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Tratamento Biológico de Tratamento Biológico de EfluentesEfluentes

Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Biotecnologia

DISPOSIÇÃO FINAL DE RESÍDUOS

# em corpos d’água

# na rede pública de esgotos

# no solo

# no mar

# em poços profundos

Legislação Ambiental Federal

Legislação Ambiental dos Estados e Municípios

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICASwww.abnt.org.br

Normas ABNT:

NBR 9896 – Poluição das águas

NBR 9800 – Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor público de esgoto sanitário

NBR 9897 – Planejamento de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores

NBR 9898 – Preservação e técnicas de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores

Normas FEEMA

NT – 202.R-10 – Critérios e padrões de lançamento de efluentes líquidos

DZ - 205-R-05 – Diretriz de controle de carga orgânica em efluentes líquidos de origem industrial

DZ – 215-R-01 – Diretriz de controle de carga biodegradável em efluentes líquidos de origem não industrial

ANA – AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUASwww.ana.gov.br

FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia de Meio Ambiente

Regula o uso das águas dos rios lagos de domínio da União

TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

Principais causas e características poluentes das águas residuárias:

- Matéria orgânica ⇒ redução da DBO

- Compostos tóxicos ⇒ metais pesados, cianetos, sulfatos, etc

- Sais inorgânicos de Ca e Mg

- Nutrientes (N e P) ⇒ eutrofização

- Microrganismos patogênicos

- pH, temperatura

- Óleos, graxas, espumas ⇒ interferem na reoxigenação

Medida da quantidade de matéria orgânica

DBO: quantidade de oxigênio requerida por unidade de resíduo, para estabilização da matéria orgânica biodegradável

(normalmente medida após 5 dias de incubação a 20oC através de organismos vivos ou de suas enzimas).

É geralmente expressa em mg O2 consumido/L de água residuária.

ALPHA – Standard methods for the examination of water and wastewater. 25 th ed. American Publish Health Association, 1998.

Analisadores de DBO

DQO: quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica da amostra através de dicromato de potássioem meio ácido na presença de catalisadores.

DQODBO = 2

COT: carbono orgânico total, medido por métodos instrumentais.

TRATAMENTO PRIMÁRIO

TRATAMENTO SECUNDÁRIO

TRATAMENTO TERCIÁRIO

Gradeamento Lagoas Troca iônica

Câmara de areia Lodos ativados Carvão ativado

Sedimentação primária Filtro biológico Filtração

Flotação Digestão anaeróbia Coagulação

Fases do tratamento de águas residuárias:

Fases do tratamento de águas residuárias:

Requisitos para o sucesso do tratamento aeróbio:

pH 6-8

DBO:N:P = 100:5:1

O2 > 2 mg L -1

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Principais processos aeróbios aplicáveis aos resíduos industriais:

Lodos ativados

Filtros biológicos

Lagoas aeróbias

LODOS ATIVADOS

Sistema no qual uma massa biológica cresce e flocula, sendo continuamente recirculada e colocada em contato com a matéria orgânica do despejo líquido na presença de oxigênio puro, ou através de aeradores mecânicos de superfície.

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Microrganismos presentes no lodo:

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

“Bulking”⇐Sphaerotilus,

Beggiatoa, Thiothirx, Lecicothrix, Geotrichum

⇒ Pseudomonas, Zooglea,

Achromobacter, Flavobacterium,

Nocardia, Mycobacterium

+Nitrosomonas,

Nitrobacter

Estequiometria:

Oxidação e síntese:

COHNS + O2 + nutrientes → O2 + NH3 + C5H7NO2 + outros prods finais Matéria celulas orgânica novas

Fase endógena:

C5H7NO2 + 5O2 → 5 CO2 + 2H2O + NH3 + energia celulas

113 160 1 1.42

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Parâmetros de dimensionamento dos tratamentos com lodos:

- Cargas orgânicas ⇒ Kg DBO/Kg SSTA . dia

SSTA – sólidos suspensos no tanque de aeração

0,05 Kg DBO/Kg SSTA.dia (em casos de aeração prolongada)

1 a 2 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos ativados de alta capacidade)

0,3 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos de capacidade convencional)

Tempo de retenção nos tanques de aeração: 4-8 horas 3-5 dias

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

FILTROS BIOLÓGICOS

Sistema constituído de um leito de material ao qual os micror-ganismos aderem e através do qual o efluente é percolado, apósser distribuído sobre o topo do leito por um distribuidor rotativo geralmente acionado pela reação do jato do líquido.

Filtros biológicos

Microrganismos: predominância de bactérias, seguidas pelos protozoários, micrometazoários e fungos.

Obs: ambientes aeróbio e anaeróbio

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Filtro biológico

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Considerações sobre os materiais de enchimento:

• elevado volume de vazios

• elevada área superficial

• estruturalmente forte para suportar o próprio peso + peso

limo

• ser leve para reduzir custos das obras civis e construções

mais altas e que ocupem menor espaço

• biológica e quimicamente inerte

• baixo custo por unidade de BOD removida

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

* Pedra britada, pedregulho, sabugo de milho, materiais sintéticos (geralmente plástico)

Tipo de material de enchimento

A recirculação quando realizada:

• promove retorno dos microrganismos ativos

• a matéria orgânica entra em contato com o material ativo mais

de uma vez

• diluição de concentração da matéria orgânica afluente

• aumento da taxa de aplicação hidráulica sem alteração sensível

na taxa de aplicação orgânica

• regularização na vazão de alimentação

* Taxa de recirculação = vazão de recirculação/vazão de alimentação

Deve variar de 0,5 a 4,0

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

Grandes tanques de pequena profundidade definidos por diques de terra

As águas são tratadas por processos inteiramente naturais, envolvendo principalmente bactérias e algas

As algas tem o papel de fornecedores de oxigênio para as bactérias para a degradação da matéria orgânica

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Luz

O2

Algas(fotossíntese)

Bactérias(respiração)

CO2Sais minerais

Águas residuárias

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Classificação das lagoas de estabilização

• Lagoas fotossintéticas Pouco profundas (0,3 a 0,5m) Projetadas para águas residuárias pré-decantadas Utiliza cargas de 7 a 14 DBO/m3 dia

• Lagoas facultativas Profundidade (0,1 a 2,0m) Condições aeróbias próximas á superfície Decomposição anaeróbia dos sólidos no fundo Utiliza cargas de 9 a 21 DBO/m3 dia

• Lagoas anaeróbias Pouco profundas (0,3 a 0,5m) Projetadas para cargas orgânicas relativamente elevadas Usadas no pré-tratamento de águas residuárias Geralmente seguidas de lagoas facultativas Utiliza cargas de 100 a 400 DBO/m3 dia

Tratamento aeróbio/ facultativo/ anaeróbioTratamento aeróbio/ facultativo/ anaeróbio

LAGOAS AERADASSeguidas de um sistema de separação de sólidos (decantação), fornecem uma eficiência de remoção de DBO bastante elevada, mesmo a baixas idades de lodo.

Ocupa uma área da ordem de 1 a 10% da necessária para lagoas de estabilização fotossintética.

Tratamento aeróbio/facultativoTratamento aeróbio/facultativo

Lagoa aerada

Tratamento anaeróbioTratamento anaeróbio

DIGESTÃO ANAERÓBIA (Tanques sépticos e Biodigestores)

• Fermentação bacteriana com conseqüente degradação da matéria orgânica complexa em metano e gás carbônico

• Metade séc XIX – utilização para tratamento de esgoto doméstico

• Século XX – digestores para produção de gás metano a partir de esterco / desenvolvimento de biodigestores e equipamentos auxiliares

Características da digestão anaeróbia

Processo mais lento que o aeróbio, exigindo maiores tempos de retenção

Fase limitante - formação de metano

Condições para as bactérias metanogênicas: 35-37 oC e 57-59 oC

pH ~ 7,0

Tempo de retenção

30-60 dias

Tratamento anaeróbioTratamento anaeróbio

Bactérias facultativas e anaeróbias

Clostridium sp, Peptococcus anaerobus,

Bifidobacterium sp, Lactobacillus, Actinomyces,

Escherichia coli

Bactérias metanogênicas

Methanobacterium, Methanocillus,

Methanococcus, Methanosarcina

Tratamento anaeróbioTratamento anaeróbio

Tipos de biodigestores

Tempo de retenção~15 dias

TIPO DE TRATAMENTO APLICAÇÃO CARGA REQUERIMENTOS ADICIONAIS

FILTRO BIOLÓGICO esgoto sanitário e despejos industriais

250 - 700g DBO/m3.dia decantador primário

decantador secundário (recirculação)

LODO ATIVADO esgoto sanitário e despejos industriais

180 -3600g DBO/m3.dia decantador primário

decantador secundário (recirculação)

LAGOA AERADA são raras

esgoto sanitário e despejos industriais

100 a 300g DBO/m3.dia decantador primário ausência de recirculação de lodo

LAGOA ANAERÓBIA esgoto sanitário e despejos industriais  

< 20g resíduo seco/litro geralmente em associação anaeróbia-aeróbia

TANQUES SÉPTICOS esgoto sanitário (pequenas residencias ou aglomerados urbanos)

alguns despejos industriais para infiltração em solo

< 20g resíduo seco/litro recirculação do efluente com ou sem decantação

BIODIGESTORES esgoto sanitário e despejos industriais

> 50g resíduo seco/litro recirculação do efluente com ou sem decantação

Produção de biogás

Tratamento anaeróbioTratamento anaeróbio

Tratamento anaeróbioTratamento anaeróbio

Produção de biogás

TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUO SÓLIDO (Composto)

Os processos aeróbios e anaeróbios ocorrem sucessivamente

• Fase aeróbia:

pH ácido, 35oC (degradação carboidratos simples)

pH ácido, 60-65oC (decomposição de proteínas)

pH alcalino, 70-75oC (menor ação microbiológica, perda N)

pH alcalino, 37oC (degradação celulose e carboidratos resistentes)

• Fase anaeróbia: Desenvolvimento de bactérias produtoras de ácidos e metânicas

Formação do composto

CompostagemProcesso anaeróbio

Em desuso: atração de moscas e roedores mal odor “chorume”

Compostagem

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Compostagem

Fatores limitantes:

• Umidade: 40 – 70%

• Temperatura: 35-70 oC

• Relação Carbono/Nitrogênio: 30:1 a 50:1

Processo Bangalore (INDORE)

Usa valas no solo, revolvimento manual. Tempo de retenção de 120 a 180 dias. Usado na Índia.

Processo Bioestabilizador DANO

Cilindro rotatório com ligeira inclinação, com aeração forçada. Digestão de 1 a 5 dias. Muito usado na Europa.

Processo Earp - Thomas

Silo com oito compartimentos dispostos verticalmente. Braços móveis fazem os resíduos cairem de um andar para o outro, sendo o ar insuflado de baixo para cima. Usa inóculo patenteado. Digestão de 2 a 3 dias. Seu uso é frequente na Alemanha, Suiça, Itália, Grécia.

Tipos de digestores Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

Processo Metro

Possuem separação e recuperação de materiais, duas etapas de redução de tamanho por medio de moinhos de martelo e sistema de adição de lodos. Usado nos EUA.

Processo Prat

Consiste em uma série de câmaras donde se deposita o resíduo, dispositivo para introdução de ar e durante a fermentação se adiciona uma solução de sulfato de sódio e carbonato de cálcio a fim de garantir a manutenção da relação carbono/ nitrogenio, umidade e pH. Há plantas na frança e Inglaterra.

Processo Beccari

A fermentação é inicialmente aeróbia, em compartimentos fechados. En seguida se provoca uma ventilação forçada para estimular o crescimiento de bactérias aeróbias.

Reactores de 20 a 200 m3. Leva 45 dias.

Tipos de digestores Tratamento aeróbioTratamento aeróbio