lagoas de estabilização e disposição no solo aula6 2015

MICROBIOLOGIA AMBIENTAL

ENGENHARIA AMBIENTAL

Prof.ª Mestranda Graziele Ruas1 Sem 2016 e(2 Sem 2015)

TRATAMENTO DE EFLUENTESAULA 6

POLUIÇÃO

Microbiologia Ambiental 2015 2

• POLUIÇÃO (POLÍTICA NACIONAL DE MEIO AMBIENTE – LEI 6938 DE 31 DE AGOSTO DE 1981)

• Art 3º [...] III - poluição, a degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente:

• a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população;• b) criem condições adversas às atividades sociais e econômicas;• c) afetem desfavoravelmente a biota;• d) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente;• e) lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais

estabelecidos;• IV - poluidor, a pessoa física ou jurídica, de direito público ou privado,

responsável, direta ou indiretamente, por atividade causadora de degradação ambiental;

• V - recursos ambientais: a atmosfera, as águas interiores, superficiais e subterrâneas, os estuários, o mar territorial, o solo, o subsolo, os elementos da biosfera, a fauna e a flora. (Redação dada pela Lei nº 7.804, de 1989)

POLUIÇÃO DAS ÁGUAS

• POLUIÇÃO DAS ÁGUAS = adição de substâncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dele são feitos .

CARACTERIZÃÇÃO DA QUALIDADE DOS ESGOTOS

• Esgotos domésticos = 99% de água;

• Características dos esgotos = resultado dos usos ao qual a água foi submetida;

• Parâmetros físicos, químicos e biológicos => indiretos que traduzem o caráter ou potencial poluidor do despejo;

PRINCIPAIS PARAMETROS DE QUALIDADE DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

SÓLIDOS

• Sólidos em suspensão ou dissolvidos

• Sólidos fixos (MO) e voláteis(MI)

• Sólidos sedimentáveis e não sedimentáveis

MATÉRIA ORGÃNICA

•MO em suspensão ou dissolvida

•MO inerte ou biodegradável

•MEDIDAS INDIRETAS = DBO, DBOu E DQO;

•MÉTODOS DIRETOS = COT

NITROGÊNIO

•Nitrogênio orgânico

•Amônia

•NTK = NH3+Norg

•NT = NTK + NO2 + NO3

FÓFORO

• Inorgânico = Polifosfatos e Ortofosfatos(Fonte: detergentes e produtos químicos domésticos);

•Orgânico= origem fisiológica

CONTAMINAÇÃO FECAL

•Organismos indicadores de contaminação fecal

•Coliformes totais

•Coliformes Fecais

•Escherichia coli

Porque retirar N e P dos efluentes?

NITROGÊNIO

• Pode conduzir a eutrofização;

• O processo de nitrificação consome OD;

• N em forma de amônia livre (NH3) é tóxica para peixes;

• N em forma de NO3 está associado a doenças como Metahemoglobina e Câncer.

FÓFORO

• Inorgânico = Polifosfatos após a hidrólise são transformados em Ortofosfatos, ficando disponíveis para o metabolismo biológico;

• A forma do ortofosfato depende do pH;

• Orgânico= origem fisiológica;

• O P é essencial para crescimento dos microorganismos responsáveis pela estabilização da MO;

• Pode conduzir a eutrofização.

ORGANISMOS INDICADORES DE CONTAMINAÇÃO FECAL

• Esses organismos indicadores são em sua maioria não patógenos, mas são uma indicação de quando a água está contaminada por fezes humanas ou animais e, assim, o potencial para transmitir doenças;

• Bactérias do Grupo Coliforme– Apresentam-se em grande quantidade nas fezes humanas;

– Apresentam uma resistência um pouco maior que as demais bactérias intestinais;

– Os mecanismos para remover os coliformes são os mesmos para remover as bactérias patogênicas;

– A detecção é rápida e econômica.

ORGANISMOS INDICADORES DE CONTAMINAÇÃO FECAL

Coliformes

Totais

Coliformes

Fecais(Termotolerantes)

Escherichia

• Grande grupo de bactérias presentes no solo e água, poluídos não poluídos.

• Coliformes Ambientais;

• Não podem ser encontrados em água tratada (indicam presença de nutrientes ou contaminação na distribuição).

• Organismos do trato intestinal humano e de outros animais;

• Gênero Escherichia, spp de Klebsiella, EnterobactereCitrobacter;

• O teste e feito em elevada temperatura para eliminar bactérias de origem não fecal;

• Algumas são encontradas no meio ambiente.

• Principal bactéria do grupo C Term;

• Abundantes nas fezes humanas e de animais de sangue quente;

• DÁ GARANTIA DE CONTAMINAÇÃO EXCLUSIVAMENTE FECAL

• Usado como indicador da eficiência do remoção de patógenos.

BACTÉRIAS

BACTÉRIAS DEVIDA LIVRE

BACTÉRIAS INTESTINAISHUMANA

E. coli

BACTÉRIAS INTESTINAISANIMAIS

PATOGÊNICAS

Adaptado de Von Sperling, 2005

TRATAMENTO DE EFLUENTES

• Para concepção de um sistema de tratamento de esgoto / ETE tenha em mente:

– Impacto ambiental do lançamento no corpo receptor (Outorga, Classe do Rio);

– Objetivos do tratamento, o que vai ser removido?;

– Nível de tratamento;

– Eficiências de remoção desejadas.

NÍVEIS DE TRATAMENTO

• PRELIMINAR;

• PRIMÁRIO;

• SECUNDÁRIO******;

• TERCIÁRIO (EVENTUAL).

NÍVEIS DE TRATAMENTO

• PRELIMINAR– Remoção de sólidos grosseiros;– Mecanismos Físicos;

• PRIMÁRIO– Remoção de sólidos sedimentáveis;– Mecanismos Físicos;

• SECUNDÁRIO– Remoção de MO e Nutrientes;– Mecanismos biológicos;

• TERCIÁRIO (EVENTUAL)– Remoção de poluentes específicos (tóxicos ou não

biodegradáveis)

TRATAMENTO BIOLÓGICO

• LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO*;

• DISPOSIÇÃO NO SOLO*;

• SISTEMAS ANAERÓBIOS;

• LODOS ATIVADOS;

• REATORES AERÓBIOS COM BIOFILMES

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

LAGOAS DE FACULTATIVA

LAGOAS FACULTATIVAS

• Especialmente construída para tratamento de efluentes domésticos;

• Estabilização aeróbia da DBO solúvel e finamente particulada;

• O OD requerido é fornecido pelas algas

• DBO particulada => sedimenta, sendo convertida anaerobiamente no fundo da lagoas

• TDH = 20 dias

LAGOAS DE FACULTATIVA

Quando recebem esgoto bruto são denominadas lagoas primárias e quando recebem seu afluente de uma unidade de tratamento precedente lagoas secundárias.

LAGOAS ANAERÓBIAS

• LAGOAS ANAERÓBICA• De 1 a 10 m de profundidade;

• DTH = 20 a 50 dias;

• Serve como pré-tratamento para efluente com alta carga de DBO e ricos em proteínas e gorduras.

LAGOAS ANAERÓBIAS

LAGOAS AEROBIAS

• LAGOAS AERÓBICA• Até 1,5 m de profundidade;

• Dependem da penetração da luz = fotossíntese e assim disponibilidade de OD;

• DTH = 3 a 5 dias

LAGOAS ANAEROBIA + FACULTATIVA

• LAGOAS ANAERÓBIA + LAGOA FACULTATIVA

• Remoção de 50 a 65% da DBO na lagoa anaeróbia;

• A DBO remanescente é removida na lagoa Facultativa;

• Ocupando uma área menor do que uma lagoa facultativa única;

• Pode ocorrer geração de maus odores;

• Remoção de lodo da Lagoa anaeróbia => logística e disposição complicada.

LAGOAS AERADA FACULTATIVA

• LAGOAS AERADA FACULTATIVA

• Mecanismos de remoção de DBO similar a lagoa facultativa;

• O OD é fornecido por aeradores mecânicos;

• Parte dos sólidos e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobiamamente;

• TDH de 5 a 10 dias.

LAGOAS AERADAS DE MISTURA COMPLETA + LAGOA DE DECANTAÇÃO• LAGOAS AERADA DE MISTURA COMPLETA + LAGOA DE DECANTAÇÃO

• Na lagoa Aerada de Mistura Completa a biomassa fica dispersa no meio líquido;

• Com maior concentração de microorganismos no meio líquido há maior eficiência na remoção de DBO, permitindo que a lagoa tenha um volume inferior a Lagoa Aerada Facultativa;

• O efluente tem elevados teores de sólidos que precisam ser removidos, necessitando de uma Lagoa de Decantação.

LAGOAS DE ALTAS TAXAS

• LAGOAS DE ALTAS TAXAS (HRAPs)

• Maximizar a produção de algas, ambiente totalmente aeróbio;

• Profundidade reduzida para que a luz solar penetre em toda massa líquida ( p< 0,8 m);

• Altas concentrações de OD e elevado pH;

• Aumento da mortandade de microorganismos patogênicos e remoção de nutrientes (volatilização da amônia livre NH3) (remoção de fósforo = precipitação);

• Recebem alta carga orgânica;

• Agitação lenta e contínua na lagoa – equipamento mecânico que baixa potencia.

LAGOAS DE MATURAÇÃO

• LAGOAS DE MATURAÇÃO

• Principal objetivo => remoção de patógenos;

• Condições adversas aos microorganismos, radiação elevada, pH elevado, temperatura mais alto que o trato intestinal humano, falta de nutrientes, predação por outros organismos;

• Pós tratamento de unidades que removem DBO;

• Elevada remoção de coliformes.

LAGOAS DE POLIMENTO

• LAGOAS DE POLIMENTO

• São similares às lagoas de maturação, mas recebem esse nome por fazerem o polimento de efluentes de reatores anaeróbios (UASB – Reatores Anaeróbios de manta de lodo e fluxo ascendente);

• UASB não atingem elevadas taxas de remoção de DBO, necessitando assim o efluente de um polimento – remoção da DBO remanescente;

• Removem DBO e organismos patogênicos.

DISPOSIÇÃO DE EFLUENTES NO SOLO

• A aplicação de efluente no solo pode ser considerada uma forma de tratamento (primário, secundário ou terciário) e disposição final, ou ambos;

• Destinos dos poluentes no solo:– Matriz do solo;

– Retenção pelas plantas;

– Águas subterrâneas;

– Coleta por drenos subsuperficiais.

• Mecanismos que atuam na remoção de poluente no solo:

– Físicos: sedimentação, filtração, radiação, volatilização, desidratação;

– Químicos: oxidações e reações químicas, precipitação, adsorção, troca iônica e complexação;

– Biológicos: biodegradação e predação.

• A capacidade do solo em assimilar os compostos orgânicos depende:– Suas características e propriedades;– Condições climáticas;

• Fatores importantes no uso do solo como meio de degradação de compostos orgânicos:– Taxa de infiltração;– Tipos de cobertura vegetal;– Taxa de aeração do solo.

• A remoção de MO se dá através da ação filtrante do solo seguida pela oxidação biológica.

• TIPOS DE APLICAÇÕES NO SOLO

– Sistemas com base no Solo

• Irrigação (lenta ou fertirrigação);

• Infiltração rápida (alta taxa ou infiltração - percolação);

• Infiltração subsuperficial;

• Escoamento superficial;

– Sistemas com base na água

• Terras úmidas construídas (banhados artificiais).

• COMO SELECIONAR O MELHOR MÉTODO

– Qual a eficiência requerida?

– Quais são as condições climáticas?

– Qual a profundidade das águas subterrâneas?

– Qual é a permeabilidade do solo? Declividade?

INFILTRAÇÃO LENTA

SISTEMAS DE INFILTRAÇÃO LENTA

• Objetivo principal: tratamento dos esgotos;

• As taxas de aplicação para esgotos domésticos são determinados pela carga de N ou pela permeabilidade do solo;

• Busca-se maximizar a quantidade de esgotos aplicados por unidade de área.

SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO DE CULTURAS (FERTIRRIGAÇÃO)

• Objetivo principal: Reuso da água para produção agrícola, sendo o tratamento de esgotos um objetivo adicional;

• Busca satisfazer os requisitos de irrigação da cultura;

• Verificar a carga de N;– Considerar: compatibilidade da

necessidade de nutrientes, características microbiológicas e bioquímicas do efluente, tipo de cultura, tipo de solo.

INFILTRAÇÃO LENTA

– SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO DE CULTURAS (FERTIRRIGAÇÃO)

– Pode ser feita por inundações, sulcos, aspersão, gotejamento ou chorumeiras.

– ÁREAS DE APLICAÇÃO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS– Solo argiloso;– Boa capacidade de drenagem;– Águas subterrâneas p> 1,5 m;– Taxas de aplicação compatíveis com a evapotranspiração da

cultura;– Plantas removem os nutrientes, durante a percolação há remoção

de patógenos;– Altamente recomendável em áreas com espécies perenes,

persistentes e produtivas

Sulcos Sistema Pivo Central

INFILTRAÇÃO LENTA

• Sistemas de Infiltração – Percolação ou Infiltração Rápida

• Objetivo = O solo é um filtro para as águas residuárias (solo: meio poroso filtrante), recarregando as águas freáticas e subterrâneas;

– Na infiltração rápida o efluente é disposto em um tabuleiro, sem revestimento, rasos, onde a única saída é a vertical descendente.

INFILTRAÇÃO RÁPIDA - PERCOLAÇÃO

• A aplicação do efluente é intermitente (descanso para o solo);

• Como as taxas de aplicação são maiores, pouco é evaporado;

• APLICAÇÃO PODE SER:– DESCARGA DIRETA:

• Sulcos

• canais

• Tubulações Perfuradas

– ASPERSORES DE ALTA CAPACIDADE

INFILTRAÇÃO RÁPIDA - PERCOLAÇÃO

– O esgoto pré-tratado é aplicado abaixo do nível do solo;

– Os locais de disposição são preparados em escavações enterradas preenchidas com meio poroso;

• O meio poroso mantem a estrutura da escavação e permite que o efluente tenha fluxo livre e armazene quando há pico de vazão;

– O sistema funciona basicamente do mesmo jeito que a Infiltração-percolação.

INFILTRAÇÃO SUBSUPERFICIAL

– Com relação a geometria pode ser classificado em:

• Valas de infiltração (sem afluente final);

• Valas de filtração (com efluente final);

• Sumidouros ( poços absorventes);

– São geralmente conjugados com tanques sépticos;

– Aplicado em conjunto de residências ou área rural.

INFILTRAÇÃO SUBSUPERFICIAL

• Há geração de um efluente superficial;

• O efluente é levado a escoar pelo solo, rampa abaixo até atingir os canais de coleta;

• Aplicação intermitente;• Solos indicados = com baixa

permeabilidade e com inclinação de 2 a 8%;

• Necessidade da área ser coberta por culturas de crescimento –para absorver os nutrientes, reter os sólidos e evitar a erosão;– Brachiaria humidicola e Tifton;

• Parte evapora, parte percola e parte é coletada pelas canais;

ESCOAMENTO SUPERFICIAL

TERRRAS ÚMIDAS CONSTRUIDASBANHADOS ARTIFICIAIS

• Terras úmidas naturais são áreas inundadas ou saturadas por água superficial ou subterrânea, que suportam uma vegetação adaptada a essas condições. Ex: Pântanos, brejos e áreas similares.

• Terras úmidas construídas, banhados artificiais ou alagados artificiais (wetlands) são denominações utilizadas para designar processos de tratamento de esgotos que consistem em lagoas ou canais rasos (p<1m) que abrigam plantas aquáticas, e que se baseiam em mecanismos biológicos, químicos e físicos para tratar os efluentes.– Não são indicadas para tratamento de esgotos brutos.

• TIPOS– FLUXO SUPERFICIAL

• Assemelham-se as terras úmidas naturais;• Recebem efluente de lagoas de estabilização;• Podem ou não ter revestimento.

– FLUXO SUBSUPERFICIAL (LEITOS SUBMERSOS VEGETADOS)• Não se assemelha as terras úmidas naturais, porque não há agua

livre na superfície;• Leito composto de pedras, cascalhos, areia e solo;• Nível da água abaixo da superfície e o efluente fica em contato

com as raízes das plantas (desenvolvimento de biofilme);• Zona subsuperficial – anaeróbia, com pequenos sítios aeróbios ao

longo das raízes;• Recebem efluente de tanques sépticos e reatores anaeróbios.

• CLASSIFICAÇÃO COM RELAÇÃO AO FLUXO

– FLUXO VERTICAL (Filtros de areia ou cascalho)

– FLUXO HORIZONTAL

PERGUNTAS

• 1) Como é medida a matéria orgânica em um efluente?

• 2) Qual a diferença entre as Lagoas de Maturação e Lagoas de Polimento?

• 3) O que são as Lagoas de Altas Taxas? Qual a diferença entre as Lagoas de altas taxas e as lagoas facultativas?

• 4) Quais são os principais cuidados ao se adotar o sistema de disposição de efluentes no solo?

REFERENCIAS

• VON SPERLING, M. (2005). Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG. Editora FCO. Belo Horizonte.

• EnvironmentalMicrobiology. Second Edition. Raina M. Maier, Ian L. Pepper & Charles P. Gerba. ELSEVIER, 2009.

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