processos aeróbios de tratamento de efluentes líquidos

Processos Aeróbios de Processos Aeróbios de Tratamento de Efluentes Tratamento de Efluentes

LíquidosLíquidos

IntroduçãoIntrodução

Reatores e ProcessosReatores e Processos

Introdução

Os processos biológicos de tratamento de águas residuárias são protótipos artificiais, compactos e concentrados de processos naturais de depuração.

Introdução


Introdução

A remoção e a degradação de poluentes orgânicos presentes nos efluentes pode ser feita empregando-se comunidades microbianas heterogêneas com predominância de bactérias.

Introdução


Introdução

De maneira genérica, os microrganismos presentes em reatores aeróbios podem ser classificados, em dois grandes grupos:I. os decompositoresII. os consumidores

Introdução


Introdução

BACTÉRIAS

As bactérias são os microrganismos mais importantes na decomposição da matéria orgânica carbonácea e reciclagem de nutrientes.

Introdução


IntroduçãoTabela 01 - Grupos metabólicos de bactérias envolvidas Tabela 01 - Grupos metabólicos de bactérias envolvidas no processo de tratamento de efluentes.no processo de tratamento de efluentes. Introdução


Introdução

Formação dos flocos biológicos

O floco biológico produzido nos sistemas de lodos ativados consiste de uma estrutura heterogênea, composta principalmente, por microrganismos, dentre os quais: bactérias, protozoários, fungos e alguns micrometazoários como os rotíferos, pequenos vermes, tardígrados e até mesmo larvas de insetos.

Introdução


Introdução

Estrutura dos flocos biológicos

Macroestrutura

Microestrutura

Introdução


IntroduçãoTabela 2 - Causas e efeitos de problemas relacionados à Tabela 2 - Causas e efeitos de problemas relacionados à formação dos flocos em sistemas de lodos ativados.formação dos flocos em sistemas de lodos ativados. Introdução


Introdução

FUNGOS

Não são habitantes frequentes, mas seu desenvolvimento pode ser estimulado se prevalecerem condições como: pH próximo de 5, presença de grande quantidade de carboidratos e deficiência de nutrientes.

Introdução


IntroduçãoIntrodução

Figura 1. Esquema da respiração aeróbia: fluxo de carbono e fluxo de elétrons.


Introdução

O crescimento microbiano se traduz, do ponto de vista prático, pela excessiva produção de biomassa ou lodo biológico, o que vem se constituindo em problema para esses processos devido aos custos de manuseio e à dificuldade de encontrar destinos adequados para esse material.

Introdução


Introdução

Nas condições adversas de um sistema de tratamento, muitas espécies bacterianas produzem cápsulas, que se constituem de camadas de exopolímeros excretados pelas células, que facilitam a adesão a superfícies suportes ou a outras células, além de se constituírem em barreira protetora para as bactérias em ambientes hostis.

Introdução


Introdução

Figura 2. Representação esquemática da formação de cápsula e agregação microbiana para a formação de aglomerados: flocos e filmes.

Introdução


IntroduçãoFigura 3. Etapas envolvidas na remoção de poluentes da fase Figura 3. Etapas envolvidas na remoção de poluentes da fase aquosa (a) e posterior biodegradação por via aeróbia (b).aquosa (a) e posterior biodegradação por via aeróbia (b).

Etapas do processo de biodegradação


IntroduçãoTipos de biorreatores empregados

Biomassa FixaBiomassa Fixa

Suporte Fixo Suporte Móvel

Leito Expandido

Leito Fluidizado

RBC

Air-Lift

Leito de Percolação

Leito Submerso

MBR

Lagoa Aerada

Lodo Ativado

MBR com módulo interno ou externo

Poços Profundos

Air-Lift

Biomassa em Biomassa em SuspensãoSuspensão

Reatores com Reatores com Biomassa em SuspensãoBiomassa em Suspensão


Introdução

Lodos ativados é o processo biológico de tratamento mais difundido.

Constituído por: um tanque de aeração um sedimentador

O processo de lodos ativados


Introdução

Figura 4. Esquema do processo de lodos ativados



Introdução

Pode ser operado em três faixas da carga (kgDB05/kgSSV.dia):

Forte carga (1 – 5)Convencional (0,2 – 0,5)Aeração prolongada (0,05 – 0,15)



Introdução

O principais parâmetros operacionais:

Carga orgânica aplicada ou relação A/M

(kgDB05 ou DQO/kgSSV.dia)

Q = vazão de efluente a ser tratadaSa= DBO5 ou DQO do afluente ao processoV = capacidade do tanque de aeraçãoXe = concentração de biomassa no tanque de aeração, expressa como SSV


./.a

e

Q SA MV X


Introdução

Carga volumétrica aplicada

(kgDB05 ou DQO/m3.dia)

Q = vazão de efluente a ser tratadaSa= DBO5 ou DQO do afluente ao processoV = capacidade do tanque de aeração


. aV

Q SCV


Introdução

Idade do lodo ou tempo médio de retenção microbiana

(1/m3)

Xu = concentração de biomassa na saída de fundo do sedimentador,

expressa como SSVw = vazão de descarte de lodo


.

.u

ce

w XV X


Introdução

O lodo ativado apresenta um tipo de sedimentação denominada zonal.

Os sólidos sedimentam conjuntamente, formando uma interface nítida com o líquido clarificado.



Introdução

Figura 5. O teste de sedimentação do lodo em proveta.



Introdução

Figura 6. Curva típica de variação da altura da interface com o tempo no teste de sedimentabilidade do lodo: 1) região de velocidade de sedimentação constante 2) região de transição (velocidade

variável) 3) região de compactação



Introdução

Assim, se Xe for a concentração de sólidos na amostra e Vp o volume de líquido na proveta, pode-se escrever:

Xe é expresso como Sólidos Totais ou Sólidos Voláteis em Suspensão (SST ou SSV)

IVL é expresso em mL/g


30

.e p

VIVL

X V


Introdução

Faixas de Índice Volumétrico do Lodo (IVL) recomendadas:


Faixa de IVL (mL/g) Autores

40 – 150 Jordão e Pessoa, 1995

50 – 150 Bitton, 1994

< 80 IWPC,1987

80 – 120 Jenkins et al., 1993


Introdução

Uma questão que pode ser colocada é a seguinte: será a sedimentabilidade afetada pelas condições de operação do processo de lodos ativados?



Introdução

Condições de operação do processo de lodos ativados - Fontes (Roques, 1980 e WEF,1996)



Introdução

Valos de Oxidação

Trata-se de um sistema de tratamento desenvolvido na Europa, originalmente para atender as necessidades de saneamento de pequenas comunidades (menos de 50.000 habitantes).

Variantes do processo de lodos ativados


Introdução

Figura 6. Ilustração esquemática de um vaIo de oxidação.



Introdução

SBR - "Sequencing Batch Reactor"

Essa vertente operacional vem ganhando difusão para o tratamento de esgotos de pequenas comunidades e de efluentes industriais produzidos em pequena quantidade.



Introdução

Figura 7. Ciclo operacional de um SBR - a) enchimento, b) reação - fase aeróbia, c) sedimentação, d) drenagem do sobrenadante



Introdução

Estabilização por Contato ("Contact Stabilization")

É uma variante interessante do processo de lodos ativados e baseia-se na capacidade de adsorção dos aglomerados microbianos, que é intensificada quando o lodo é submetido a um longo período de aeração.



Introdução

Figura 8. Representação esquemática do processo de Estabilização por Contato



Introdução

Lagoas Aeróbias

Podem ser conceituadas como tanques agitados que operam com biomassa em suspensão.

A não disponibilidade de recirculação da biomassa, tal como ocorre no processo de lodos ativados, resulta em concentrações muito menores de sólidos em suspensão (50 a 300 mg/L).

Lagoas aeradas agitadas


Introdução

Para esgotos domésticos, em geral, tempos de retenção maiores do que 4 dias não promovem incremento na qualidade do efluente tratado (Jordão e Pessoa,1995).



Introdução

Para efluentes industriais os tempos podem ser muito maiores. Grady e Lim (1980) compilaram dados operacionais de diversas lagoas e revelaram tempos de retenção hidráulica variando de 0,7 a 17 dias, alturas de líquido de 1,5 a 5 m.



Introdução

Figura 9. Representação esquemática de uma lagoa aerada agitada



Introdução

Poço Profundo

O reator do tipo poço profundo pode atingir até 150m de profundidade.

As pressões alcançadas nas camadas mais profundas de líquido contribuem para aumentar a eficiência de transferência de oxigênio.

Outros tipos de reatores com biomassa em suspensão


IntroduçãoOutros tipos de reatores com biomassa em suspensão


Introdução

Air-lift

Os reatores do tipo "air-lift" têm sido objeto de investigação acadêmica, entretanto, poucas instalações industriais estão em funcionamento.

Esses reatores podem conter partículas em suspensão para a adesão microbiana, operando, neste caso, como um reator de biomassa fixa a suporte móvel (Campos et aI., 2002).

Outros tipos de reatores com biomassa em suspensão


IntroduçãoOutros tipos de reatores com biomassa em suspensão

Reatores com Reatores com Biomassa FixaBiomassa Fixa


Introdução

O princípio de funcionamento dos reatores com biofilme é a retenção de uma comunidade microbiana diversificada e ativa no seu interior.

Reatores com biomassa fixa


Introdução

Filtros biológicos ("tricking filters")

Não promovem uma filtração, propriamente dita, mas sim adsorção e biodegradação dos poluentes presentes na fase aquosa.

Os filtros biológicos são, pois, reatores com biomassa aderente a suporte, sobre a qual percola o efluente a ser tratado

Filtros biológicos


Introdução

Figura 11. Esquema de um filtro biológico.

Filtros biológicos


Introdução

Biodiscos (RBC)

Esses sistemas podem ser constituídos de discos de 2 a 3,5m de diâmetro, 1,5 a 2cm de espessura e espaçados de cerca de 2cm.

A pilha de biodiscos é montada num eixo central, que é movimentado mecanicamente com velocidades de rotação de 1 a 2rpm.

Biodiscos


Introdução

Figura 12. Esquema de um biodisco.

Biodiscos


Introdução

Leitos Fixos Submersos Aerados

Os reatores de leito submerso têm capacidade de assimilar flutuações de vazão e carga orgânica e podem ser aplicados ao tratamento de efluentes que não são gerados nos fins de semana ou em algumas horas do dia, como sugerido por Rusten et aI. (1983).

Leito Submerso


Introdução

Figura 13. Esquema de um leito fixo submerso.

Leito Submerso


Introdução

Reatores de Leito Expandido

O termo leito expandido compreende os casos em que também ocorre a chamada fluidização uniforme.

Leito Expandido


Introdução

Figura 14. Esquema de um reator de leito expandido.

Leito Expandido


Introdução

Biorreatores com membranas (MBR)

Consistem de reatores com biomassa em suspensão e unidade com membranas para a separação de sólidos, promovendo, assim, de modo concomitante, a biodegradação dos poluentes e a separação dos sólidos.

Reator Com Membrana


Introdução

Figura 15. Esquema de um reator com membrana – a) interno; b) externo

Reator Com Membrana


IntroduçãoReator Com Membrana

processos aeróbios de tratamento de efluentes líquidos

Documents