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RICARDO VICTOR DE OLIVEIRA BARROS
VERIFICAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO DE UMA
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO DE UM
HOSPITAL
NATAL-RN
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Ricardo Victor de Oliveira Barros
Verificação do dimensionamento de uma estação de tratamento de esgoto de um hospital
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade
Monografia, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do Título de Bacharel
em Engenharia Civil.
Orientador: Profa. Dra. Juliana Delgado Tinôco
Coorientador: Prof. Marcos André Capitulino de
Barros Filho
Natal-RN
2017
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Sistema de Bibliotecas – SISBI
Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede
Barros, Ricardo Victor de Oliveira.
Verificação do dimensionamento de uma estação de tratamento de
esgoto de um hospital / Ricardo Victor de Oliveira Barros. - 2017.
67 f. : il.
Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do
Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Civil. Natal, RN,
2017.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Juliana Delgado Tinôco.
1. Tratamento de esgoto – Monografia. 2. Reator UASB – Monografia.
2. Biofiltro – Monografia. 3. Desinfecção por UV - Monografia. 4. Esgoto
hospitalar - Monografia. I. Tinôco, Juliana Delgado. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 628.2/3
Ricardo Victor de Oliveira Barros
Verificação do dimensionamento de uma estação de tratamento de esgoto de um hospital
Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Monografia, submetido ao Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do título de Bacharel em
Engenharia Civil.
Aprovado em 14 de junho de 2017:
___________________________________________________
Profa. Dra. Juliana Delgado Tinôco - Orientadora
___________________________________________________
Prof. Eng. Marcos André Capitulino de Barros Filho - Coorientador
___________________________________________________
Prof. Dr. Helio Rodrigues dos Santos – Examinador interno
___________________________________________________
Profa. Enga. Larissa Caroline Saraiva Ferreira – Examinador interno
Natal-RN
2017
DEDICATÓRIA
Aos meus pais, Maria da Glória de Oliveira e Ricardo Pontes Celestino de Barros
AGRADECIMENTOS
Faz-se necessário agradecer nominalmente àqueles que diretamente ou
indiretamente, participaram, de alguma forma, na elaboração desta tese. Desta forma,
expresso aqui os meus mais sinceros agradecimentos:
Ao Professor Cícero Onofre, que inicialmente foi meu orientador e me inspirou a
conhecer mais sobre a área de saneamento, mas infelizmente faleceu durante a elaboração
deste trabalho.
À minha orientadora Professora Juliana Tinôco, por sua paciência e orientação
atenciosa.
Aos professores Marcos Barros, Larissa Ferreira e Helio do Santos, pelos
ensinamentos e apoio na elaboração deste trabalho.
À minha querida família, por me oferecer suporte financeiro e emocional durante
todo o curso.
À minha amada namorada, Beatriz Negreiros (Bibi) e Amanda Sousa Araujo
(Mandinha), as quais são minhas melhores amigas e sem elas não teria chegado até aqui.
Ao Otto, meu companheiro de todas as horas e que sempre esteve comigo.
Aos colegas de faculdade, pelos momentos de alegria e dificuldades compartilhados
nesse árduo caminho da formação em Engenharia. Aos amigos de uma vida toda, que fazem
parte do grupo “Penteto”.
Ricardo Victor de Oliveira Barros
RESUMO
Verificação do dimensionamento de uma estação de tratamento de esgoto de um hospital
Este trabalho verificou o dimensionamento de uma estação de tratamento de esgoto (ETE)
com vazão média afluente de 1,02 L/s, que trata esgoto tipicamente doméstico. A ETE é
composta por gradeamento, tanque de equalização, reator de manta de lodo, filtro biológico
aerado submerso (FBAS), decantador secundário e desinfecção com luz ultravioleta. O
trabalho foi realizado em duas etapas: a primeira consistiu na medição das dimensões e
observação das características relevantes ao dimensionamento dos reatores, assim como a
coleta de informações técnicas das bombas e do fotorreator. Na segunda etapa foi verificado o
dimensionamento dos reatores a partir da comparação dos parâmetros calculados e medidos
com as recomendações da literatura pesquisada. A verificação do reator de manta de lodo
mostrou que alguns elementos geométricos não estão de acordo com o recomendado, que
foram: altura do compartimento de decantação; superposição do defletor de gás; altura dos
tubos de distribuição; número de pontos de descarte e coleta de lodo. Além disso, observou-se
que o reator se encontra com valores de velocidade superficial e tempos de detenção
hidráulica fora dos limites estabelecido por Chernicharo (2007). Verificou-se que o FBAS
atendeu aos critérios de aeração e volume de meio de suporte necessários para atingir a
qualidade esperada de um efluente tratado por UASB seguido de biofiltro. Também foi
verificado que a potência dos sopradores, os quais fornecem ar para o FBAS, são superiores
do necessário para promover um tratamento sem nitrificação. O decantador secundário,
considerando-se que foi projetado como decantador convencional, tem menos da metade da
área em planta necessária para atender a configuração do ETE estudada. O sistema de
desinfecção por ultravioleta se mostrou subdimensionado e com número insuficiente de
lâmpadas de mercúrio. Dessa forma, foi constatado que a estação não tem dimensões
coerentes para tratar o volume de esgoto doméstico gerado pelo hospital, porém este trabalho
recomenda mudanças a fim otimizar o funcionamento da estação.
Palavras-chave: Reator UASB; Biofiltro; UV; Esgoto.
ABSTRACT
Size assessment of a hospital’s sewage treatment station
This research evaluated the size of a sewage treatment station (STS) with a average flow rate
of 1,02 L/s, which typically treats domestic sewage.The STS is composed of railing,
Equalization Tank, Sludge Blanket Reactor, followed by submerged Biological Aerated Filter
(BAF), Secondary Decanter and Ultraviolet Light treatment.The work was done in two stages:
the first stage was the sizing of dimensions and the observation of the reactor characteristics,
as well as the gathering of technical information about the pumps and the photoreactor.On the
second stage the reactors’ size was assessed and compared to the parameters and guidelines
recommended by the researched literature. The verification of the Sludge Blanket Reactor
showed that some geometric features were not according to the recommended, namely: the
height of the decanting compartment; overlap of gas deflector; height of the distribution pipes;
number of spots for disposal and collection of iodine.Furthermore, we noticed that the reactor
had superficial speed and hydraulic holding timing outside of the limits established by
Chernicharo (2007). We noticed that the BAF is in accordance with the aeration and support
volume criteria required to achieve the expected quality of effluent treated by a UASB
followed by a biofilter. We also verified the strength of the blowers that supply air to the
BAF. They are better than necessary to provide treatment with no nitrification. The secondary
decanter, that was designed as standard decanter, has less than half of the blueprint area
necessary to meet the needs of the studied STS. The Ultraviolet light treatment system is
undersized and with a insufficient number of mercury bulbs. Because of all that, we
concluded that the analysed station does not has the correct size to treat the volume of
domestic sewage generated by the hospital, and this paper recommends changes in order to
optimize the functioning of such station.
Keywords: UASB Reactor; Biofilter; UV; Wastewater.
ÍNDICE GERAL
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 18
1.1 Considerações iniciais .............................................................................................. 18
1.2 Objetivos .................................................................................................................. 18
1.3 Estrutura do trabalho ................................................................................................ 19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 20
2.1 Dados preliminares para o dimensionamento .......................................................... 20
Caracterização da qualidade do esgoto ...................................................... 20 2.1.1
Caracterização da quantidade de esgoto .................................................... 21 2.1.2
2.2 Os reatores UASB .................................................................................................... 22
2.3 Dimensionamento dos reatores UASB .................................................................... 24
Pré-tratamento ............................................................................................ 24 2.3.1
Carga hidráulica volumétrica e tempo de detenção hidráulica .................. 25 2.3.2
Carga orgânica volumétrica ....................................................................... 25 2.3.3
Carga biológica (carga de lodo) ................................................................. 25 2.3.4
Velocidade superficial de fluxo ................................................................. 26 2.3.5
Separador trifásico ..................................................................................... 26 2.3.6
Eficiência de reatores UASB ..................................................................... 27 2.3.7
Produção e coleta de biogás ....................................................................... 27 2.3.8
Produção de lodo ....................................................................................... 28 2.3.9
2.4 Biofiltro aerado e decantador secundário................................................................. 28
Parâmetros para o dimensionamento do FBAS e decantador secundário . 30 2.4.1
2.5 Desinfecção de esgoto por UV ................................................................................ 31
Parâmetros para o dimensionamento do sistema de UV ............................ 34 2.5.1
3 METODOLOGIA ................................................................................................................ 37
3.1 Descrição da ETE..................................................................................................... 37
3.2 Levantamento de dados ............................................................................................ 38
3.3 Descrição do sistema e considerações de dimensionamento ................................... 41
Reator UASB ............................................................................................. 41 3.3.1
FBAS e decantador secundário .................................................................. 43 3.3.2
Sistema de desinfecção UV ....................................................................... 46 3.3.3
4 RESULTADOS ................................................................................................................... 48
4.1 Dimensionamento do reator UASB ......................................................................... 48
4.2 Dimensionamento do FBAS e decantador secundário ............................................. 50
4.3 Dimensionamento do sistema de desinfecção por UV............................................. 51
5 DISCUSSÃO ....................................................................................................................... 52
5.1 Dimensionamento do UASB .................................................................................... 52
5.2 Dimensionamento do FBAS e decantador secundário ............................................. 53
5.3 Dimensionamento do fotorreator ............................................................................. 54
6 CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 56
7 RECOMENDAÇÕES .......................................................................................................... 57
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................... 59
APÊNDICES ............................................................................................................................ 62
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA PÁGINA
1 Layout do sistema que trata o esgoto proveniente dos banheiros,
cozinha e laboratório do hospital
38
2 Corte esquemático do reator UASB da ETE 42
3 Corte esquemático do corte do reator FBAS da ETE 44
4 Corte esquemático do corte do decantador secundário da ETE 46
5 Fotorreator da ETE 47
ÍNDICE DE QUADROS
QUADRO PÁGINA
1 Vantagens e desvantagens do processo de tratamento anaeróbico 23
2 Vantagens e desvantagens do uso de UV para desinfecção de esgoto 32
3 Impacto dos constituintes do esgoto no uso de UV para desinfecção 33
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA PÁGINA
1 Características físico-químicas do esgoto doméstico 20
2 Faixas de concentração de microrganismos usualmente encontrados
em esgoto doméstico não tratado
21
3 Coeficientes multiplicadores de vazão recomendados para projeto 22
4 Tempos de detenção hidráulica para projetos de reatores UASB 25
5 Velocidades superficiais recomendadas para reatores UASB, para
tratar esgotos domésticos
26
6 Velocidade através da abertura de passagem para o compartimento de
decantação decantador
26
7 Taxas de aplicação superficial e tempo de detenção hidráulica no
compartimento de decantação
26
8 Resumo de parâmetros do dimensionamento de ETEs do tipo UASB
+ BFs
30
9 Taxa de aplicação para projeto de decantadores secundários após
biofiltros
31
10 Decaimento de microrganismos no tratamento primário e secundário 32
11 Caracterização dos equipamentos constituintes da ETE 39
12 Resumo parâmetros físico-químicas, em mg/L, de quatro meses
consecutivos do esgoto bruto
39
13 Análises de coliformes termotolerantes do esgoto bruto afluente a
ETE
39
14 Medições de pH e temperatura no esgoto bruto da ETE por três dias 40
15 Vazões medidas do afluente da ETE e vazões estimadas pelo método
da SABESP (2012)
41
16 Verificação dos parâmetros calculados do UASB 48
17 Verificação dos parâmetros medidos do UASB 49
18 Verificação dos parâmetros calculados do FBAS e do decantador
secundários
50
19 Parâmetros de cálculo para a obtenção do número de lâmpadas
necessário no sistema de desinfecção por UV
51
SIMBOLOGIA
SÍMBOLO SIGNIFICADO
°C Graus Celsius
Ab Absorbância do esgoto
A dec. real Área do decantar instalado
A dec. req. Área em planta do decantador secundário requerida
Acomp. Dec. Área em planta do compartimento de decantação do reator UASB
A Área de influência dos tubos de distribuição do UASB
Asup Área superficial específica do meio de enchimento
C Comprimento da lâmpada
Cb Carga biológica
CCH4 Concentração de metano no biogás
Clodo Concentração do lodo
cm Centímetros
CODQO Carga de DQO aplicada ao sistema
Cs Carga orgânica superficial aplicada
CSST Concentração de sólidos suspensos totais
Cv Carga orgânica volumétrica
cv Cavalo vapor
CvDBO a-UASB Carga orgânica volumétrica afluente do reator UASB em DBO
CvDBO e-UASB Carga orgânica volumétrica efluente do reator UASB em DBO
CvDQO a-UASB Carga orgânica volumétrica afluente do reator UASB em DQO
CvDQO e-UASB Carga orgânica volumétrica efluente do reator UASB em DQO
CHV Carga Hidráulica Volumétrica
d Dia
Dav Dose aplicada por volume
DQOCH4 Carga de DQO convertida em metano
Dr Dose recebida por volume
E Eficiência de remoção de DQO ou DBO
e Espaçamento entre as lâmpadas
E tu Fator redutor de eficiência por tempo de utilização
E DBO UASB Eficiência de um reator em relação a DBO
E DQO UASB Eficiência de um reator em relação a DQO
E Faixa254nm Fator redutor de potência para a faixa de frequência luminosa de
desinfeção
Eenv Fator redutor de potência por invólucro de quartzo
f(T) Fator de correção para temperatura operacional do reator
g Gramas
h Horas
H2S Sulfeto de Hidrogênio
I Intensidade de radiação ultravioleta na profundidade x
Io Intensidade de radiação ultravioleta na superfície
k Velocidade de decaimento
KDQO DQO correspondente a um mol de CH4
kg Quilogramas
Kg Taxa de liberação de biogás
L Litros
l Espessura da lâmina líquida ou trajetória percorrida pela radiação
ultravioleta
M Massa de microrganismos presentes no reator
m² Metro quadrado
m³ Metro cúbico
mg Miligramas
ml Mililitro
mm Milímetros
mW Miliwatt
N Concentração de microrganismos no esgoto bruto
N° Número de lâmpadas
nm Nanômetros
No Concentração de microrganismos no esgoto tratado
p Pressão atmosférica
P Fósforo
P efet. Potência efetiva
P nominal Potência nominal da lâmpada de mercúrio
Ph Potencial hidrogeniônico
Q Vazão
Q ar fornecida Vazão de ar fornecida ao sistema
Q ar requerida Vazão de ar requerida pelo sistema para o funcionamento
adequado do FBAS
Q bomb Vazão das bombas de recalque
Q pond Vazão ponderada das bombas de recalque
q Qbomb Taxa de aplicação no compartimento de decantação para vazão da
bomba de recalque
q Q pond Taxa de aplicação no compartimento de decantação para vazão
ponderada
qa Taxa de escoamento superficial
qamáx Taxa de escoamento superficial máximo
Qar Vazão de ar necessário para alimentar o sistema
Qbiogás Produção volumétrica de biogás
QCH4 Produção volumétrica de metano
Qmed Vazão média
S Concentração de DBO ou DQO efluente
s Segundos
So Concentração do substrato afluente ou concentração de DBO/DQO
afluente
t Tempo de detenção hidráulica ou tempo de exposição
T Temperatura operacional do reator
Tdec Qbomb Tempo de detenção hidráulica no compartimento de decantação
para vazão da bomba de recalque
Tdec Qbomb pond Tempo de detenção hidráulica no compartimento de decantação
para vazão ponderada
Tx ar Taxa de aeração
V Volume total do reator
V abertura Velocidade do afluente através da abertura para o compartimento
de decantação
V des. Volume desinfetado
V esp. Volume esperado
V fot. Volume do fotorreator de UV
V lodo dec Volume de lodo sedimentado no decantador
V suporte real Volume do meio de suporte disponível no FBAS
Vlodo Produção volumétrica de lodo
Vs Velocidade superficial
Y Coeficiente de produção de sólidos no sistema
Y FBAS Coeficiente de produção de sólidos no FBAS
Yobs Coeficiente de produção de sólidos em termos de DQO
α Coeficiente de extinção
γ Massa específica do lodo
18
1 INTRODUÇÃO
1.1 Considerações iniciais
As estações de tratamento de esgoto (ETEs) objetivam diminuir os poluentes
encontrados no esgoto, principalmente a material orgânica, nutrientes e patógenos. Isso
porque o tratamento ineficiente de esgotos, ou a falta dele, pode contribuir para inúmeras
doenças parasitárias e infecciosas além da degradação do meio ambiente. As doenças
transmitidas por uma disposição inadequada de esgoto são responsáveis por elevados índices
de mortalidade em países em desenvolvimento. Outra razão importante para tratar esgoto é a
preservação de corpos d’água, pois as substâncias presentes no esgoto exercem ações
deletérias como diminuição do oxigênio dissolvido que causa a morte de organismos
aquáticos, eutrofização, escurecimento da água e geração de odores desagradáveis.
A implementação das ETEs é tão importante quanto o seu correto dimensionamento,
pois a composição do esgoto é bastante variável dependendo de sua origem. Portanto, para um
eficiente tratamento, o projeto da estação deve ser coerente com a o tipo de esgoto a ser
tratado, a fim de que sua eficiência não seja comprometida. Para isso, os parâmetros de
projeto devem ser considerados, como vazões afluentes, carga orgânica, temperatura, entre
outros.
Além das doenças e deterioração dos corpos hídricos, o mau dimensionamento das
ETEs pode acarretar no consumo desnecessário de energia elétrica e produtos químicos
utilizados no tratamento do esgoto, assim como mau uso do terreno. Esses fatores aumentam
o custo de operação. Outra consequência negativa de um projeto ineficiente é a geração de um
efluente final que não atende aos padrões legais de lançamento ou às concentrações de
mistura.
Diante do exposto, este trabalho tem como objetivo geral verificar se o
dimensionamento de uma ETE de um hospital localizado em Natal/RN, o qual tem como
jusante o rio Potengi, é adequado para o tratamento do esgoto afluente a estação.
1.2 Objetivos
O objetivo geral deste trabalho é verificar o dimensionamento de uma estação de
tratamento de esgoto composta por um Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (Upflow
19
Anaerobic Sludge Blanket Reactor – UASB), Filtro Biológico Aerado Submerso (FBAS),
decantador secundário e sistema de desinfecção por radiação ultravioleta (UV).
Os objetivos específicos deste trabalho são:
Verificar divergências entre o dimensionamento do sistema e as recomendações
da literatura;
Propor alterações no sistema a fim de otimizar o seu funcionamento.
1.3 Estrutura do trabalho
Este trabalho está dividido em 7 capítulos.
O Capítulo 2 apresenta uma revisão bibliográfica do tema dimensionamento das
unidades de tratamento de esgoto estudadas neste trabalho, descrevendo a sua tecnologia e
seus parâmetros de projeto.
No Capítulo 3 a metodologia é explicada para a obtenção dos dados relevantes para
o dimensionamento da estação e a descrição das unidades de tratamento que compõem a ETE.
O Capítulo 4 traz os resultados encontrados na verificação do dimensionamento
comparados com os parâmetros limites recomendados pela literatura.
O Capítulo 5 discute os resultados obtidos e suas consequências no funcionamento
da estação.
No Capítulo 6, tem-se as conclusões obtidas neste estudo.
Por fim, o Capítulo 7 apresenta uma série de recomendações para melhoria da
estação estudada.
20
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Dados preliminares para o dimensionamento
Caracterização da qualidade do esgoto 2.1.1
O esgoto doméstico é constituído por 99,9% de água e o restante é composto por
sólidos orgânicos e inorgânicos, suspensos e dissolvidos, bem como microrganismos.
Portanto, é devido a essa pequena fração de 0,1% que o esgoto precisa ser tratado. Essa
parcela que contamina a água é constituída por diversos compostos como lipídeos e proteínas.
Entretanto, não é do interesse do projetista definir esses compostos, pois sua identificação
demanda uma série de análises laboratoriais complexas e não são diretamente úteis como
parâmetros de projeto e operação. Sendo assim, utilizam-se parâmetros indiretos (físicos,
químicos e biológicos) para determinar o potencial poluidor do despejo em questão (VON
SPERLING, 2014). Na Tabela 1, são apresentados os principais parâmetros físico-químicos
que caracterizam um esgoto tipicamente doméstico e na Tabela 2, têm-se as faixas de
concentração dos principais microrganismos encontrados nesse tipo de efluente.
Tabela 1– Características físico-químicas do esgoto doméstico
Parâmetro
Contribuição
percapta
(g/habitante.dia)
Concentração
Faixa Típico
Unidade Faixa Típico
1. Sólidos sedimentáveis
120-220 180
mg/L 700-130 110
1.1 Em suspensão
35-70 60
mg/L 200-450 350
1.2 Dissolvidos
85-150 120
mg/L 500-900 700
2. Sedimentáveis
- -
mL/L 10-20 15
3. Matéria orgânica
3.1 DBO5
40-60 50
mg/L 250-400 300
3.2 DQO
80-120 100
mg/L 450-800 600
3.3 DBO último
60-90 75
mg/L 350-600 450
4. Nitrogênio total
6-10 8,0
mgN/L 35-60 45
4.1 Nitrogênio orgânico
2,5-4 3,5
mgN/L 15-25 20
4.2 Amônia
3,5-6 4,5
mgNH3-N/L 20-35 25
4.3 Nitrato
≈ 0 ≈ 0
mgNO2-N/L ≈ 0 ≈ 0
4.4 Nitrito
0-0,2 ≈ 0
mgNO3-N/L 0-1 ≈ 0
5. Fósforo
0,7-2,5 1,0
mgP/L 4-15 7
6. PH
- -
- 6,7-8,0 7,0
7. Alcalinidade
20-40 30
mgCaCO3/L 100-250 200
8. Metais pesados
≈ 0 ≈ 0
mg/L traços traços
9. Compostos inorgânicos
tóxicos ≈ 0 ≈ 0 mg/L traços traços Fonte: Adaptado de VON SPERLING, 1996.
21
Tabela 2 – Faixas de concentração de microrganismos usualmente encontrados em esgoto doméstico não tratado
Microrganismo Contribuição per capta
(organismos/habitante.dia) Concentração (org/100mL)
Bactérias totais 1012
a 1013
109 a 10
10
Coliformes totais 109 a 10
12 10
6 a 10
9
Escherichia coli 108 a 10
11 10
5 a 10
8
Estreptococos fecais 108 a 10
9 10
5 a 10
6
Cistos de protozoários <106
<103
Ovos helmintos <106
<103
Vírus 105 a 10
7 10
2 a 10
4
Fonte: VON SPERLING, 1996.
Caracterização da quantidade de esgoto 2.1.2
Para projetar estações de tratamento de esgoto, utiliza-se a vazão média de consumo
de água multiplicada pelo coeficiente de retorno e, portanto, é necessário o conhecimento da
população final do plano. Para tanto, utiliza-se métodos matemáticos para estimar qual será
essa população consumidora. Os métodos mais conhecidos para a projeção do crescimento
populacional são: crescimento aritmético, crescimento geométrico e taxa decrescente de
crescimento (VON SPERLING, 2014). Esses métodos de projeção populacional, usualmente,
não se aplicam a empreendimentos, como centros comerciais ou hospitais, por causa da
dificuldade de se prever quanto e se o empreendimento crescer. Assim sendo, projeta-se
estações compactas para tratar a vazão de esgoto gerado pelo empreendimento, com base no
seu número de usuários e o tipo de uso da água.
Para o cálculo da vazão média de consumo de água em hospitais de quaisquer
tamanhos, a SABESP (2012) sugere a utilização da Equação 1.
𝑄 = 2,9 × (𝑛° 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛á𝑟𝑖𝑜𝑠) + 11,8 × (𝑛° 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑠𝑎𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑎𝑠) + 2,5
× (𝑛° 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜𝑠) + 280
(1)
O sistema deve estar preparado para receber vazões de pico, sem que haja
comprometimento da qualidade do afluente final. Para se estimar as vazões de pico que
possam afluir na ETE, adotam-se os coeficientes multiplicadores de vazão média,
recomendados pela norma brasileira NBR9649:1986, como mostrado na Tabela 3.
22
Tabela 3 – Coeficientes multiplicadores de vazão recomendados para projeto
Coeficiente Nomenclatura Valor
Dia de maior consumo k1 1,2
Hora de maior consumo k2 1,5
Hora de menor consumo k3 0,5
Coeficiente de retorno C 0,8 Fonte: ABNT, 1986.
Para se estimar as vazões afluentes ao sistema, utiliza-se as Equações 2, 3 e 4.
𝑄𝑚é𝑑 𝑎𝑓𝑙𝑢 = 𝑄𝑚é𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑠 × 𝐶 (2)
𝑄𝑚á𝑥 = 𝑘1 × 𝑘2 × 𝑄𝑚é𝑑 𝑎𝑓𝑙𝑢 (3)
𝑄𝑚í𝑛 = 𝑄𝑚é𝑑 𝑎𝑓𝑙𝑢 × 𝑘3 (4)
em que Qméd aflu é a vazão média afluente a ETE [m³/h]; Qméd cons é a vazão média
consumida [m³/h]; Qmáx é a vazão máxima horária [m³/h]; e Qmín é a vazão mínima [m³/h].
2.2 Os reatores UASB
O UASB é um reator anaeróbio que pode ser construído de fibra de vidro ou de
concreto. Nesse último, é importante atentar para a proteção à corrosão. Uma densa camada
de lodo, portadora de boas características de sedimentação, é formada no fundo do reator.
Acima do leito do lodo, desenvolvesse uma zona de crescimento bacteriano mais disperso,
denominada de manta de lodo. O reator é composto, também, por um separador trifásico, que
tem a finalidade de separar as fases sólida, líquida e gasosa do afluente. Gases podem ser
formados em consequência da decomposição de material orgânico. Eles são direcionados
pelos defletores de gases e, posteriormente, canalizados. O período mais crítico de um reator
UASB é na sua partida, quando o lodo está no processo de desenvolvimento. Inicialmente, o
reator deve ser alimentando com baixas taxas de esgoto, aumentando progressivamente
(CHERNICHARO, 2007).
No reator UASB, a biomassa cresce no meio, ficando em suspensão. O afluente entra
pelo fundo do reator e tem o primeiro contato com o leito de lodo, onde começa a ser
digerido. Devido à capacidade do sistema de retenção de biomassa e a idade do lodo, a
recirculação de esgoto pode não ser necessária e o tempo de detenção é bastante reduzido, da
ordem de 6 a 10 horas (SPERLING, 2014).
A manta de lodo que fica suspensa dentro do reator UASB é composta por grânulos.
Esses grânulos são conglomerados de microrganismos e utilizam a via anaeróbia para a
produção de energia. Essa conformação física confere ao lodo uma boa taxa de sedimentação,
23
permitindo que os grânulos possam vencer os fluxos ascendentes de esgoto dentro do reator.
Os grânulos são resistentes às forças de cisalhamento decorrentes das movimentações
hidráulicas e constituem um nicho que protegem os microrganismos de variações físicas ou
possíveis substâncias tóxicas que possam permear o meio (TIWARI et al., 2006).
De acordo com Metcalf & Eddy (2002), a concentração de sólidos pode variar entre 50
e 100 g/L, no fundo do reator, e de 5 a 40 g/L na parte mais difusa do topo, onde os grânulos
podem variar de tamanho, entre 1 a 3 milímetros.
A utilização de reatores de manta de lodo já é uma realidade em países de clima
tropical, como Colômbia, Índia, Brasil, em países do oriente médio e no continente da África.
O clima quente favorece o funcionamento de reatores anaeróbios e o seu uso passa a ser
bastante vantajoso para países em desenvolvimento, pois o sistema apresenta as seguintes
vantagens: baixo custo de operação, baixo consumo de energia elétrica (quando comparado a
sistemas aerados mecanizados) e pode alcançar satisfatória eficiência de remoção em DQO
(Demanda Química de Oxigênio) e DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), da ordem de
65% a 75% (CHERNICHARO, 2007).
O projetista de um sistema de tratamento anaeróbio deve analisar suas vantagens e
desvantagens, assim como também considerar fatores econômicos e técnicos para adequar
esse tipo de tratamento de águas residuárias ao contexto da localidade onde ele se insere.
Algumas dessas vantagens e desvantagens desse sistema são listadas no Quadro 1.
Quadro 1 – Vantagens e desvantagens do processo de tratamento anaeróbico
Vantagens Desvantagens
Menor energia requerida Longos períodos para a partida do sistema
Respostas rápidas por adição de substrato
após um longo período sem alimentação
Pode requerer manutenção de alcalinidade ou adição
de íons
Produção de metano, potencial fonte de
energia
Pode requerer tratamento posterior por tratamento
aeróbico para alcançar os requisitos de lançamento
Menos nutrientes requeridos Não é possível a remoção biológica de nitrogênio e
fósforo
Reatores de menor volume requerido Mais sensível ao abaixamento de temperatura quanto
as taxas de reações
A maioria dos compostos orgânicos podem
ser degradados
Podem ser mais susceptíveis a perturbações devido a
substâncias tóxicas
Menor produção de lodo Produção potencial de maus odores e gases corrosivos
Fonte: Adaptado de METCALF & EDDY, 2002.
24
A degradação por via anaeróbia apresenta maior grau de complexidade biológica do
que por vias aeróbias. As principais biotransformações que ocorrem dentro dos reatores são
(SANT’ANNA JÚNIOR, 2013):
Hidrólise das substâncias orgânicas complexas: consiste na diminuição dA
substância de elevada massa molar (proteínas, polissacarídeos, lipídios, ácidos
nucleicos) em partículas menores, através da ação de enzimas hidrolíticas.
Fermentação ácida: etapa na qual ocorre a geração de ácidos voláteis, a partir do
processo de fermentação das substâncias resultantes da hidrólise.
Fermentação acetogênica: os ácidos de maior cadeia são transformados em
ácidos de um ou dois carbonos com a produção de oxigênio. As bactérias
acetogênicas existem em sintrofia com as metanogênicas.
Metanogênese: etapa crucial da digestão da matéria orgânica, sendo esta
caracterizada pela mineralização da matéria orgânica em metano.
2.3 Dimensionamento dos reatores UASB
Introduz-se, nos itens a seguir, as principais diretrizes, critérios e parâmetros para
projeto de reatores UASB apresentados por Chernicharo (2007); porém, segundo o mesmo
autor, ainda não existe um roteiro claro e acessível aos projetistas, sobre o dimensionamento
deste sistema.
Pré-tratamento 2.3.1
A entrada de sólidos não biodegradáveis no sistema pode ser altamente prejudicial ao
reator, levando a criação de zonas mortas e caminhos preferenciais dentro da manta de lodo.
Portanto, para se obter um bom funcionamento, é necessária cautela no dimensionamento e
operação do tratamento preliminar. Para estações de pequeno porte, é recomendada a
utilização de grade média, com espaçamento entre 20 e 40 mm, seguida de grades finas, com
aberturas entre 10 e 15mm e/ou ultrafinas, com aberturas entre 6 e 10mm. Para utilização de
desarenador de fluxo horizontal, deve-se considerar taxa de escoamento superficial máximas
de 1000m³/m².d (CHERNICHARO, 2007).
25
Carga hidráulica volumétrica e tempo de detenção hidráulica 2.3.2
A Equação 5 mostra como calcular a carga hidráulica e na Equação 6, obtém-se o
tempo de detenção.
𝐶𝐻𝑉 =
𝑄
𝑉
(5)
em que CHV é a carga hidráulica volumétrica [m³/m³.d]; Q é a vazão [m³/d]; e V é o volume
total do reator [m³].
𝑡 =
1
𝐶𝐻𝑉
(6)
em que t é o tempo de detenção hidráulica [d].
A adoção de tempos de detenção inadequados pode ocasionar a ineficiência do
sistema em remover matéria orgânica do esgoto, uma vez que o consumo dessa está
diretamente relacionado com o tempo que o esgoto permanece dentro do reator. Na tabela 4
são mostrados os limites mínimos para tempos de detenção hidráulica quando o sistema está
sob regime de vazões médias e máximas.
Tabela 4 – Tempos de detenção hidráulica para projetos de reatores UASB
Temperatura do esgoto (°C) Tempo de detenção hidráulica
Q media Q máxima
15 a 18 ≥ 10,0 ≥ 7,0
18 a 22 ≥ 8,0 ≥ 5,5
22 a 25 ≥ 7,0 ≥ 4,5
> 25 ≥ 6,0 ≥ 4,0 Fonte: CHERNICHARO, 2007.
Carga orgânica volumétrica 2.3.3
A Equação 7 mostra como calcular a carga orgânica volumétrica o parâmetro deve
ser calculado.
𝐶𝑣 =
𝑄𝑥𝑆𝑜
𝑉
(7)
em que Cv é a carga orgânica volumétrica [kgDQO/m³.d]; Q é a vazão [m³/d]; So é a
concentração de substrato afluente [kgDQO/m³]; e V é o volume total do reator [m³].
Carga biológica (carga de lodo) 2.3.4
A carga biológica pode ser calculada como mostrado na Equação 8.
26
𝐶𝑏 =
𝑄𝑥𝑆𝑜
𝑀
(8)
em que Cb é a carga biológica [kg DQO/kg STV.dia]; Q é a vazão [m³/d]; So é a
concentração de substrato afluente [kgDQO/m³]; e M é a massa de microrganismos presentes
no reator [kg STV].
Velocidade superficial de fluxo 2.3.5
Os limites de velocidade superficial de fluxo são mostrados na Tabela 5.
Tabela 5 – Velocidades superficiais recomendadas para reatores UASB, para
tratar esgotos domésticos
Vazão do afluente Velocidade superficial (m/h)
Vazão média 0,5 a 0,7
Vazão máxima diária ≤ 1,1
Vazão horária ≤ 1,5 Fonte: Adaptado de Lettinga & Hulshoff Pol, 1995.
Separador trifásico 2.3.6
Para se calcular a taxa de liberação e gás pode-se utilizar a Equação 9.
𝐾𝑔 =
𝑄𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠
𝐴𝑖
(9)
em que Kg é a taxa de liberação de biogás [m³/m².h]; Qbiogás é a produção volumétrica de
biogás [m³/h]; e Ai é a área da interface líquido-gás [m²].
Tabela 6 – Velocidade através da abertura de passagem para o compartimento
de decantação decantador
Vazão do afluente Velocidade (m/h)
Vazão média ≤ 2,5
Vazão máxima diária ≤ 4,0
Vazão máxima horária < 5,5 Fonte: CHERNICHARO, 2007.
Na Tabela 7, são apresentados os limites máximos de taxa de aplicação superficial e
mínimos de tempo de detenção hidráulica para os compartimentos de decantação dento do
reator UASB.
Tabela 7 – Taxas de aplicação superficial e tempo de detenção hidráulica no compartimento de decantação
Vazão afluente Taxa de aplicação superficial
(m/h) Tempo de detenção hidráulica (h)
Vazão média ≤ 0,8 ≥ 1,5
Vazão máxima ≤ 1,2 ≥ 1,0
Picos temporários * <1,5 ≥ 0,6 Fonte: CHERNICHARO, 2007.
(*) vazões com duração de duas horas.
27
Eficiência de reatores UASB 2.3.7
Para reatores que funcionam sob as seguintes condições: temperatura variando entre
20 e 27 °C, concentração de DQO entre 300 e 1400 mg/L e de DBO entre 150 e 850 mg/L.
Pode-se utilizar as Equações 10 e 11
𝐸𝐷𝑄𝑂 = 100 × (1 − 0,68 × 𝑡−0,35) (10)
em que EDQO é a eficiência do reator UASB em termos de remoção de DQO; t é o tempo de
detenção hidráulica [h]; e os valores de 0,68 e 0,35 são constantes empíricas [-].
𝐸𝐷𝐵𝑂 = 100 × (1 − 0,70 × 𝑡0,50) (11)
em que EDBO é a eficiência do reator UASB, em termos de remoção de DBO (%); t é o tempo
de detenção hidráulica [h]; e os valores de 0,70 e 0,50 são constantes empíricas [-].
Para se calcular a concentração de DBO ou DQO do esgoto tratado, utiliza-se a
Equação 12.
𝑆 = 𝑆𝑜 −
𝐸 × 𝑆𝑜
100
(12)
em que S é a concentração de DBO ou de DQO efluente [mg/L]; So é a concentração de
DBO ou de DQO afluente [mg/L]; e E é a eficiência de remoção de DQO ou de DBO [-].
Pode-se tomar o resultado da Equação 13, a qual estima a concentração de SST no
efluente, como uma estimativa de concentração de sólidos suspensos no efluente.
𝐶𝑆𝑆𝑇 = 102 × 𝑡−0,24 (13)
em que CSST é a concentração de sólidos suspensos no efluente final; t é o tempo de detenção
hidráulica [h]; e os valores 102 e 0,24 são constantes empíricas.
Produção e coleta de biogás 2.3.8
A produção de biogás é calculada com base na estimativa de DQO, que é convertida
em gás (Equação 14), em que os valores de Yobs variam de 0,11 a 0,23 (CHERNICHARO,
2007).
𝐷𝑄𝑂𝐶𝐻4 = 𝑄 × (𝑆𝑜 − 𝑆) − 𝑌𝑜𝑏𝑠 × 𝑄 × 𝑆𝑜 (14)
em que DQOCH4 é a carga de DQO convertida em metano [kg DQOCH4/d]; Q é a vazão de
efluente [m³/d]; S é a concentração de DBO ou de DQO efluente [kgDQO/L]; So é a
concentração de DBO ou de DQO afluente [kgDQO/L]; e Yobs é o coeficiente de produção de
sólidos no sistema em termos de DQO [kgDQOlodo/kgDQOapl].
Para estimar a vazão de gás metano, pode-se utilizar a Equação 15.
28
𝑄𝐶𝐻4 =
𝐷𝑄𝑂𝐶𝐻4
𝑓(𝑇)
(15)
em que QCH4 é a produção volumétrica de metano [kgDQO/m³]; e f(T) é o fator de correção
para temperatura operacional do reator [kgDQO/m³].
A Equação 16 calcula o valor do fator de correção para a temperatura operacional.
𝑓(𝑇) =
𝑃 × 𝐾𝐷𝑄𝑂
𝑅 × (273 + 𝑇)
(16)
em que KDQO é a DQO correspondente a um mol de CH4, ou seja, igual a 64 gDQO/mol; P é
a pressão atmosférica [atm]; R é a constante dos gases, igual a 0,082206 atm.L/mol.K; e T é a
temperatura operacional do reator [°C].
Finalmente, para se estimar a produção de biogás no sistema, utiliza-se a Equação
17.
𝑄𝑏𝑖𝑜𝑔á𝑠 =
𝑄𝐶𝐻4
𝐶𝐶𝐻4
(17)
em que Qbiogás é a produção volumétrica de biogás [m³/d]; QCH4 é a produção volumétrica de
metano [m³/d]; e CCH4 é a concentração de metano no biogás, usualmente da ordem de 70 a
80% para esgoto doméstico.
Produção de lodo 2.3.9
Para estimar a produção de lodo em reatores, utiliza-se as Equações 18 e 19.
𝑃𝑙𝑜𝑑𝑜 = 𝑌 × 𝐶𝑂𝐷𝑄𝑂 (18)
em que Plodo é a produção de sólidos no sistema [kgSST/d]; Y é o coeficiente de sólidos no
sistema [kgSST/kgDQOaplicada]; e CODQO é a carga de DQO aplicada ao sistema [kgDQO/d].
𝑉𝑙𝑜𝑑𝑜 =
𝑃𝑙𝑜𝑑𝑜
𝛾 × 𝐶𝑙𝑜𝑑𝑜
(19)
em que Vlodo é a produção volumétrica de lodo [m³/d]; 𝛾 é a massa específica do lodo,
usualmente da ordem de 1020 a 1040 kg/m³; e Clodo é a concentração do lodo [-].
2.4 Biofiltro aerado e decantador secundário
Os primeiros biofiltros aerados submersos (FBAS), surgiram na Europa no ínicio dos
anos 80, sendo concebidos para realizar a remoção de sólidos suspensos e a oxidação da
matéria orgânica em esgotos domésticos. Atualmente, o FBAS é capaz de atingir diferentes
29
objetivos de qualidade, tais como: a oxidação de matéria orgânica, a nitrificação secundária
ou terciária, a desnitrificação e a desfosfatação físico-química (CHERNICHARO; ARAÚJO;
GONÇALVES, 1996).
Os filtros biológicos aerados submersos são, na prática, tanques que podem ser
preenchidos de pedra, coque, ripas de madeiras e material cerâmico, peças de plástico entre
outros materiais podem ser utilizados como meio de suporte. Ar comprimido é introduzido
através de tubos perfurados sob o meio de contato a fim de fornecer oxigênio aos
microrganismos aeróbios. Os microrganismos crescem no meio suporte, eliminando a
necessidade da recirculação de lodo e os distúrbios resultantes da má formação do floco
biológico. Nos filtros aerados as bolhas de ar erodem o biofilme e, juntamente com o fluxo de
esgoto, previnem a colmatação do meio filtrante. A turbulência também assegura o bom
contato entre o substrato e os microrganismos (RUSTEN, 1984).
Filtros biológicos aerado submerso ou FABS são um tipo de filtro que pode
funcionar com fluxos ascendentes ou descendentes, não retêm biomassa e necessitam de
alimentação mecanizada de ar (sopradores). Os materiais granulares, mais utilizados como
meio de suporte, possuem superfície específica entre 200 e 600 m²/m³. Para plásticos, a faixa
fica restrita entre 100 a 200 m²/m³. Esse material é mantido totalmente submerso e deve
apresentar seguintes características (GONÇALVES et al., 2001):
Material inerte, não biodegradável e indeformável;
Resistência a abrasão, para resistir à turbulência produzido pela lavagem do
meio granular;
Elevada rugosidade para favorecer a adesão de biomassa.
As desvantagens na escolha de sistemas aeróbios com lodo aderido submerso
incluem: efluente não clarificado, complexa operação e instrumentalização, elevado custo
com bombas de aeração e pós tratamento de lodo ativado. Dentre as vantagens estão: relativa
pequena demanda de espaço, tempo reduzido de partida, devido a elevada velocidade de
desenvolvimento de biofilme, e alta capacidade de tratar esgoto diluído (METCALF&EDDY,
2002).
A tabela 8 apresenta os principais critérios e parâmetros utilizados para
dimensionamento de ETEs associando reatores UASB e biofiltros aerados submersos.
30
Tabela 8 – Resumo de parâmetros do dimensionamento de ETEs do tipo UASB + BFs
Parâmetros Reator
UASB BFs
Reator UASB +
BFs
Carga orgâncica volumétrica (g
DBO/m³dia) 0,85 a 1,2 3,0 a 4,0 -
Carga orgâncica superficial
(gDQO/m².dia) 15,0 a 18,0 55 a 80 -
Eficiência de remoção de DBO (%) 65 a 75 60 a 75 85 a 95
Eficiência de remoção de SS (%) 65 a 75 60 a 75 85 a 95
Eficiência de remoção de DQO (%) 60 a 70 55 a 65 80 a 90
Taxa de aeração (Nm³/Kg
DBOremov.) - 25 a 40 -
Produção de lodo
(kgST/kgDQOremov.) 0,15 a 0,20 0,25 a 0,40 -
TeOR de SV no lodo (% SV/ST) 0,50 a 0,60 0,55 a 0,80 -
Fonte: Adaptado de Gonçalves et al., 2001.
Parâmetros para o dimensionamento do FBAS e decantador secundário 2.4.1
Abaixo estão as equações utilizadas por Gonçalves et al. (2001) para o
dimensionamento de FBAS utilizados para o pós-tratamento de efluentes de reatores UASB
(Equação 20,21,22,). Para calcular a carga orgânica volumétrica que o biofilme alojado em
um metro cúbico de material suporte é capaz de tratar, utiliza-se a Equação 20.
𝐶𝑣 = 𝐴𝑠𝑢𝑝.𝐶𝑠 (20)
em que Cv é a carga orgânica volumétrica removida [kg DBO/m³.dia]; Asup é a área
superficial específica do meio de enchimento [m²/m³]; Cs é a carga orgânica superficial [g
DBO/m².dia].
O volume necessário para o meio suporte do reator pode ser calculado pela Equação
21. O produto entre a carga orgânica volumétrica e o volume do reator UASB fornece a carga
aplicada diariamente no FBAS.
𝑉𝐹𝐵𝐴𝑆 = 𝐶𝑣𝐷𝐵𝑂 𝑒,𝑈𝐴𝑆𝐵.𝑉𝑜𝑙𝑈𝐴𝑆𝐵/𝐶𝑣 (21)
em que VFBAS é o volume do meio de suporte [m³]; CvDBO e,UASB é a carga orgânica
volumétrica do reator UASB [kgDBO/m³.dia]; VolUASB o volume útil do reator UASB [m³]; e
Cv é a carga orgânica volumétrica removida [kg DBO/m³.dia].
Utiliza-se a Equação 22 para se determinar o volume de ar necessário no sistema:
𝑄𝑎𝑟 = 𝑇𝑥𝑎𝑟.𝐶𝑣𝐷𝐵𝑂 𝑒,𝑈𝐴𝑆𝐵.𝑉𝑜𝑙𝑈𝐴𝑆𝐵 (22)
em que Qar é a vazão de ar necessário para alimentar o sistema [Nm³ar/dia]; Txar é a taxa de
aeração [m³ar/kgDBOaplicada]; CvDBO e-UASB é a carga orgânica volumétrica do reator UASB
[kgDBO/m³.dia]; e VolUASB é o volume útil do reator UASB (m³).
31
Para calcular a área em planta que o decantador precisa ter para suportar uma taxa de
escoamento superficial pré-determinada, utilizou-se a Equação 23.
𝐴𝑑𝑒𝑐 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 /𝑞𝑎 (23)
em que Adec é a área em planta do decantador secundário [m²]; Qmed é a vazão média
[m³/dia]; e qa é a taxa de escoamento superficial [m³/m².dia].
A taxa de escoamento superficial máxima (Equação 24) é utilizada como parâmetro
de verificação no dimensionamento do decantador e deve estar abaixo dos valores
apresentados na Tabela 9.
𝑞𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑚á𝑥,ℎ /𝐴𝑑𝑒𝑐 (24)
em que Qmáx,h é a vazão máxima horária do sistema decantador secundário [m³]; qa,máx é a
taxa de escoamento superficial máximo [m/s]; Adec é a área em planta do decantador [m²].
As taxas de aplicação superficial, utilizadas no dimensionamento de decantadores
secundários, são especificadas para a vazão média e vazão máxima afluentes ao decantador,
conforme Tabela 9.
Tabela 9 – Taxa de aplicação para projeto de decantadores secundários após biofiltros
Nível de tratamento Taxa de aplicação superficial (m³/m².dia)
Para Qmédia Para Qmáxima
DBO = 20 a 30mg/L- sem
nitrificação 16 a 32 40 a 48
DBO<20mg/L - com
nitrificação 16 a 24 32 a 40
Fonte: Adaptado de Gonçalves et al., 2001.
2.5 Desinfecção de esgoto por UV
A radiação emitida por luzes UV tem sido utilizada desde o início do século vinte,
mas somente a partir do início da década de noventa essa tecnologia começou a ser
empregada no tratamento de esgoto de forma eficiente. Na proporção adequada, a radiação
UV provou ser um bom agente bactericida e virucida, ainda contribuindo para a não formação
de subprodutos tóxicos. Existem três tipos principais de lâmpadas geradoras de UV, que são:
baixa pressão e baixa intensidade, baixa pressão e alta intensidade, pressão média e alta
intensidade. As lâmpadas são compostas por gás de mercúrio, que quando exposto a um arco
elétrico, emite ondas eletromagnéticas na faixa UV. A parcela de UV de maior eficiência
germicida está na faixa de 220 a 320 nm em termos de comprimento de onda (METCALF &
EDDY, 2002).
Segundo Silva et al. (2001), a ação germicida da radiação UV está associada as
alterações provocadas na estrutura do DNA das células, em decorrência de reações
32
fotoquímicas desencadeadas pela absorção da radiação pelas moléculas que constituem o
DNA.
Quadro 2 – Vantagens e desvantagens do uso de UV para desinfecção de esgoto
Vantagens Desvantagens
A desinfecção com UV é efetiva na
inativação de muitos vírus, esporos e cistos
Baixas dosagens podem não ser efetivas na
inativação de alguns vírus, esporos e cistos
Processo físico que, ao contrário de
desinfetantes químicos, elimina a
necessidade de geração, manuseio,
transporte ou estocagem dos produtos
tóxicos/perigosos/corrosivos.
Os microrganismos podem reparar e reverter os
efeitos destrutivos do UV por meio de
mecanismos de reativação, conhecido como foto
reativação, ou em ausência de luz conhecido
recuperação no escuro.
Não gera efeito resíduo prejudicial à vida
humana ou à vida aquática.
Necessidade de programa preventivo para
controle de formação de biofilme nos tubos.
Tecnologia de fácil controle pelos
operadores
Turbidez (T) e sólidos suspensos totais (SST) no
esgoto podem prejudicar a eficiência de
inativação
Tempo de contato menor que quando
comparado de outros agentes desinfetantes.
A desinfecção de UV não tem custo
competitivos com a cloração, mas os custos são
competitivos quando comparados com cloração-
descloração. Fonte: Adaptado de USEP, 1999.
Tratar esgoto sanitário, através de reatores UASB, tem apresentado resultados
significativos, sobretudo em climas quentes. Este reator é eficiente em remover matéria
orgânica e sólidos suspensos, entretanto fornece um efluente rico em nutrientes e patógenos.
Portanto, um efluente com essas características necessita de pós tratamento (VAN
HAANDEL et al., 2000). A Tabela 10 mostra a eficiência de remoção de diferentes
microrganismos no tratamento primário e secundário do esgoto. Os resultados mostrados
evidenciam a necessidade de um sistema de desinfecção posterior a esses tratamentos.
Tabela 10 – Decaimento de microrganismos no tratamento primário e secundário
Microrganismo Tratamento primário
(%)
Tratamento secundário
(%)
Coliformes totais <10 90 a 99
Coliformes fecais 35 90 a 99
Shigela sp. 15 91 a 99
Salmonella sp. 15 96 a 99
Escherista coli 15 90 a 99
Vírus <10 76 a 99
Ovos helmintos 10 a 50 10
Entamoeba histolytica 50 a 90 70 a 99 Fonte: Adaptado de USEPA, 1986.
Os microrganismos podem se recuperar após o contato com radiação ultravioleta por
meio de dois mecanismos, e quanto maior a dose que recebida, menor será sua capacidade de
recuperação (JAGGER, 1958). Esses mecanismos são:
33
Fotorreativação: reversão obtida por recuperação fotoenzimática que
monomerizam os dímeros de primidina por uma enzima na presença de onda na
frequência de 300 a 500 nm. Ocorre na presença de luz.
Recuperação no escuro: fenômeno que ocorre na ausência de luz. O
microrganismo é capaz de substituir a parte lesada por nucleotídeos adjacentes,
com posterior ressíntese da sequência original. Ocorre na ausência de luz.
Existem, na literatura, controvérsias quanto à dose necessária para a recuperação de
organismos (TINÔCO, 2011). Portanto, mesmo que as análises de rotina realizadas em ETEs
possam mostrar resultados positivos quanto a remoção de microrganismos, é interessante
avaliar a recuperação dos microrganismos para controle mais apurado.
O diâmetro das partículas pode interferir de forma determinante na eficiência da
desinfecção UV (TINÔCO, 2011). Segundo Chernicharo et al. (2001), a intensidade de
emissão das lâmpadas de UV podem sofrer redução devido a características físico-químicas
do esgoto. Sólidos em suspensão e substâncias dissolvidas podem interferir na eficiência de
desinfecção.
O sistema de desinfeção pode ser composto de lâmpadas emersas ou imersas no
esgoto a ser tratado. Essas últimas precisam ser protegidas por um envoltório de quartzo ou
teflon. Com o tempo, uma fina camada de biofilme se forma ao redor do envoltório e precisa
ser removida, do contrário a eficiência do sistema pode ser comprometida. O Quadro 3 mostra
alguns constituintes do esgoto que podem ou não afetar a eficiência da desinfecção do esgoto
por UV.
Quadro 3 – Impacto dos constituintes do esgoto no uso de UV para desinfecção
Constituinte Efeito
DQO, DBO, COT Sem efeito espelho, a não ser materiais húmicos que
possuem grande fração de DQO
Materiais húmicos,
óleos e graxas
Fortes adsorventes de radiação UV. Pode sem acumular
na cúpula de quartzo e absorver radiação.
SST Absorver radiação UV e pode proteger para patógenos
Alcalinidade Afeta na solubilidade de metais que podem absorver luz
UV
Dureza
Cálcio, magnésio e outros sais que podem formar
depósitos nos tubos de quartzo, especialmente em
elevadas temperaturas.
Amônia, Nitrato e
Nitrito Não gera efeito espelho
Ferro Forte adsorvente de radiação UV
Manganês Forte adsorvente de radiação UV
PH Pode afetar a solubilidade de metais
Fonte: Adaptado Metcalf & Eddy, 2002.
34
Parâmetros para o dimensionamento do sistema de UV 2.5.1
Abaixo estão as equações utilizadas por Gonçalves et al. (2003) para o
dimensionamento de um fotorreator utilizando lâmpada imersa. Para calcular a intensidade da
radiação, utiliza-se a lei de Beer-Lambert (Equação 25).
𝐼 = 𝐼𝑜 × exp (−𝛼𝑥) (25)
em que I é a intensidade de radiação ultravioleta na profundidade x [mW/cm²]; Io é a
intensidade de radiação ultravioleta na superfície [mW/cm²]; e α é o coeficiente de extinção
[m].
O coeficiente de extinção pode ser calculado pela Equação 26.
𝛼 = 𝐴 × ln (10) (26)
em que α é o coeficiente de extinção [m]; e A é a absorbância a 254 nm [cm-1
].
A dose é o produto entre a intensidade e o tempo de exposição do esgoto à radiação
UV. Pode ser considerado o principal parâmetro de controle operacional nesse tipo de
desinfecção. Deve-se diferenciar a dose aplicada da dose recebida. A dose aplicada é
calculada para se ter uma estimativa de consumo de energia e a recebida é a que está
efetivamente disponível para a inativação de microrganismos (CHERNICHARO et al., 2001).
A dose aplicada e a dose recebida podem ser calculadas, respectivamente, pelas Equações 27
e 28.
𝐷𝑎𝑣 =
𝐼𝑜 × 𝑡
𝐿× 0,2778
(27)
em que Dav é a dose aplicada por volume [W.h/m³]; Io é a intensidade de radiação
ultravioleta na superfície [mW/cm²]; t é o tempo de exposição [s]; L é a espessura da lâmina
líquida ou trajetória percorrida pela radiação ultravioleta [cm]; e o valor de 0,2778 o fator de
conversão das unidades de mW para W, de segundo para hora e de cm para m.
𝐷𝑟 =
𝐼 × 𝑡
𝐿× 0,2778
(28)
em que Dr é a dose recebida por volume [W.h/m³]; e I é a intensidade média de radiação
ultravioleta [mW/cm²].
A lei de Chick (Equação 29), demostra que a cinética do decaimento de
microrganismos é de primeira ordem. Portanto, pode ser usada para estimar o decaimento por
desinfecção com UV.
𝑑𝑁
𝑑𝑡= −𝑘𝑁
(29)
35
em que k é a velocidade de decaimento [min-1
]; e N é a concentração de microrganismos
[NMP/100ml].
Devido a absorção da UV pela lâmina líquida de esgoto, a intensidade de radiação
acaba não sendo constante. Para se considerar esse efeito, utiliza-se a intensidade média
(MOROWITZ, 1950). Dessa forma a lei de Chick passa a ser expressa conforme a Equação
30.
𝑁 = 𝑁𝑜 × exp [−𝑘𝑡
𝐼𝑜
𝛼. 𝐿(1 − exp(−𝛼𝐿))]
(30)
em que N é a concentração remanescente de microrganismos [NMP/100ml]; No é a
concentração inicial de microrganismos [NMP/100ml]; k é a constante de inativação
[cm²/mWs]; t é o tempo de exposição [s]; Io é a intensidade de radiação ultravioleta na
superfície [mW/cm²]; α é o coeficiente de extinção [m]; e L é a espessura da lâmina líquida ou
trajetória percorrida pela radiação ultravioleta [cm].
Para se calcular o tempo de exposição do sistema, utiliza-se a Equação 31.
𝑉𝑓𝑜𝑡 = 𝑄. 𝑡 (31)
em que Vfot é o volume do fotorreator [m³]; Q é a vazão do sistema [m³/h]; t é o tempo de
detenção hidráulica no fotorreator [s].
Para se estimar a dose necessária a fim de se alcançar a eficiência esperada
(𝑙𝑜𝑔 𝑁 𝑁𝑜⁄ ), utilizou-se a Equação 32, proposta por Daniel (1993), a qual é válida para
efluentes com SST menor que 11,7 mg/L e absorbância inferior a 0,765 cm-1
.
−2,665𝐷𝑟0,1694 = 𝑙𝑜𝑔
𝑁
𝑁𝑜
(32)
em que Dr é a dose recebida [Wh/m³]; os valores de -2,665 e 0,1694 são constantes
empíricas; N é a concentração de coliformes no esgoto tratado [NMP/100ml]; e No é a
concentração de coliformes no esgoto bruto [NMP/100ml].
O volume desinfetado por cada lâmpada pode ser considerado como sendo o produto
entre o comprimento de cada lâmpada e sua área de influência (CHERNICHARO et al.,
2001). A Equação 33 pode ser utilizada para calcular o volume desinfetado.
𝑉𝑑𝑒𝑠 = 𝐶𝑙𝑎𝑚𝑝 × 𝐸2 (33)
em que Vdes é o volume desinfetado [m³]; Clamp é o comprimento da lâmpada [m]; e E é o
espaçamento entre as lâmpadas [m].
Considerando-se a dose acima calculada como dose média, para se obter a eficiência
desejada, pode-se calcular a dose aplicada:
36
𝐷𝑎𝑣 = 𝐸𝑓𝑎𝑖𝑥𝑎 254𝑛𝑚 × 𝐸𝑡𝑢 × 𝐸𝑎𝑛𝑣
𝑡𝑟𝑒𝑞 × 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
𝑉𝑑𝑒𝑠
(34)
em que Dav é a dose aplicada [Wh/m³]; EFaixa 254nm é o fator redutor de potência, igual a 70%,
para a faixa de frequência luminosa de desinfeção; Etu é o fator redutor de potência, igual a
30%, por tempo de utilização da lâmpada; Eqtz é o fator redutor de potência, igual a 2%, por
invólucro de quartzo; PNominal é a potência nominal da lâmpada [W]; treq é o tempo de
exposição [s]; e Vdes é o volume de esgoto desinfectado [m³].
Combinando as Equações 32, 34, 25, 27 e 28.
𝐷𝑎𝑣 =
𝛼. 𝑙. 𝐷𝑟
1 − exp (−𝛼𝑙)=
𝑡𝑟𝑒𝑞. 𝑃𝑒𝑓𝑒𝑡
𝑒2. 𝐶
(35)
em que Dav é a dose aplicada [Wh/m³]; α é o coeficiente de extinção [m]; l é a trajetória
percorrida pela radiação ultravioleta [m]; e é espaçamento entre as lâmpadas [m], em que
e=2l; treq é o tempo requerido para atingir a eficiência desejada [s]; C é o comprimento da
lâmpada [m]; e Pefet é a potência efetiva [W], dada por 𝑃𝑒𝑓𝑒𝑡 = 𝑃𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 × 𝐸𝑓𝑎𝑖𝑥𝑎 254𝑛𝑚 ×
𝐸𝑡𝑢 × 𝐸𝑞𝑡𝑧.
Para calcular o número necessário de lâmpadas, basta fazer a razão entre o volume
desinfetado e o volume exposto (Equação 36). Caso o valor calculado de lâmpadas seja menor
que um, o sistema não necessitaria de mais lâmpadas do que as já instaladas.
𝑁° =
𝑉𝑒𝑥𝑝
𝑉𝑑𝑒𝑠
(36)
em que N° é o número de lâmpadas; Vdes é o volume de esgoto exposto a radiação [m³]; e L é
a trajetória percorrida pela radiação ultravioleta [m].
37
3 METODOLOGIA
3.1 Descrição da ETE
O trabalho foi realizado nas ETE (Estação de Tratamento de Esgoto) do hospital
Giselda Trigueiro, localizado na cidade do Natal/RN. A ETE é composta por dois sistemas de
tratamento que funcionam separadamente: um destes, o qual não foi objeto de análise do
estudo, realiza o tratamento das águas residuárias provenientes da lavanderia do hospital; já o
outro, que é objeto de análise da pesquisa, consiste no tratamento das águas residuárias
provenientes dos banheiros, cozinha e laboratório do hospital (Figura 1).
O sistema avaliado é constituído das seguintes unidades: gradeamento grosseiro, com
espaçamento entre as barras de, aproximadamente, 2 cm; tanque de equalização com volume
aproximado de 5,0 m³; reator de manta de lodo de fluxo ascendente (UASB); filtro biológico
aerado submerso (FBAS); decantador secundário; sistema de desinfecção UV; tanque para
armazenamento do lodo excedente e tanque para preparo de solução coagulante (tanque de
solução), o qual não é utilizado atualmente na estação. A estação não possui caixa de areia e
dispositivo de medição de vazões afluentes.
O afluente chega por gravidade ao tanque de equalização onde duas bombas
idênticas de rotação constante operam afogadas para recalcar o esgoto para o reator UASB.
As bombas funcionam alternadamente por sistema de boias, as quais controlam o seu
funcionamento baseado na cota mínima ou máxima. O reator UASB é a única unidade que
recebe o esgoto por bombeamento, o seu efluente é transportado por gravidade através de
vertedouros para todas as unidades conseguintes. Dessa maneira, pelo princípio da
continuidade as bombas afogadas acabam definindo a vazão afluente em todas as unidades de
tratamento.
O filtro biológico é preenchido por eletrodutos de PVC de meia polegada cortados
em pedaços por volta de 4 cm. Esse material funciona como meio suporte para o crescimento
do biofilme. Dois compressores de ar funcionam de forma alternada, são responsáveis pela
aeração do FBAS.
Após passar pelo decantador secundário, por fim, o esgoto é direcionado para um
sistema de desinfecção, o qual é composto por um fotorreator simplificado com volume de,
aproximadamente, 4 litros e confeccionado com tubo de PVC com diâmetro de 100mm, foi
equipado com uma lâmpada imersa, de baixa pressão de mercúrio, com potência de 95W.
38
A ETE não possui sistema de tratamento de lodo, consequentemente, o lodo gerado
nas unidades de tratamento é armazenado em tanque específico e, posteriormente, coletado
por caminhão limpa-fossa.
Figura 1 – Layout do sistema que trata o esgoto proveniente dos banheiros, cozinha e laboratório do hospital
Fonte: Autor, 2017.
3.2 Levantamento de dados
Primeiramente, foram coletadas informações relevantes para conhecer melhor o
sistema, quais sejam: marca e modelo de bombas; marca e modelo da lâmpada de mercúrio e
dimensões dos tanques.
Com as dimensões dos tanques foi possível representar os reatores em desenhos, com
o intuito de caracterizá-los para posterior avaliação. Com a marca e modelo das bombas
submersas foi possível encontrar seus catálogos, os quais contêm informações essenciais para
o dimensionamento, tais como curva manométrica e potência. De posse dessas informações
foram calculadas as perdas de carga impostas pela tubulação de PVC, de acordo com a norma
brasileira NBR5626:1998, através da expressão de Fair-Whipple-Hsiao para tubos lisos.
Assim, foi possível obter as vazões de esgoto das bombas submersas. Para determinar a vazão
dos sopradores, consultou-se o catálogo da marca. A Tabela 11 mostra as principais
informações técnicas dos equipamentos disponíveis na ETE.
39
Tabela 11 – Caracterização dos equipamentos constituintes da ETE
Equipamento Marca Modelo Potência Regime de
trabalho Vazão máxima
Vazão de
operação
Soprador DOSITEC CR-50
RPM1750 3 cv Alternado 2,92m³/min 2,57m³/min*
Bomba de recalque DANCOR SDE 1/2 cv Alternado 19m³/h 11,8m³/h**
Lâmpada de
mercúrio PHILIPS
TUV PL-L HO
4 pin 95W Ininterrupto - -
Fonte: Autor, 2017.
(*) Vazão de ar quando a bomba é submetida a altura de coluna de água do FBAS (3mca)
(**) Vazão máximas menos as perdas de carga inerentes ao sistema.
Posteriormente, foram realizadas quatro coletas para posterior análise físico-químicas
e, em frascos separados, quatro análises microbiológicas, todas no esgoto bruto, visando a
obtenção dos parâmetros de qualidade necessários para dimensionar as unidades da ETE. Não
foram feitas análises no esgoto tratado, pois o reator UASB ainda estava em seu período de
partida quando este trabalho foi realizado. Dessa forma, analisar o efluente final do sistema
não traria informações relevantes para a verificação do dimensionamento da estação em
estudo.
A Tabela 12 apresenta os resultados das análises físico-químicas realizadas no tanque
de equalização do esgoto bruto. Os resultados das análises microbiológicas estão relacionados
na Tabela 13.
Tabela 13 – Análises de coliformes termotolerantes
do esgoto bruto afluente a ETE
N° da coleta Concentração
(NMP/100 ml)
5 1,1 × 106
6 5,7 × 107
7 1,7 × 106
8 1,8 × 106
Média 1,54 × 107
Fonte: Autor, 2017.
Tabela 12 – Resumo parâmetros físico-químicas, em mg/L, de quatro meses consecutivos do esgoto bruto
N°da
coleta DQO DBO5
DQO/
DBO5
Nitrogênio
Amoniacal
total
Fósforo Nitrato
(𝑵𝑶𝟑−)
Óleos e
graxas
Sólidos
sedimentáveis
*
Sólidos
Suspensos
1 465 198 2,35 45 11,6 ** 10 2,5 180
2 313 222 1,41 52 6,9 0,245 ** 7 176
3 399 262 1,52 49 5,31 ** 13 13 139
4 231 181 1,27 *** *** *** 5 *** 52
Média 352 215 1,64 48,67 7,94 0,25 9,33 7,50 136,75
Desvio
padrão 101 35,12 0,49 3,51 3,27 - 4,04 5,27 59,44
Fonte: Autor, 2017. (*) Medição em mL/L;
(**) Concentrações abaixo do limite de detecção;
(***) Sem dados.
40
É procedimento diário da estação o acompanhamento do pH e da temperatura do
esgoto bruto. A Tabela 14 apresenta os resultados das medições realizadas para esses dois
parâmetros, durante três dias, sendo três medições por dia com intervalo de 4 horas entre elas.
Tabela 14 – Medições de pH e temperatura no esgoto bruto da ETE por três dias
Dia Hora PH Temperatura °C
07/04/2017
08:00 6,4 31
12:00 6,4 31
16:00 6,7 31
10/04/2017
08:00 6,3 29,1
12:00 6,4 28,7
18:00 6,7 29,1
11/04/2017
08:00 6,4 29,1
12:00 6,4 30,1
18:00 6,7 31,1
Fonte: Autor, 2017.
Durante o período de uma semana foram acompanhadas as vazões afluentes ao sistema
de tratamento, a fim de se obter a vazão média e as vazões de pico reais. Tendo em vista que a
estação não possui calha Parshall, utilizou-se um balde graduado de 20 litros, com o auxílio
de um cronômetro, para aferir as vazões. A média de todas as vazões, a vazão máxima e
mínima registrada estão mostradas na Tabela 15.
Para estimar a vazão média de consumo do hospital, utilizou-se a Equação 1,
apresentada no Item 3.1.2. Para tanto, foi necessário coletar os dados de números de leito,
banheiros e funcionários do hospital.
Adotou-se um coeficiente de retorno de 0,9 para estimas a vazão média produzida de
esgoto, pouco maior que o recomendado pela ABNT 9649 (0,8), tendo em vista que as perdas
por vazamento dentro da rede de coleta do hospital são supostamente menores do que em
redes maiores de cidade ou vilarejos, onde o valor de 0,8 é utilizado. Os coeficientes
multiplicadores para estimar as vazões máximas horárias e diárias, foram adotados a partir das
recomendações de projeto da ABNT 9649 (Tabela 3).
Devido à proximidade das vazões estimadas pela Equação 1 e as medidas no local
(Tabela 15), foram adotados os valores estimados para definir o regime de funcionamento das
bombas afogadas no tanque de equalização da ETE, através do método da SABESP (2012).
Tomaram-se esses valores, pois as diferenças entre as vazões estimadas e as medidas no local
são pequenas. Também se deu preferência aos valores estimados, pois a vazão média, que é o
parâmetro utilizado para o dimensionamento dos reatores e do decantador, resultou maior do
que as vazões reais medidas. Dessa forma, o dimensionamento fica a favor da segurança.
41
Tabela 15 – Vazões medidas do afluente da ETE e vazões
estimadas pelo método da SABESP (2012)
Vazão afluente Vazões Reais
(m³/dia)
Vazões estimadas
pelo método
SABESP (m³/dia)
Vazão média 88,10 108,90
Vazão máxima 200,11 196,02
Vazão mínima 39,98 54,00 Fonte: Autor, 2017.
3.3 Descrição do sistema e considerações de dimensionamento
Reator UASB 3.3.1
O reator UASB é alimentado por uma linha de recalque que leva o esgoto bruto ao
topo e três tubos são responsáveis por distribuir do afluente dentro da unidade. O reator não
possui sistema de tratamento de biogás, entretanto foi instalado um tubo para sua coleta.
Existe apenas um ponto de descarga que é o mesmo utilizado para coleta de lodo. A Figura 2
apresenta um corte esquemático do reator UASB.
O separador trifásico tem formato de tronco de cone, contendo na parte superior um
distribuidor dividido em quatro compartimentos, dos quais três são destinados a distribuição
do esgoto e um para a saída de biogás.
O reator tem formato cilíndrico, apresenta diâmetro de 3 m, volume útil de 31,46 m³ e
foi construído em fibra de vidro, sendo as tubulações de PVC. O acesso a parte interna do
reator se encontra no topo onde o operador pode fazer a coleta do sobrenadante para posterior
análise.
42
Figura 2 – Corte esquemático do reator UASB da ETE
Fonte: Autor, 2017.
Foram adotados dados de entrada, para a verificação do dimensionamento da unidade,
dentro das faixas recomendadas para esgoto doméstico por Chernicharo (2007). Os valores
adotados para os parâmetros foram: coeficiente de produção de sólidos no sistema (Y) de 0,15
kg SST/kg DQOapl; coeficiente de produção de sólidos no sistema em termos de DQO (γ) de
0,2 kg DQO lodo/kg DQOapl; concentração de sólidos no lodo (C) de 4%; massa específica do
lodo (y) igual a 1020 kg SST/m³; área de influência dos distribuidores (A) igual a 3 m².
Para valores de DQO e DBO do afluente foram tomados respectivamente igual a
352mg/L e 215mg/L, pois são os valores médios obtidos a partir das quatro análises
realizadas no esgoto bruto (Tabela 12).
A temperatura do esgoto bruto foi adotada como sendo 30°C, ou seja, dentro da faixa
de valores apresentados na Tabela 14 que mostra valores de temperatura usualmente
observados no esgoto afluente.
Como o reator UASB já está instalado, tomou-se o volume real da unidade para
calcular os tempos de detenção hidráulica para vazão máxima e média afluente. Também
foram comparadas as características geométricas do reator com as recomendações de
Chernicharo (2007).
43
Para calcular a velocidade superficial de fluxo ascendente e a velocidade do fluxo da
passagem do afluente para o compartimento de decantação, foi utilizada a vazão constante da
bomba. Calcularam-se as perdas de carga no sistema e consequentemente, determinou-se que
as vazões das bombas utilizadas para alimentar o UASB eram iguais a 11,8 m³/h.
No dimensionamento de reatores UASB sugerido por Chernicharo (2007), o autor
utiliza as vazões máximas e médias, que chegam por gravidade, como vazões afluentes ao
reator, sem considerar a presença de tanques de equalização. Assim, devido à existência do
tanque de equalização na estação em estudo, o qual tem um efeito amortizador das vazões
afluentes, no dimensionamento desta unidade foi necessário adotar uma vazão fictícia, que foi
calculada e denominada de vazão ponderada (Equação 37). Essa vazão ponderada foi utilizada
para calcular os parâmetros que deveriam estar dentro dos limites recomendados para vazões
médias afluentes. Ou seja, a vazão ponderada foi adotada como sendo a vazão média para o
dimensionamento do reator UASB.
Uma vez que as bombas afogadas no tanque de equalização são responsáveis por
alimentar o reator UASB, a vazão máxima que atinge o reator é igual à vazão constante da
própria bomba (Qbomb). Dessa forma, a vazão da bomba foi adotada como sendo a vazão
máxima para o dimensionamento do reator.
𝑄𝑚𝑒𝑑 = 𝑄𝑝𝑜𝑛𝑑 = 𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏 ×𝑡𝑜𝑝
(𝑡𝑜𝑝 + 𝑡𝑝)
(37)
em que Qpond é a vazão ponderada das bombas [m³/h]; Qbomb a vazão constante que a bomba
funciona em seu tempo de operação [m³/h]; top o tempo de operação da bomba [t]; e tp o
tempo que a bomba fica parada [t].
Como as unidades subsequentes (FBAS, decantador secundário e fotorreator) também
funcionam sob o regime de funcionamento das bombas que alimentam o reator UASB, a
vazão ponderada e a vazão da bomba foram, respectivamente, utilizadas como sendo a vazão
média e vazão máxima afluente a essas unidades.
FBAS e decantador secundário 3.3.2
O filtro biológico aerado submerso (FBAS) é composto por tubos de PVC e um
tanque de fibra de vidro, o qual apresenta formato cilíndrico com diâmetro de 3 (três) metros e
volume útil de aproximadamente 22,40 m³. O efluente proveniente do UASB é distribuído no
tanque através de três tubos internos.
44
O material de suporte para o desenvolvimento de biofilme é composto por eletrodutos
de PVC e ocupa cerca de 10,60 m³ do volume do reator. Logo acima do meio de suporte há
um fundo falso instalado para evitar o carreamento das peças de plástico pelo fluxo
ascendente do esgoto.
Dois sopradores são responsáveis pela aeração no sistema através de difusores
instalados na parte inferior do filtro. A Figura 3 mostra o corte esquemático do filtro biológico
instalado na estação de tratamento estudada.
Figura 3 – Corte esquemático do corte do reator FBAS da ETE
Fonte: Autor, 2017.
O dimensionamento do FABS consistiu em avaliar se as dimensões do equipamento,
volume de meio de suporte e aeração do sistema estão condizentes com as recomendações e
diretrizes de dimensionamento de Gonçalves et al. (2001).
Inicialmente o método de dimensionamento de Gonçalves et al. (2001) assume que o
efluente do FBAS tem as seguintes características: DBO< 30mg/L, DQO< 90mg/L e SS<
30mg/L. Isso significa que o dimensionamento é baseado no pressuposto de que o efluente sai
do FBAS com essa qualidade.
A superfície específica do material de suporte do reator não foi medida, porém de
acordo com Gonçalves et al. (2001), para peças de plástico esse parâmetro varia de 100 a
200m²/m³. Dessa forma, para o dimensionamento deste trabalho, foi adotado uma superfície
específica do material de meio de suporte igual a 130m²/m³.
45
Para fins de tratamento secundário os biodiscos devem ser projetados a fim de suportar
uma carga orgânica superficial entre 9,8 e 17,2 gDBO/m².dia (METCALF & EDDY, 1991).
Apesar do material suporte não ser composto por biodiscos, este trabalho seguiu as
recomendações de Gonçalves et al. (2001), no qual foi adotado uma carga orgânica superficial
igual a 14gDBO/m².dia, para dimensionar o volume das peças de plástico.
O fornecimento de ar suplementar do FBAS deve estar na faixa de 35 a 40 Nm³ ar/kg
DBOaplicada. Essa taxa de fornecimento de ar não prever o processo de nitrificação, entretanto
espera-se uma remoção de matéria orgânica de forma que a DBO do efluente fique entre 20 a
30 mg/L (GONÇALVES et al., 2001). Portanto, adotou-se a taxa de aeração do sistema como
sendo 40 m³ ar/kg DBOaplicada.
O volume produzido de lodo para descarte pode ser calculado pelas Equações 18 e
19. Para tratamento biológico com biofilme, funcionando com alta taxa e sem nitrificação,
apresenta-se uma produção de lodo na faixa de 0,7 a 1,0 kg SS/kg DBOremovida
(GONÇALVES et al., 2001). No presente dimensionamento se adotou um valor igual a 0,75
kgSS/kg DBOremovido.
Segundo Gonçalves et al. (2001), filtros biológicos aerados submersos funcionam
bem mesmo em baixas temperaturas. Contudo, não foi necessário fazer verificações quanto a
este fator ambiental, já que a estação de tratamento deste estudo está localizada em cidade
clima tropical.
O decantador é composto por um tanque de fibra de vidro, o qual apresenta formato
cilíndrico com diâmetro de 1,5 m (área em planta de 1,76m²) e altura útil de 1,8m (do piso até
a calha coletora). A entrada do esgoto no decantador acontece pelo fundo e o efluente mais
clarificado é coletado através de canaletas locadas na parte superior da unidade, conforme
mostra a Figura 4. O excesso de lodo no decantador é armazenado em um tanque específico.
Existe um ponto de adição de solução proveniente de um tanque localizado dentro da
casa de máquina. Provavelmente foi instalado visando a adição de soluções coagulantes a fim
de aumentar a eficiência no processo de sedimentação dentro do decantador secundário.
46
Figura 4 – Corte esquemático do corte do decantador secundário da ETE
Fonte: Autor, 2017.
A taxa de escoamento superficial foi adotada de acordo com as recomendações
apresentadas na Tabela 9. Adotou-se um valor intermediário de 24 m³/m².dia para calcular a
área em planta mínima (Adec. req.).
De acordo com Gonçalves et al. (2001), a taxa de escoamento superficial máxima
não deve ultrapassar 48m³/m².d (Tabela 9). Assim, como o decantador funciona sob regime de
vazão afluente definido pelas bombas que recalcam esgoto para o reator UASB, para se
calcular a taxa máxima de aplicação superficial foi utilizado a vazão máxima do sistema
(Qbomb)
Sistema de desinfecção UV 3.3.3
O sistema é composto por uma única lâmpada de baixa pressão de mercúrio com 50
cm de comprimento, de marca Philips, modelo TUV PL-L HO 4pin e com 95 Watts de
potência nominal. A lâmpada foi instalada em um tubo de PVC de 100mm com 60 cm de
comprimento e funciona initerruptamente. O tubo é revestido interiormente por uma lâmina
de alumínio e pintado externamente com tinta opaca.
A Figura 5 mostra uma foto do fotorreator simplificado instalado a jusante do
decantador secundário.
47
Figura 5 – Fotorreator da ETE
Fonte: Autor, 2017.
O método de dimensionamento adotado neste trabalho foi o mesmo realizado por
Chernicharo et al. (2001), o qual utilizou a equação empírica conforme apresentada Daniel
(1993) para calcular a dose recebida (Equação 32). Esse método consiste em calcular o
volume de esgoto desinfetado que uma determinada lâmpada é capaz de promover em um
determinado tempo de exposição. Para tanto, um decaimento bacteriano esperado é
estabelecido e, posteriormente, estima-se o número de lâmpadas necessárias para se atingir a
eficiência necessária.
Considerando que o sistema de tratamento secundário reduz um log da concentração
de coliformes termotolerantes (Tabela 10), o dimensionamento do fotorreator adotou uma
concentração desses microrganismos no afluente do fotorreator igual a 5,7 × 106 NMP/
100ml. Essa concentração é resultado da subtração de uma unidade logarítmica da
concentração da análise que se mostrou mais contaminada.
A concentração de coliformes termotolerantes no efluente do reator foi considerada
como sendo igual a 1000 NMP/100ml, haja vista que, conforme preconiza a resolução
CONAMA 357/2005, esta concentração de mistura no rio não atenderia apenas o limite
estabelecido para águas doces de classe 1, o que não é o caso do rio Potengi. Sendo assim,
como o efluente tratado será lançado no rio e, portanto, diluído, a concentração máxima de
coliformes termotolerantes no corpo receptor será respeitada.
A absorbância do esgoto que passou por tratamento secundário pode ser encontrada
entre 0,3 e 0,5 cm-1
(GONÇALVES; JORDÃO; ALEM SOBRINHO, 2003). Dessa forma, foi
adotado um valor de 0,3 cm-1
para o afluente do fotorreator.
Para a utilização Equação 32, a fim de estimar a dose recebida, considerou-se que o
afluente ao fotorreator tem concentração de SST abaixo de 11,7 mg/L.
48
4 RESULTADOS
4.1 Dimensionamento do reator UASB
A Tabela 16 apresenta os parâmetros de dimensionamento do reator UASB em estudo
e os valores limites recomendados por Chernicharo (2007) para o bom funcionamento de
reatores de manta de lodo.
Tabela 16 – Verificação dos parâmetros calculados do UASB Parâmetro Calculado Recomendado*
t Qbomb (h) 5 ≥6
t Qpond (h) 2,7 ≥4
T dec. Qbomb (h) 0,36 ≥1,5
T dec. Qpond (h) 0,19 ≥1
q Qbomb (m/h) 2,49 ≤1,2
q Qpond (m/h) 1,3 ≤ 0,8
V abertura (m/h) 1,61 ≤2,5
Vs Qpond (m/h) 0,88 ≤ 0,7
Vs Qbomb (m/h) 1,57 ≤1,1
Kg (m³/m².h) 0,2 ≥1
Fonte: Autor, 2017.
(*)Limites recomendados por Chernicharo (2007) para vazões
médias e máximas.
A vazão ponderada das bombas que alimentam o reator UASB com esgoto bruto
(Qpond) produz uma velocidade superficial de fluxo (Vs) de 0,88 m/h maior do que a máxima
recomendada de 0,7 m/h (Tabela 5).
O tempo de detenção hidráulica do reator (t) de 5 horas se apresentou menor do que o
recomendado para temperaturas acima de 25ºC, o qual é igual a 6 horas (Tabela 4).
A velocidade da abertura na base do separador (V abertura) de 1,61 m/h e está dentro do
limite recomendado pela Tabela 6 de 2,5 m/h para vazões médias.
Os tempos de detenção dentro do compartimento de decantação Tdec Qpond e Tdec Qbomb,
que são, respectivamente, 0,19 e 0,36 horas, estão abaixo dos tempos apresentados na Tabela
7.
A taxas de aplicação superficial no compartimento de decantação qQbomb e qQpomb que
são, respectivamente, 2,49 e 1,3 m/h estão acima do recomendado na Tabela 7 para vazões
máximas impostas ao decantador.
A taxa de liberação de biogás (Kg) de 0,20 m³/m².h está fora da faixa recomendada
por Chernicharo (2007) sendo o valor calculado menor que o valor mínimo (1,00 m³/m².h).
49
A Tabela 17 apresenta os parâmetros medidos do reator UASB em estudo e os valores
limites recomendados por Chernicharo (2007) para o bom funcionamento de reatores de
manta de lodo.
Tabela 17 – Verificação dos parâmetros medidos do UASB
Parâmetro Medido Recomendado*
Lagura superior separador (m) 1 ≥0,25
Profundidade compartimento de decantação (m) 0,75 ≥1,5
Superposição do defletor (cm) 6 ≥10
Inclinação do separador 50° ≥45°
Altura dos tubos de distribuição (cm) 30 ≤ 20
diâmetro dos tubos (mm) 100 ≥100
Área de influência dos tubos de distribuição (m²) 2,36 ≤3
Altura do reator (m) 4,45 ≥4 e ≤5
Fonte: Autor, 2017.
(*) Limites recomendados por Chernicharo (2007).
A altura total do reator UASB está dentro do recomendado por Chernicharo (2007).
Entretanto, o recomendado para o compartimento de digestão é de 2,5 a 3 metros e o reator
apresenta 3,70 metros. Já o recomendado para o compartimento de decantação é de 1,5 a 2
metros, mas o reator apresenta apenas 0,75m.
Quanto às recomendações referentes ao sistema de distribuição de esgoto, foi
constatado que:
Não há redução do diâmetro, e nem existem janelas no final dos tubos de
distribuição a fim de promover uma maior velocidade de descarga e evitar o
acumulo de areia;
Os tubos estão a 30 cm do fundo do reator, ou seja, 10 cm a mais do máximo
recomendado;
O diâmetro do tubo de 100 mm, sendo esse o valor mínimo sugerido;
O número de tubos de distribuição de esgoto é adequado, pois sua área de
influência de 2,36 m² é menor do que o recomendado de 3m².
Quanto às características do separador trifásico foi observado que:
A largura superior do separador trifásico, onde fica o sistema de distribuição de
esgoto é de 1,00 m e, portanto, maior que o mínimo recomendado (0,25 m);
Constituído em fibra de vidro e dessa forma, resistente a corrosão;
Os defletores de gás estão instalados imediatamente abaixo da abertura de
passagem como recomendado de acordo com o recomendado;
A profundidade do compartimento de decantação, de aproximadamente 0,75 m,
está abaixo do mínimo sugerido de 1,5 m;
50
A superposição do defletor de gás em relação à abertura de passagem, de
aproximadamente 6 cm, é menor que a recomendada de 10 cm;
As paredes do compartimento de decantação de 50° estão de acordo com o
proposto (maior que 45°).
Notou-se que o efluente do reator UASB sofre uma queda de nível de
aproximadamente 3,45 m. A turbulência gerada por essa queda pode provocar o
desprendimento de gases odoríferos do fluido.
O reator dispõe apena de um ponto de descarte de lodo, o qual é o mesmo disponível
para realização de coletas para posterior análise.
4.2 Dimensionamento do FBAS e decantador secundário
A Tabela 18 apresenta os parâmetros calculados do FBAS em estudo e os valores
limites recomendados por Gonçalves et al. (2001).
Tabela 18 – Verificação dos parâmetros calculados do FBAS e do
decantador secundários
Parâmetros Calculado Recomendado*
Vol. meio de suporte
(m³) 10,6 ≥5,47
Vazão de ar (m³ ar/dia) 3312 ≥298,52
A dec (m²) 1,76 ≤5,94
qa máx (m³/m².dia) 160,25 ≤48
Fonte: Autor, 2017.
(*) Valores calculados para o padrão de efluente apresentado no Item 3.3.2.
O volume requerido das peças plásticas (V suporte req.), igual a 5,47 m³, é menor do que
o volume de 10,60 m³ (V suporte real) já disponível no reator.
A vazão de ar fornecida (Q ar fornecido) igual a 3312 Nm³ ar/dia é muito maior do que a
calculada necessária para suprir o sistema (Q ar requerida) igual a 298,52 Nm³ ar/dia.
Observou-se que a área em planta disponível do decantador do sistema (Adec real) é
menos da metade do requerido (Adec req) para decantadores secundários utilizados após
biofiltros responsáveis por tratar efluentes provenientes de reatores UASB (Tabela 18).
A taxa de aplicação superficial máxima no decantador secundário (qamáx) e foi maior
do que a máxima estabelecida para projeto. (Tabela 9). Esse parâmetro foi calculado a partir
da Equação 24, considerando-se a área do decantador já instalada (Adec real) e a vazão da
bomba de recalque (Qbomb).
51
4.3 Dimensionamento do sistema de desinfecção por UV
Na Tabela 19, são mostrados os resultados do dimensionamento do fotorreator com as
equações e parâmetros adotados de acordo com o Item 3.3.3. No lado esquerdo da tabela,
encontram-se os valores dos parâmetros medidos, adotados e estimados necessários para o
dimensionamento da unidade. No lado direito, encontram-se os parâmetros calculados
resultantes do dimensionamento.
Tabela 19 – Parâmetros de cálculo para a obtenção do número de lâmpadas necessário no
sistema de desinfecção por UV
Dados Valores Calculados
Parâmetro Valor Unidade Parâmetro Valor Unidade
Q bomb 11,8 m³/h Dr 7,5798 Wh/m³
No 5700000 NMP/100ml t real 3,59 s
N 1000,00 NMP/100ml P efet 19,551 W
Ab 30 1/m V des. 0,0038 m³
P nominal 95 W V esp. 0,012 m³
V fot. 0,004 m³ N° Lamp.
Requeridas 3,14 Unid.
n° de
lâmpadas 3 Unid. α
69,08 m
C lamp 0,5 m E faixa 254nm 30% Porcentagem
e 0,05 m E tu 70% Porcentagem
E env 98% Porcentagem
Fonte: Autor, 2017.
A partir da Equação 36, observa-se que são necessárias no mínimo 4 fotorreatores,
com as mesmas características da já instalada, para atender as condições de decaimento
microbiano impostas pelo Item 3.3.3.
52
5 DISCUSSÃO
5.1 Dimensionamento do UASB
Velocidades superficiais elevadas como a que foi constada por cálculo dentro do
reator UASB pode dificultar a deposição de biomassa no fundo do reator, assim como
promover o arraste exagerado de sólidos em suspensão para o topo do reator.
Os tempos de detenção hidráulica dentro do compartimento de decantação calculados
não atendem do recomendado pela Tabela 7. Esses tempos de detenção podem indicar que o
volume do compartimento de decantação está subdimensionado.
Baixos tempos de detenção hidráulica ou altas taxas de aplicação superficial no
compartimento de decantação podem afetar a eficiência do processo de sedimentação dos
sólidos suspensos no esgoto. As consequências disso são: um efluente com maior quantidade
de sólidos suspensos e baixo acúmulo de biomassa no fundo do reator.
O tempo de detenção hidráulica do reator está abaixo do recomendado pela Tabela 4.
Contudo, o tempo difere em apenas 1 (uma) hora do recomendado e dessa forma não se pode
afirmar que essa diferença possa comprometer a eficiência de remoção de matéria orgânica do
reator UASB. Pois, o tempo de detenção calculado (5 horas) ainda se encontra dentro do usual
para reatores de manta de lodo.
A altura do tubo de coleta (4,5 m) é menor do que a altura do topo do separador
trifásico, portanto existe um volume do compartimento de decantação, e consequentemente do
reator, o qual não está sendo utilizado. Um aumento da cota do tubo até o topo do separador
(4,9 m) aumentaria o volume do reator de 31,45 m³ para 34,64 m³ e o volume do
compartimento de decantação de 2,2m³ para 3,45m³. Dessa forma, os tempos de detenção
hidráulica seriam aumentados, resultando em uma melhoria na eficiência do reator.
A taxa de aplicação de gás do UASB estudado (Kg) se encontra abaixo do
recomendado, podendo gerar um bloqueio de gás sob a espuma que se acumula na superfície
da água dentro do separador trifásico. Muito provavelmente, o valor elevado da área de
interface líquido-gás (Ai) está relacionado com essas baixas taxas de aplicação. Dessa forma,
seria recomendado aumentar a cota do tubo de coleta do efluente de 4,45 m para 4,90 m, pois
isso diminuiria a área de interface para 0,78 m² e por fim, resultando no aumento de Kg para
0,67 m³/m².h. Contudo, apesar dessa melhora de eficiência, o valor de Kg ainda ficaria abaixo
do recomendado por Chernicharo (2007) igual a 1,00 m³/m².h.
Os tubos de distribuição não atendem algumas recomendações, pois:
53
Não apresentam dispositivos que impeçam o acumulo de areia na saída dos
tubos, podendo ocasionar o entupimento da tubulação, que por sua vez deve ser
evitado pois o desentupimento dentro de reatores de esgoto é problemático.
A distância do final do tubo até o fundo do reator está 10 cm acima do
recomendado. Isso pode promover a má distribuição do afluente e, como
resultado, criar zonas mortas no fundo do reator.
O diâmetro do tubo atende as recomendações, portanto o entupimento no seu
interior é improvável.
As dimensões do separador trifásico estão de acordo com a literatura exceto: a
profundidade do compartimento de decantação e a superposição do defletor em relação a
passagem para o compartimento de decantação. Um mal funcionamento do defletor pode
permitir o escape de gás para o compartimento de decantação ao invés do separador trifásico,
e assim gerar maus odores. Já um mal funcionamento do compartimento de decantação leva a
uma ineficiência no processo de sedimentação, o qual pode prejudicar a qualidade do efluente.
Um número reduzido de pontos de coleta afeta diretamente o acompanhamento da
qualidade do lodo e do seu desenvolvimento. No presente estudo, o reator UASB apresenta
apenas um ponto de coleta de lodo, que é o mesmo utilizado para o descarte. Dessa forma, os
responsáveis pela operação ficam impossibilitados de acompanhar a atividade metanogênica
nas camadas de lodo e assim, não conseguem distinguir e escolher a melhor camada de lodo
para ser descartada. O recomendado por Chernicharo (2007) é que o reator possua ao menos
dois pontos de descarte de lodo, distantes entre si de 1,0 a 1,5 metros. Quanto ao número de
pontos de coleta, o mesmo autor recomenda que o reator tenha o máximo de pontos possíveis,
com 50 cm de distância entre os mesmos, do fundo do reator até a base inferior do separador
trifásico.
5.2 Dimensionamento do FBAS e decantador secundário
O volume de peças necessárias para garantir a qualidade preestabelecida do efluente é
menor do que o volume de peças que já compõem o reator. Sendo assim, o volume disponível
de peças é suficiente para o desenvolvimento da quantidade adequada de biofilme, a fim de
garantir o padrão esperado do efluente. Por outro lado, quase a metade do volume de meio de
suporte disponível no reator não está sendo utilizado, ou seja, pode-se dizer que é material
desperdiçado. Além disso, como existe uma maior superfície disponível para o
54
desenvolvimento de biofilme, maior será a produção de biomassa ao longo do tempo e,
consequentemente, maior o volume de lodo que pode se acumular no decantador secundário.
Como o volume de ar fornecido necessário para alimentar o FBAS é muito maior do
que o necessário para garantir a qualidade do efluente final esperada, a falta de oxigênio não
será um problema. Entretanto, o volume excessivo de ar pode promover um aumento de
forças de cisalhamento capazes de aumentar, demasiadamente, o desalojamento de biofilme.
Apesar da ETE não possuir unidade de desnitrificação, provavelmente a nitrificação foi
prevista pelo projetista do FBAS, visto que a quantidade de ar fornecida do reator certamente
promove esse fenômeno. Além disso, a utilização de sopradores mais potentes do que o
necessário gera o desperdício de energia elétrica.
O decantador instalado na ETE possui menos da metade da área em planta necessária.
Assim, como a área em planta é o parâmetro que define o dimensionamento do decantador,
conclui-se que ele se encontra subdimensionado e pode gerar a ineficiência de remoção de
sólidos suspensos.
Um excesso de sólidos suspensos no afluente do fotorreator é um problema que afeta
diretamente a eficiência do tratamento por lâmpadas UV, pois servem de proteção aos
microrganismos submetidos a radiação. Além disso, o excesso de sólidos no esgoto pode
levar ao não cumprimento do padrão de lançamento, igual a 1 ml/L, de sólidos sedimentáveis
medidos no cone Imhoff durante o período de uma hora, conforme a resolução do CONAMA
430/2005 estabelece.
O limite da taxa de aplicação superficial máxima para o decantador, calculada pela
Equação 24, para vazão máxima aplicada nessa unidade (Qbomb), foi muito maior que a
estabelecida como máxima na Tabela 9. Isso pode indicar que um decantador convencional
não é adequado para compor a ETE em estudo.
5.3 Dimensionamento do fotorreator
Observou-se que o tempo de contato do esgoto tratado pela lâmpada UV da estação
em estudo é de apenas 1,2 s. Esse valor é muito pequeno quando comparado com o menor
tempo de exposição do trabalho realizado por Silva et al. (2011), o qual trabalhou com um
fotorreator simplificado muito semelhante ao instalado na estação estudada. Silva et al. (2011)
obteve redução média de três unidades logarítmicas das concentrações de E. coli e coliformes
totais quando adotado tempo de exposição igual a 20 s. Dessa forma, devido ao baixo tempo
55
de exposição UV, o fotorreator em estudo pode fornecer uma dose insuficiente para a
desativação de microrganismos, resultando em um tratamento inadequado.
O fotorreator deste estudo não apresentou número adequado de lâmpadas UV
necessárias para alcançar as concentrações esperadas de coliformes termotolerantes no
efluente final e, portanto, está subdimensionado para atender à demanda de desinfecção.
56
6 CONCLUSÃO
No dimensionamento desta estação de tratamento de esgoto estudada demonstrou
que o reator UASB não atende aos seguintes parâmetros de projeto: limites de velocidade
superficial de fluxo; tempo de detenção hidráulica do reator UASB; inadequações do
compartimento de decantação em relação a taxa de aplicação superficial, altura e superposição
do defletor de gás; distância do tubo de distribuição em relação ao fundo do reator e ausência
de dispositivo que impeça o acúmulo de areia no tubo de distribuição. Soma-se a isso o fato
de que o volume útil do compartimento de decantação está subutilizado e por isso apresentou
tempo de detenção reduzido. Apesar de tudo, os parâmetros do UASB divergem pouco dos
recomendados e, portanto, seria necessário analisar uma amostra do efluente do reator para
verificar se realmente seu funcionamento ficou comprometido.
O filtro biológico aerado submerso é a unidade da estação que apresentou maior
concordância com o dimensionamento deste trabalho, apesar de seu fornecimento de ar ser
além do necessário. O material suporte utilizado tem volume e características adequadas e as
dimensões do tanque são coerentes com a demanda do sistema.
O decantador secundário da estação tem, apenas, menos da metade da área em planta
necessária. Caso ele seja utilizado como um decantador convencional, é provável que haja um
mau funcionamento. Com o mau funcionamento do decantador, a concentração de sólidos
suspensos em seu afluente pode ser elevada, ao ponto de afetar a eficiência no processo de
desinfecção por ultravioleta.
O sistema de desinfecção UV mostrou-se subdimensionado para tratar a concentrações
de microrganismos termotolerantes do esgoto sanitário gerado pelo hospital. A análise desse
trabalho provou que seria necessário aumentar o número de lâmpadas do fotorreator em, no
mínimo, quatro vezes para se obter um efluente adequado às resoluções ambientais
brasileiras.
Ajustes emergenciais devem ser realizados no sistema de desinfecção UV e como
foram encontrados problemas no decantador secundário, o ajuste desse também deve ser
focalizado a fim de contribuir para o bom funcionamento da desinfecção UV.
Concluiu-se, portanto, que o projeto inicial da estação não foi dimensionado de forma
a proporcionar um eficiente tratamento do volume de esgoto doméstico gerado pelo hospital.
Porém, este trabalho propõe recomendações (Item 8) que podem ser feitas com o propósito de
aumentar a eficiência do tratamento, resultando em um efluente de melhor qualidade.
57
7 RECOMENDAÇÕES
As medidas recomendadas para a melhoria do funcionamento da ETE são:
Adicionar um caixa de areia no tratamento preliminar. A falta desse componente
pode gerar um acumulo de areia dentro do tanque de equalização;
Adicionar gradeamento fino (aberturas entre 10 e 15mm) e ultrafino (abertura
entre 6 e 10mm) como recomendado por Chernicharo (2007) para atingir um
funcionamento adequado do reator UASB, uma vez que materiais inertes podem
promover zonas mortas dentro do reator. Essa medida também reduz o problema
de entupimento de bombas e de tubos de distribuição de esgoto;
Utilizar bombas de recalque de rotação variável além das de rotação constante
no tanque de equalização. Isso poderia diminuir as velocidades ascensionais nos
reatores e aumentar a eficiência no processo de sedimentação de sólidos
suspensos;
Realizar mais um furo no UASB, a cerca de 50cm acima do único furo já
existente pois, ao aumentar os pontos de coleta, é possível avaliar melhor a idade
do lodo e sua atividade metanogênica e consequentemente, definir melhor seus
tempos de descarte;
Outra solução para o biogás seria a sua recirculação para dentro do FBAS, pois o
biofiltro mostrou-se como um excelente meio de retenção de ácido sulfídrico
(H2S) (ANDRADE; MOTTA; GOLNÇALVES, 2001). Podem-se utilizar
sopradores resistentes a corrosão para direcionar o gás produzido pelo UASB
para o fundo do biofiltro;
Para melhorar o funcionamento do decantador secundário, pode-se instalar
placas laminares inclinadas para decantação de alta taxa ou utilizar soluções
coagulantes;
Instalar um sistema de recirculação de lodo, do decantador secundário para o
reator UASB, a fim de promover a digestão do lodo e, consequentemente, a
diminuição de seu volume produzido;
Aumentar o número de lâmpadas de mercúrio ou diminuir as vazões afluentes,
utilizando bomba de rotação variável no tanque de equalização, a fim de
aumentar o tempo de detenção.
58
Aumentar em 30 cm a cota de coleta de efluente do reator UASB. Com isso,
serão aumentadas as eficiências do reator UASB e de seu compartimento de
decantação.
59
REFERÊNCIAS
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aerado submerso para tratamento secundário de esgoto sanitário e para
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ed. Minas Gerais: UFMG, 1996.
VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgoto. Belo
Horizonte: Editora UFMG, 2014.
APÊNDICES
ANEXO A
1 – PERFIL E CORTE DAS UNIDADES DE TRATAMENTO DE ESGOTO
REVISOR:
CLIENTE:
ASSUNTO:
AUTOR
FOLHA:
0
PERFIL E CORTES DA UNIDADES DE TRATAMENTO DE ESGOTO
RICARDO BARROS
0
DATA:
JUNHO/2017
ESCALA:
1:25
TÍTULO:
ETE HOSPITAL GISELDA TRIGUEIRO
01/03
ANEXO B
2 – PLANTA DA ESTAÇÃO E CORTE DAS UNIDADES DE TRATAMENTO DE
ESGOTO
REVISOR:
CLIENTE:
ASSUNTO:
AUTOR:
FOLHA:
0
PLANTA DA ESTAÇÃO E CORTES DAS UNIDADES DE TRATAMENTO DE ESGOTO
RICARDO BARROS
0
DATA:
JUNHO/2017
ESCALA:
1:25
TÍTULO:
ETE DO HOSPITAL GISELDA TRIGUEIRO
02/03
ANEXO C
3 – CORTE DO FOTORREATOR
0
UNIDADE DE MEDIDA:
MILÍMETROS
DATA:
JUNHO/2017
ASSUNTO:
CORTE G-G DO FOTORREATOR
ESCALA:
1:5
FOLHA:
3/3
TÍTULO:
ETE DO HOPITAL GISELDA TRIGUEIRO
AUTOR:
RICARDO BARROS
CLIENTE:
