FILTROS BIOLGICOS AERBIOS

SISTEMAS DE FILTROS BIOLGICOS AERBIOSGrade Caixa de areia Decantador Primrio Filtros Biolgicos Decantador Secundrio

RioAdensamento

Digesto

SecagemPHD-2411 Sa neamento I

Lodo Seco18

Reator UASB + Filtro Biolgico AerbioSISTEMAS DE FILTROS BIOLGICOS AERBIOSEsgoto TratadoGrade Caixa de areia Reator UASB Filtros Biolgicos Decantador Secundrio

Rio LodoSecagem

Lodo SecoPHD-2411 Saneamento I 18

FILTROS BIOLGICOS AERBIOSBioqumica e Microbiologia (CH2O)X + O2 2 + H2O + (CH2O)Y CO (CH2O)X 4 + CO2 + H2O + (CH2O)Y + H2 + H3C-COOH + CH

Filtro Biolgico - Estrutura do Biofilme

Na parte externa do biofilme predominam bactrias como aerobacter, flavobacter, pseudomonas e alcalgenes. Na parte interna do biofilme, predominam microrganismos como sphaerotilus natans, nocrdia e beggiatoa. As bactrias nitrificadoras, Nitrossomonas e Nitrobacter podem aparecer na parte baixa dos filtros descendentes, onde se verificam baixa DBO carboncea e elevada concentrao de oxignio dissolvido. Fungos como o Mucor, Penicillium e Fusarium tambm tormam parte do processo. Complementam o ecossistema de filtros biolgicos protozorios como os ciliados Opercularia, Epystilis e Vorticella, alm de micrometazorios como os rotferos. Algas podem aparecer na parte superior do filtro, aberta e exposta luz solar.Al tambm se hospedam verrnes, caramujos e larvas de insetos.

ETE CAADORES - CAMB/PR

Caractersticas dos Materiais de Enchimento dos Filtros Caracterstica/ Material Pedras Plstico rea superficial Massa especfica 2 3 3 especfica (m/m ) (kg/m ) 50 - 70 800 - 1450 100 - 200 30 - 100 Porosidade 40 - 60 94 - 97

Sistema de Drenagem - Fundo Falso do Filtro

Arranjos Tpicos

Equao Fundamental Sh / So = 10-k.h.(A/Q)^n

,onde:

Sh e So : Concentrao de substrato (DBO) profundidade h e entrada do filtro, mg/L k : Constante da velocidade de remoo de substrato, d h : Profundidade do leito, m A : rea do filtro, m2 3 -1

Q : Vazo afluente aos filtros, m /d n : Caracterstica do material de enchimento, n = 0,44 para pedras e 0,67 para anis plsticos. k varia entre 0,12 e 0,2 d para esgoto sanitrio a 20 C. Para outras temperaturas corrige-se k atravs de: kToC = k20oC * 1,08(T 20) -1 o

Estudos em Laboratrio So / Sh = 10k.h.(A/Q)^n n

log (So / Sh) = k.h.(A/Q)

Portanto, lanando-se em grfico log (So / Sh) contra h x (A/Q)n tem-se uma reta cujo coeficiente angular corresponde ao valor de k.

Equao de Eckenfelder Sh / So = 10-K.h.(Sa^m).(A/Q)^n

Em que:

K: Constante da velocidade da reao, m/d h: profundidade do leito, m 3 Q: Vazo, m /d 2 A: rea superficial do filtro, m Sa : rea superficial especfica do material de enchimento, 2 3 m /m m e n : Caractersticas do material de enchimento. Metcalf & Eddy recomendam usar m = n = 1, caso no se tenham dados mais especficos.

Frmula do NRC National Research Council 20 Vlida para esgoto domstico preenchido com pedras, a C: a) Sem recirculao de esgoto tratado entrada do filtro: EDBO (%) = 100 / [1 + 0,433 * (W/V) ]1/2 o

Em que:

EDBO (%) = Eficincia na remoo de DBO, em porcentagem W = Carga de DBO aplicada ao filtro, em kg/dia V = Volume do filtro, em m3

a) Com recirculao: EDBO (%) = 100 / [1 + 0,433 * (W / V*F) ] Onde: F = ( 1 + r ) / ( 1 + 0,1*r onde r =Qr / Q ) EDBO (%) = Eficincia na remoo de DBO, em porcentagem W = Carga de DBO aplicada ao filtro, em kg/dia V = Volume do filtro, em m3 2 1/2

CLASSIFICAO DOS FILTROS BIOLGICOS AERBIOS Caracterstica Taxa de Aplic. Hidrulica 3 2 (m /m /dia) Taxa de Aplic. Vol. de DBO 3 (kgDBO/m /dia) Profundidade do Leito (m) Material de Enchimento Fator de Reciclo ( r = Qr / Q) Consumo de 3 Energia (W/m ) Problemas com Moscas Baixa Taxa 1-4 Taxa Intermedir ia 4 - 10 Alta Taxa 10 - 40 Torre Biolgica 40 200

0,08 0,32 1,5 3,0 pedra 0 24 grande

0,24 0,48 1,25 2,25 pedra 0-1 2-8 pequeno

0,32 1,0 1,0 3,0 pedra/ plst 1-3 6 - 10 raro

0,8 6,0 4,5 12,0 plstico 1-4 10 - 20 nenhum

Recirculao de esgoto tratado para a entrada dos filtros biolgicos Balano de massa na entrada do filtro: Q * So + Qr * S e = ( Q + Qr ) * S i Em que: So = DBO do esgoto afluente ao filtro, antes da mistura com o reciclo Se = DBO do efluente final, aps o decantador secundrio

Si = DBO do esgoto afluente ao filtro, depois da mistura com o reciclo Q = Vazo mdia de esgoto sanitrio Qr = Vazo de recirculao de esgoto tratado

Dividindo-se pela vazo mdia de esgotos (Q): So + r * Se

= S i *( 1 + r )e

Si = ( So + r * S

)/(1 + r)

Exerccio de dimensionamento Filtro Biolgico Aerbio de alta taxa Dados: Populao atendida: 38.900 hab Carga de DBO dos esgotos: 2100 kg/dia 3 Vazo mdia de esgotos: 101,7 L/s = 366m /h = 8789 3 m /dia

a) Determinao da vazo de recirculao Admitindo-se a DBO dos esgotos entrada dos filtros, aps a mistura com o fluxo de recirculao, S i = 100 mg/L e a DBO dos efluentes finais, S e = 20 mg/L, tem-se: Si = ( So + r * S e ) / ( 1 + r ) 100 = ( So + r * 20 ) / ( 1 + r ) DBO dos esgotos: 2.100 / 8789 = 0,239 kg/m = 239 mg/L Eficincia dos decantadores primrios na remoo de DBO: 30% DBO dos esgotos entrada dos filtros: So = 0,7 x 239 = 167 mg/L Portanto, 3 3 r = 0,84 Qr = 85,2L/s = 307 m /h = 7.361 m /dia3

a) Determinao da carga de DBO afluente aos filtros: 3 Carga DBO = ( Q + Qr ) * Si = ( 8789 + 7361 ) * 0,1 kg/m = 1617 kg/dia b) Determinao do volume til

Considerando-se enchimento de plstico, ser usada a taxa de 3 aplicao volumtrica de DBO de 1,2 kg/m O volume til de /d. filtros necessrio ser: VF.B. = 1617 / 1,2 = 1348 m3

Considerando-se a profundidade do til de 2,70 m, a rea necessria ser: AF.B. = 1348 / 2,70 = 500 m2

Devero ser utilizados dois filtros de 18 m de dimetro, perfazendo a 2 3 rea de 254,5 m e volume de 687 m por filtro. a) Verificao da taxa de escoamento superficial, com base na vazo mdia de esgotos: Qmd. / As = (8789 + 7361) / 509 = 31,8 m /m /d3 2

a) rea necessria de aberturas para ventilao: Aabert = 0,01 * AF.B. = 0,01 * 254,5 = 2,55 m2

b) rea de drenagem dos esgotos sada do filtro: Adren = 0,15 * AF.B. = 0,15 * 254,5 = 38,2m2

Fotografia dos filtros biolgicos percoladores

Material de enchimento e distribuidor de esgoto

Decantador secundrio

FILTROS BIOLGICOS AERADOS SUBMERSOS Os critrios bsicos para o dimensionamento de filtros biolgicos de alta taxa, para se obter efluente final com DBO 30 mg/l para um afluente de DBO 100 mg/l, so: Taxa de aplicao de DBO por rea de enchimento CA CA 12 g DBO/mxdia CV 0,88 kg DBO/m3xdia para enchimento com pedra, com rea superficial especfica de ~70 m/m. Considerando-se inicialmente a taxa de aplicao volumtrica de 0,8 kg DBO/m3xdia, tem-se, para o ano 2022: Carga de DBO = 1.037 kg/dia VFB = 1.037 / 0,8 = 1.296 m3

Considerando-se 03 filtros biolgicos aerados de leito submerso, o volume til por filtro biolgico ser de 1.296 / 3 = 432 m3. Considerando-se a profundidade do leito de brita No. 4 igual a 2,8 m, a rea superficial necessria de cada filtro ser 432 / 2,8 = 154 m2. Utilizando-se filtros com dimetro D = 14 m, a rea de cada filtro ser de 154 m2 e o volume til ser de 2,8 * 154 = 431 m3 por filtro. O volume til total (trs filtros) ser de 431 * 3 = 1.293 m3. Considerando-se a implantao de apenas 02 (dois) filtros aerados na primeira etapa, o volume til disponvel ser de 2 * 431 = 862 m3. Considerando-se a rea superficial especfica da brita No. 4 igual a 70m2/m3, tem-se as seguintes condies operacionais:

PARMETRO Carga DBO Volume til de filtros aerados Taxa apl volumtrica de DBO rea superficial total brita 4 Taxa DBO/Aench (CA) rea superficial de filtros Vazo mdia de esgotos Vazo mxima de esgotos Taxa de escoam sup p/Qmd Taxa de escoam sup p/Qmx kg/dia m3 kg/ m3.dia m2 g/m2.dia m2 m3/dia m3/dia m3/m2/dia m3/m2/dia

ANO 2002 497 862 0,58 60.340 8,2 308 5.630 8.951 18,3 29,1

ANO 2012 739 862 0,86 60.390 12,2 308 8.981 13.660 28,9 44,4

ANO 2022 1037 1293 0,80 90.510 11,5 462 11.625 18.006 25,2 39,0

rea til de passagem (rea de vazios) do sistema de apoio do material de enchimento deve ser superior a 15% da rea superficial do filtro. Apas. > 0,15 * 154 = 23 m2 A alimentao do esgoto deve ter a melhor distribuio possvel dentro do filtro, que ser de fluxo ascendente e dever ser junto ao piso da cmara de entrada ao fundo do filtro. A aerao ser atravs de tubos perfurados, com sadas laterais e horizontais de ar, ou atravs de difusores de bolha grossa, sempre mais prximo laje de suporte das pedras. A sada de ar dever estar sempre acima da tubulao de alimentao de esgoto, para evitar subida do ar pela tubulao de alimentao.

Principais caractersticas dos filtros biolgicos: No. de unidades : 03 (02 na 1a. etapa) Forma circular em planta Dimetro, em planta D = 14,0 m Altura do material de enchimento hu = 2,8 m rea superficial = 154 m2 por unidade Volume til = 431 m por unidade ALIMENTAO DOS FILTROS BIOLGICOS AERADOS SUBMERSOS Os filtros biolgicos sero alimentados por tubulao central, vertical, que ir at 0,5 m abaixo da laje de suporte das pedras.

NECESSIDADE DE OXIGNIO: Os filtros operaro como sistema biolgico aerbio de taxa intermediria e sem nitrificao, requerendo cerca de 1,0 kgO2/kgDBO removida. Considerando, por segurana, DBO do efluente de 20 mg/l, a necessidade de oxignio ser, para o ano 2022, de: NEC.O2= (1.037 11.625x0,02)x1,0 = 804,5 kgO2/dia ou ~ 34 kgO2/hora. A aerao ser com bolhas grossas, atravessando o leito de pedras. Para hu = 2,8 m de enchimento + 0,7 de gua 12% = 0 x Para T = 28C CSW = 7,7 mg/l = 0,95

0,57 * 0,12 = 0,068 ou 6,8% Ser adotado = 6,8% necessidade de introduo de oxignio ser de 34 / 0,068 = 500 kgO2/hora ou 2.176 kg ar/hora ou ainda 1.814 Nm3ar/hora ou Qar = 30,0 Nm3ar/minuto por filtro. Para atender s horas de pico, ser considerada uma vazo de ar de 37 Nm3 ar/minuto e presso de 5 m.c.a.

- SISTEMA DE FORNECIMENTO DE AR Sero utilizados 03 sopradores (01por filtro e mais 01 de reserva) para Q 12,5 Nm3ar/minuto, presso de 5,0 mca - PRODUO DE LODO NOS FILTROS BIOLGICOS A produo de lodo nos filtros biolgicos de alta taxa de cerca de 0,9 kg SS/kg DBO removida ou cerca de 0,7 kg SS/kg DBO aplicada para eficincia de remoo de DBO entre 75% e 80% no filtro biolgico aerado submerso. Ser considerado: X = 0,7 kg SS/kg DBO aplicada XV = 0,53 kg SSV/kg DBO aplicada

ANO

CARGA DBO XFILTRO BIOL XV.FILTRO BIOL APLICADA (kg (kg DBO/dia) SS/dia) (kg SSV/dia) 497 739 1.037 350 517 726 263 392 550

2002 2012 2022

DECANTADOR SECUNDRIO Para efluentes de filtros biolgicos, que podem ser aplicados para filtros biolgicos submersos aerados, o parmetro bsico de dimensionamento a taxa de escoamento superficial, qA. Pela NB 570/90 qA 36 m3/m2xdia para Valores usuais para DBO < 30 mg/l: qA = 16 a 32 m3/m2xdia para (usual 24 m3) qA,mx < 40 a 48 m3/m2xdia para Qmx A taxa de escoamento linear atravs do vertedor de sada deve ser 380 m3/m2xdia para .

Vazes de dimensionamento dos decantadores

ANO 2002 2012 2022

(m3/dia) 5.630 8.981 11.625

Qmx (l/s) 103,6 158,1 208,4

rea necessria : A (208,4 * 86,4) / 40 = 484,4 m2 para o ano 2022 Ou A (208,4 * 86,4) / 40 = 450 m2 para o ano 2022. Ser utilizado 01 decantador secundrio com D = 24 m. rea do decantador = 452 m2 Comprimento do vertedor = 75,4 m As taxas de escoamento superficial para as diferentes situaes so:

qA

ANO 2002 2012 2022

REA 452 m 452 m 452 m 12,5 m3/m2xdia 19,9 m3/m2xdia 25,7 m3/m2xdia

qA,mx 19,8 m3/m2xdia 30,2 m3/m2xdia 39,8 m3/m2xdia

Taxa de escoamento linear pelos vertedores (qL) Para 2022 para qL = 11.625 / 75,4 = 154 m3/m.dia para Qmx qL = (208,4 * 86,4) / 75,4 = 239 m3/m.dia - Profundidade do decantador: A profundidade til do decantador secundrio ser hu = 3,0 m junto parede lateral - Alimentao do decantador: A mxima vazo afluente ao decantador ser de ~ 208 l/s. Ser utilizado dimetro de 500 mm.