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TRATAMENTO AVANÇADO DE EFLUENTESMichel David Gerber

INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSEUNIVERSIDADE ABERTA DO BRASILPrograma de Fomento ao Uso dasTECNOLOGIAS DE COMUNICAÇÃO E INFORMAÇÃO NOS CURSOS DE GRADUAÇÃO - TICS

Ministério daEducação

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Produzido pela Equipe de Produção de Material Didático da Universidade Aberta do Brasil do Instituto Federal Sul-rio-grandense

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Apostila de Tratamento Avançado de Efluentes

GERBER, M.

2012/1

INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE

UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL

Programa de Fomento ao Uso dasTECNOLOGIAS DE COMUNICAÇÃO E INFORMAÇÃO NOS CURSOS DE GRADUAÇÃO - TICS

PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA

Dilma RousseffPRESIDENTE DA REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

Fernando HaddadMINISTRO DO ESTADO DA EDUCAÇÃO

Luiz Cláudio Costa SECRETÁRIO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR - SESU

Eliezer Moreira PachecoSECRETÁRIO DA EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA

Luís Fernando Massonetto SECRETÁRIO DA EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA – SEED

Jorge Almeida GuimarãesPRESIDENTE DA COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE

NÍVEL SUPERIOR - CAPES

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E

TECNOLOGIA SUL-RIO-GRANDENSE [IFSUL]

Antônio Carlos Barum BrodREITOR

Daniel Espírito Santo GarciaPRÓ-REITOR DE ADMINISTRAÇÃO E DE PLANEJAMENTO

Janete OttePRÓ-REITORA DE DESENVOLVIMENTO INSTITUCIONAL

Odeli ZanchetPRÓ-REITOR DE ENSINO

Lúcio Almeida HecktheuerPRÓ-REITOR DE PESQUISA, INOVAÇÃO E PÓS-GRADUAÇÃO

Renato Louzada MeirelesPRÓ-REITOR DE EXTENSÃO

IF SUL-RIO-GRANDENSE

CAMPUS PELOTAS

José Carlos Pereira NogueiraDIRETOR-GERAL DO CAMPUS PELOTAS

Clóris Maria Freire Dorow DIRETORA DE ENSINO

João Róger de Souza Sastre DIRETOR DE ADMINISTRAÇÃO E PLANEJAMENTO

Rafael Blank Leitzke DIRETOR DE PESQUISA E EXTENSÃO

Roger Luiz Albernaz de Araújo CHEFE DO DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR


DEPARTAMENTO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA

Luis Otoni Meireles RibeiroCHEFE DO DEPARTAMENTO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA

Beatriz Helena Zanotta NunesCOORDENADORA DA UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL – UAB/IFSUL

Marla Cristina da Silva SopeñaCOORDENADORA ADJUNTA DA UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL – UAB/IFSUL

Cinara Ourique do NascimentoCOORDENADORA DA ESCOLA TÉCNICA ABERTA DO BRASIL – E-TEC/IFSUL

Ricardo Lemos SainzCOORDENADOR ADJUNTO DA ESCOLA TÉCNICA ABERTA DO BRASIL – E-TEC/IFSUL


UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL

Beatriz Helena Zanotta NunesCOORDENADORA DA UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL – UAB/IFSUL

Marla Cristina da Silva SopeñaCOORDENADORA ADJUNTA DA UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL – UAB/ IFSUL

Mauro Hallal dos AnjosGESTOR DE PRODUÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO

PROGRAMA DE FOMENTO AO USO DAS TECNOLOGIAS DE COMUNICAÇÃO E INFORMAÇÃO NOS CURSOS DE GRADUAÇÃO –TICs

Raquel Paiva GodinhoGESTORA DO EDITAL DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO – TICS/IFSUL

Ana M. Lucena CardosoDESIGNER INSTRUCIONAL DO EDITAL TICS

Lúcia Helena Gadret RizzoloREVISORA DO EDITAL TICS

EQUIPE DE PRODUÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO – UAB/IFSUL

Lisiane Corrêa Gomes SilveiraGESTORA DA EQUIPE DE DESIGN

Denise Zarnottz KnabachFelipe RommelHelena Guimarães de FariaLucas Quaresma LopesTabata Afonso da CostaEQUIPE DE DESIGN

Catiúcia Klug SchneiderGESTORA DE PRODUÇÃO DE VÍDEO

Gladimir Pinto da Silva PRODUTOR DE ÁUDIO E VÍDEO

Marcus Freitas NevesEDITOR DE VÍDEO

João Eliézer Ribeiro SchaunGESTOR DO AMBIENTE VIRTUAL DE APRENDIZAGEM

Giovani Portelinha MaiaGESTOR DE MANUTENÇÃO E SISTEMA DA INFORMAÇÃO

Anderson Hubner da Costa FonsecaCarlo Camani SchneiderEfrain Becker BartzJeferson de Oliveira OliveiraMishell Ferreira WeberEQUIPE DE PROGRAMAÇÃO PARA WEB

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Tratamento Avançado de Efluentes

SUMÁRIO SCONTENTS

GUIA DIDÁTICO ____________________________________________________________________________________________________9

UNIDADE A - REVISÃO DE CONTEÚDO ________________________________________________________________________ 13Introdução ______________________________________________________________________________________________________________ 15Requisitos legais aplicados ___________________________________________________________________________________________ 15Formas de avaliação ___________________________________________________________________________________________________ 18Características dos efluentes _________________________________________________________________________________________ 19

UNIDADE B - TRATAMENTO TERCIÁRIO ______________________________________________________________________ 23Objetivos _________________________________________________________________________________________________________________ 25Remoção de fósforo ____________________________________________________________________________________________________ 26Remoção de nitrogênio ________________________________________________________________________________________________ 29Exercícios I ______________________________________________________________________________________________________________ 35Remoção de nitrogênio e fósforo em sistemas naturais de tratamento _______________________________________ 36Exercícios II _____________________________________________________________________________________________________________ 42Exercícios III ____________________________________________________________________________________________________________ 50Remoção de sólidos suspensos e dissolvidos remanescentes ___________________________________________________ 50Desinfecção de efluentes ______________________________________________________________________________________________ 57

UNIDADE C - TRATAMENTO DE LODO ________________________________________________________________________ 63Objetivos _________________________________________________________________________________________________________________ 65Geração de lodos em ETEs ____________________________________________________________________________________________ 66Exercícios IV ____________________________________________________________________________________________________________ 69Adensamento de lodo _________________________________________________________________________________________________ 69Exercícios V _____________________________________________________________________________________________________________ 71Desaguamento de lodo ________________________________________________________________________________________________ 72Exercícios VI ____________________________________________________________________________________________________________ 79Tramamento e destinação do lodo de ETE _________________________________________________________________________ 80Exercícios VII ___________________________________________________________________________________________________________ 83

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Guia Didático

Prezado(a) aluno (a),o objetivo da disciplina de Tratamento Avançado é fornecer subsídios para a compreensão dos principais sistemas de tratamento terciário de efluentes e dos sistemas de tratamento de lodo de estações de tratamento de efluentes.A disciplina é composta por 3 unidades:

a) Introdução, onde faremos uma breve revisão do conteúdo da disciplina de Controle de Efluentes, assim como dos requisitos legais pertinentes ao assunto em questão;

b) Tratamento terciário, onde veremos os principais tipos de equipamentos e sistemas de tratamento, com ênfase para a remoção de nitrogênio e fósforo;

c) Gerenciamento de lodo de ETE, onde serão apresentados os principais sistemas utilizados para adensamento e desaguamento do lodo.

Salienta-se ainda que nas Unidades B e C será apresentado ainda o roteiro para dimensionamento básico de alguns equipamentos ou sistemas de tratamento utilizados.Em relação aos critérios de avaliação, ao longo da disciplina serão solicitadas tarefas, como questionários, desafios ou exercícios, além da avaliação final que seria a elaboração do projeto de uma ETE dimensionada para a remoção de N e P e o projeto do sistema de gerenciamento do lodo gerado nessa estação.

Objetivo GeralFornecer subsídios para a compreensão dos principais sistemas de tratamento terciário de efluentes e dos sistemas de tratamento de lodo de estações de tratamento de efluentes.

Habilidades• Conhecer os principais sistemas de tratamento de efluentes em nível terciário;• Reconhecer os requisitos legais pertinentes ao tema;• Conhecer os principais sistemas de remoção de nitrogênio e fósforo;• Realizar o dimensionamento básico sobre a remoção de nitrogênio e fósforo;• Conhecer os principais sistemas de remoção de sólidos;• Conhecer os aspectos sobre a desinfecção de efluentes;• Conhecer os principais sistemas de desaguamento de lodo gerado em estações de tratamento de efluentes - ETEs;• Realizar o dimensionamento básico sobre adensamento e desaguamento de lodo;• Conhecer as principais formas de destinação de lodo de ETEs.

AvaliaçãoAvaliação dos alunosO rendimento dos alunos será avaliado através das atividades propostas no curso e do instrumento de avaliação que ocorrerá em encontro presencial.

Avaliação da disciplinaFormativa: ao longo de seu desenvolvimento, o programa e os materiais da disciplina serão analisados

APRESENTAÇÃOGUIA DIDÁTICO GD

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pelos alunos e equipe de professores.

Somativa: os alunos avaliarão a validade da disciplina para sua formação através de instrumento específico.

ProgramaçãoPrimeira SemanaAs atividades a serem desenvolvidas na primeira semana são:

1. Apresentação em vídeo do professor, da disciplina e das formas de avaliação;2. Apresentação de texto e fotografias sobre o conteúdo a ser desenvolvido – revisão de tratamento de efluente e

requisitos legais aplicados;3. Navegação em site de interesse.

Segunda Semana As atividades a serem desenvolvidas na segunda semana são:

4. Apresentação de texto e fotografias sobre o conteúdo a ser desenvolvido: Objetivos do tratamento terciário, Principais equipamentos e sistemas de tratamento e remoção de fósforo;

Terceira Semana As atividades a serem desenvolvidas na terceira semana são:

5. Apresentação de texto e fotografias sobre remoção de nitrogênio: métodos químicos e biológicos;6. Demonstração do cálculo do requisito de oxigênio e do requisito energético.

Quarta Semana As atividades a serem desenvolvidas na quarta semana são:

7. Apresentação de texto e fotografias sobre remoção biológica conjunta de N e P, ênfase para sistemas naturais de tratamento.

Quinta Semana As atividades a serem desenvolvidas na quinta semana são:

8. Apresentação de texto sobre o conteúdo a ser desenvolvido;9. Apresentação dos principais critérios de dimensionamento de sistemas naturais de tratamento.

Sexta Semana As atividades a serem desenvolvidas na sexta semana são:

10. Realização de exercícios sobre dimensionamento básico de sistemas naturais de tratamento.

Sétima Semana As atividades a serem desenvolvidas na sétima semana são:

11. Apresentação de texto e de fotografias sobre o conteúdo a ser desenvolvido: Remoção de metais, Remoção de sólidos suspensos, remoção de sólidos dissolvidos e Desinfecção de efluentes

Oitava SemanaAs atividades a serem desenvolvidas na oitava semana são:

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Guia Didático

12. Encontro presencial13. Realização da 1ª. Avaliação

Nona SemanaAs atividades a serem desenvolvidas na nona semana são:

14. Apresentação de texto e de fotografias sobre gerenciamento de lodo em ETEs;15. Demonstração de cálculo sobre geração de lodo em ETEs.

Décima Semana As atividades a serem desenvolvidas na décima semana são:

16. Apresentação de texto e de e de fotografias sobre adensamento e desaguamento de lodo;17. Demonstração de cálculos para dimensionamento de Leitos de Secagem

Décima Primeira Semana As atividades a serem desenvolvidas na décima primeira semana são:

18. Apresentação de texto e fotografias sobre desaguamento de lodo em Filtro-prensa, Centrifuga, Prensa desaguadora;19. Realização de exercícios sobre dimensionamento básico de um filtro-prensa;20. Apresentação de vídeos sobre centrífugas e filtros-prensas.

Décima Segunda SemanaAs atividades a serem desenvolvidas na décima segunda semana são:

21. Apresentação de texto e fotografias sobre destinação final de lodo gerado em ETEs.

Décima Terceira SemanaAs atividades a serem desenvolvidas na décima terceira semana são:

22. Encontro presencial23. Apresentação de trabalhos

Décima Quarta Semana As atividades a serem desenvolvidas na décima quarta semana são:

24. Encontro presencial25. Realização da 2ª. Avaliação

Referências:

METCALF & EDDY. Wastewater Engineering Treatment and Reuse. 4a ed. Boston: McGraw Hill, 2003.

NUNES, José Alves. Tratamento Físico-Químico de Águas Residuárias Industriais. 4ª Edição. Gráfica Editora J. Andrade Ltda. 2004

SPERLING, Marcos Von. Lodos Ativados. 2 Ed. Belo Horizonte : DESA : UFMG, 2002.

SPERLING, Marcos von, Princípios básicos do tratamento de esgotos. Belo Horizonte: DESA; UFMG, 1996.

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Complementar:

SPERLING, marcos von. Lodos de esgotos: Tratamento e Disposição Final. Belo horizonte: DESA - UFMG, 2001.

PHILIPPI,L.& SEZERINO, P. Aplicação de Sistemas tipo Wetlands no tratamento de águas resíduárias: utilização de filtros plantados com macrófitas. Florianópolis: Ed. do Autor, 2004.

Currículo Professor-AutorMichel David GerberTécnico em Química formado em 1985 pela ETFPEL, atualmente Instituto Federal Sul-rio-grandense. Engenheiro Agrônomo pela Universidade Federal de Pelotas, em 1992 e Especialista em Projeto de Tratamento de Efluentes, Resíduos e Emissões, pela Pontifícia Universidade Católica do Rio grande do Sul, em 1997. Mestre em Ciência e Tecnologia Agroindustrial, pela Universidade Federal de Pelotas, em 2002. Desde 2005, é professor no ensino técnico e superior do IF Sul-rio-grandense das disciplinas relacionadas ao tratamento de água e de efluentes.

< http://lattes.cnpq.br/6666598600875774 >

Unidade ATratamento Avançado de EfluentesA Revisão de conteúdo

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Unidade A

IntroduçãoRelembrando o conteúdo da disciplina de Controles de Efluentes ...

A remoção dos contaminantes, visando o atendimento dos padrões de lançamento estabelecidos, constitui o objetivo do tratamento de efluentes.

Portanto, é fundamental o entendimento do que são os CONTAMINANTES e os PADRÕES DE LANÇAMENTO.

CONTAMINANTES são os parâmetros de monitoramento, como DQO, DBO, NTK, etc., que são obtidos após a caracterização da amostra de efluente. Os PADRÕES DE LANÇAMENTO (ou de emissão) são estabelecidos pela legislação ambiental que, para nós do RS, estão listados nas Resoluções CONSEMA n° 128/2006 e n° 129/2006.

Para atingir o objetivo, ou seja, remoção dos contaminantes, existem vários processos de tratamento, baseados em fenômenos ou princípios físicos, químicos e biológicos, ou ainda, em suas combinações.

Com base nesses princípios, o tratamento de efluentes é usualmente classificado de acordo com os seguintes níveis: preliminar; primário; secundário e terciário.

Resumindo...

O objetivo remoção de cada nível de tratamento é descrito na tabela a seguir.

Nível Remoção

Preliminar Sólidos grosseiros (materiais de maiores dimensões e areia)

Primário Sólidos em suspensão e sólidos sedimentáveis.DBO em suspensão (matéria orgânica referente a sólidos em suspensão e sedimentáveis.

Secundário DBO em suspensão (matéria orgânica em suspensão, não removida no tratamento primário)DBO solúvel

Terciário NutrientesPatogênicosMetaisSólidos suspensos e dissolvidos remanescentesCor, Odor, etc.

Requisitos legais aplicadosOs padrões de lançamento dos principais parâmetros de monitoramento podem ver visualizados na Resolução CONSEMA 128/2006, disponível para acesso no link Secretaria Estadual de Meio Ambiente

<http://www.sema.rs.gov.br/>

DicaConforme pode ser verificado nessa Resolução, no artigo 10 estão listados TODOS os parâmetros a serem atendidos, ou seja, qualquer fonte poluidora deve atender a esses parâmetros e não somente àqueles listados na Licença de Operação.

REVISÃO DE CONTEÚDOUNIDADE A

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Após verificarem essa Resolução, prestem atenção ao artigo 20, § I, onde consta a seguinte redação:

...Fica estabelecida a variação dos padrões de emissão para os parâmetros Nitrogênio Total

Kjeldahl (NTK), Fósforo e Coliformes Termotolerantes ou Escherichia coli, devendo atender aos

valores de concentração estabelecidos ou operarem com a eficiência mínima fixada em função

das faixas de vazão abaixo referidas:

Faixa de

Vazão (m3/d)

Nitrogênio Total Kjeldahl FósforoColiformes

Termotolerantes

Conc.

(mgNTK/L)

Eficiência

NTK (%)

Nitrogênio

Amoniacal

(mgNam/L)

Conc.

(mgP/L)

Eficiência

(%)

Conc.

(NMP/100

mL)

Eficiência

(%)

Q<100 20 75 20 4 75 105 95

100 ≤Q<1000 20 75 20 3 75 104 95

1000≤Q<10000 15 75 20 2 75 104 95

10000 ≤ Q 10 75 20 1 75 103 95

Entretanto, logo a seguir está escrito...

... Para o caso da opção por atendimento à eficiência mínima fixada para remoção de Nitrogênio

Total Kjeldahl, deve ser atendido, concomitantemente, o limite máximo de 20 mg/L para

Nitrogênio Amoniacal, para qualquer vazão de lançamento

Vejam também que no § 2, no caso de efluentes domésticos, a tabela de valores é:

Faixa de vazão Fósforo Total Coliformes Termotolerantes

(m3/d)Concentração

(mg P/L)Eficiência (%)

Concentração

(NMP/100 mL)Eficiência (%)

Q < 200 - - - -

200 ≤ Q < 500 - - 106 90

500 ≤ Q < 1000 - - 105 95

1000 ≤ Q < 2000 3 75 105 95

2000 ≤ Q < 10000 2 75 104 95

10000 ≤ Q 1 75 103 99

O que podemos observar?

... que para pequenas vazões não são cobrados atendimento a NTK, P e Coliformes Termotolerantes.

Mesmo assim, ainda há a questão do N amoniacal ...

Art. 22 Para qualquer vazão de lançamento deve ser atendido o padrão de 20mg/L para

Nitrogênio Amoniacal.

Mais recentemente, o CONSEMA publicou a Resolução 245/2010, que fixou

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Unidade A

... procedimentos para o licenciamento de Sistemas de Esgotamento Sanitário, considerando

etapas de eficiência, a fim de alcançar progressivamente os padrões de emissão e os padrões das

Classes dos corpos hídricos receptores.

Onde é possível verificar no artigo Art 4º.

Para fins de obtenção de Licença de Operação dos SES1 novos é necessário o atendimento das

condicionantes relacionadas abaixo:

I. implantação de ETE com tratamento para atendimento dos padrões de emissão referentes aos

parâmetros DBO5 20°C, DQO e SS, determinados pela legislação em vigor;

II. ...

Art 5º. Os SES existentes poderão ser enquadrados nesta Resolução desde que apresentem o

cronograma de atendimento às metas progressivas, visando ao atendimento dos padrões da

legislação vigente e de acordo com o Plano de Saneamento.

Pensem o que na prática isso significa...

Também não podemos esquecer os requisitos legais em nível federal, disposto nas Resoluções CONAMA 357/2005 e 430/2001, afinal, os padrões estaduais foram estabelecidos com bases nessas resoluções.

<http://www.mma.gov.br/port/conama/legiano.cfm?codlegitipo=3>

Vejam a seguir parte da CONAMA 430/2011 sobre padrões de emissão para efluentes domésticos.

Art. 21. Para o lançamento direto de efluentes oriundos de sistemas de tratamento de esgotos

sanitários deverão ser obedecidas as seguintes condições e padrões específicos:

I - Condições de lançamento de efluentes:

...

d) Demanda Bioquímica de Oxigênio- DBO 5 dias, 20°C: máximo de 120 mg/L, sendo que este

limite somente poderá ser ultrapassado no caso de efluente de sistema de tratamento com

eficiência de remoção mínima de 60% de DBO, ou mediante estudo de autodepuração do corpo

hídrico que comprove atendimento às metas do enquadramento do corpo receptor.

e) substâncias solúveis em hexano (óleos e graxas) até 100 mg/L;

Continuando, façam a leitura do Art. 21.

§ 1º As condições e padrões de lançamento relacionados na Seção II, art. 16, incisos I e II desta

Resolução poderão ser aplicáveis aos sistemas de tratamento de esgotos sanitários, a critério do

órgão ambiental competente, em função das características locais, não sendo exigível o padrão de

nitrogênio amoniacal total.

...

§ 3º Para a determinação da eficiência de remoção de carga poluidora em termos de DBO5 para

sistemas de tratamento com lagoas de estabilização, a amostra do efluente deverá ser filtrada.

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1. SES – sistema de esgotamento sanitário: conjunto de equipamentos que propiciam a coleta, o afastamento, o

tratamento e a destinação final dos esgotos sanitários gerados na sua área de abrangência.

Compreenderam?

Em relação à toxicidade de efluentes, recomendo a leitura da Resolução n° 129/2006, disponível também no mesmo site da SEMA RS. Mais adiante, voltaremos a conversar sobre TOXICIDADE.

Atividade - DesafioPara encerrar esse primeiro contato, lanço um DESAFIO para vocês:

A legislação estadual e federal privilegia as concessionárias pelo tratamento de efluentes

domésticos em comparação com as indústrias?

Aguardo as respostas para a próxima aula.

Formas de AvaliaçãoConforme já mencionado na aula inaugural, a avaliação da disciplina de TAE prevê a realização de desafio, questionários, soluções de problemas referente a dimensionamento, finalizando a apresentação de um projeto de uma Estação de Tratamento de Efluentes - ETE – dimensionada para a remoção de N e P e do projeto de gerenciamento de lodo dessa ETE.

Atividade - RevisãoQuestões para serem respondidas em 1 (uma) semana:

a) Quais são os objetivos do tratamento terciário?b) Quais são os principais nutrientes a serem removidos no tratamento terciário?c) O que significa toxicidade em efluentes?

Atividade - Projeto da ETE (avaliação final)O trabalho prático previsto para ser apresentado ao final desta Disciplina pode ser entendido como uma continuidade do PROJETO da ETE, realizado na Disciplina de Controle de Efluentes. Nesse novo trabalho, a ênfase é para a remoção de Nitrogênio e de Fósforo, onde os alunos poderão optar em otimizar a ETE existente ou propor novos equipamentos ou sistemas de tratamento. Além disso, deverá ser também apresentado a gestão de lodo gerado na ETE, com dimensionamento dos sistemas de adensamento/desaguamento e a indicação da provável destinação desse lodo.

A seguir será apresentada a descrição do trabalho prático:

• Deverão ser formados grupos onde cada um será responsável pelo dimensionamento de uma estação de tratamento de efluentes (individual ou no máximo de 4 alunos por grupo).

• Cada grupo pode escolher um tipo de efluente, porém, preferencialmente os grupos deverão seguir com o projeto iniciado na disciplina de Controle de Efluentes. NÃO serão admitidos mais de 2 grupos com o mesmo efluente. Caso não haja acordo entre os alunos, os temas serão sorteados.

• Cada grupo deverá apresentar o projeto em meio digital (em Word) contendo no mínimo: Objetivo, descrição resumida do processo produtivo, pontos de geração de efluentes, justificativa da seleção de equipamentos e sistemas de tratamento, memorial de cálculo e bibliografia.

• Cada grupo também deverá apresentar oralmente o resumo do projeto para o tipo de efluente estudado,

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preferencialmente em Power Point. A apresentação deverá ser de, no máximo 15 minutos.

• Após a apresentação oral, os alunos terão 1 semana para entregar a versão definitiva do PROJETO e da

APRESENTAÇÃO, em meio digital.

Data da apresentação: na penúltima semana de aula

Características dos efluentesA proposta é manter o tipo de efluente utilizado na Disciplina de Controle de Efluentes, porém trocas poderão ser permitidas desde que devidamente motivadas. A seguir, serão apresentadas as características a serem utilizadas nos projetos de remoção de N e P e para o gerenciamento do lodo gerado.

Matadouro de bovinos

Parâmetros Unidade Linha Verde Linha VermelhapH 6,0 7,5

DQO mg O2.L-1 3.000 9.000

DBO5 mg O2.L-1 1.500 3.000

Nitrogênio Total mg N. L-1 200 400

Fósforo Total mg P. L-1 40 20

Óleos e graxas mg.L-1 120 400

Sólidos Suspensos mg.L-1 3.000 1.200

Sólidos Sedimentáveis mL.L-1 80 30

Vazão máxima diária m³.d-1 300 200

Vazão máxima horária m³.h-1 40 50

Suinocultura

Parâmetros Unidade Linha VerdepH 6,0

DQO mg O2.L-1 10.000

DBO5 mg O2.L-1 4.000

Nitrogênio Total mg N. L-1 600

Fósforo Total mg P. L-1 300

Óleos e graxas mg.L-1 60

Sólidos Suspensos mg.L-1 4.000

Sólidos Sedimentáveis mL.L-1 280

Vazão máxima diária m³.d-1 100

Vazão máxima horária m³.h-1 25

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Pescados


DQO mg O2.L-1 4.000

DBO5 mg O2.L-1 2.200








Arroz parboilizado


DQO mg O2.L-1 2.600

DBO5 mg O2.L-1 1.300




Sólidos Suspensos mg.L-1 800




Pêssego em calda


DQO mg O2.L-1 8.000

DBO5 mg O2.L-1 5.000








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Unidade A

Leite


DQO mg O2.L-1 4.000

DBO5 mg O2.L-1 2.000





Sólidos Sedimentáveis mL.L-1 6,0



B Tratamento terciário

Unidade BTratamento Avançado de Efluentes

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Unidade B

Objetivos do tratamento terciárioPrezados alunos,

continuando o assunto sobre tratamento terciário, vamos evidenciar quais são os objetivos principais desse nível de tratamento:

• Atenderàsexigênciasdalegislaçãonacional,estadualouexigênciasespecíficas(incluindotoxicidade);

• Favoreceroreusodoefluentetratado;

• Atenderàsnormasinternasecorporativasdasempresas.

Para atender a esses objetivos, podemos considerar que os principais equipamentos ou sistemas de tratamento em nível terciário visam à:

• remoçãoquímicaoubiológicadefósforo;

• remoçãobiológicadenitrogênio;

• remoçãodenitrogêniopormétodosfísicosouquímicos;

• remoçãocombinadadeNePpormétodosbiológicos;

• remoçãodemetais;

• remoçãodesólidosdissolvidosoumatériaorgânicadissolvida:usodecarvãoativado;precipitaçãoquímica,trocaiônica,filtração,microfiltração,ultrafiltração,nanofiltração,osmosereversa;

• resinfecção.

A seleção de uma operação ou processo ou uma combinação de ambos depende:

• dodestinodoefluentetratado;

• danaturezadesteefluente;

• dacompatibilidadedasoperaçõeseprocessos;

• dosmeiosdisponíveisparaadestinaçãofinaldoefluentetratado;

• dodestinofinaldosresíduosgeradosnotratamento;

• daviabilidadeeconômicadestascombinações.

TRATAMENTO TERCIÁRIOUNIDADE B

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Remoção de fósforoRemoção físico-química de fósforoA coagulação química e posteriormente a precipitação do fósforo é um método eficaz para a remoção desse nutriente dos esgotos sanitários ou efluentes industriais. Os metais comumente utilizados para este fim são o cálcio (Ca2+), o ferro (Fe3+) ou alumínio (Al3+). Os produtos normalmente empregados são a cal [Ca(OH)2], o sulfato de alumínio [Al2(SO4)3.18H2O], o cloreto férrico (FeCl3), o sulfato férrico [Fe2(SO4)3], e o hidroxicloreto de alumínio, vulgarmente denominado policloreto de alumínio [Aln(OH)mCl3n-m].

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Polímeros também podem ser eficientemente aplicados, funcionando como auxiliares de floculação.

A reação entre estes íons está apresentada a seguir:

Fe+3 + PO4-3 = FePO4 insolúvel

Al+3 + PO4-3 = AlPO4 insolúvel

Ca(OH)2 + PO4-3 = (Ca5(OH)4(PO4)2)

A remoção de fósforo pode ser obtida por sedimentação ou flotação, tanto no nível primário como no nível terciário de tratamento. Em ambos os casos, recomenda-se a realização de teste de bancada (jar test) para determinação da concentração adequada de coagulante, com base no teor residual desejado de fósforo.

Dependendo do sistema de tratamento utilizado (decantação ou flotação) e do floculante utilizado, podem-se alcançar índices de remoção entre 30 e 75% nessa etapa da ETE.

Remoção biológica de fósforoA remoção de fósforo em sistemas biológicos está limitada a sua incorporação no lodo bacteriano ou na forma de algas, dependendo do tipo de tratamento utilizado. Em lagoas de estabilização a remoção de P pode ser obtida pela:

• retiradadofósforocontidonasalgasebactérias;

• sedimentaçãodofósforocontidosnossólidos;

• precipitaçãodefosfatosemcondiçõesdeelevadopH.

Entretanto, se o sistema de lagoas não possuir um dispositivo de remoção efetiva de algas, a remoção de P pode não ser efetiva. Outro problema observado em lagoas de estabilização é possibilidade de ressolubilização de fósforo que estava retido no lodo ao efluente.

Nesse tipo de sistema, como por exemplo em lagoas facultativas e aeradas, a eficiência de remoção usualmente é inferior a 35%.

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Em reatores biológicos tipo lodo ativado é possível aumentar essa remoção com a introdução de condições anaeróbias antes das condições aeróbias, utilizando reatores tipo UASB por exemplo. Em um ambiente de ausência de oxigênio dissolvido e de nitrato, bactérias específicas (Acinetobacter) para assimilar a matéria orgânica passam a quebrar as reservas energéticas ATP – ADP, liberando o P da massa bacteriana para o meio líquido.

Nas zonas anóxicas e aeróbias subsequentes, há uma incorporação maior de fosfato pelo lodo ativo, que é removido através da descarga de lodo de excesso. Nesses casos, a remoção de fósforo pode chegar a 60-75%, bem superior a observada em sistemas aeróbios típicos.

A figura a seguir apresenta o modelo esquemático sugerido pelos autores de referência:

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Remoção de nitrogênioRemoção físico- química de nitrogênioA remoção de amônia por arraste de ar, também conhecida por stripping, pode ser resumida da seguinte forma:

• ajustedopHdoefluente,parafacilitaroarrastedeN–NH3;

• agitaçãocomintroduçãodear

Em função do pH do efluente , o nitrogênio amoniacal pode ocorrer na água como íon amônio (NH4+) ou gás amônia (NH3-).

NH3 + H2O = NH4+ + OH-

A Figura a seguir apresenta graficamente a distribuição do nitrogênio amoniacal em função do pH.

A eficiência de remoção do nitrogênio amoniacal por arraste de ar é extremamente dependente do pH do efluente, o qual determina a parcela que pode ser removida por volatilização para a atmosfera. Isto significa que o nitrogênio amoniacal deve, inicialmente, ser convertido ao gás amônia (pelo ajuste do pH para valores próximo a 11) para posterior transferência para a atmosfera por um determinado fluxo de ar.

A reação também é dependente da temperatura, ou seja, quanto menor for a temperatura, maior será a solubilidade da amônia, portanto, mais difícil de ser removida. Alguns autores justificam a manutenção da temperatura entre 24 e 30°C, entretanto, pode ser também verificado em artigos ou site de fabricantes a indicação de temperaturas maiores, chegando a 60 - 80° C. Valores muito elevados de temperaturas são difíceis de serem mantidos em condições reais de operação, além de representarem custos adicionais.

O ajuste do pH é normalmente realizado com a utilização de cal ou soda cáustica. Como as características dos efluentes são muito variadas, não existe uma solução que se aplique a todos os casos, então, o mais recomendado é realizar testes de bancada antes de definir qual a dosagem mais adequada para o efluente em questão.

A separação do gás amônia é realizada em torres de aeração ou de gotejamento (também denominadas torres de stripping) que são similares a torres de resfriamento.

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Remoção biológica de NitrogênioAs formas predominantes são o nitrogênio orgânico e a amônia. Estes dois, conjuntamente, são determinados em laboratório pelo método Kjedahl, constituindo o assim denominado Nitrogênio Kjedahl Total (NKT).

As demais formas de nitrogênio, como nitrito e nitrato, são usualmente de menor importância nos efluentes e de difícil detecção analítica.

Em resumo, tem-se:

NTK = nitrogênio amoniacal + nitrogênio orgânico

NT (nitrogênio total)= N-NH3+ N – org. + NO2 + NO3

Os métodos clássicos de remoção de nitrogênio envolvem dois processos:

• Nitrificação:conversãodonitrogênioamoniacalanitrato;

• Denitrificação:conversãodonitratoanitrogêniogasoso.

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A nitrificação é um processo biológico que ocorre naturalmente em sistemas onde existam condições aeróbias e a presença de nitrogênio amoniacal. A nitrificação pode ser realizada por microorganismos em leito fixo ou em cultivo suspenso.

O nitrogênio na forma de amônia converte-se em nitrato em duas fases, mediante as bactérias nitrificantes autotróficas, segundo as reações:

1a Reação: NH4+ + 3/2 O2 ⟶NO2- + 2H+ + H2O (Nitrossomonas)

2a Reação: NO2- + ½ O2 ⟶NO3- (Nitrobacter)

Reação Total: NH4+ + 2 O2 ⟶ NO3- + 2H+ + H2O

Parâmetros importantes na cinética da nitrificação:

• temperatura:10-35°(abaixode8°nãoocorre)

• pH:entre7,5a8,5(ótimo:8,4)

• Oxigêniodissolvido:>1,0mg/L

• Alcalinidaderequerida:7,1mgCaCO3/mgNamoniacalrem.

• Oxigêniorequerido:4,6mgO2/mgNamoniacalrem.

• Produçãodebiomassa:0,1gSSV/gNamoniacalrem.

A denitrificação biológica envolve a redução do nitrato a nitrito e do nitrito a nitrogênio gasoso. O nitrito e o nitrato fornecem oxigênio para respiração microbiana da própria reação de denitrificação. Assim sendo, a condição adequada para a denitrificação - oxigênio ausente, mas com nitrato presente, chamada de anóxica.

As reações de obtenção de energia podem representar-se por:

1a reação: 6NO3- + 2CH3OH ⟶ 6NO2- + 2CO2 + 4H2O

2a reação: 6NO2- + 3CH3OH ⟶ 3N2 + 3CO2 + 3H2O + 6OH-

Reação Total: 6NO3- + 5CH3OH ⟶ 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6OH-

Sistemas biológicos de remoção de NitrogênioOs principais sistemas para a remoção biológica de nitrogênio (nitrificação/denitrificação) podem ser resumidos da seguinte forma:

• Pré-denitrificação(remoçãodenitrogêniocomcarbonodoesgotobruto).

• Pós-denitrificação(remoçãodenitrogêniocomcarbonodarespiraçãoendógena).

• ProcessoBardenphodequatroestágios.

• Reatoresdeoperaçãointermitente(batelada).

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Pré-denitrificação (remoção de nitrogênio com carbono do esgoto afluente): O reator possui uma zona anóxica seguida pela zona aeróbia. A nitrificação ocorre na zona aeróbia, conduzindo à formação de nitratos. Os nitratos são direcionados à zona anóxica, por meio de recirculação interna. Na zona anóxica, os nitratos são convertidos a nitrogênio gasoso, escapando para a atmosfera.

As vantagens desse sistema são:

• menortempodedetençãonazonaanóxica,comparadoaoarranjodepós-denitrificação;

• reduçãodoconsumodeoxigênio,faceàestabilizaçãodamatériaorgânicautilizandoonitratocomoreceptordeelétronsnazonaanóxica;

• possibilidadedareduçãodovolumedazonaaeróbia,emdecorrênciadaestabilizaçãodepartedaDBOnazonaanóxica;

• nãohánecessidadedeumtanquedereaeraçãoseparado,comonoarranjodepósdenitrificação.

A principal desvantagem é a necessidade da vazão de recirculação interna bastante elevada, o que pode ser economicamente inviável.

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Pós nitrificação (Remoção de nitrogênio com carbono da respiração endógena): O reator compreende uma zona aeróbia seguida por uma zona anóxica e, opcionalmente, uma zona aeróbia final. A remoção de carbono e a produção de nitratos ocorrem na zona aeróbia. Os nitratos formados entram na zona anóxica, onde são reduzidos a nitrogênio gasoso. Dessa forma, não há necessidade de recirculações internas, como no sistema de pré-denitrificação.

A desvantagem é que a denitrificação ocorre em condições endógenas, já que a maior parte do carbono orgânico a ser utilizado pelas bactérias denitrificantes já foi removida na zona aeróbia. Consequentemente, a taxa de denitrificação é menor, o que implica a necessidade de maiores tempos de detenção na zona anóxica, comparado com a alternativa de pré-desnitrificação.

Processo Bardenpho de quatro estágiosO processo Bardenpho corresponde a uma combinação dos dois arranjos anteriores, compreendendo uma pré-denitrificação e uma pós-denitrificação, além da zona de reaeração final. A eficiência de remoção de nitrogênio é bastante elevada, já que os nitratos não removidos na primeira zona anóxica têm uma segunda oportunidade de serem removidos, na segunda zona anóxica.

A desvantagem é a necessidade de reatores com um volume total maior.

Reatores de operação intermitente (batelada)Os sistemas por batelada são operados com etapas cíclicas. Cada ciclo é composto por uma sequência de etapas de enchimento, reação, sedimentação, esvaziamento e, eventualmente, repouso.

Durante o período de enchimento, pode ocorrer alguma remoção de formas oxidadas de nitrogênio (principalmente nitratos), remanescentes do ciclo anterior. Tem-se, portanto, uma pré-desnitrificação com carbono orgânico do esgoto afluente.

Após a etapa de reação aeróbia, tem-se uma etapa anóxica, na qual ocorre a pós-desnitrificação, em condições endógenas.

A vantagem do sistema é a sua simplicidade conceitual, dispensando decantadores e recirculações separadas.

A desvantagem é que o equipamento de aeração só funciona parte do tempo. Portanto, nos períodos de aeração a transferência de oxigênio terá que ser maior. Por essa razão, a quantidade de aeradores num sistema de bateladas necessita ser maior (maior potência instalada) que num sistema de fluxo contínuo sob as mesmas condições operacionais.

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Dimensionamento básico Os sistemas biológicos descritos na aula passada estão basicamente dependentes das condições ambientais anteriormente citadas. Porém, talvez a mais importante seja o fornecimento da quantidade de oxigênio necessária a nitrificação: 4,6 mgO2/mg N amoniacal rem.

No dimensionamento básico é necessário calcular a necessidade de fornecimento de oxigênio (RO: requisito de oxigênio) para depois calcular o tamanho do aerador (ou outro sistema de fornecimento de oxigênio), denominado nesse estudo como RE (requisito energético).

Exemplos:

Quantos kg de oxigênio são necessários para nitrificar 100 kg de N – amoniacal?

100 kg NH3x 4,6 kg O2/Kg NH3 = 460 kg de O2

Considerando um efluente industrial com vazão de 100 m³.d-1 e com N amoniacal de 100 mg.L-1, qual o RO para atender ao padrão de emissão de 20 mg,L-1?

- Q x (Ne – Ns) x 4,6 = 100 m3.d-1 x (100 mg.L-1 - 20 mg.L-1) x 4,6 = 36.800 g.d-1 ou 36,8 kg O2.d-1

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E o RE para esse caso, qual seria?

• Primeiroselecioneaaeradorcombasenasinformaçõesdofabricante:1,8kgO2/kW/h• Depoisapliqueocoeficientedesegurança,paraoperaçãoemescalareal:50%• Então,naverdadeoaeradorfornece0,9kgO2/kW/h(1,8kgO2/kW/hx50%)ou21,6kgO2/kW/d

Sendo assim, podemos calcular da seguinte forma:

21,6 kg O2/d - 1 kW

36,8 kg O2/d - X

Resposta: 1,7 kW ou 2,3 cv

Estáclaro?

Então, por fim, imagine a seguinte situação: Uma empresa já possui um sistema de tratamento aeróbio, dimensionado para a remoção de matéria-orgânica. A intenção do projetista é remover N de forma eficiente nesse mesmo reator, portanto, é necessário, pelo menos, aumentar o fornecimento de Oxigênio através do uso de aeradores. Sendo assim, determine o RO e o RE com base nas informações abaixo:

Q = 10 m³.h-1, DBOe = 1.000 g.m-3, DBOs = 200 g.m-3, NTKe 120 g.m-3 . NTKs = 20 g.m-3

• determineacargadeMOaserremovida:Qx(DBOe–DBOs)=192kgO2.d-1

• determineacargadeNaserremovida:Qx(Ne–Ns)x4,6=110,4kgO2.d-1

• oROéasomade192kgO2.d-1e110,4kgO2.d

-1=302,4kgO2.d-1

• selecioneaaeradorcombasenasinformaçõesdofabricante:1,2kgO2/kW/h

• depoisapliqueocoeficientedesegurança,paraoperaçãoemescalareal:50%

• então,naverdadeoaeradorfornece0,6kgO2/kW/h(1,2kgO2/kW/hx50%)ou14,4kgO2/kW/d

• agora,ésócalcularoRE:

14,4 kg O2/d - 1 kW

302,4 kg O2/d - X

Resposta: 21 kW ou aprox. 28 cv

AtividadeRO e REQuestões para serem respondidas em 1 (uma) semana:

1. Considerandoumefluenteindustrialcomvazãode50m³.d-1eN-NH3de100mg.L-1,qualoROparaatender

aopadrãodeemissãode20mg.L-1?

2. DetermineoROeoREcombasenasinformaçõesaseguir:Q=150m³.d-1,DBOe=2.000g.m-3,DBOs=240

g.m-3,NTKe150g.m-3.NTKs=20g.m-3;EO1,2kgO2/kW.h

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Remoção de nitrogênio e fósforo em sistemas naturais de tratamentoA remoção de nutrientes em sistemas naturais prevê a utilização de lagoas de estabilização, banhados construídos ou wetlands ou aplicação ao solo. A discussão de sistemas de lagoas já foi realizada anteriormente, portanto, a seguir serão apresentados apenas os fundamentos da remoção de N e P em sistemas do tipo Wetlands.

Wetlands é o termo mais utilizado para estes sistemas de tratamento. São sistemas de transição entre sistemas aquáticos e sistemas terrestres, onde o nível d’água comumente está próximo ou na superfície da terra.

Existem dois tipos de sistemas de tratamento de efluentes com utilização de plantas aquáticas:

• Lagoascommacrófitasaquáticasflutuantes;

• Lagoascommacrófitasemergentes.

A tecnologia utilizada nos Wetlands é totalmente diferente dos sistemas que preconizam a utilização dos aguapés (Eichornia spp.), em lagoas de tratamento. A utilização de aguapés nunca alcançou os resultados desejados e a formação de biomassa em excesso sempre foi o ponto negativo deste tratamento.

Os sistemas de tratamento que utilizam macrófitas aquáticas emergentes apresentam um grande potencial para serem utilizados no tratamento de efluentes industriais, domésticos e de atividades agrícolas, visando à remoção de cor, sólidos suspensos, nitrogênio, fósforo, material orgânico, metais, patogênicos entre outros parâmetros.

Existem diversas denominações para esse sistema de tratamento;

• ConstructedWetlands.

• RootZone.

• Humedalesconstruídos.

• PKA(PflanzenKläranlage).

• Banhadosconstruídos/artificiais.

• Zonaderaízes.

• PAE(Plantasaquáticasemergentes).

• Terrasúmidas.

Tipos de sistemasExistem dois grandes sistemas tratamento que utilizam plantas aquáticas emergentes:

Sistemas de Superfície de Água Livre (SAL): O efluente circula somente sobre a superfície do solo, como nos Wetlands naturais. Os sistemas SAL podem ser naturais (com utilização de solo natural), ou construídos, onde, geralmente, é utilizada uma geomembrana ou materiais argilosos para impermeabilização do terreno.

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Sistema de Fluxo Sub-superficial (FSS): Nesses sistemas, não há formação de lâmina de água, o efluente circula através de uma matriz porosa de areia grossa ou brita, na qual estão presentes as raízes das macrófitas.

No Brasil, a preferência é pelo uso de sistemas de Fluxo Sub-Superficial (FSS), que podem ser divididos em dois tipos:

• SistemadeFluxoHorizontal(SFH);

• SistemadeFluxoVertical(SFV):ascendenteoudescendente.

Existe ainda o chamado Sistema Combinado ou Híbrido, que consiste na utilização conjunta dos Sistemas de Fluxo Horizontal e de Fluxo Vertical, porém, construídos em células diferentes do mesmo sistema de tratamento.

Sistema de Fluxo Horizontal (SFH): Este sistema é chamado de fluxo horizontal porque o efluente percorre vagarosamente todas as camadas do solo artificial e desloca-se no sentido horizontal, desde a entrada até a saída do sistema. Durante este percurso, o efluente passa por zonas aeróbias, anaeróbias e anóxicas.

Na rizosfera, ao redor das raízes e dos rizomas das plantas, é formada uma zona aeróbia. Nesta zona, existe uma intensa vida microbiológica, favorecida pela capacidade de transporte do oxigênio atmosférico pelas plantas emergentes, por suas folhas, caules e hastes, até a zona de raízes. É nesta zona que ocorre a oxidação da matéria orgânica pelas bactérias heterotróficas, a oxidação do nitrogênio amoniacal a nitrito e a nitrato pelas bactérias autotróficas e a volatilização da amônia.

Na zona anóxica, ocorre a transformação do nitrato a nitrogênio gasoso, pelas bactérias heterotróficas e a oxidação da matéria orgânica, utilizando o nitrato como receptor de elétrons.

A zona anaeróbia, os índices de remoção de DBO são alcançados devido à alta capacidade de decomposição

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das bactérias anaeróbias.

Sistema de Fluxo Vertical (SFV):O efluente a ser tratado é distribuído de forma intermitente sobre a superfície da camada suporte, inundando-a uniformemente. Após, o efluente é drenado gradualmente, atravessando todas as camadas do leito construído no sentido vertical. A vazão deve ser controlada de modo a garantir que o efluente percorra todas as camadas antes de uma nova distribuição, permitindo que os espaços vazios sejam novamente preenchidos pelo ar.

Este procedimento de inundação intermitente conduz a uma boa transferência de oxigênio. As bactérias responsáveis pela remoção de DBO e pela nitrificação estão presentes em todas as camadas do leito. Como nos SFH, as macrófitas também transferem oxigênio para a rizosfera, mas esta transferência é pequena quando comparada à transferência obtida no sistema SFV.

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Fatores de influênciaOs principais fatores de influência em sistemas de tratamento tipo wetlands são:

• RegimeHidrológico.

• Camadasuporte.

• Vegetação.

A interação desses fatores é que determina a eficiência de remoção de poluentes específicos. A seguir serão comentados alguns detalhes importantes de cada um desses fatores de influência.

Regime hidrológico:Um estudo hidrológico compreende a avaliação do fluxo interno de água superficial, precipitação, fluxo interno da água no solo, evapotranspiração, fluxo externo de água superficial e infiltrações. O hidroperíodo, além de influenciar as propriedades das macrófitas, é considerado também como fator selecionador de espécies, afetando diretamente a sua distribuição espacial e temporal.

O Regime Hidrológico é influenciado por

• Porosidadedacamadasuporte.

• Volumeútil.

• Superfícielivre.

• Formatodostanques.

• DuraçãodeInundações.

• Evapotranspiração(clima).

Camada suporteA constituição da camada suporte é fundamental para a construção do sistema com macrófitas emergentes. O tipo e a textura das camadas afetam física, química e biologicamente os mecanismos de remoção dos constituintes do efluente. Em Sistema de Fluxo Sub-superficial (FSS), comumente são utilizados seixos, brita e areia como camada suporte.

As propriedades desejadas dos constituintes da camada suporte são:

• Permeabilidade:permitirolivreescoamentodoefluenteentreosmateriaisquecompõemacamadasuporte.

• Sustentaçãodasplantasadultas:devepermitirasustentaçãonecessáriaparaodesenvolvimentodasplantasatéaidadeadulta.

• Favorecimentoaodesenvolvimentodasraízes:paraqueasraízesdasplantasselecionadaspossamatingirograudetratabilidadepropostopeloprojeto.

• Neutralidade:cadamaterialselecionadonãodeveinfluenciar,negativamente,nascaracterísticasdoefluenteutilizado.

• Capacidadedefiltração:adistribuiçãodascamadasdossubstratosestádiretamenteligadaàcapacidadederemoção,principalmente,dosnutrientesdosistema.

• Facilidadedeaquisiçãoemanejo:afácilaquisiçãodosmateriaisutilizadosédecisivaparasuaaplicabilidadenoprojeto.Osmateriaisutilizadosdevemserde fácilmanejo,nãoapresentandocaracterísticasnocivasaosoperários,naconstruçãoeoperaçãodosistema.

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VegetaçãoA vegetação, denominada de macrófitas emergentes, possui papel determinante na remoção dos constituintes do efluente. A sua principal característica é captar oxigênio da atmosfera, através de suas folhas e hastes, e o transportar para a zona de raízes.

Macrófitas aquáticas emergentes são plantas que projetam suas raízes no interior do solo e mantêm suas principais superfícies fotossintéticas projetadas acima do nível d’água, permanentemente ou na maior parte do tempo. Possuem um tecido de sustentação muito mais resistente do que as macrófitas flutuantes, por isso, possuem uma maior capacidade de remoção e retenção de nutrientes.

As macrófitas aquáticas emergentes mais utilizadas em sistemas de tratamento na Europa e Estados Unidos incluem os gêneros Typha, Phragmites e Scirpus. No Brasil, a preferência por juncos (Scirpus sp) e taboas (Typha sp), entretanto, existem muitas espécies de plantas com potencial para utilização nesses sistemas.

No RS, a riqueza de espécies é grande, mas poucas são aquelas que têm eficiência de remoção comprovada. A Figura 22 apresenta a relação de macrófitas de maior ocorrência na planície costeira do Estado.

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Família NomeCientífico Nomevulgar

Alismataceae Sagitaria lancifolia Sagitária

Echinodorus grandiflorus Chapéu de Couro

Cannaceae Canna glauca Caeté

Chenopodiaceal Atriplex montevidensis Atriplex

Cyperaceae Scirpus californicus Junco

Eleocharis Interstincta Tiririca

Cypereus giganteus Tiriricão

Conmbinaceae Floscopa glabrata Trapociraba

Euphorbiaceae Sebastiania schottiana Sarandi Vermelho

Phyllanthus sellowianus Sarandi Branco

Typhaceae Typha subulata Taboa

Typha domingensis Taboa

Typha latifolia Taboa

Poaceae Zizaniopsis bonariensis EspadanaPalha

Tabela 1: Macrófitas da planície costeira do Rio Grande do SulFonte: Adaptado de Macrófitas Aquáticas da Planície Costeira do RS. Irgang & Gastal, 1996

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Mecanismo de remoçãoConsiderando as características das macrófitas emergentes e a profundidade da lagoa, poderão ser observadas 3 zonas distintas:

• ZonaAeróbia(Oxidada):Oxidaçãodossulfetos,damatériaorgânica,nitrificaçãodonitrogênioamoniacalevolatilizaçãodaamônia.

• ZonaAnóxica:Ocorreadenitificação.

• ZonaAnaeróbia(Reduzida):Ocorreadecomposiçãodamatériaorgânicadeformaanaeróbia.

Nos sistemas que utilizam macrófitas emergentes podem ser observados vários mecanismos de remoção envolvidos, dependendo do tipo de contaminante a ser removido. A tabela a seguir apresenta, resumidamente, os mecanismos de remoção dos principais parâmetros de monitoramento.

Parâmetro MecanismodeRemoção

Sólidos Suspensos Totais Sedimentação/Filtração

DBO Degradação microbiológica (anaeróbia e aeróbia)Sedimentação

Nitrogênio Nitrificação/DenitrificaçãoVolatilização da amôniaAbsorção pelas raízes

Fósforo Imobilização (reações de adsorção – precipitação com alumínio, ferro, cálcio, outros minerais do solo.Absorção pelas raízes

Patogênicos Sedimentação/FiltraçãoRadiação UVExcreção de antibióticos pela planta e outras bactérias.

Tabela 2: Principais mecanismos de remoçãoFonte: WEF, 1994

A seguir faça a atividade de mecanismos de remoção.

Atividade - Mecanismos de remoçãoQuestões para serem respondidas em 1 (uma) semana:

1. Quaisosprincipaisfatoresdeinfluênciaemsistemasdetratamentotipowetlands?Expliqueresumidamente

cadaumdeles.

2. ExpliquecomoocorrearemoçãodeFósforoemwetlands.

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Aspectos construtivos

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Plantio de mudas

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Unidade B

Dimensionamento básicoExistem vários critérios para o dimensionamento de sistemas de tratamento com plantas emergentes, mas os principais autores a nível mundial são:

• Reed

• Cooper

• Platzer

A tabela a seguir apresenta o resumo do preconizado por REED, aplicados a efluente doméstico.

Critériodedimensionamento Fluxosuperficial Fluxosub-superficial

Tempo de detenção Hidráulica (dia) 5 a 14 2 a 7

Taxa Máxima de Carregamento (KgDBO/ha.dia) 80 75

Profundidade do Substrato (cm) 10 a 50 10 a 100

Taxa de Carregamento Hidráulico (mm/dia) 7 a 60 2 a 30

Relação Comprimento: Largura 2:1 a 10:1 0,25:1 a 5:1

Tabela3:ResumoREED

Fonte:REED(1992),adaptadopeloAutor.

O dimensionamento preconizado por REED está baseado no coeficiente de remoção de matéria orgânica (K20).

DBOs = DBOe (1 + K20 . td)

Onde:

• td=tempodedetenção(d)

• DBOe=DBOnaentrada(mgO2.L-1)

• DBOs=DBOnasaída(mgO2.L-1)

• K20=coeficientederemoçãodematériaorgânicaa20°C

Ou, isolando o tempo de detenção, teremos:

td = _[(DBOe ÷ DBOs) – 1]_ K20

Segundo esse autor, o coeficiente de remoção de matéria orgânica (K20) pode variar entre 0,86 e 1,84, com base na porosidade da camada suporte.

Vejam o exemplo a seguir:

Dimensione um sistema com plantas emergentes considerando um efluente com vazão (Q) de 10 m³.d-1 e DBO de 2.000 mg.L-1.

• SelecioneoK20=1,0

• DeterminequalaDBOnasaídadotratamento=200mg/L-1

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DicaParaestimaraconcentraçãodeDBOnasaídadotratamento,normalmenteseadotaopadrãodelançamentoouumvalor20%menorqueopadrão,comocritériodesegurança.

• Determineotempodedetenção:

td = [(2.000 mg.L-1 ÷ 200 mg.L-1) – 1] = 10,5 dias 0,86

• Calculeovolumeútilnecessário:

V = Q x td = 10 m³.d-1 x 10,5 dias = 105 m³

• Calculeaáreaútil

A = V ÷ h = 105 m³ ÷ 0,8 m = 132 m²

Onde h é a profundidade útil da camada suporte

Fácil?Eutambémacho...

Outro método bastante utilizado é o preconizado por COOPER:

Ah = Q x (ln DBOe – lnDBOs) KDBO

Onde:

• Ah=áreasuperficialnecessária(m²)

• Q=vazãodeefluente(m³.d-1)



• KDBO=coeficientedereação(m.d-1),normalmentesãoutilizadosvaloresde0,06paratratamentosecundárioe0,31paratratamentoterciário

Seguindo o mesmo exemplo (Q = 10 m³.d-1 e DBOe = 2.000 mg.L-1) o dimensionamento seria o seguinte:

Ah = 10 m³.d-1 x (ln 2.000 – ln 200) = 383 m² 0,06 m.d-1

Observaram a diferença de área entre os métodos? É normal isso acontecer, pois o KDBO está baseado no preconizado no Reino Unido...

Mas como dimensionar quando o efluente tem nitrogênio e fósforo no efluente???

Melhor é seguir o preconizado por COOPER ou PLATZER. Vejam agora o dimensionamento com base nos estudos de COOPER:

RO = Q x {(DBOe – DBOs) + [( NH3e - NH3s) x 4,6]}

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Onde:

• RO=requisitodeoxigênio(kgO2.d-1)

• Q=vazão(m³.d-1)



• NH3e=nitrogênioamoniacalnaentrada(mgN.L-1)

• NH3s=nitrogênioamoniacalnasaída(mgN.L-1)

• 4,6=consumodeoxigênionanitrificação(gO2/gNH3removido)

Noqueestábaseadoessemétododedimensionamento?

Na capacidade do sistema de plantas emergentes em fornecer OXIGÊNIO para a oxidação da matéria orgânica e para a nitrificação do N.

As taxas de transferência de oxigênio citadas por diferentes autores podem ser resumidas da seguinte forma:

• Emsistemasdefluxohorizontal:15a40gO2/m².d

• Emsistemasdefluxovertical:30a64gO2/m².d

A área superficial mínima necessária seria calculada pela fórmula:

A = RO Tx

Então, utilizando o mesmo enunciado do exemplo utilizado:

Dimensione um sistema com plantas emergentes considerando um efluente com vazão (Q) de 10 m³.d-1 e DBO de 2.000 mg.L-1.

Mas acrescentando o valor de N-amoniacal de 100 mg.L-1, teríamos a seguinte situação:

RO = 10 m³.d-1 x {( 2.000 g.m-3– 200 g.m-3) + [(100 g.m-3 – 20g.m-3) x 4,6]}

RO = 21.680 g O2.d-1

Esse RO equivaleria a uma área de:

A = RO = 21.680 g O2.d-1

Tx 40 g O2.m-².d-1

A = 542 m²

Compreenderam?

Por esse cálculo pudemos comprovar que para remover N + MO a necessidade de área é superior quando somente desejamos remover MO (matéria orgânica)

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Método empírico de remoção de fósforo Vimos assim os principais métodos de remoção de N em sistemas do tipo wetlands. Antes de fazer alguns exercícios, veremos a seguir um método empírico para a remoção de P nesse tipo de tratamento.

Diferente da DBO e do N que o sistema pode perder na forma de gases, o P fica retido no sistema na forma de massa verde (ou seca) ou na camada suporte.

Conforme apresentado anteriormente, o fósforo pode ser removido do efluente pela imobilização na camada suporte (reações de adsorção ou precipitação com alumínio, ferro, cálcio, etc.) ou pela absorção pelas raízes das macrófitas.

Sendo assim, podemos estimar a área de um sistema de wetlands através da capacidade de retenção de P do sistema. Estudos realizados no Brasil indicam que a remoção de fósforo varia entre 2 a 4 g.m-².d-1 nesse tipo de tratamento.

Vamosfazerumasimulação?

Considerando que um determinado efluente tem as seguintes características: vazão 25 m³.d-1 e fósforo de 20 mg.L-1, qual a área necessária para atender ao padrão de emissão de 4 mg.L-1?

• Primeirodetermineacargadefósforoaserremovida:

Carga P = 25 m³.d-1 x (20 mg.L-1 – 4 mg.L-1) = 400 g.d-1

• AgoraselecioneacapacidaderemoçãodePporárea:

Adotado: 2 g.m-².d-1

• Porfim,determineaáreamínimanecessária:

Área: 400 g.d-1 ÷ 2 g.m-².d-1= 200 m²

Fácilnão?

Agora prestem a atenção no seguinte: quando estamos pensando em utilizar esse sistema de tratamento para remover N e P e ainda DBO remanescente temos que fazer pelo menos 2 simulações: área mínima para atender o padrão de Nitrogênio e área mínima para atender o padrão de fósforo!

Imaginem o exemplo citado anteriormente, mas com a seguinte redação:

Considerando que um determinado efluente tem as seguintes características: vazão 25 m³.d-1,

fósforo de 20 mg.L-1 e N-amoniacal de 40 mg.L-1 , qual a área necessária para atender ao padrão

de emissão de P= 4 mg.L-1 e N–NH3 = 20 mg.L-1?

Para definir a área mínima de fósforo, vocês acabaram de fazer, mas recapitular:

• Primeirodetermineacargadefósforoaserremovida:400g.d-1

• AgoraselecioneacapacidaderemoçãodePporárea:2g.m-².d-1

• Porfim,determineaáreamínimanecessária:200m²

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Mas qual a área mínima para atender a N–NH3? Exatamente como vocês fizeram na aula passada. Revisando ...

• DetermineoROparaacargadenitrogênioaserremovida:

RO: 25 m³.d-1x(40 mg.L-1–20 mg.L-1) x 4,6= 2.300 g O2.d-1

• SelecioneataxadetransferênciadeOxigênio=30gO2.m-2.d-1

• Calculeaáreamínimanecessária:

A = RO = 2.300 g O2.d-1

Tx 30 g O2.m-².d-1

A = 76,7 m²

Eagora,qualáreaadotar?Sempre a maior área

No caso do exemplo a área necessária para atender o padrão de P é maior que a área para N, então a resposta para o problema seria 200 m² de área.

Faremos mais algumas simulações para depois deixar vocês fazerem os exercícios.

Considerando que um determinado efluente tem as seguintes características: vazão 10 m³.h-1,

fósforo de 20 mg.L-1, NTK de 100, N-amoniacal de 80 mg.L-1, qual a área necessária para atender

aos padrões de emissão estabelecidos?

• Primeirodetermineavazãodiária:

Q = 10m³.h-1x 24 h = 240 m³.d-1

• CalculeacargadeNaserremovida:

Mas qual parâmetro utilizar, NTK ou N-NH3? Quando ocorre esse tipo de situação, podemos calcular o RO com os dois parâmetros e selecionamos aquele que apresentar maior valor.1

RONTK: 240 m³.d-1x(100 mg.L-1–20 mg.L-1 22) x 4,6= 88,32 KgO2.d-1

RONH3: 240 m³.d-1x(80 mg.L-1–20 mg.L-1) x 4,6= 66,24 KgO2.d-1

Qual é o maior? Aquele determinado pelo NTK, ou seja, 88,32 KgO2.d-1

• SelecioneataxadetransferênciadeOxigênio=30gO2.m-2.d-1

• Calculeaáreamínimanecessária:

A = RO = 88.320 g O2.d-1= 2.941 m² Tx 30 g O2.m-².d-1

• Agoradeterminemacargadefósforoaserremovida:

Carga P = 240 m³.d-1 x (20 mg.L-1 – 3 mg.L-1) = 4,08 Kg P.d-1

• AgoraselecioneacapacidaderemoçãodePporárea:

Adotado: 3 g.m-².d-1

1 NTKéconstituídoporN-orgânicoeN–amoniacal.DependendodaformaqueesseN-orgânicoocorrenoefluente,asua

degradaçãopodegerarN-amoniacal,fenômenoconhecidoporamonificação.Dessaforma,podeocorrerumincrementode

N-amoniacalnosistema,demandandomaiornecessidadedeOxigênio.Nocasodoexemplo,sevocêstivessemadotadoo

N-amoniacalcomobaseparaodimensionamento,certamentefaltariaoxigênionosistemaparapromoveranitrificação.

2 DeondesaiuovalordopadrãodeemissãodeNTK?DaResoluçãoCONSEMA128/06.

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• Porfim,determineaáreamínimanecessária:

Área: 4.080 g.d-1 ÷ 3 g.m-².d-1= 1.360 m²

Nesse exemplo, área necessária para atender o padrão de Fósforo é menor que a área para Nitrogênio, então a área mínima ser adotada seria 2.941 m².

A seguir faça a série de exercícios da atividade

Atividade - Dimensionamento básicoA seguir, listo uma série de exercícios para fixar os critérios de dimensionamento básico para remoção de Nitrogênio e Fósforo. Para solução desses, vocês devem verificar as aulas anteriores.

1. Considerandoumefluenteindustrialcomvazãode500m³.d-1ecomNamoniacalde200mg.L-1,qualoRO

paraatenderaopadrãodeemissãode20mg,L-1?

2. Umdeterminadoefluenteapresentaasseguintescaracterísticas:Q=15m³.h-1,NTK150mg.L-1,DBO1.100

mg.L-1.Combasenessasinformações,determineaáreaútildeumsistemadetratamentotipowetlandspara

atenderaospadrõesvigentes.

3. UmaETEque2.000m³.d-1deefluentesanitárioapresentavaloresdeDBOem500mg.L-1,Pde20mg.L-1,

N-NH3de35mg.L-1edeNTKem50mg.L-1apóstratamentoemreatorUASB.Pergunta-se:

a. oefluenteatendeaospadrõesvigentescombasenaResoluçãoCONSEMA128/06?b. senão,determineaáreaemumsistemacomplantasemergentesparaatenderaospadrõesdeemissão.

4. Dimensioneumsistemacomplantasemergentesconsiderandoumefluentecomvazão(Q)de20m³.h-1e

DBOde600mg.L-1.UtilizeoK20=0,86.

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Unidade B

Remoção de sólidos suspensos e dissolvidos remanescentesPrezados alunos,

depois de analisarmos detalhadamente a remoção de Nitrogênio e Fósforo, damos continuidade ao conteúdo da disciplina ao entrarmos em REMOÇÃO de sólidos remanescentes.

Dentro desse assunto, veremos:

1. usodecarvãoativado;2. filtração,microfiltração,ultrafiltração;3. osmosereversa;4. precipitaçãoquímicapararemoçãodemetais;

5. trocaiônica;

1. Carvão ativadoExistem substâncias que agem como adsorventes, fixando em sua superfície os contaminantes de interesse. Dentre essas substâncias podemos citar o carvão ativado, turfa, cinza, casca de extração do tanino, zeolitas, entre outros.

O carvão ativado é um dos mais utilizados em efluentes industriais para remoção de cor, odor e também de contaminantes metálicos. São na maioria de origem vegetal, obtidos a partir de fontes renováveis, inclusive de resíduos agroindustriais.

Os carvões ativados estão disponíveis na forma granulada e em pó. As aplicações em fase líquida podem requerer os tipos pulverizados (pó) ou granulados de carvão ativado, dependendo do objetivo de uso. Dentre as condicionantes que interferem no processo de tratamento, o tempo de contato é fundamental para a remoção dos contaminantes de interesse.

No caso de metais, na bibliografia podem ser encontrados tempos de detenção entre 15 e 60 min., mas não é incomum a indicação de tempos de até 2 horas por distribuidores desse produto.

Para a determinação da quantidade necessária, nada melhor que a realização de teste de bancada.

Vale salientar ainda que, atualmente, pode ser adquirida no mercado a suspensão de carvão ativado, ou seja, o carvão em pó previamente diluído em água. Para quem já trabalhou com carvão ativado em pó, sabe bem quanto é difícil seu manuseio.

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2. Filtração, microfiltração, ultrafiltraçãoO efluente após tratamento em sistemas biológicos pode conter ainda uma concentração elevada de sólidos em suspensão. Isto pode ocasionar uma diminuição na eficiência do sistema em remover DBO e Sólidos suspensos, tornando necessária a implantação de um sistema terciário para a remoção desses sólidos.

Dependendo do tamanho da partícula a ser removida, poderá ser implantado um sistema de filtração, microfiltração, nanofiltração ou osmose reversa. Quanto menor o tamanho da partícula, maior deverá ser o investimento no sistema de tratamento.

Observem as figuras a seguir:

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FiltraçãoOs sólidos suspensos podem ser removidos por filtração empregando filtros de areia similares ao do tratamento de águas. Entretanto, deve-se considerar a maior quantidade de sólidos suspensos no efluente, o que pode significar maior área de filtração e sistema de bombeamento compatível com a situação.

Os filtros podem ser por gravidade ou sobre pressão, dependendo da carga hidráulica. Após a colmatação do filtro é necessária a sua retrolavagem que pode ser feita com água e ou uma mistura de ar e água pressurizados.

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Microfiltração

UltrafiltraçãoO processo de ultrafiltração é comumente usado no tratamento de água potável em conformidade com as normas restritas. Entretanto, também vem sendo utilizado no tratamento de efluentes devido à elevada eficiência de remoção de partículas bastante pequenas.

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3. Osmose reversaÉ um processo no qual a água se separa dos sais dissolvidos através da filtração em membrana semipermeável a uma pressão superior à pressão osmótica causada pelos sais dissolvidos nesta água. O princípio da osmose reversa ou inversa consiste em aplicar uma força bem superior à pressão osmótica no compartimento da solução concentrada. Ocorre a inversão de fluxo devido à pressão exercida no compartimento que contém solução concentrada, forçando a passagem de solvente e retendo o soluto.

A osmose reversa é utilizada na dessalinização e desmineralização de águas. Sua aplicação a efluentes é restrita, mas está em fase de ascensão.

Na maioria dos casos, são efluentes que contêm grande concentração de sais dissolvidos (cloretos, por exemplo) como salgadeiras de couro, de extração de petróleo, fertilizantes, tratamento de superfícies metálicas, etc.

O pré-tratamento previne a obstrução da membrana. Geralmente, é utilizada a precipitação química, carvão ativado, filtração, micro ou ultrafiltração. O rejeito é conduzido a um tanque de acumulação e evaporação.

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Remoção de metaisÉ bem verdade que a remoção desses contaminantes pode ser realizada já no nível primário de tratamento, então quando nos referimos ao tratamento terciário, estamos considerando uma remoção complementar.

Alémdoatendimentoàlegislação,oquepodemosconsiderarimportantenaremoçãodemetais?

Metais são potencialmente tóxicos a diversos níveis tróficos33, portanto, mesmo que em pequenas concentrações podem conferir toxicidade no efluente tratado bem como causar alterações indesejáveis no corpo receptor.

As formas em que os metais encontram-se em solução determinam o tipo de tratamento a ser utilizado. A remoção de metais pode ser realizada por:

• precipitaçãoquímica;

3 Nível Trófico: posiçãodeumorganismona cadeia trófica. Ex:AResoluçãoCONSEMA129/06preconiza a realizaçãode

ensaiosdetoxicidadeem3níveistróficos:peixes,algasemicrocrustáceos.

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Unidade B

• adsorçãoemcarvãoativado,zeolitas,etc;

• ultrafiltração;

• osmosereversa;

• trocaiônica;

• entreoutros.

Precipitação químicaConforme vimos na Disciplina de Controle de Efluente, contaminantes como Cobre, Chumbo, Níquel, Cromo etc., podem ser removidos na forma do hidróxido correspondente. Para a remoção de metais de efluentes é necessário conhecer a faixa ótima de pH para precipitação para cada metal a ser removido. A Tabela a seguir apresenta a curva de solubilidade de metais em função do pH da amostra.

Como cada metal possui uma faixa diferente de precipitação na forma de hidróxido, é comum no tratamento de efluentes industriais onde existam mais de 1 tipo de metal a ser removido, ter linhas de tratamento setoriais com tratamento diferenciado ou uma sequência de decantadores, onde é realizado o ajuste de pH em função do metal a ser removido.

Além da precipitação com hidróxidos, também é possível realizar a precipitação com o uso de sulfeto (usando H2S, Na2S, FeS, etc.)

O lodo gerado poderá ser classificado como perigoso ou não perigoso, conforme os metais que serão removidos.

Troca iônicaO objetivo do sistema de tratamento com uso de resina de troca iônica é cátions (Zn+2, Cu+2, Ni+2, etc.) ou anions como nitratos, fosfatos, entre outros. A técnica consiste basicamente na fixação desses íons em

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uma resina sintética, que “captura” os contaminantes de interesse e liberam outros íons menos tóxicos para o efluente.

Basicamente existem 2 tipos de trocadores:

• Trocadoresdecátions:sãocapazesderetercátionsdasoluçãopermutandoporíonsdesódioounitrogênio.

• Trocadoresdeânions:sãocapazesdereterâniondasoluçãopermutandoporíonsoxidrila.

As resinas depois de certo tempo de uso perdem sua capacidade de troca, mas podem ser regeneradas. No caso dos trocadores de cátions, antes se faz a lavagem da coluna em contra corrente para retirar os sólidos; após, com uma solução de NaCl, se for utilizado o ciclo do sódio ou com uma solução de ácido sulfúrico ou clorídrico, se for utilizado o ciclo do hidrogênio.

Já para trocadores de ânion, antes se faz a lavagem da coluna em contracorrente para retirar os sólidos e após se faz a lavagem da coluna com uma solução de hidróxido de sódio ou hidróxido de amônio.

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Unidade B

Desinfecção de efluentesA grande deficiência de saneamento básico em várias regiões brasileiras expõe um grande número de pessoas a riscos inaceitáveis de contaminação por patogênicos. O volume de efluentes sanitários ou industriais lançados nos recursos hídricos, em estado bruto ou insuficientemente tratado, constitui uma expressiva carga de organismos patogênicos no meio ambiente. Mesmo nos locais onde há estações de tratamento, são grandes os riscos de contaminação de pessoas pelo contato direto ou indireto com esses efluentes.

A transmissão de organismos patogênicos ao homem pode ocorrer por ingestão direta de água não tratada; ingestão direta de água tratada de má qualidade; ingestão de alimentos contaminados; ou pela infecção resultante do contato da pele com água ou solo contaminados. Essas rotas de transmissão evidenciam a necessidade de controle da qualidade das águas utilizadas para recreação, das fontes de abastecimento de água para consumo humano e irrigação, assim como dos alimentos e do solo.

A desinfecção de efluentes tem por objetivo principal a eliminação de organismos patogênicos, sendo sua eficiência de remoção monitorada pelo decaimento bacteriano através das análises de Coliformes Termotolerante ou de Escherichia Coli.

Em uma rápida pesquisa nos sites de buscas na internet, vocês encontrarão diversos trabalhos sobre métodos de desinfecção, alguns muito bons outros nem tanto. Mas em alguns aspectos há muita concordância entre os autores como em relação à classificação dos métodos.

A desinfecção pode ser realizada por meio de processos artificiais ou naturais. Tanto os processos artificiais como os naturais utilizam, isoladamente ou de forma combinada, agentes físicos e químicos para inativar os microorganismos de interesse. No caso dos processos naturais, ainda há a ação de agentes biológicos na inativação de patogênicos.

Dentre os processos naturais de tratamento podemos citas: lagoas de estabilização – facultativas, aeróbias ou de maturação; lagoas com plantas emergentes (wetands) e disposição controlada no solo.

Já entre os processos artificiais, podemos classificar os agentes desinfetantes de acordo com a sua ação ou mecanismo de destruição:

• Agentesfísicos:aplicaçãodiretadeenergiasobformadecalor,luz(ex:UV,radiaçãosolar,etc)

• Agentesquímicos:substânciasquímicasqueatuamsobreosmicrorganismos.Compreendem:oxidantes

(cloro,Ozônio(O3),peróxidodehidrogênio(H2O2)

O desempenho de determinado processo de desinfecção depende diretamente da resistência específica dos diferentes organismos patogênicos ao agente desinfetante bem como da maneira pela qual ocorre o escoamento do líquido em seu interior. Mesmo que determinado produto desinfetante seja fornecido em quantidade suficiente à inativação de determinada espécie de organismo, é fundamental que o contato entre o desinfetante e os organismos ocorra de forma adequada. Dessa forma, na seleção de um processo de desinfecção de efluentes devem ser considerados os seguintes aspectos:

• Naturezadodesinfetanteedosorganismosaseremeliminados;

• Concentraçãododesinfetanteedosorganismosaseremeliminados;

• Tempodecontatoentredesinfetanteoefluente;

• Característicasfísico-químicasdoefluente,comotemperatura,pH,sólidosemsuspensão,etc.

• Custosdeinstalaçãoemanutenção.

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CloraçãoO cloro é o desinfetante mais utilizado para águas e esgotos. É uma tecnologia mundialmente conhecida, normalmente aplicada nas formas de cloro gasoso, hipoclorito de sódio ou cálcio.

A ação desinfetante do cloro deve-se principalmente ao mecanismo de oxidação do material celular com danificação do material genético.

Os compostos de cloro adicionados ao efluente reagem formando ácido hipocloroso (HOCl) que se dissocia em OCl– e H+. A quantidade de HOCl e OCl– em solução depende do pH e é chamado de cloro residual livre disponível. O cloro também reage com a matéria orgânica presente no efluente, formando compostos organoclorados e cloraminas, conhecidos como cloro residual combinado.

O ácido hipocloroso tem o maior poder desinfetante, seguido do íon hipoclorito (OCl–), e a monocloramina, a menor capacidade desinfetante. O cloro livre reage com substâncias diluídas ou suspensas na água por três processos: oxidação, adição e substituição.

As desvantagens da cloração estão na formação de compostos organoclorados carcinogênicos (trihalometanos – THM) e na toxicidade do cloro residual a vários níveis tróficos no corpo receptor.

OzonizaçãoO ozônio é um oxidante extremamente reativo e altamente bactericida. O mecanismo de desinfecção do ozônio inclui:

• adestruiçãoparcialoutotaldaparedecelular;

• reaçõescomradicaislivres(peróxidodehidrogênioeíonhidroxila)dadecomposiçãodoozônio;

• danosaconstituintesdomaterialgenético.

Sendo o ozônio um gás instável e de alto poder oxidante, tornou-se atrativo o seu uso na desinfecção de efluentes, pois essa instabilidade é uma característica interessante, ou seja, após a aplicação não há geração de compostos residuais danosos ao ambiente. O alto poder oxidante também é desejável, porque diminui a concentração e o tempo necessários para desinfecção.

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Unidade B

Se o tempo de contato e a concentração podem ser reduzidos, haverá economia na implantação e na operação das unidades de tratamento.

Há, ainda, a vantagem da redução de cor, que mesmo nas dosagens relativamente baixas necessárias à desinfecção tem se mostrado efetiva.

Então, resumidamente, a desinfecção com ozônio destaca-se pelos seguintes aspectos:

• rapidezdaaçãodedesinfecção;

• elevadaeficiêncianainativaçãodemicrorganismos;

• baixatoxicidadeencontradanosefluentesozonizados.

Cabe salientar, ainda, que o poder desinfetante do ozônio é cerca de dez vezes superior ao do cloro, para todos os tipos de microrganismos. Ele também é eficaz contra esporos e cistos que são as formas mais resistentes.

Radiação UVA utilização da radiação ultravioleta (UV) mostra-se muito competitiva com a cloração, devido a não geração de subprodutos tóxicos (ex.: organoclorados, trihalometanos e outros). O mecanismo primário da inativação de microrganismos consiste no dano direto aos ácidos nucléicos celulares.

Sua eficiência depende principalmente das características do afluente, da concentração de coloides e partículas no esgoto, da intensidade da radiação UV aplicada, do tempo de exposição dos microrganismos à radiação e da configuração do reator.

As principais vantagens do uso de lâmpadas UV são:

• adesinfecçãoefetivanainativaçãodevírus,esporosecistos;

• umprocessofísicoquerepresentaaeliminaçãodeestruturasdearmazenamento,transporteeestocagemdeprodutosquímicos;

• ainexistênciadegeraçãodesubprodutostóxicos;

• fáciloperação;

• tempodecontatonecessárioaodecaimentobacterianomenorqueosoutrosdesinfetantes(cercade20a30s).

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Já as principais desvantagens são:

• combaixasdosagens,adesinfecçãopodenãoserefetivanainativaçãodemuitosvírus,esporosecistos;

• osmicro-organismospodemocasionalmenterepararereverterosefeitosdestrutivosdaUV;

• aturbidezesólidossuspensoselevadospodemprejudicaraeficiênciadadesinfecção;

• valorelevadodoinvestimentonasinstalações.

C Tratamento de lodo

Unidade CTratamento Avançado de Efluentes

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Unidade C

ObjetivosPrezados alunos,

a partir de hoje começaremos a falar sobre gerenciamento de lodo gerado em estações de tratamento de efluentes. Primeiro, vamos estudar a geração de lodo nos principais sistemas de tratamento, tanto em sistemas primários como em sistemas secundários. Depois, vocês conhecerão os principais sistemas para o desaguamento de lodo, quando faremos alguns exercícios sobre dimensionamento básico.

Começaremos, então, pelos objetivos do tratamento do lodo:

• Reduçãodovolume.

• Reduçãodatoxicidade.

• Eliminaçãototaldoresíduo.

Para atingir esses objetivos são utilizados processos que alteram a forma de apresentação, as características, a composição e as propriedades dos resíduos. Essas transformações podem assim ocorrer:

• convertendoconstituintesagressivosemformasmenosperigosas,insolúveisouinertes.

• alterandoaestruturaquímicadedeterminadosconstituintes,tornando-osdemaisfácilassimilaçãopelomeioambiente.

• destruindoquimicamenteconstituintesindesejáveis.

• separandodamassaderesíduososconstituintesperigosos,comaconsequentereduçãodovolumee

periculosidade.

No gerenciamento de lodo de ETEs, para atingir os objetivos propostos, podem ser utilizados vários sistemas ou processos:

Processos FísicosSeparação de sólidos e redução de volume

Ex.: adensamento, desaguamento, secagem, evaporação, sedimentação, filtração, centrifugação, etc.

Processos BiológicosEstabilização e redução da toxicidade

Ex.: landfarming, digestão anaeróbia, compostagem, uso de plantas enraizadas, etc.

Processos Físico-químicosInertização e redução da toxicidade

Ex.: encapsulamento e neutralização.

Processos QuímicosRedução de volume e de toxicidade

Ex.: incineração, precipitação, oxidação, redução, coprocessamento, recuperação eletrolítica, gaseificação, etc.

TRATAMENTO DE LODOUNIDADE C

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Lembrete

Valeapenalembrar:quantomaisperigosooresíduomaiscomplexodeveráserseugerenciamento.

Geração de lodo em ETEsDurante a elaboração de um projeto de uma ETE, além do dimensionamento dos equipamentos ou sistemas a serem utilizados na remoção dos contaminantes de interesse, é necessário também dimensionar o sistema de gerenciamento de lodo. Para isso, é necessário estimar essa geração em cada equipamento a ser instalado.

Existem alguns critérios para estimar a geração de lodo em ETEs, mas nem sempre essa é uma tarefa fácil. A bibliografia é abundante quando estamos falando de lodo biológico gerado em reatores aeróbios ou anaeróbios, mas o mesmo não pode ser afirmado para geração de lodo nos sistemas preliminar ou primário.

Por onde começar?

Qualquer equipamento instalado na ETE teve um objetivo: remoção de sólidos sedimentáveis, de gordura, de areia, de matéria-orgânica, etc.

Então, podemos estimar a geração de lodo através do parâmetro que melhor representa esse objetivo como, por exemplo: SS, Ssed, DQO, DBO, etc.

Imaginem a seguinte situação: no projeto de um sistema de tratamento de efluente de um matadouro foi previsto um decantador. A vazão é de 10 m³.h-1.

Primeiro, defina qual parâmetro servirá de base para o dimensionamento: Sólidos em Suspensão – SS. Depois, verifique qual a concentração de SS na entrada do equipamento e qual a concentração desejada na sua saída. A concentração na entrada é de 2.000 mg.L-1 e na saída será de quanto?

Lembram-se de como se faz?

Para estimar a saída devemos aplicar a eficiente remoção prevista para esse equipamento e para esse parâmetro. Nesse caso, podemos trabalhar tranquilamente com 80-85% de ER.

Agora, pensem o seguinte: entrou 2.000 e saiu 400 mg.L-1 (80% de remoção). Essa diferença de

sólidos da entrada e na saída está onde?

NO LODO!!

A diferença em concentração é de 1.600 mg.L-1, equivalente a uma carga de SS removida de 16 kg.d-1.

Por fim, para transformar massa de lodo em volume, é necessário adotar uma consistência ou teor de sólidos, expressos normalmente em %. Em decantadores, a concentração de lodo a ser descartado pode variar de 0,5 a 1,5 %.

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Então, 16 kg SS. d-1 equivalem a:

1% ≈ 10.000 mg.L-1 ou 10 Kg.m-3

10 Kg - 1m-3

16 kg - X

X = o volume de lodo gerado é de 1,6 m³.d-1

Tranquilos?

Vamos para outro exemplo.

Um reator biológico aerado que opera em batelada, trata 50 m³.d-1 de um efluente com DBO de 2.000 mg.L-1. Considerando uma eficiência de 90%, a DBO de saída seria de 200 mg.L-1, portanto, a carga orgânica removida seria de:

Carga removida: Vazão x (DBOe – DBOs)

Carga: 50 m³.d-1 x (2.000 g.m-3 – 200 g.m-3) = 90 kg DBO.d-1

Lembrando o conteúdo da disciplina de Controle de Efluentes, precisamos nos aprofundar um pouco na questão da cinética microbiana.

Em um sistema biológico, teremos sempre a produção bruta de lodo (Y) e o decaimento bacteriano (Kd). A produção líquida de lodo, ou seja, a diferença entre a produção bruta (produção de novas células de microorganismos) e o decaimento (morte de microorganismos) nos indica quanto de lodo novo foi gerado.

A bibliografia nos apresenta o seguinte resumo:

Coeficiente Unidade Faixa Valor típico

Y g SSV. gDBO-1 0,4 – 1,0 0,7

Kd g SSV. g SSV.d-1 0,06 – 0,10 0,08

Para estimar a geração bruta de lodo, multiplicamos o valor da carga orgânica removida pelo Y selecionado:

Carga removida = 90 kg DBO.d-1

Produção bruta de lodo: carga orgânica removida x Coeficiente Y

Ou

90 kg DBO.d-1 x 0,7 kg SSV.kgDBO-1 (valor típico) = 63 kg SSV.d-1

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Mas como seria a produção líquida de lodo?

Precisaríamos estimar (ou quantificar) a concentração de SSV no reator e o volume. Para esse exemplo, vamos supor que seria de 2.000 mg.L-1 e 50 m³ respectivamente, portanto:

Massa de sólidos: 2.000 SSV g.m-³ x 50 m³ = 100 kg SSV.d-1

Coeficiente decaimento: 0,08 g SSV. gSSV.d-1 (valor típico)

100 kg x 0,08 kg SSV. kgSSV.d-1 = 8 kg SSV.d-1

O que teríamos então de produção líquida? Produção bruta – decaimento

ou

63 kg SSV.d-1kg - 8 kg SSV.d-1 = 55 kg SSV.d-1

Como estamos falando em dimensionamento básico e não projeto executivo, ou seja, a ênfase é para termos rapidamente uma ordem de grandeza, é usual usar somente o valor de Y em torno de 0,6, abaixo do valor típico recomendado. Isso seria apenas para simplificar o cálculo, que daria o resultado muito próximo ao calculado pelo método correto:

90 kg DBO.d-1 x 0,6 kg SSV.kgDBO-1 = 54 kg SSV.d-1

Então, podemos padronizar que, para os próximos exercícios, usaremos o Y entre 0,6 e 0,7 ?

Ok! Está combinado então.

Mais um detalhe: vocês calcularam a massa de lodo a ser descartada, mas qual seria o volume de

lodo afinal?

Procedam da mesma forma que nos exemplos anteriores, basta estimar uma consistência para o lodo e determinar o volume. No caso de RBA, talvez seja conveniente usar valores de 0,5 a 1,5%.

Passamos agora para o último exemplo:

Antes de começar o cálculo, precisamos novamente nos reportar aos exercícios de CONTROLE DE EFLUENTES.

Dimensione um RBA tipo lodo ativado convencional para uma vazão de 200 m³.d-1 e uma DBO de 1.000 g.m-3:

• Primeiro,vocêsdeterminaramaconcentraçãoteóricadeSSVnoTA:3.000g.m-3

• EdepoisofatorA/M=0,5gDBO/gSSV.d

• DepoiscalcularamovolumedoRBA:133m³

Para que tudo isso?

É que para esse tipo de reatores aeróbios, que possuem recirculação de lodo, o volume de lodo a ser descartado é calculado da seguinte forma:

Qd = SSVta x V IL x SSVlr

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Onde:

• Qd:vazãodedescartedelodo=?

• V=volumedotanquedeaeração=133m3

• SSVta:concentraçãodeSSVnotanquedeaeração=3000mg/L

• SSVlr:concentraçãodeSSVnolododereciclo=10000mg/L

• IL=idadedolodo=6d

Com base nesse cálculo, a vazão de descarte seria de 6,7 m³.d-1

Facílimo não? Imagino que sim, porque esse tema foi assunto de CONTROLE, onde vocês já foram

aprovados. Ou terei de revisar as provas???

Mas, para facilitar a vida de todos, apresento de novo a tabela...

Parâmetro Unidade Valor

IL ou � c d 4 – 10

SSV ta mg.L-1 1.500 - 3.500

SSV lodo recirculado mg.L-1 5.000 – 10.000

Atividade 4- MoodlePara encerrar, deixo 1 exercício para ser resolvido até a próxima aula.

1. QualavazãodiáriadedescartedelododeumRBAquetrata10m³.h-1deefluente?

Dados:

DBOe=2.500mg.L-1

SSVLodo=12.000mg.L-1

SSVTA:3.000g.m-3

A/M=0,5gDBO/gSSV.d

IL=6d

Nas próximas aulas, comentaremos sobre os principais equipamentos sobre adensamento e desaguamento de lodo:

• adensadordelodo

• leitosdesecagem

• filtros-prensa

• centrífugas

• prensadesaguadora

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Adensamento de lodoO objetivo do adensamento de lodo é a redução de volume, aumentando-lhe a concentração de sólidos.

Considerando que o teor de sólidos no lodo gerado em ETE pode variar entre 0,1 a 1 %, o adensamento torna-se muito interessante quando podemos aumentar essa concentração para 1 a 3%, reduzindo o volume de lodo em muitas 10 vezes.

Para promover o adensamento de lodo, são utilizados basicamente 2 métodos:

• Decantação

• Flotação

Na maioria das ETEs são observados adensadores por decantação, que são bastante semelhantes aos decantadores primário e secundário que vocês já viram em CONTROLE DE EFLUENTES.

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Unidade C

O dimensionamento do adensador é realizado em função da carga de sólidos a ser aplicada, conforme descrito na tabela a seguir:

Tipo de lodo Taxa de aplicação (Kg SS/m².d)

Lodo primário 50 – 150

Lodo biológico 10 – 30

Lodo misto (primário bruto + lodo ativado) 30 – 60

Fonte: Metcalf&Eddy, 2003.

Então, para dimensionar um adensador de lodo é preciso

1. determinarovolumedelodoeamassadelodoaseradensado(Lembram-sedaaulaanterior?).2. selecionarataxadeaplicaçãoconformeotipodelodoaseradensado.

3. comregradetrês,encontrar-seaáreamínimanecessáriaparaesseadensador.

Ex: supondo que o volume de lodo gerado em um decantador primário é de 10m³.d-1 com uma consistência de 1% de SS, dimensione um adensador por gravidade para esse caso.

1. Massadelodo:10m³.d-1x1%SSou10kg.m-³=100kgSS.d-1

2. Taxaadotada:75kgSS.m-2.d-1

Cálculo da área:

A taxa adotada significa que vocês podem aplicar 75 kg por dia a cada 1 m², correto?

Então por regra de três...

75 kg SS.d-1 - 1 m²

100 kg SS.d-1 - x m²

X = 1,33 m² de área

Se o adensador for circular, essa área equivale a um diâmetro de 1,3 m

Agora pensem no seguinte: Qual é mesmo o objetivo deste adensador?

Redução de volume de lodo

Então, qual seria o volume de lodo após adensamento?

É fácil resolver utilizando uma regra de três inversa!

Veja o cálculo a seguir com os dados do exemplo:

Volume de lodo: 10m³.d-1

Teor de sólidos no lodo: 1%

Teor de sólidos no lodo pós adensamento: 3% (adotado)

10 m³.d-1 - 1 %

V - 3 %

V= volume de lodo pós adensamento = 3,33 m³.d-1

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Outro exemplo:

Considere que uma ETE gera 200 L de lodo por hora com TS de 0,1 %.Qual o volume pós-

adensamento, considerando o TS final de 2%?

200 L.h-1 - 0,1%

V - 2%

Volume pós adensamento: 10 L.h-1 ou 240 L.d-1 (ou ainda 0,24 m³.d-1)

Vocês devem ter percebido que a redução de volume é grande.

Atividade 5- Moodle1. UmRBAgeracercade10m³.h-1delodocom1%deconsistência.Dimensioneoadensadorecalculeo

volumedelododiáriopós-adensamento,comTSde3,5%.

2. UmaETEquetrata100m³.d-1apresentaSSnaentradadodecantadorde2.000mg.L-1.Considerandoque

aeficiênciadadecantaçãoéde80%,calculeovolumedelodobruto,ovolumedelodopós-adensamentoeo

adensador.Dados:TSinicial:0,5%eTSfinal=2,5%

Enquanto isso, vamos rever alguns detalhes:

• oprincipalobjetivodoadensamentodelodoéareduçãodevolume.Ouseja,nãohaveráreduçãodetoxicidadeoupericulosidade;

• nosistemadebombeamentoparalododevemserutilizadasbombasdedeslocamentopositivo(helicoidais).Bombascentrífugasnãosãoindicadas,assimcomodeslocamentoporgravidade;

• nasindústriasquepossuemsistemadegerenciamentodelodo,normalmenteobservamosADENSAMENTOseguidodeDESAGUAMENTO.OdestinofinaldelododeETEécadavezmaisrarodeserexecutadopeloprópriogerador.

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Desaguamento de lodoDesaguamento significa diminuir a quantidade de água e aumentar a concentração de sólidos com o objetivo principal a redução do volume de lodo.

O desaguamento pode ser promovido por meios naturais ou mecanizados. Os processos naturais utilizam a evaporação e a percolação como principais mecanismos de remoção de água, já os processos mecanizados preconizam a aplicação de algum tipo de força para acelerar o desaguamento, como filtração e centrifugação.

Os processos naturais apresentam a vantagem de serem sistemas de simples construção e operação, porém demandam maiores áreas. Os sistemas mecanizados, por sua vez, ocupam áreas menores e a velocidade de desaguamento é maior, mas por serem sistemas mais sofisticados, o custo de implantação e operação são mais elevados.

Os principais sistemas de desaguamento são:

• Naturais:leitosdesecagem,lagoasdelodo

• Mecanizados:filtros-prensa,prensadesaguadoura,centrífugas

Para promover com sucesso o desaguamento de lodo, às vezes, dependendo do tipo de lodo, é necessário fazer o seu condicionamento. Mas o que significa condicionamento?

O condicionamento pode ser realizado com emprego de produtos químicos, com o objetivo de favorecer a agregação das partículas sólidas contidas no lodo, de forma a facilitar o desaguamento.

Os produtos normalmente utilizados são aqueles que também são comumente utilizados no tratamento primário:

• saisdealumínio(sulfato,policloreto,etc)

• saisdeferro(cloreto,sulfato,etc)

• polímeroscatiônicosouaniônicos

• calvirgemouhidratada

Vejam a figura a seguir, que representa o lodo a ser desaguado.

O béquer à esquerda é o lodo bruto, extraído do adensador – o béquer da direita é o lodo após condicionamento, ou seja, após a aplicação de produtos químicos.

Dependendo do processo utilizado e do tipo de lodo, o teor de sólidos resultante do desaguamento pode variar entre 20 e 35%.

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Leitos de SecagemSão tanques rasos de alvenaria ou concreto, formando um tipo de caixa onde será colocada a camada drenante de brita e areia. Sobre a areia são colocados tijolos maciços sobre a areia para facilitar a remoção de lodo

A secagem se dá pela drenagem dos líquidos e também por evaporação, através da superfície exposta ao ar.

Quanto maior a incidência de luz solar, ventilação e menor precipitação e umidade do ar, mais rápido será o processo.

O lodo gerado na ETE ou o lodo adensado é conduzido diariamente (ou periodicamente) aos leitos de secagem, manual ou mecanicamente. O lodo deve ser distribuído de forma uniforme sobre toda a superfície do leito, para facilitar o desaguamento.

A maior parte da água contida no lodo é perdida pela drenagem, sendo esse líquido conduzido novamente à ETE. Dependendo das suas características, o líquido drenado retorna ao tanque de equalização ou diretamente ao sistema secundário de tratamento. Em alguns casos, esse líquido pode ser ainda reutilizado como água de processo.

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Dimensionamento básicoO dimensionamento de um leito de secagem depende do volume de lodo produzido diariamente e do tempo necessário para seu desaguamento. Estabelecido isso, calcula-se a área mínima necessária para promover o desaguamento de lodo até a obtenção da consistência projetada.

A Norma Brasileira NBR 570/1989 estabelece os critérios de dimensionamento, porém, é comum verificarmos leitos de secagem dimensionados por outros critérios.

As recomendações básicas são:

• Oleitodrenanteéconstituídoporcamadasdebrita(20-30cm)edeareia(10-20cm).

• Aalturadelodoaserdesaguadoéde20a30cm.

• Otempodesecagempodevariarmuito,maséusualpreverentre15–20dias.

• Tambéméusualtermaisde1leitodesecagem,parafacilitaraoperação,principalmentenomomentodaretirada

dolododesaguado.

Vejam um exemplo:

O volume de lodo adensado é 10 m³.d-1. Qual a área mínima necessária para o desaguamento

desse lodo em leito de secagem?1. Determinemaalturadecarregamentodelodo(h)=0,25m2. Calculemanecessidadedeárea:

Adiária= V = 10 m³.d-1 = 40 m².d-1

h 0,25m

3. Selecionemotempodesecagem:15 dias(obs:nessemomento,éusualacrescentarmais1dia,queseriadestinadoàlimpezadoleitodesecagem:15+1=16 dias)

4. Calculemaáreamínima:

A total = Adiária x n° dias = 40 m2.d-1 x 16 dias = 640 m²

Compreenderam?

Mais exercícios na próxima aula!!!

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Filtro-prensa O filtro-prensa de placas é bastante utilizado no desaguamento de lodo, resultando em uma torta com cerca de 25 – 35% de matéria seca.

A filtração é realizada em placas revestidas de telas (elemento filtrante). O lodo é bombeado do adensador para essas placas, retendo a parte sólida junto às telas e deixando passar o líquido, que retorna à ETE.

Veja a animação disponível no moodle: Filtros e Prensas de Placas e Quadros.

Embora ainda contenha uma grande quantidade de água, a torta formada normalmente, pode ser manuseada sem maiores problemas.

Dimensionamento básicoDimensionamento básico de um filtro-prensa se resume basicamente em determinar o tamanho e o número de placas a serem utilizadas. Imagino que ninguém esteja pensando em construir um desses equipamentos.

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Então, para adquirir um filtro-prensa, vocês têm 2 caminhos: pedir ajuda ao fabricante ou fazer o dimensionamento básico.

Nos 2 casos, a ajuda do fabricante é importante, pois o especialista da área pode ajudar (e muito) na seleção do tipo de tela a ser utilizado, que está diretamente relacionado com o tipo de lodo a ser desaguado.

Então, para iniciar a negociação, é bom ter pelo menos uma ideia do tamanho do filtro que atenderá as necessidades da ETE.

Vamos lá...

Pensem em um volume de lodo de 2 m³ com uma consistência inicial de 2% e a final de 30%.

Temos 2 informações importantes: volume de lodo a ser tratado e massa final de lodo: 2 m³ e 4Kg

Qual o volume desse lodo após desaguamento?

2 m³ - 2 %

V - 30%

V= 133 L (Esse será o volume final de lodo).

Agora temos as variáveis de cada situação (leia-se: dependem das características do lodo)

• Quantos ciclos por dia?Issodependedequantashorassãonecessáriasparaodesaguamento.Éusualpensarem4-6h,masvocêspoderãoencontrarsituaçõesbemdiferentes.Essainformaçãopoderáserobtidatambématravésdotestededesaguamento.

• Volume da placa:omercadonosapresentaumavariedademuitograndedefornecedoresdefiltros-prensa.Masotamanhodasplacasépadronizado:40x40cm,60x60cm,etc.Essasdimensõessereferemaodiâmetrointernodaplaca,quejuntamentecomaespessuradatorta,poderemosencontrarovolumeútil.

Vejam um exemplo:

Uma placa de 40x40cm e com espessura de 2,5 cm contém que volume? 4 L

Então, se cada placa pode conter 4 L, quantas placas eu preciso?

N° Placas = Vlodo = 133 L = 33,25 ≈ 34 placas Vplaca 4 L

E se tivéssemos 2 ciclos por dia? Seria 133L ÷ 2 = 66,5

N° Placas = Vlodo = 66,5 L = 16,6 ≈ 17 placas Vplaca 4 L

E se fosse com placas de 60x60 cm? 9 L

N° Placas = Vlodo = 66,5 L = 7,4 ≈ 8 placas

Vplaca 9 L

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Mas vocês podem optar em pesquisar no site do fabricante e verificar quais as dimensões disponibilizadas.

Exemplo:

Centrífugas Este é um sistema de desaguamento que consiste na separação das fases sólida e líquida, através da utilização da força centrífuga, criada por um tambor em rotação.

O lodo é bombeado para a entrada do rotor. A força centrífuga causa sedimentação dos sólidos na parede desse rotor, enquanto que a rosca transportadora encaminha os sólidos para a saída do rotor. A água sai na outra extremidade.

Vejam essa animação disponível no site da Alfa Laval:

<http://www.alfalaval.com/showroom/pt-br/g3-decanter/como-funciona/>

O dimensionamento de centrífugas pode ser realizado através de consulta aos sites de fabricantes, onde as características de cada centrífuga podem ser verificadas. Talvez a principal delas seja a capacidade de desaguamento.

As vantagens do uso de centrífugas são a velocidade do desaguamento (bem superior a do filtro-prensa)

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e a concentração do lodo desaguado, que pode chegar a 40%. Já a desvantagem é seu elevado custo de implantação, comparado aos outros sistemas de desaguamento.

Uma situação bastante comum, mas pouco divulgada, é a necessidade de limpeza de lagoas de estabilização. No projeto de uma lagoa de estabilização, deve ter sido estimado um período para a realização da limpeza, ou melhor, da retirada do lodo acumulado ao longo dos anos.

Pois bem, embora muitas empresas “esqueçam” este detalhe, uma lagoa tem vida útil e caso não receba a devida manutenção, poderá entrar em colapso e não atingir a eficiência de remoção desejada. Devido principalmente à velocidade de desaguamento, para a limpeza de lagoas é recomendada a utilização de centrífugas, como demonstrado no exemplo a seguir:

Vejam essa a animação: Centrífuga

<Disponível em nosso moodle>

Prensa desaguadora Neste equipamento, o processo de desaguamento é efetuado primeiramente por gravidade, removendo grande quantidade de água nessa etapa. Em seguida, o lodo é prensado em esteiras, aplicando-se uma pressão contínua, onde é retirado o excesso de água. A torta (lodo desaguado) é raspada através de uma lâmina de raspagem.

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Embora sejam bastante utilizadas, as prensas desaguadoras têm sua limitação principalmente em relação ao tipo de lodo a ser desaguado. Lodo de sistemas primários de tratamento que contenham fibras ou pelos (indústria de celulose ou papel e curtumes, por exemplo) podem ser desaguados sem maiores problemas. Para alguns tipos de lodos biológicos, é obrigatório o uso de floculantes para auxiliar o desaguamento, porém, algumas vezes nem isso adianta.

Desaguamento em BAGs Para finalizarmos o desaguamento de lodo, apresento agora um novo tipo de instrumento que vem sendo divulgado como uma solução prática e barata: a utilização de BAGS (bolsas ou sacos) desidratadores.

O lodo é bombeado para o interior desses bags, confeccionados normalmente em tecidos sintéticos, que permitem a saída de água do lodo com a retenção dos sólidos nele contidos, atingindo uma concentração de sólidos entre 25 e 30%. Após, o lodo pode ser conduzido ao destino final com ou sem o bag.

Vejam esse dois vídeos que selecionei para vocês.

<http://www.youtube.com/watch?v=fm-JEEc1V4Q&feature=related><http://www.youtube.com/watch?v=Q8yyFyCUGjg&feature=related>

Atividade 6 - Desaguamento de lodo1. Dimensioneumfiltro-prensaparaodesaguamentode25m³delodobiológicocom1,5%deconsistência.

Obs: vocês selecionarão todas as variáveis: tamanho da placa, n° ciclos, consistência final, etc.

2. Dimensioneumsistemadedesaguamentoconstituídoporadensadoreleitodesecagemparaotratamento

de50m³delodocom0,8%deconsistência.

Dados: Taxa aplicação adensador: 50 Kg SS/m².d; tempo de secagem:15 dias; altura de carregamento de lodo: 30 cm

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Unidade C

Tratamento e destinação de lodo de ETEProcessos biológicosA utilização de processos biológicos no tratamento do lodo tem por objetivo promover a estabilização da matéria orgânica e a redução da toxicidade. Alguns dos principais exemplos de processos biológicos são:

• Compostagem

• Aplicaçãodiretaaosolo

• Digestãoanaeróbia

• Landfarming;

• Plantasemergentes,etc.

Vejamos alguns desses projetos:

CompostagemDefine-se como compostagem o processo controlado de transformação de resíduos sólidos orgânicos em um composto bioestabilizado, através da decomposição, oxigenação e oxidação.

É caracterizado pela degradação aeróbia e termofílica de resíduos orgânicos, sob condições controladas, realizada por microorganismos.

O processo é dividido em duas fases:

• Estabilização:fasetermofílica-temperaturapodeatingiraté70ºCdevidoàatividademicrobiana.

• Maturação: diminuiçãodatemperaturaatéatemperaturaambiente-ocorreumalentadegradaçãodeparteda

matériaorgânicaremanescente.

A compostagem de lodo de ETE ou de resíduos sólidos pode ser realizada em ambiente aberto ou fechado. Observem as fotos a seguir:

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Na compostagem aberta, o fornecimento de oxigênio é garantido pelo revolvimento diário. Na compostagem fechada, o oxigênio é fornecido por sopradores e a cobertura é de lona semipermeável, que permite a saída de umidade, mas não permite a entrada de água, como mostra a figura abaixo.

Embora pareça simples, não é tão fácil conduzir de forma adequada um processo de compostagem com lodo de ETE. Uma das dificuldades é a manutenção da umidade ideal e do balanço de nutrientes ideais, que normalmente não ocorre com lodos de ETE.

Muitas vezes é necessário aplicação de produtos químicos ou biológicos para correção dessas deficiências.

Mas não se iludam: na maioria das vezes, o produto da compostagem de resíduos não será um adubo. Para assim ser classificado, o composto gerado precisa ter características mínimas previstas na legislação.

Aplicação ao soloPrática bastante utilizada para disposição final de lodos de ETEs agroindustriais. Utiliza o lodo como fonte de nutrientes para o cultivo de diversas culturas e aproveita as características físicas, químicas e biológicas do solo e estabilização do resíduo.

Cuidados básicos:

• verificarotipodesolodaáreaaseraplicada;

• analisarosolodaárea;

• determinaraalturadolençolfreático;

• selecionaraculturaaserproduzida;

• verificarasnormasambientaisprevistaspeloórgãoresponsável.

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Unidade C

LandfarmingÉ uma forma de tratamento que utiliza o solo como suporte, onde se desenvolve um processo de biodegradação de resíduos utilizando-se os microrganismos presentes no solo, reações aeróbias e reações fotoquímicas. Sua aplicação é destinada ao tratamento de substâncias orgânicas de degradação lenta, como:

• petróleoeseusderivados;

• lodosdeindústriasdepetróleoedepetroquímica;

• resíduosdepreservantesdemadeiracomocreosotoepentaclorofenol;

• solventeshalogenados;

• resíduosdepesticidas.

Diferente da aplicação ao solo, citada anteriormente, nesse tipo de tratamento o solo serve também como destinação final do resíduo, porém seus contaminantes não são aproveitados, ou seja, não há efeito benéfico para o solo.

Para elaboração de um projeto de landfarming, são determinantes as seguintes informações:

• caracterização do solo:tipodesolo,característicasfísicas,químicasemicrobiológicas,alturadolençol,etc.;

• caracterização dos resíduos:característicasfísicas,químicasebacteriológicas,quantidadeaseraplicada;

• comportamento dos poluentes no solo:velocidadededegradação,graudesolubilidadedoscontaminantes,etc.;

• plano de operação:taxaeformadeaplicação;

• plano de monitoramento:instalaçãodepiezômetrosedefiniçãodosparâmetrosdemonitoramentodolençol,etc.;

• plano de fechamento:oquefazercomaáreadepoisdoencerramentodasatividades?

Observando a sequência de fotos a seguir, é possível ter uma boa ideia de como é a operação de uma área licenciada de landfarming:

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Outros processos de tratamentoEstá disponível na bibliografia que a utilização de processos físico-químicos e processos químicos, que vocês já devem ter vistos com outros professores.

Os Processos Físico-químicos (ex. encapsulamento) tem por objetivo promover a Inertização e redução da toxicidade.

Os Processos Químicos visam tanto à redução de volume como à redução de toxicidade. Os principais exemplos desse tipo de processo são a incineração e o coprocessamento.

Desses processos, os mais utilizados são a incineração (fora do Estado) e o coprocessamento em fornos de cimento.

Aproveitem o restante da aula para fazer os exercícios disponibilizados e tirem suas dúvidas. Os problemas apresentados servirão de base para a resolução das questões da prova.

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Exercícios

UNIDADE CATIVIDADES

Exercícios VII3. DetermineovolumedelodogeradoemumRBAcombasenosdadosaseguir,bemcomoovolumede

lodopós-adensamentoepós-desaguamento.

Dados:

VRBA=200m³;

SSTA=3.000mg.L-1;

SSlr=12.000mg.L-1;

IL=5dias;

TSadensado=3,5%;

TSdesaguado:25%

4. Dimensioneumfiltro-prensaparaodesaguamentode1,5m³.h-1delodocom2,5%deconsistência.

5. Qualaáreamínimanecessáriaparaodesaguamentodolodogeradonodecantadorprimárioemumleito

desecagem?

Dados:

SSE=2.000mg.L-1;

SSs=200mg.L-1;

Q=50m³.d-1;

TS=1%;

alturacarregamentodelodo=0,30m;

temposecagem:12dias

6. UmaETEgera10m³.d-1delodoprimárioe12,5m³.d-1delodosecundário.Dimensioneumadensadore

umfiltroprensaparaogerenciamentoconjuntodesseslodos,queapresentaumaconsistênciade1,5%.

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CADERNO DE RESPOSTASExercícios I7. Resposta:RO=18,4kgO2.d-1

8. Respostas:• RO=179,4kgO2.d-1

• RE≈17cv

Exercícios III1. Resposta:90kgO2.d-1

2. Resposta:1,9ha3.

a) Resposta:NãoatendeaopadrãodeDBO(60mg.L-1),P(3mg.L-1)eNitrogênioamoniacal(20mg.L-1)b) Resposta:3,85ha

4. Resposta:5.100m²(4.080m³devolumeútil)

Exercícios IV1. Respostas:

• VolumeRBA=400m³• Qd=16,67m³.d

Exercícios V1. Problema

a) adensador• -determineacargadesólidos:10m³.h-1x1%=2.400kgSS.d-1

• -selecioneataxadeaplicação:20KgSS.m-2.d-1

• -determineaáreadoadensador:2.400kgSS.d-1÷20KgSS.m-2.d-1=120m²• -determineodiâmetro=1,3m

b) volumedelodopós-adensamento:• 10m³.h-1-1%

• V-3,5% V=68,6m³.d-1

2. Problemaa) volumedelodobruto:• determineacargadesólidos:

• Qx(SSi–SSf)=100m³.d-1x(1.200mg.L-1–400mg.L-1)=160kgSS.d-1

• determineovolume:0,5%=5kg.m-3

• 5kg-1m3

• 160kg-xm³ X=32m³.d-1

b) volumedelodopós-adensamento• 32m³.d-1-0,5%• Y-2,5% Y=6,4m³.d-1

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Unidade C

c) adensador• determineacargadesólidos:160kgSS.d-1

• selecioneataxadeaplicação:80KgSS.m-2.d-1

• determineaáreadoadensador:160kgSS.d-1÷80KgSS.m-2.d-1=2m²• determineodiâmetro=1,6m

Exercícios VI1. Respostas:

• Volumepós-desaguamento:1,25m³(calculado)• N°ciclosdiários:4(adotado)• Teordesólidosdesejado:30%(adotado)• Tamanhodaplacadofiltroprensa:60x60cm(adotado)• Volumedaplaca:8,0L(dadodofabricante)• Númerodeplacas:40placas(calculado)

2. Respostas:• ÁreaAdensador:8m2(calculado)• Teordesólidospós-adensamento:2%(adotado)• Volumedelodopós-adensamento:20m³(calculado)• Tempo:16dias

• Árealeitodesecagem:1.067m²

Exercícios VII1. Respostas:

• LodoRBA=10m³.d-1

• Lodoadensado=3,4m³.d-1

• Lododesaguado=0,48m³.d-1

2. Respostas:• Volumedelodogerado:36m³(calculado)• Volumedelodopós-desaguamento:3m³(calculado)• N°ciclosdiários:6(adotado)• Teordesólidosdesejado:30%(adotado)• Tamanhodaplacadofiltroprensa:60x60cm(adotado)• Volumedaplaca:8,0L(dadodofabricante)

• Númerodeplacas:63placas(calculado)

3. Respostas:• Volumedelodogerado:9m³(calculado)• Temposecagem:13dias(adotado)

• Áreadoleitodesecagem:390m²

4. Respostas:• Taxaadensador:50kgSS.m-2.d-1

• Massadelodo:337,5KgSS(calculado)• ÁreaAdensador:6,75m2(calculado)• Teordesólidospós-adensamento:4%(estimado)• Volumedelodopós-adensamento:8,44m³(calculado)• N°ciclosdiários:4(adotado)• Teordesólidosdesejado:35%(adotado)• Tamanhodaplacadofiltroprensa:40x40cm(diâmetrointernoadotado)• Volumedaplaca:4,8L(calculadocom3cmespessuradatorta)• Númerodeplacas:50placas(calculado)

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