processos naturais de tratamento (marcos von sperling)

SISTEMAS NATURAIS DE TRATAMENTO DE

ESGOTOS

(lagoas de estabilizao e wetlands)

Marcos von Sperling

Universidade Federal de Minas Gerais

Brasil

Semana da Engenharia Ambiental EESC-USP Maio 2012

Download de video e folheto: www.desa.ufmg.br

CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento

(UFMG/Copasa)

ETE Arrudas, Belo Horizonte

ETE Arrudas BH (1,4 milho de habitantes)

decantador

primrio

tanque de

aerao

decantador

secundrio

CePTS Centro de Pesquisa e Treinamento em Saneamento (UFMG/Copasa)


CePTS


Google Earth


7 reatores UASB 4 filtros biolgicos percoladores 3 lagoas de polimento 1 filtro grosseiro de pedras 2 wetlands de escoamento horizontal subsuperficial 1 wetland de escoamento vertical (3 clulas) 1 fotorreator para radiao UV 1 sistema de armazenamento e tratamento de biogs 1 reator trmico para higienizao de lodo leitos de secagem minirredes (gua, esgotos, guas pluviais) 1 casa de apoio

Escala de demonstrao: cada unidade - 50 a 500 habitantes

IWA - Grupo de especialistas em

Wastewater Pond Technology

9 congressos internacionais (prximo: Cartagena, Colmbia Agosto 2013

DESEMPENHO DE

ESTAES DE TRATAMENTO

DE ESGOTOS

ETEs AVALIADAS EM SP E MG

Modalidade Notao de

referncia

Nmero de

ETEs

Fossa Sptica + Filtro Anaerbio FS + FA 73

Lagoa Facultativa LF 43

Lagoa Anaerbia + Lagoa Facultativa LAN+LF 73

Lodos Ativados LA 13

Reator UASB UASB 10

Reator UASB + Ps-tratamento UASB + PS 8

TOTAL SISTEMAS 166

Tese de doutorado de Slvia Oliveira (2006)

CONCENTRAES E EFICINCIAS

Constituinte Unidade FS+FA LF LAN+LF LA UASB UASB+POS

DBO

Afluente (mg/L) 665 553 510 315 371 362

Efluente (mg/L) 292 136 89 35 98 42

Eficincia (%) 59 75 82 85 72 88

DQO

Afluente (mg/L) 1398 1187 1095 575 715 713

Efluente (mg/L) 730 525 309 92 251 141

Eficincia (%) 51 55 71 81 59 77

SST

Afluente (mg/L) 479 430 411 252 289 334

Efluente (mg/L) 165 216 153 57 85 51

Eficincia (%) 66 48 62 76 67 82

NTK

Afluente (mg/L) 78 69 78 47 43

Efluente (mg/L) 61 38 45 22 48

Eficincia (%) 24 44 39 50 -13

PT

Afluente (mg/L) 9 9 11 3 7 7

Efluente (mg/L) 7 4 7 1 6 5

Eficincia (%) 15 46 37 46 -1,0 23

CF

Afluente (org/100mL) 2,9x107 5,3x107 2,0x108 3,7x107 1,2x108 1,8x108

Efluente (org/100mL) 5,5x106 1,2x106 4,3x105 1,3x105 3,4x107 9,7x106

Eficincia Unid log 1,0 1,6 2,2 2,0 0,6 2,8


DBO Eficincia de remoo

Eficincia de remoo - DBO (%)

FS+FALA

LFSA

UASBUASB+POS

0

20

40

60

80

100

LAN+LF


DBO Comparao com eficincia esperada

Eficincias de remoo - DBO

50

60

70

80

90

100

FS + FA LF LAN + LF LA UASB UASB +

POS

(%)

11

8

5 34

20

12

5

54

49 55

80

88

84

38

46 11

0

0

b - % de ETEs com eficincias mdias dentro da faixa de valores reportados (desempenho dentro da faixa)

a - % de ETEs com eficincias mdias acima do valor mximo de literatura (desempenho superior ao da faixa)

c - % de ETEs com eficincias mdias abaixo do valor mnimo de literatura (desempenho inferior ao da faixa)

Valor mximo literatura

Valor mnimo literatura

a

b

c

Percentual de atendimento: DBO5 no efluente 60 mg/L

Mdias aritmticas dos percentuais de atendimento individuais de cada ETE


Atendimento mdio ao critrio 1

14% 16%

42%

86%

25%

78%

FS + FA LF LAN+LF LA UASB UASB+POS

CUSTOS DE IMPLANTAO

DE ESTAES DE

TRATAMENTO DE ESGOTOS

CUSTOS DE IMPLANTAO (R$/hab e R$/m)

Data base: abril 2010

Custos globais de implantao (baseados em

ETEs implantadas e projetadas)

US$1,00 = R$1,70

ETE - CUSTOS DE IMPLANTAO

0

200

400

600

800

1000

Fa

c /

An

ae

r+F

ac

Lag

oas+

Ma

tur

UA

SB

UA

SB

+1-2

lag

oas

UA

SB

+3>

lag

oas

UA

SB

+F

iltrA

na

er

UA

SB

+F

BP

Lod

Ativ

ETEs - Custos de implantao per capita (R$/hab)

25%

50%

Max

Min

75%

ETE - CUSTOS DE IMPLANTAO

Populao (hab)

Custos por

habitante

(R$/hab)

(min-max) (25-75 %il)

Lagoas facultativas e

anaerbias+facultativas15 2089 61000 53 92

Lagoas facultativas e anaerbias-

facultativas + maturao10 1000 14485 119 215

Reatores UASB 5 4320 15146 23 72

UASB + uma ou duas lagoas de

maturao em srie10 5135 138000 106 170

UASB + trs ou mais lagoas de

maturao em srie4 7292 41330 154 258

UASB + filtros anaerbios 9 1381 199041 85 126

UASB + filtros biolgicos

percoladores22 4584 300000 86 145

Lodos ativados 9 40000 1500000 141 - 174

TipoNmero de

dados (US$/hab)

Custos em dlares e reais

Populao (hab)

Custos por

habitante

(R$/hab)

(min-max) (25-75 %il)

Lagoas facultativas e

anaerbias+facultativas15 2089 61000 53 92

Lagoas facultativas e anaerbias-

facultativas + maturao10 1000 14485 119 215

Reatores UASB 5 4320 15146 23 72

UASB + uma ou duas lagoas de

maturao em srie10 5135 138000 106 170

UASB + trs ou mais lagoas de

maturao em srie4 7292 41330 154 258

UASB + filtros anaerbios 9 1381 199041 85 126

UASB + filtros biolgicos

percoladores22 4584 300000 86 145

Lodos ativados 9 40000 1500000 141 - 174

TipoNmero de

dados

91 - 157

202 - 365

40 - 123

180 - 289

262 - 439

144 - 214

147 - 246

240 - 295

(US$/hab)

LAGOAS DE POLIMENTO

LAGOAS DE POLIMENTO / FACULTATIVAS

Ps-tratamento de efluentes anaerbios

LAGOAS DE POLIMENTO

Comparao de sistemas com e sem reator UASB

LAGOA FACULTATIVA REATOR UASB

REATOR UASB - LAGOA FACULTATIVA

Itabira (7.000 hab)

CORPO RECEPTOR


Itabira (7.000 hab)


Juramento (1.500 hab)


Samambaia (180.000 hab)

Reator UASB -

Lagoa facultativa -

Lagoa de alta taxa -

Lagoa de maturao

REATOR UASB - LAGOA DE POLIMENTO TIPO

MATURAO

CePTS UFMG/COPASA - 250 hab

DIMENSIONAMENTO DE LAGOAS DE

POLIMENTO

Dimensionamento como lagoas de maturao

Taxa de aplicao orgnica superficial no to

importante

Parmetros de projeto:

Nmero de lagoas em srie Tempo de deteno hidrulica Profundidade Geometria (relao L/B)

PESQUISAS DIVERSAS DA UFMG

EM LAGOAS DE ESTABILIZAO

REMOO DE MATRIA

ORGNICA

CARGA ORGNICA SUPERFICIAL

Oliveira et al (2009)

0

200

400

600

800

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Ls (kgBOD/ha.d)

Efflu

en

t B

OD

(m

g/L

)Avaliao de 73 lagoas facultativas primrias em SP e MG

valor mximo recomendvel

DBO EFLUENTE

DBO total = DBO solvel + DBO particulada

DBO solvel: funo do tipo de reator

DBO particulada: funo da quantidade de SS (algas) na lagoa

DBO

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Bruto UASB L1 L2 L3 L4

Conc (

mg/L

) DBOpart

DBOfilt

ETE Experimental Arrudas: reator UASB + 4 lagoas de polimento (250 hab)

MODELOS HIDRULICOS

Fluxo em pisto Mistura completa

Clulas em srie Fluxo disperso

-K.t0eS=S

K.t+1

S=S 0

n

0

)n

tK+(1

S=S

4K.t.d1a

ea)(1ea)(1

4ae.SS

a/2d2a/2d2

1/2d

0

MODELOS HIDRULICOS

Regime

hidrulico

Frmula para a

concentrao efluente

(C)

Frmula para o

coeficiente de remoo

(K)

Fluxo em

pisto

K.t-

0eC=C t

)(C/Cln K 0

Mistura

completa

K.t+1

C=C 0

t

1/C)(CK 0

Fluxo disperso

4K.t.d1a

ea)(1ea)(1

4ae.CC

a/2d2a/2d2

1/2d

0

Valor de K no explcito

Resolver por iterao

MODELOS HIDRULICOS

Relao entre coeficientes de reao (K)

LAGOAS FACULTATIVAS

Concentrao de DBO solvel efluente

Mistura completa (20 C) 12 lagoas em SP e ES:

Lagoas primrias: K = 0,30 a 0,40 d-1

Lagoas secundrias: K = 0,25 a 0,32 d-1

Von Sperling, 2000

Nmero de disperso

Fluxo disperso

Estimativa do nmero de disperso

Agunwamba et al (1992):

dB H t

L B H

H

L

H

B

H B

0 1023 2

4

0 410 0 981 1 385, .(

.( . ). .

. . .) .( ).( )

, ( , , . / )

Yanez (1993):

2)1,014x(L/B)0,254x(L/B0,261

(L/B)d

Von Sperling (1999):

(L/B)1d

L = comprimento da lagoa (m)B = largura da lagoa (m)H = profundidade da lagoa (m)t = tempo de deteno (d)

= viscosidade cinemtica da gua (m2/d)

LAGOAS FACULTATIVAS

Estimativa do nmero de disperso

Agunwamba et al (1992):

dB H t

L B H

H

L

H

B

H B

0 1023 2

4

0 410 0 981 1 385, .(

.( . ). .

. . .) .( ).( )

, ( , , . / )

Yanez (1993):

2)1,014x(L/B)0,254x(L/B0,261

(L/B)d

Von Sperling (1999):

(L/B)1d

L = comprimento da lagoa (m)B = largura da lagoa (m)H = profundidade da lagoa (m)t = tempo de deteno (d)

= viscosidade cinemtica da gua (m2/d)

REDUO DA DBO PARTICULADA

Polimento do efluente de lagoas

Filtro grosseiro: brita 3 ou pedra de mo (ETE Experimental UFMG-COPASA) Taxa de aplicao: ~ 1 m3/d por m3 de leito

Polimento do efluente de lagoas

Macrfitas flutuantes (lentilhas dgua)

Figura 13: Detalhe das lentilhas dguaFigura 12: Colheita das lentilhas dguaETE Experimental UFMG/COPASA

REDUO DA DBO PARTICULADA

REMOO DE ORGANISMOS

PATOGNICOS

REMOO DE ORGANISMOS PATOGNICOS

EM LAGOAS DE POLIMENTO

Max

Min

75%

25%

Median

UFMG - ARRUDAS (escala de demonstrao)

1

10

100

1000

10000

1e5

1e6

1e7

1e8

1e9

1e10

EB UASB L1 L2 L3 L4

Eficincia de remoo de coliformes (unidades log)

186 lagoas no mundo

LAGOAS FACULTATIVAS, MATURAO E POLIMENTO

LOG UNITS REMOVED IN EACH POND OF THE SERIES

Median

25%-75%

5%-95% PRIM SEC MAT1 MAT2 MAT345

CATEGORY

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

LO

G U

NIT

S R

EM

OV

ED


Concentrao efluente de coliformes

REGIMEHIDRULICO

ESQUEMA FRMULA DA CONTAGEM DECOLIFORMES EFLUENTES (N)

Fluxo empisto

N = N0e-K

b.t

Misturacompleta(1 clula)

N =N0

1+ Kb.t

Misturacompleta

(clulas iguaisem srie)

N =N0

(1+ Kb.t

n)n

Fluxodisperso

.t.db4K1a

a/2de2a)(1a/2de2a)(1

1/2d4ae.0NN

Lagoas chicaneadas

Samambaia (180.000 hab)


Eficincia de remoo de coliformes

UNIDADES LOG REMOVIDAS E

EFICINCIA DE REMOO

Kb.t

Unid

ades log r

em

ovid

as

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Efic

in

cia

(%)

fluxo em pisto

mistura completa

n=1

n=2

n=3

n=4

n=oo

99,999

99,99

99,9

99

90

Mistura completa

unidades log removidas = - log10 [(100-E)/100]


Fluxo disperso


EFICINCIA DE REMOO

Kb.t

Unid

ades log r

em

ovid

as

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Efic

in

cia

(%)

fluxo em pisto

mistura completa

d=oo

d=4,0

d=1,0

d=0,5

d=0

99,999

99,99

99,9

99

90

d=0,1




Fluxo disperso [d=1/(L/B)]


EFICINCIA DE REMOO

Kb.t

Unid

ades log r

em

ovid

as

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Efic

in

cia

(%)

L/B=1

L/B=2

L/B=4

L/B=8

L/B=32

99,999

99,99

99,9

99

90

L/B=16


Coeficiente de decaimento (Kb) - fluxo disperso

186 lagoas no mundo

Kb disp (20o C) vs depth H

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0,00 1,00 2,00 3,00

H (m)

Kb

(1

/d)

Effluent coli estimated x observed

1,E+00

1,E+02

1,E+04

1,E+06

1,E+08

1,E+10

1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06 1,E+08 1,E+10

Obs

Estim

d = 1/(L/B)

L = pond length (m)

B = pond breadth (m)

Kb = 0.549.H 1.456

H = pond depth (m)


Coeficiente de decaimento de coliformes (Kb)

186 lagoas no mundo

Inadequabilidade do modelo de mistura completa

Kb (DISPERSED FLOW)

Median

25%-75%

5%-95% PRIM SEC MAT1 MAT2 MAT345

POND TYPE

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

Kb

(1

/d)

Kb (CSTR)

Median

25%-75%

5%-95%

PRIM

SEC

MAT1

MAT2

MAT345

POND TYPE

0,1

1,0

10,0

100,0

1000,0

K (

1/d

)

1


Coeficiente de decaimento bacteriano (Kb)

Fluxo disperso (PROSAB)

LAGOAS DE POLIMENTO

Kb (disperso) = 0,710.H 0,965

K b e s tim x K b o b s ( flu xo d is p e rs o )

K b = 0 ,710 .H-0 , 9 5 5

0 ,0

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

0 ,2 0 ,4 0 ,6 0 ,8 1 ,0 1 ,2 1 ,4 1 ,6 1 ,8 2 ,0 2 ,2

H (m )

Kb

dis

p (

1/d

)

_ _ _ l in h a c h e ia : e q u a o e s p e c fic a :

- - - l in h a tra c e ja d a : e q u a o g e ra l

Para a mesma rea superficial A:

H aumenta V aumenta HRT aumenta

Mas Kb diminui Eficincia no aumenta

H

2H

A A

V

V


Detection of pathogenic bacteria by PCR

Bacteria Sampling 1

(25/04/2007)

Sampling 2

(27/02/2008)

Sampling 3

(11/02/2009)

Sampling 4

(27/05/2009)

RS P1 P3 RS P1 P3 RS P1 P3 RS P1 P3

E. coli + + - + + - + + + + + +

Salmonella spp. - + + - - - - + + - - +

Salmonella Typhimurium + + - + - - + - - + - -

Shigella spp. - + - - - - - - - - - -

Shigella dysenteriae + - - - - - - - - - - -

Enterococcus spp. + - - - - - + + + + + +

Campylobacter jejuni + + + - - + + + + - - +

Helicobacter pylori - - - - - - - - - - - -

Staphylococcus aureus - - - - - - - - - - - -

Yersinia enterocolitica - - - - - - - - - - - -

Summary of PCR results

+ Amplification of bacterial DNA positive / - Amplification of bacterial DNA negative

RS = raw sewage; P1 and P3 = effluent from Pond 1 and 3, respectively

Godinho et al (2011)

Quantification by FISH of bacteria detected using

PCR

Mean concentrations of bacteria and total cells value

1,2E+10

2,5E+09

1,0E+03

1,0E+04

1,0E+05

1,0E+06

1,0E+07

1,0E+08

1,0E+09

1,0E+10

1,0E+11

Raw Pond 1 Pond 3Me

an

c

on

ce

ntra

tio

n (c

ell/1

00

ml)

E.coli Salmonella spp. Campylobacter spp

Enterococcus spp. Total cells

Godinho et al (2011)

REMOO DE OVOS DE HELMINTOS

Lagoas investigadas no PROSAB

MaxMin

75%25%

Median

ESGOTO BRUTO

0

100

200

300

400

500

600

UFVPE

ITAB-REALITAB-PILOTO

ARRUDAS

MaxMin

75%25%

Median

EFLUENT E UASB

0

50

100

150

200

250

300

UFV UFPE IT AB-REALIT AB-PILOT OARRUDAS

MaxMin

75%25%

Median

EFLUENT E LAGOA 1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

UFVUFPE

IT AB-REALIT AB-PILOT O

ARRUDASUSP

MaxMin

75%25%

Median

EFLUENT E FINAL

0

1

2

3

4

5

6

7

UFV-L3 IT AB-PILOT O-L2 ARRUDAS-L4

Remoo de ovos de helmintos

Modelo de Ayres

] 0,14.e [1 . 100E 0,38.t)(

] 0,41.e [1 . 100E )0,0085.t 0,49.t (2

Eficincia mdia:

95% de confiana:

EFICINCIA DE REM OO DE OVOS DE HELM INTOS

0 ,0

1 ,0

2 ,0

3 ,0

4 ,0

5 ,0

6 ,0

0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 2 6 2 8 3 0

T e m p o d e d e te n o h id r u lica (d )

Un

ida

de

s l

og

re

mo

vid

as

V a lo r e s m d io s

9 5 % d e c o n f ia n a

OMS (irrigao):

< 1 ovo/L

LAGOAS FACULTATIVAS E DE MATURAO

Helminth eggs removal

Ayres et al model (2002)

FACULTATIVE AND MATURATION PONDS

HELMINTH EGGS - FIRST POND

ESTIMATED (AYRES) AND OBSERVED EFFICIENCY

80

85

90

95

100

0 5 10 15 20 25

RETENTION TIME (d)

EF

FIC

IEN

CY

(%

)

OBS

ESTIM

Average values from five different ponds in Brazil

LAGOAS DE MATURAO

Remoo de ovos de helmintos

Ovos no lodo de uma lagoa chicaneada

OV OS DE HEL M INT OS NO L ODO - V I V EIS E N O V I V EIS

0

2 0 0

4 0 0

6 0 0

8 0 0

1 0 0 0

1 2 0 0

En tr a d a C h ic a n a 1 C h ic a n a 2 C h ic a n a 3 C h ic a n a 4 S a d a

Po n to s d e am o s tr ag e m d e n tr o d a lag o a ch ican e ad a

Ov

os

/ g

TS

)

V i v e is N o v i v e is

DIST RIBUI O DA S ESPC IES DE HEL M INT OS NO L ODO

0 ,1

1

1 0

1 0 0

1 0 0 0

1 0 0 0 0

En tr a d a C h ic a n a 1 C h ic a n a 2 C h ic a n a 3 C h ic a n a 4 S a d a

Ov

os

/ g

TS

A n c ilo s to m a Tr ic h u r is A s c a r is

Itabira (piloto) Lagoa com 4 chicanas

Soares (2002)

LAGOAS

Impedir acesso da populao!

REMOO DE NITROGNIO

LAGOAS FACULTATIVAS E DE MATURAO

Remoo de nitrognio

Principais mecanismos

volatilizao da amnia (?)

assimilao da amnia pelas algas

assimilao dos nitratos pelas algas

nitrificao - desnitrificao

sedimentao do nitrognio orgnico particulado

Lagoas de polimento

Valores mdios das fraes de N ao longo

do sistema

CePTS UFMG/Copasa

Assuno et al (2011)

Amnia

Lagoas de polimento

Concentrao da amnia em funo das

faixas de temperatura nas lagoas

Interpretao similar para as eficincias de remoo de amnia

Lagoas de polimento

Lagoas de polimento

Concentrao da amnia em funo das

faixas de pH nas lagoas

Interpretao similar para as eficincias de remoo de amnia

Ajuste do modelo de Pano e Middlebrooks para a

amnia efluente

Lagoa 1 Lagoa 2

Lagoa 3

Lagoas de polimento

Ajuste do modelo de Reed para nitrognio

efluente Lagoa 1 Lagoa 2

Lagoa 3

Lagoas de polimento

Possibilidade da ocorrncia da nitrificao

e desnitrificao Oxignio dissolvido (10:00 am)

Low nitrate values High DO values Unlikely anoxic conditions Unlikely

substantial denitrification

Lagoas de polimento

Simplified Anthonisen plot - position of each pond in terms of the

inhibition zones (function of pH, total ammonia and free ammonia)

Inhibition of nitrate-forming bacteria (nitrite values are low, but are higher than nitrate) Unlikely complete nitrification

Lagoas de polimento

Possibilidade da ocorrncia da nitrificao

e desnitrificao

Estudo da volatilizao da amnia

Taxa de volatilizao

da amnia na

cmara extrapolada

para toda a

superfcie da lagoa

Estudo da volatilizao da amnia

Porcentagem da amnia removida por

volatilizao em relao amnia total removida

Influncia da profundidade e do TDH

Po

nd

1

Po

nd

2

Po

nd

3

Po

nd

4

Po

nd

1

Po

nd

2

Po

nd

3

Po

nd

4

UASB UASB

Phase 1: 4 ponds in series

(H=0.40m)

Phase 2: 2 systems of 2

ponds in series

(H=0.80m ponds 1 and 2;

H=0.40m ponds 3 and 4)

CePTS UFMG/Copasa

Chiatti et al (2004)

0.80m 0.40m

Para a mesma rea superficial A:

Maior H Maior V Maior TDH

Sem aumento na remoo de N

Lagoas de polimento rasas so bem vantajosas

Influncia da profundidade e do TDH na

remoo de N

LAGOAS: MODELAGEM

HIDRODINMICA

Sistema de lagoas do aeroporto de Confins

(Belo Horizonte)


(Belo Horizonte)

Flutuador GPS com bateria extra


(Belo Horizonte)

Trajetria do flutuador na lagoa facultativa

Ventos

predominantes ~80%

~20%


(Belo Horizonte)

Batimetria lodo de fundo (% da altura do lquido)


(Belo Horizonte)

Modelagem com fluidodinmica computacional (CFD)

Vetores de velocidade tridimensionais


(Belo Horizonte)


Vetores de velocidade uniformemente distribudos


(Belo Horizonte)


Linhas de fluxo plano XY em Z = 1,7m


(Belo Horizonte)


Superfces de contorno disperso do traador virtual em vrios tempos de simulao


(Belo Horizonte)


Curva do traador virtual na sada da lagoa facultativa

LAGOAS: DESAFIOS FUTUROS

LAGOAS: ALGUNS DESAFIOS FUTUROS

Reduo da rea requerida

Melhor compreenso dos mecanismos de remoo (ex: patgenos, nitrognio)

Implementao de modelos racionais otimizao do dimensionamento (mas pouco utilizao para

controle operacional)

Sequestro de carbono, produo de energia (biodiesel, produo de hidrognio por

cianobactrias ...)

...

SISTEMAS ALAGADOS

CONSTRUDOS (WETLANDS)

IWA Grupo de Especialistas em Use of Macrophytes in Water Pollution Control

12 congressos internationais

Prximo congresso: Perth, Austrlia Novembro 2012

Wetlands construdas de escoamento

horizontal subsuperficial

Wetlands construdas de escoamento horizontal

subsuperficial

ETE Experimental UFMG / COPASA

Unidade plantada

Unidade no plantada

Afluente: efluente de reator UASB

H total = 0,40 m

H til = 0,30 m

Taxa de aplicao = 0,1 m3/m2.d

TDH = 1,2 d

rea til ~ 1,2 m2/hab

Parmetros Esgoto Bruto UASB Wetland

plantada

Wetland no

plantada

DQO 428 155 46 51

DBO 208 70 21 19

SST 246 52 9 7

N amoniacal 27 29 26 27

Concentraes efluentes mdias (mg/L)

(trs anos e meio de operao set 2007 a maio 2011) CePTS UFMG/Copasa


subsuperficial

DQO filtrada wetland plantada CePTS UFMG/Copasa

Perfil da matria orgnica ao longo da distncia


subsuperficial

Perda de gua:

Evaporao (wetland no plantada): 15 a 25%

Evapotranspirao (wetland plantada): 25 a 30%

Implicaes em termos da concentrao efluente efluente se torna mais concentrado

Medir eficincia em termos de carga removida (e no concentrao) ou

corrigir a concentrao efluente:

Concent. corrigida = Concent. medida x (1 frao de perda de gua)

Ex: DQO efluente medida = 50 mg/L; perda de gua = 30%

Concent. corrigida = 50 mg/L x (1 0,30) = 35 mg/L


subsuperficial

DQO filtrada wetland plantada CePTS UFMG/Copasa

Perfil da matria orgnica ao longo da distncia


subsuperficial

ESCOAMENTO HORIZONTAL

Estimativa da concentrao de DBO efluente

Modelo de fluxo em pisto:

C = Co.e K.t

C = concentrao de DBO efluente (mg/L)

Co= concentrao de DBO afluente (mg/L)

K = coeficiente de remoo de DBO (0,8 a 1,1 d-1)

t = tempo de deteno hidrulica = V.porosidade/Q

DBO particulada bem baixa ( desprezvel)

Perfil longitudinal de DQO estimada e observada

(unidade plantada)

0

20

40

60

80

100

0% 25% 50% 75% 100%

CO

D c

on

ce

ntr

atio

n (m

g/L

)

Relative distance

PLUG FLOW; WITHOUT WATER LOSSES

Observed

Estimated

0

20

40

60

80

100

0% 25% 50% 75% 100%

CO

D c

on

ce

ntr

atio

n (m

g/L

)

Relative distance

PLUG FLOW; WITH WATER LOSSES

Observed

Estimated

0

20

40

60

80

100

0% 25% 50% 75% 100%

CO

D c

on

ce

ntr

atio

n (m

g/L

)

Relative distance

DISPERSED FLOW; WITH RESIDUAL; WITHOUT WATER LOSSES

Observed

Estimated

0

20

40

60

80

100

0% 25% 50% 75% 100%

CO

D c

on

ce

ntr

atio

n (m

g/L

)

Relative distance

DISPERSED FLOW; WITH RESIDUAL; WITH WATER LOSSES

Observed

Estimated


subsuperficial

CePTS UFMG/Copasa 50 hab cada

Colmatao ocorrncia de escoamento superficial

Fonte: Knowles et al (2010)


subsuperficial

CePTS UFMG/Copasa 50 hab cada; Fonte: De Paoli, 2010

Plantada

No plantada


subsuperficial

Wetlands construdas de escoamento

vertical

Wetlands construdas de escoamento vertical

CePTS UFMG / COPASA (100 hab) (~1 m2/hab)

Brita 0

Brita 1

Brita 3

Tubulao de drenagem do efluente - 100mm

Camada de impermeabilizao - Cimento?

Taludes das lagoas

Amostradores

Tubulao de alimentao das Wetlands.


Tifton

Afluente: esgoto bruto


Tifton

Experimental WWTP UFMG / COPASA (100 inhab)

Comportamento hidrulico

0,0000

0,0010

0,0020

0,0030

0,0040

0,0050

0,0060

0,0070

0,0080

0,0090

0,0100

0 500 1000

E (t

)

Initial tests (clean filter)

After a 11 months operation (used filter)

Time(min)

0,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

0,0035

0,0040

0,0045

0 200 400 600 800 1000 1200

E (t

)

Initial tests (clean filter)

After a 11 months operation (used filter)

Time(min)

Tracer studies - DTD curve

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Tempo (horas)

Q (

Lit

ros/m

inu

to)

Teste 5 (FV-NP) Teste 11 (FVP-2)

Outflow as a function of time


Lembrar que as unidades recebem esgoto bruto Dois anos de operao: sem retirada de lodo

Concentraes efluentes (mdias de dois anos de operao)


Parmetros Unidade

plantada

DBO 52

DQO 117

SST 40

N amoniacal 12

CePTS UFMG / COPASA (100 inhab)

Potencial para nitrificao


Remoo de Escherichia coli : 1 a 2 unidades log

Concentrao efluente mdia: 1 ovo/L (ausncia em

grande parte das amostras do efluente)

Eficincia de remoo dos ovos de helmintos: 97%

Concentraes no esgoto bruto: 0 a 280 ovos/L.


(a) Ascaris sp., b)

Enterobius vermicularis, c)

Ancilostomdeo

processos naturais de tratamento (marcos von sperling)

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