aula 12 introdução aos metodos tratamento - prof. nelson (area 1) - 13.10

Tratamento de

Água e Efluentes

2º. Sem./2010

Eng.Ambiental

Programa

3

II UNIDADE

Caracterização e tratamento dos efluentes

industriais:

galvanoplastia, ind. papel e celulose, têxtil,

laticínios, abatedouros e frigoríficos,

curtumes, ind. química e petroquímica,

farmacêutica, ind. alimentícia e bebidas.

Controle de Processo e Análise de Custo

Visita Técnica: CETREL (Polo Camaçari) – Data a definir

UNIDADES QUE COMPÕEM O SISTEMA DE SANEAMENTO

ETA

ETE DISTRIBUIÇÃO

CONSUMIDOR

BARRAGEM DISINFECÇÃO

RIO

5

Fonte geradoras

Tratamento visando atendimento aos padrões

Pré tratamento

Rede pública

ETE

Tratamento completo

Corpo receptor

Tratamento visando reuso

Atendimento aos padrões de reuso

Processo produtivo ou utilidades

Tratamento de Efluente

Efluente Industrial

Métodos de

Tratamento

Introdução

Decantador

primário

Reator

biológico

Entrada

ETE

Esquema Convencional

Flotador

Caixa de

areia

Decantador

secundário

grades

Espessador

de lodo

Bomba

de lodo

Digestor de lodo Condicionamento e

secagem de lodos

Remoção

especial

Recirculação de lodo

Destino final do

lodo desidratado

(aterro sanitário)

Reto

rno

so

bre

nad

an

te

Legenda:

• Fase liquida sendo clarificada

• Sobrenadante retorno a ETE

• Lodo (sólido) remoção e

tratamento

Destino final do

efluente tratado (lago,

rio, corpo d´água)

8


Fases do Tratamento

Pré Tratamento

• Processos Físicos

Tratamento primário

• Processos Físicos

Tratamento secundário

• Processo Biológico

Tratamento terciário

• Remoção de nutrientes

• Desinfecção

9


Fases do Tratamento

Tratamento Preliminar

Tratamento primário

Tratamento secundário

Tratamento terciário

• Objetivo: remoção física de sólidos grosseiros e areia

• Unidades:caixas de areia, grades, peneiras,...

• Objetivo: remoção física e bioquímica dos sólidos

facilmente sedimentáveis

• Unidades: fossas sépticas, reatores anaeróbios,

decantadores primários,...

• Objetivo: remoção bioquímica da matéria orgânica

dos esgotos

• Unidades: lodos ativados, biofiltros, reatores

anaeróbios, lagoas de estabilização,....

• Objetivo: remoção de microrganismos patogênicos,

remoção de nutrientes e processos específicos

• Unidades: reatores com UV, ozônio, precipitação dos

fosfatos, stripping de amônia, etc.

efluente

afluente

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Fases do Tratamento

Pré Tratamento (Tratamento Preliminar)

11


Fases do Tratamento

Pré Tratamento

o esgoto é sujeito aos processos de

separação dos sólidos mais

grosseiros através do gradeamento

que pode ser composto por grades

grosseiras, finas e/ou peneiras

rotativas, em seguida a areia é

removida através das caixas de

areia e a remoção de óleos e graxas

através das caixas de gordura ou

em separadores água/óleo

12


Fases do Tratamento

Pré Tratamento

Nesta fase, o esgoto é, desta

forma, preparado para as fases

de tratamento subsequentes,

podendo ser sujeito a uma pré-

areação e a uma equalização

tanto de vazão como de cargas

poluentes.

13


Fases do Tratamento

Tratamento Primário

14


Fases do Tratamento


A primeira fase de tratamento

é designada por tratamento

primário, onde a matéria

poluente é separada da água

por sedimentação nos

sedimentadores primários.

15


Fases do Tratamento


Este processo exclusivamente

de ação física pode, em alguns

casos, ser ajudado pela adição

de agentes químicos que

através de uma coagulação/

floculação possibilitam a

obtenção de flocos de matéria

poluente de maiores dimensões

e assim mais facilmente

decantáveis.

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Fases do Tratamento

Tratamento Secundário

17


Fases do Tratamento


Objetivo: remoção de matéria

orgânica dissolvida e da matéria

orgânica em suspensão não

removida no tratamento primário

Consistindo num processo

biológico, do tipo lodo ativado ou

do tipo filtro biológico, onde a

matéria orgânica (poluente)

coloidal é consumida por

microrganismos nos chamados

reatores biológicos.

18


Fases do Tratamento

Tratamento Secundário (filtro biológico)

19



Participação de microrganismos

contato entre os microrganismos e o material orgânico contido no esgoto

Matéria orgânica + bactérias + O2 CO2 + H2O + biomassa

Reator

biológico

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Fases do Tratamento

Tratamento Secundário (aeração)

21


Fases do Tratamento


O efluente saído do reator

biológico contêm uma

grande quantidade de

microrganismos, sendo muito

reduzida a matéria orgânica

remanescente.

Os microrganismos sofrem posteriormente um

processo de sedimentação nos sedimentadores

(decantadores) secundários.

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Fases do Tratamento

Tratamento Secundário – Sistemas Aeróbios

Sistema são adequados a

quase todos os tipos de

efluentes, e dentre os tipos de

sistemas aeróbios podemos

citar:

Lodos ativados

Lagoas aeradas

Vasos de oxidação

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Fases do Tratamento


A eficiência de um tratamento

secundário pode chegar a 95%.

Findo o tratamento secundário,

as águas residuais tratadas

apresentam um reduzido nível

de poluição por matéria

orgânica, podendo na maioria

dos casos, serem admitidas no

meio ambiente receptor.

24


Fases do Tratamento

Tratamento Terciário

Normalmente, antes do lançamento final

no corpo receptor, é necessário proceder

à desinfecção das águas residuais

tratadas para a remoção dos

organismos patogénicos

em casos especiais, à remoção de

determinados nutrientes, como o

nitrogênio e o fósforo, que podem

potencializar, isoladamente ou em

conjunto, a eutrofização das águas

receptoras.

25


Fases do Tratamento

Remoção de Nutrientes

As águas residuais podem

conter altos níveis de nutrientes

como nitrogênio e fósforo. A

emissão em excesso destes

pode levar à acumulação de

nutrientes, fenômeno chamado

de eutrofização, que encoraja o

crescimento excessivo de algas

e cianobactérias.

26


Fases do Tratamento

Remoção de Nutrientes

A maior parte destas algas

acaba morrendo, porém a

decomposição das mesmas por

bactérias remove oxigênio da

água e a maioria dos peixes

morrem. Além disso, algumas

espécies de algas produzem

toxinas que contaminam as

fontes de água potável.

27


Fases do Tratamento

Desinfecção

A desinfecção das águas

residuais tratadas tem

como objetivo a remoção

dos organismos

patogénicos.

28

Como tratar um efluente industrial ?

A remoção dos contaminantes presentes em

efluentes industriais se dá através de métodos

físicos, químicos e biológicos envolvendo

processos e operações unitárias de natureza

física, química e biológica utilizadas

isoladamente ou em uma multiplicidade de

combinações. (Cavalcanti, – Manual de

Tratamento de Efluentes Industriais)


Métodos

29


Métodos

Operações unitárias

Forças físicas

Processos unitários

Reação química ou biológicas

30


Métodos

Tra

tam

en

tos F

ísic

os

• gradeamento

• Peneiramento

• Sedimentação

• Separação gravidade diferencial

• Flotação

• Filtração

• Aeração

• Stripping

• Adsorção

Tra

tam

en

to q

uím

ico

s

• Acerto de pH

• Preciptação química

• Oxi-redução

• Troca-iônica

Tra

tam

en

to b

ioló

gic

os

• Processo aeróbicos

• Lodos ativados

• Lagoas aeradas

• Lagoas de estabilização

• Filtros biológicos

• Contactores biologicos rotativos

• Processos anaeróbicos

• Reatores fluxo ascendente

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Principais Processos

Óleos e Graxas

• Separador por gravidade diferencial

• Flotação

• Filtração por membrana

Sólidos em suspensão

• Peneiramento

• Remoção de areia

• Sedimentação

• Filtração

• Flotação

• Coagulação / sedimentação

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Orgânicos biodegradáveis

• Lodos ativados e suas modalidades

• Filtros biológicos

• Reatores biológicos rotativos

• Lagoas aeradas e de estabilização

• Sistemas anaeróbicos

Orgânicos voláteis

• “Stripping a Ar dissolvido” (dessorção)

• Adsorção em carvão ativado

Orgânicos Refratários

• Adsorção com carvão ativado

• Precipitação Química

• Tratamentos oxidativos avançados

• Incineração

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Nitrogênio

• Tratamentos biológicos

• “stripping” de amônia

• Troca iônica

• Cloração ao “break point”

Fosforo

• Coagulação

• Tratamento biológico

Sólidos dissolvidos

• Troca iônica

• Osmose reversa

• Eletrodiálise reversa

• Eletrodeionização

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Metais Pesados

• Troca iônica

• Precipitação química

Patógenos

• Cloração

• Permanganato potássio

• Ozonização

• UV

• Dióxido de cloro

• Peróxido de hidrogênio

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Tratamentos Físicos

No que consiste os tratamentos físicos?

São operações unitárias em que atuam forças

físicas promovendo a separação de fases de

modo a que cada uma dessas fases

segregadas sofra tratamentos específicos ou

complementares.

36

(*) Após o tratamento, o efluente final das ETEs ainda contém certa % de sólidos, e a

maior ou menor quantidade de sólidos no efluente dependerá da eficiência da ETE.



Composição simplificada Esgoto Sanitário x Tratamento

99,9% água

Água de abastecimento utilizada na remoção do esgoto dos comércios e residências

0,1% sólidos (*)

Sólidos grosseiros Grades

Areia Caixas de areia

Sólidos sedimentáveis Decantação

Sólidos dissolvidos Processos biológicos e/ou especiais



Os tratamentos físicos são caracterizados

pelos seguintes processos:

Separação de fases

• Sedimentação

• Decantação

• Flotação

• centrifugação

Transição de fases

• Destilação

• Evaporação

• Cristalização

Transferência de fases

• Adsorção

• “stripping”

• extração

Separação molecular

• Microfiltração

• Ultrafiltração

• Nanofiltração

• Osmose reversa

• eletrodiálise

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O tratamento físico pode ser considerado

propriamente uma depuração ?

Não. Só uma transferência de fases, onde uma

delas concentrada de poluentes ou contaminantes.

Qual a importância dos tratamentos físicos ?

Viabilização para as fases subsequentes do

tratamento, visto que permite a retirada de

determinados poluentes refratários do fluxo

principal de despejo.

39



Principais tratamentos físico de ETE Gradeamento / Peneiramento

Sedimentação

Separação por gravidade diferencial

Flotação

Filtração

Aeração

“Stripping”

Adsorção

Eletrodiálise

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Gradeamento / Peneiramento

É utilizado na separação de sólidos grosseiros

impedindo obstrução e danos às unidades e

equipamentos de jusante.

Diferentes tipos de grades e peneiras:

Grades: grossas ou finas (limpeza manual ou

mecanizada)

Peneiras: tipo inclinada ou tambor rotativo

41



Grades

Normalmente instaladas na seção transversal de

canais ou canaletas, em posição inclinada (30º a

60º) ou vertical

Classificadas em grosseiras, médias e finas

Tipos grades

Grosseiras 4 a 10 cm espaçamento

Médias 2 a 4 cm espaçamento

Finas 1 a 2 cm espaçamento

42



Gradeamento / Peneiramento

retém os sólidos grosseiros (estopas, plásticos, papéis)

que são removidos manualmente

Grade Grossa

remove mecanicamente os sólidos de dimensões

menores que passaram pela grade grossa.

Grade fina mecanizada

43



Peneiras

São também indicadas para remoção de sólidos

Dada sua capacidade de remoção de sólidos

finos e mesmo de sólidos suspensos residuais de

tratamento biológico, têm sido utilizadas como

tratamento primário, substituindo decantadores

primários

Tipos: hidrostática e de tambor rotativo

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Peneira Hidrostática

São dispositivos dotados de telas em inox, dispostas inclinadas por

onde passa a suspenção de sólidos grosseiros

Os sólidos escorrem por gravidade ao longo da tela, enquanto o

filtrado escorre por entre as ranhuras da tela

45



Peneiras Tambor Rotativo

Peneira Mecânica

remove

mecanicamente o

material sólido de

diâmetro acima de

“6 mm” evitando

que os mesmos se

dirijam para os

reatores

anaeróbios.

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Peneiras – O que você precisa saber para

dimensionar uma !

Identificação do material a ser filtrado (tipos de

sólidos, peso, dimensões médias e máximas,

Vazão mínima e máxima,

Presença de óleo, gordura ou material aderente,

Porcentagem de sólidos,

Abertura da tela,

Material da tela,

Forma como o material adentra a peneira

(bombeando ou por gravidade)

Posição do tubo de saída.

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Separador água - óleo

A exemplo dos sólidos grosseiros, constitui também

uma das primeiras providências a serem encetadas

na preparação dos despejos

Vários dispositivos baseados na gravidade

diferencial e no principio da coalescência com ou

sem adição de produtos químicos.,

Separador API (American Petroleum Institute)

Separador PPI (Parallel Plate Interceptor)

Separador CPI (Corrugated Plate Interceptor)

Separador CFI (Cross Flow Interceptor)

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Separador API (água – óleo)

São constituídos por um tanque ou uma série de tanques,

que tem uma performance variável, dependendo de

diversos fatores, tais como: tempo de retenção, natureza

das paredes internas, propriedades do óleo, condições

físicas e características hidráulicas do fluxo de entrada

Trata-se de um equipamento simples sem partes móveis e

ajustáveis. Tem como desvantagem ser ineficiente para

gotículas de óleo menores de 150 micras, apresenta

turbulência, esta sujeito a curto-circuito, exala odores, o

óleo separado contém água podendo exigir separação

adicional

49



Separador API (água – óleo)

http://www.snatural.com.br/Separadores-Agua-oleo.html


Separador água/óleo

51



Separador API – O que você precisa saber

para dimensionar um !

Temperatura da água,

Peso especifico da água residuárias,

Peso especifico do óleo,

Viscosidade da água residuárias,

Presença ou ausência de emulsão,

Concentração de sólidos em suspensão,

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A velocidade de ascensão é regulada pela lei de

Stokes aplicada a glóbulos maiores que 0,015 cm,

segundo um no. Reynolds menor que 0,5

𝑉𝑎 =𝑔 𝑃𝑤 − 𝑃𝑜 𝑑2

18µ Onde,

Va = velocidade de ascensão (m/s) g – aceleração da gravidade (m/s2) Pw – peso específico da água (g/cm3) Po - peso específico do óleo (g/cm3) d – diâmetro dos glóbulos (cm) µ - viscosidade da água (g/cm.s)

53





Quando um corpo se

move no seio de um

fluído viscoso a

resistência que

apresenta o meio

depende da velocidade

relativa e da forma do

corpo

54





A velocidade horizontal máxima permitida é Vh = 15

Va, mas não pode ultrapassar a 0,914 m/min (3 ft/min).

Sendo assim, a seção transversal mínima (A), é a

seguinte:

𝐴 =𝑄

𝑉ℎ

Onde,

A – seção transversal (m2) Q – vazão (m3/min)

De acordo com as recomendações

da API as dimensões limites são:

H – profundidade (m): 0,91 a 2,44 L – largura (m): 1,83 a 6,1

55





O comprimento do separador é calculado pela seguinte

fórmula:

𝐿 = 𝐹1 + 𝐹2 .𝑉ℎ

𝑉𝑎

. 𝐻

Onde,

L – comprimento do separador (m) F1 – fator de turbulência F2 – fator de curto-circuito (=1,2)

Obs.: O fator F1 é

função da velocidade do

fluxo horiz. e da veloc.

ascensional das

partículas de óleo

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A tabela a seguir apresenta os valores de F1 em

função de Vh e Va:

Vh / Va F1

15,1 a 20 1,45

10,1 a 15 1,37

6,1 a 10 1,27

3,1 a 6,0 1,14

Menor 3,0 1,07

Fonte: Cavalcanti, José Eduardo – Manual de Tratamento de Efluentes

Industriais – pg. 208 (com adaptação)

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Separador API – Exemplo

Calcular um separador API para uma vazão de 2 m3/min:

Dados:

T – temperatura da água = 35º C

Pw – peso específico da água = 0,995 g/cm3

Po - peso específico do óleo = 0,890 g/cm3

µ - viscosidade da água = 0,007 g/cm.s

d – diâmetro dos glóbulos = 0,015 cm

g – aceleração da gravidade = 9,8 m/s2

F2 – fator de curto-circuito = 1,2

58




Cálculo da velocidade de ascensão Va:

𝑉𝑎 =𝑔 𝑃𝑤 − 𝑃𝑜 𝑑2

18µ

𝑉𝑎 =9,8 0,995 − 0,890 (0,015)2

18(0,007)

𝑉𝑎 = 1,84 𝑥 10 − 3 𝑚/𝑠

59




Cálculo da relação Vh / Va:

Considerando Vh máxima permitida, 0,914 m/min (3 ft/min)

𝑉ℎ

𝑉𝑎

=0,914

0,11= 8,31

Cálculo da seção transversal mínima considerando Vh =

0,914 m/min:

𝐴 =𝑄

𝑉ℎ

=2

0,914= 2,19 𝑚2

60




Sendo a área da seção transversal de 2,19 m2 a

profundidade de água de 0,91 m e largura de 2,4 m

satisfazem a relação:

No exemplo, para Vh/Va = 8,31, tem-se F1 = 1,27

Finalmente o cálculo do comprimento do separador:

𝐿 = 1,27 + 1,2 . 8,31. 0,91 = 18,7 𝑚

61


Separador água/óleo

http://www.capeonline.com.br/com_sep.htm

62



Sedimentação

É a decantação, por gravidade, de parte dos

sólidos em suspensão contidos nos despejos.

Tanques retangulares ou circulares;

Arraste do lodo de fundo (manual ou

mecanizado)

Retirada lodo de fundo (gravidade ou recalque)

Escuma na superfície remoção (manual ou

mecanizada)

63


Stripping de Amônia

O que é “Stripping de amônia” ?

é um processo de dessorção simples usado para

reduzir o teor de amônia de uma corrente de águas

residuais. Alguns efluentes contêm grandes

quantidades de amônia e/ou nitrogênio contendo

compostos que podem facilmente formar amônia.

Muitas vezes, é mais fácil e menos dispendioso

remover o nitrogênio de águas residuais na forma

de amônia que a convertem em nitratos e

nitrogênio, antes de removê-lo (Culp et al., 1978).

64



Onde é aplicado o “Stripping de amônia” ?

O processo de “stripping de amônia” funciona bem

com água residuária de teores de amônia entre 10

e 100mg / l. Para teores maiores de amônia (mais

de 100mg / l), pode ser mais econômico usar

técnicas de remoção de amônia alternativo, tais

como métodos de vapor ou biológicas. Air Stripping

também pode ser usado para remover muitas

moléculas orgânicas hidrofóbicas (Nutrient Control,

1983)

65



66



soda cáustica é

adicionada ao efluente

até pH 10,8-11,5


Poluentes Aquáticos

Poluentes Orgânicos Biodegradáveis

Poluentes Orgânicos Recalcitrantes/Refratários

Metais

Nutrientes

Sólidos em Suspensão

Calor

Microrganismos Patogênicos



Lançamento de matéria orgânica (esgoto doméstico) e

decomposição:

a) Por organismos aeróbios na presença de oxigênio,

podendo levar à morte organismos que dependem do

oxigênio para respirar (peixes);

b) Por organismos anaeróbios, na ausência de oxigênio,

formando gases como metano e sulfídrico

O impacto causado pelo lançamento de esgotos se dá

pela queda no teor de O2 dissolvido na água e não pela

presença de substâncias tóxicas nesses despejos.

Poluentes Orgânicos Biodegradáveis



Compostos não biodegradáveis ou de degradação lenta, na maioria

criados por processos tecnológicos recentes, sem organismos

naturais capazes de digeri-los. O impacto está associado à sua

toxicidade:

a) Defensivos agrícolas: tóxico ao homem, largamente disseminado;

b) Detergentes sintéticos: tóxico para os peixes e microrganismos

decompositores, dificulta trocas gasosas ar-água, ocasiona formação

de espuma que dispersa poluentes;

c) Petróleo: várias taxas de biodegradabilidade com formação de

película que dificulta trocas gasosas ar-água, veda estômatos e

órgãos respiratórios, impermeabiliza raízes de plantas e penas ou

pelos de aves e mamíferos, além de conter substâncias tóxicas.

Poluentes Orgânicos Recalcitrantes/Refratários



Todos os metais podem ser solubilizados pela água e gerar danos

à saúde em função: da quantidade ingerida, da toxicidade e do

potencial carcinogênico, mutagênico ou teratogênico

Organismos podem ser ou não sensíveis ao metal, mas o bio

acumula.

Metais tóxicos: arsênico, bário, cádmio, cromo, chumbo e

mercúrio.

Metais menos tóxicos: cálcio, magnésio, sódio, ferro, manganês,

alumínio, cobre e zinco (que podem produzir inconvenientes para

o consumo humano, como alteração de cor, sabor e odor da

água).

Fontes: atividades industriais, agrícolas e de mineração.

Metais



Excesso de nutrientes pode levar à proliferação de

algas, acarretando prejuízo para certos usos da

água, como mananciais de água potável.

Fontes: erosão dos solos, fertilização dos campos

agrícolas e a própria decomposição de matéria

orgânica.

Nutrientes



Aumentam a turbidez, que reduz a fotossíntese e

altera a cadeia alimentar. Sedimentos podem ser

tóxicos e se depositar ao fundo.

Sólidos em Suspensão

Calor

Afeta as características físicas, químicas e

biológicas da água.

Fonte: efluentes aquecidos de termoelétricas,

independentemente do combustível utilizado – fóssil

ou nuclear.



A água (e o esgoto) pode transmitir um grande

número de doenças. As principais classes de

organismos patogênicos e suas doenças são:

bactérias: cólera, febre tifóide, febre paratifóide,

disenteria, salmoneloses leptospirose;

vírus: hepatite infecciosa, poliomielite, febre amarela,

dengue, sarampo, rubéola, gripe;

protozoários: amebíase, malária (Plasmodium),

giardíase;

helmintos: esquistossomose e ascaridíase.

Microrganismos Patogênicos

Onde Estudar a Aula de Hoje

Nos Livros

• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de

Tratamento de Efluentes Industriais – ABES –

Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e

Ambiental ( Cap. 9)

Contato

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