lodo em excesso


Introdução

Reatores UASB Formação e acumulação de escuma

Depende da composição do esgoto broto

• Detritos

• Óleos e graxas


Introdução

Reatores UASB Formação e acumulação de escuma

Remoção da escuma com frequência apropriada

Bloqueio da passagem natural do gás

Perda de sólidos no efluente

Problemas e possíveis aprimoramentos relacionados ao lodo excedente


Gerenciamento de lodo

Origem

• Lodo de tanque séptico

Problemas Possíveis aprimoramentos

• Lixiviado de aterros sanitários

• Lodo químico de ETA

• Efluentes não domésticos

Esgoto doméstico

Ylodo: 0,10 a 0,20 kgST.kgDQO-1

Esgoto doméstico +

Contribuições

Ylodo mais elevado

Recebimento de contribuições não consideradas no projeto

• Aumento na produção de lodo



Origem


Problemas

• Definição de Ylodo com a máxima segurança possível

Possíveis aprimoramentos

• Lixiviado de aterros sanitários

• Lodo químico de ETA


Impacto no gerenciamento de lodo

• Dimensionamento do sistema de desaguamento

• Estabelecimento das rotinas operacionais de descarte de lodo




Origem







Origem





• Avaliação rigorosa dos volumes esperados

• Implementar unidade específica para recebimento desse tipo de contribuição



Origem





Digestor complementar

Desaguamento

Reator UASB

Poço de adensamento

Sobrenadante

Lodo



Origem

• Lixiviado de aterros jovens (- 5 anos de operação)



• Concentrações elevadas de DBO, DQO, sulfeto e amônia • Impactos sobre a estabilidade e o desempenho do reator

Grau de diluição do lixiviado em relação à Qesgoto

• Sulfeto e amônia

Toxicidade aos microrganismos anaeróbios

• DBO e DQO Aumento da produção de

lodo

• Garantir fator de diluição elevado

Concentrações de sulfeto e de amônia abaixo dos níveis tóxicos


Produção de biogás


Origem

• Lixiviado de aterros antigos (+ 5 anos de operação)



• DQO/DBO elevada (pouca matéria orgânica biodegradável)

• Pouco impacto na

produção de lodo e de biogás

• Garantir fator de diluição elevado

Concentrações de sulfeto e de amônia abaixo dos níveis tóxicos



Origem




• Podem ser recebidos sem maiores problemas

• Projetista deve atentar para os aspectos de maior produção de lodo e de riscos de acidificação do reator

Natureza orgânica e baixas concentrações

de SS Alcalinidade pode não ser suficiente para a neutralização

dos ácidos orgânicos

Outros tipos de ENDs de natureza orgânica: análise ainda mais criteriosa

Atenção especial: presença de elevadas concentrações de SS e de elementos potencialmente tóxicos (sulfetos, amônia, metais pesados)



Origem




• Impactos no processo de tratamento

• Não devem ser encaminhados para ETEs que empregam processos biológicos Natureza inorgânica

Sensores para medição on line de pH

Galvanoplastia

Identificação de mudanças bruscas de pH

Identificação da origem do problema e na definição das medidas de controle



Origem

• Lodo de ETA



Retido em tanque pulmão após descarte de floculadores e decantadores

Constituído por silte e argila



Origem

• Lodo de ETA



• Prejuízos ao funcionamento e eficiência do reator

Aumento expressivo do teor de Ssed.

15 vezes

5mL.L-1 80mL.L-1


Após a etapa de desaguamento



Origem

• Lodo de ETA





• Acúmulo no fundo dos reatores

Elevado teor de sólidos inorgânicos - 0,5 a 1,0% .

• Difícil remoção pelo sistema de extração de lodo.

• Danos a bombas e outros equipamentos (ex. centrifugas)



Origem

• Lodo de ETA



Retido em tanque pulmão após descarte de floculadores e decantadores



• Impacto na atividade microbiana

Decrescente produção de metano à medida que se aumentou a fração de lodo de ETA.

Toxicidade aos microrganismos metanogênicos


• Não deve ser encaminhado para reatores UASB

Estudo criterioso

Lodo não ocasionará bancos de sedimentos

no fundos do reator

Lodo de ETA para ETE


Origem

• Pontos de amostragem em número insuficiente e/ou instalados em posição errada


Sistema de amostragem

• Dificuldades na determinação do perfil e da massa de sólidos


• Previsão de adequado sistema de amostragem de lodo ao longo da altura do compartimento de digestão

Determinação do perfil e massa de sólidos


Principais diretrizes para o sistema de amostragem


• Pontos verticais de amostragem de lodo ao longo de toda a altura do compartimento de digestão

Distantes no máximo 0,5 m entre si, sendo o primeiro ponto na mesma altura do descarte de fundo (0,2 a 0,3 m) e o último na interface dos compartimentos de digestão e de decantação

Mínimo de 4 pontos de amostragem




• Pontos verticais de amostragem de lodo ao longo de toda a altura do compartimento de digestão

Distantes no máximo 0,5 m entre si, sendo o primeiro ponto na mesma altura do descarte de fundo (0,2 a 0,3 m) e o último na interface dos compartimentos de digestão e de decantação

Mínimo de 4 pontos de amostragem

• Previsão de caixa de manobra dos registros de amostragem de lodo

Adequado trabalho do operador

Necessidade de manuseio dos frascos de coleta e de limpeza das instalações




• Registros tipo esfera

Registro metálico seguido de registro de PVC

• Conjuntos de pontos verticais de amostragem

Caracterização representativa do lodo de todo o volume reacional do compartimento de digestão

• Diâmetro interno útil mínimo: 50 mm


Origem

• Tubulações em número insuficiente ou mal distribuídas no compartimento de digestão


Sistema de descarte de lodo

• Problemas na operação de descarte de lodo


• Conjuntos de tubulações de descarte de lodo em duas diferentes alturas

Conjunto inferior: lodo mais concentrado e com melhores condições de sedimentabilidade

Conjunto superior: lodo menos concentrado e com piores condições de sedimentabilidade

Maior flexibilidade

operacional


Origem






Remoção programada do lodo de pior qualidade

Preservação do lodo de melhor qualidade

Obtenção de maior idade do lodo

Descarte de lodo mais estabilizado


Origem








Manutenção de leito de lodo denso no fundo

“Filtro”: retenção de SS

Tempo suficiente para ser hidrolisados


Origem








Tempo suficiente para ser hidrolisados

Menor perda de sólidos para o compartimento

de decantação


Origem








Menor perda de sólidos para o compartimento

de decantação

Melhoria na qualidade do efluente final


Principais diretrizes para o sistema de descarte de lodo


• Tubulações inferiores

0,20 e 0,30 m do fundo

• Tubulações superiores


0,50 m abaixo do defletor de gases, de modo a possibilitar a remoção efetiva do lodo menos concentrado

Tubulação superior de descarte de lodo deve ser posicionada a pelo menos 1,00 m abaixo da entrada do compartimento de decantação

NBR 12.209 (ABNT, 2011)




• Tubulações inferiores


• Tubulações superiores


0,50 m abaixo do defletor de gases, de modo a possibilitar a remoção efetiva do lodo menos concentrado

Tubulação superior de descarte de lodo deve ser posicionada a pelo menos 1,00 m abaixo da entrada do compartimento de decantação

NBR 12.209 (ABNT, 2011)



• Tubulação de descarte de lodo de fundo

Áreas de influência: 20 a 30 m² de área de reator

• Tubulações de descarte de lodo superior

Áreas de influência mais elevadas: 30 a 50 m²

Avaliar possibilidade de utilização de uma única tubulação, de grande diâmetro, interligada a ramais coletores, de 100 ou 150 mm

- Dimensionada com vistas a se alcançar perda de carga próxima à zero, considerando a vazão total decorrente do somatório dos ramais coletores a ela interligados

• Tubulações e válvulas de descarte do lodo inferior: 150 mm

• Tubulações e válvulas de descarte do lodo superior: 100 mm

• Válvulas de manobra devem ser, preferencialmente, do tipo faca



Origem

• Manuais e/ou diretrizes não detalhados o suficiente


Ausência (ineficácia) de rotina operacional para descartes sistemáticos

• Realização de procedimentos inadequados

• Problemas logísticos e administrativos Contrato de prestação de

serviço referente ao transporte do lodo não compatível com a frequência necessária

• Falta de remoção sistemática de lodo nos reatores UASB e dos leitos de secagem

• Dificuldades com a manutenção preventiva e corretiva

• Equipamentos do sistema de desaguamento mecanizado fora de operação


• Definição das massas de lodo a serem mantidas no reator

Massa mínima

Biomassa suficiente para digerir a carga orgânica


Origem












Massa máxima

Capacidade de retenção de lodo no reator UASB

Ssed efluente X

Perfil de lodo


Origem












Massa máxima

Capacidade de retenção de lodo no reator UASB

Concentração de ST < 0,5%


Origem











• Definição da estratégia de descarte

Produção de lodo

Estratégia de descarte adotada

Volume de lodo


Origem











• Definição da estratégia de descarte

• 50% Lodo superior

• 50% Lodo inferior

Maiores volumes

Poço de adensamento e

homogeneização


Origem











Reator UASB

Fração mais concentrada seja homogeneizada para se

atingir a faixa ideal de ST


Definição das características dos sistemas de desaguamento

Gerenciamento da lodo

Importante considerar:

Especificidades de cada local

Questões logísticas e administrativas

Condições operacionais

Condições climáticas

Essencial considerar a possibilidade do descarte de lodo a duas alturas




Desaguamento natural

Descartes realizados em batelada, com frequência compatível com a capacidade de retenção e armazenamento do reator, tempo médio de secagem e o contrato do prestador de serviço referente à remoção e transporte do lodo desaguado

Necessidade de modulação dos leitos, associada ao planejamento de descarte e limpeza




Desaguamento mecanizado

Descartes realizados diariamente e magnitude deve corresponder à produção diária de lodo considerando todos os reatores

Massa de lodo estiver abaixo do valor máximo adotado

Concentração de ST no ponto de amostragem superior for inferior a 0,5%

Definição da rotina operacional:

• Escala de operadores

• Contrato com os prestadores de serviços referentes ao transporte do lodo desaguado e à realização de manutenções preventivas e corretivas

• Possibilidade de paralisações

• Disponibilidade de produtos químicos e peças de reposição


Definição da rotina operacional de descarte


Escala dos operadores Contratos com os prestadores de serviço

• Transportes

• Manutenções preventivas e corretivas

Possibilidade de paralisações

Disponibilidade de produtos químicos

Condições climáticas

Possibilidade de redundância dos equipamentos críticos e/ou

previsão de leitos de secagem

Evitar situações de passivo de lodo


Origem

• Passagem de elevada quantidade de detritos


Funcionamento inadequado das unidades do Tratamento Preliminar

• Detritos com maior densidade (e areia) irão se depositar no fundo dos reatores

Diminuição do volume útil

Entupimentos nas tubulações de lodo e prejuízos ao funcionamento do sistema de desaguamento



Origem

• Passagem de elevada quantidade de detritos


Funcionamento inadequado das unidades do Tratamento Preliminar

• Maior cuidado na definição das unidades de tratamento preliminar

Utilização de grades ultrafinas e de peneiras com abertura de 3 a 4mm

Remoção de óleos e graxas a montante dos reatores UASB

• Detritos com maior densidade (e areia) irão se depositar no fundo dos reatores

Geração de um lodo desaguado com qualidade estética desagradável

Desarenadores aerados


Problemas e possíveis aprimoramentos relacionados a escuma


Introdução

Formação de escuma

Superfície do

decantador

Interior do

separador trifásico

Superfície do decantador


Introdução

Formação de escuma

Superfície do

decantador

Interior do

separador trifásico

Separador trifásico


Origem

• Presença de detritos e óleos e graxas no esgoto bruto


Escuma acumulada no compartimento de decantação

• Calhas coletoras de efluentes desniveladas

Fluxos preferenciais e de acumulação de escuma na parte superior dos compartimentos de decantação

Gerenciamento da escuma

Resíduo muito concentrado

Coeficientes de acumulação baixos

Calha coletora desnivelada

Acumulação de escuma


Origem




• Calhas coletoras de efluentes desniveladas

Fluxos preferenciais e de acumulação de escuma na parte superior dos compartimentos de decantação

• Garantir o adequado nivelamento e fixação das calhas coletoras de efluente





Origem Problemas Possíveis aprimoramentos






• Falta de vedação na instalação dos vertedores

Efluente passa entre a placa vertedora em fibra de vidro e a calha coletora em concreto

• Garantir a vedação na instalação dos vertedores


Origem







• Falta de descarte de lodo e sobrecarga hidráulica no reator

Maior perda de sólidos para o compartimento de decantação

Lodo agrega à camada de escuma

“Lodo flotado”

• Gerenciamento adequado do lodo

• Situação tende a agravar:

Sobrecarga hidráulica

Velocidades ascensionais mais elevadas que a de projeto


Principais diretrizes relacionadas ao controle da escuma no decantador

• Melhoria do projeto, da confecção e da instalação das calhas coletoras de efluente

Garantia de lâmina vertedora mínima de 15 mm Garantia de fixação adequada que garanta nivelamento e resistência à torção

• Correto dimensionamento da estrutura de extravasão de esgoto e/ou da estação elevatória de alimentação dos reatores

Evitar sobrecargas hidráulicas e velocidades excessivas nos compartimentos de digestão e de decantação do reator

• Correto gerenciamento do lodo

Evitar passagem excessiva e "flotação" de lodo no compartimento de decantação



Origem


Problemas

Escuma acumulada no separador trifásico


Fluido

Coeficientes de acumulação mais alto

• Espessamento e solidificação da camada de escuma


Origem


Problemas




• A ausência ou ineficiência

dos dispositivos de remoção da escuma

• Condições precárias de acesso

• Falta de condições de segurança ocupacional

• Não existência de protocolo sistematizado para a remoção

Impede a passagem natural do biogás

Passagem para decantador

Compromete a retenção de sólidos


Origem


Problemas




• A ausência ou ineficiência dos dispositivos de remoção da escuma




Acúmulo e aumento da pressão sob a camada

Esforços estruturais nas paredes do separador

trifásico

Danos de desnivelamento, de torção e

de ruptura


Origem


Problemas








Materiais de menor resistência

• Lonas plásticas

• Chapas e telhas de amianto

• Fibra de vidro de qualidade inferior


Origem


Problemas







Passagem do biogás para o decantador

Aumento dos níveis de emissão de gases odorantes

e GEE

Redução da recuperação de biogás


Origem


Problemas








• Deterioração da qualidade do efluente

• Aumento dos níveis de emissão de gases odorantes e GEE


• Controle rigoroso do recebimento de efluentes não domésticos

Tanques sépticos

Efluentes industriais com elevado teor de óleos e graxas


Origem


Problemas











• Utilização de separadores trifásicos equipados com dispositivo de remoção de escuma

Canaletas de coleta de escuma no interior do separador trifásico

Remoção hidrostática


Origem


Problemas















Origem


Problemas















Origem


Problemas













Separador trifásico tronco-piramidal quadrangular com coletor interno de escuma


• (ROSA et al., 2012; SANTOS, 2014; DÍAZ FLÓ-

• REZ, 2016).


Remoção hidrostática da escuma

Sequência de procedimentos

1. Níveis de escuma durante a operação normal

do reator (linha de gás pressurizada, de modo

a manter o nível de escuma 2 a 3 cm abaixo

da borda superior da canaleta interna).

2. Elevação do nível de escuma, conseguido com

o alívio da pressão da linha de gás, de forma a

possibilitar a entrada de escuma na canaleta

interna.

3. Fechamento do registro de esgotamento da

canaleta interna.

4. Aumento da pressão da linha de gás,

retornando à condição operacional mostrada

em 1.


Eficiências de remoção: 75% e 90%

ROSA et al., 2012; SANTOS, 2014; DÍAZ FLÓREZ, 2016


Principais diretrizes relacionadas ao controle da escuma no separador trifásico

• Quantidade de escuma acumulada no interior do separador trifásico

Verificar para cada condição específica

Qualidade do esgoto Eficiência do TP

Características construtivas do reator



• Separador trifásico integrado ao selo hídrico

Controle das pressões internas

Ajuste dos níveis d’água em relação à canaleta de coleta de escuma.




Problemas relacionados ao gerenciamento da escuma

• Canaletas de coleta de escuma devem ser preferencialmente posicionadas junto a uma das paredes do separador trifásico e não junto ao centro

Possibilita maior lâmina vertente e maior eficiência na remoção de escuma

Canaleta em seção triangular

• Correto posicionamento da canaleta de coleta de escuma quando da construção

Instalação em níveis diferentes dos especificados em projeto

Inviabilizar a adequada pressurização e o funcionamento do dispositivo




• Prever pontos de inspeção e válvulas nas tubulações de saída de escuma de cada separador trifásico

Identificação de pontos de entupimento e a não ocorrência de perda de carga hidráulica desigual, observada quando da instalação de apenas uma válvula




• Prever bocais de extração ao longo do comprimento da canaleta de coleta de escuma

Permitir condições hidráulicas mais adequadas para o escoamento da escuma

• Configuração de múltiplos bocais de extração Largura de 15 cm para a canaleta de coleta de escuma

Vazões adequadas de escoamento

Adequadas taxas de liberação de biogás na área exterior a canaleta de coleta de escuma

Taxa de liberação mínima: 1,0 m3biogás.m-2.h-1



Separador trifásico modular Étsus-1000


• Plástico reforçado com fibra de vidro

• Adequado gerenciamento de escuma

• Coleta eficiente do biogás, sem perdas por vazamentos

• Adequada coleta do efluente líquido tratado, evitando o desprendimento de gases residuais e a ocorrência de curtos-circuitos hidráulicos


Separador trifásico modular Étsus-1000


• Principais vantagens:

Leveza, resistência, estanqueidade e facilidade de transporte e instalação

Sistema de remoção da escuma

Sistema de coleta de efluente acoplado ao corpo do separador trifásico, com dispositivo de verificação de nível

Melhoria de aspectos operacionais dos reatores UASB

Redução/eliminação de emissões odorantes e de perdas de biogás



• Garantir a estanqueidade do compartimento de gás Pequenas pressões na linha de biogás (5 a 10 cm.c.a)

• Estabelecer a frequência ideal de remoção de escuma no interior dos separadores trifásicos por meio de inspeção visual

Abertura das escotilhas de fechamento hermético, antes e depois de cada operação de descarte

Visores transparentes, quando disponíveis

Prática operacional do reator

Melhor rotina de descarte

Frequência e tempo de descarte, grau de abertura das válvulas, volumes removidos


• Prever válvulas motorizadas para facilitar a operação de remoção de escuma

Gerenciamento integrado de lodo e escuma


Gerenciamento integrado

Agradecimentos

Obrigado pela participação!

Documents

Apresentação do PowerPoint - ETEs Sustentáveisetes-sustentaveis.org/wp-content/uploads/2018/12/NT3.pdf · 2018-12-17 · Lívia Lobato, Thiago Bressani Ribeiro, Bruno da Silva,