sistemas de tratamento

SISTEMAS DE TRATAMENTOSISTEMAS DE TRATAMENTO

ESTUDOS E PROJETOS

Devem ser bem caracterizados os seguintes aspectos:• objetivo do tratamento dos esgotos• nível que deve ser o mesmo processado• estudos de impacto ambiental no corpo receptor

Os requisitos a serem atingidos para o efluente são função de legislação específica, que prevê padrões de qualidade para o efluente e para o corpo receptor


NÍVEIS DO TRATAMENTO DE EFLUENTES


NÍVEL DO TRATAMENTO

• Preliminar - remoção dos sólidos grosseiros • Primário - remoção de sólidos sedimentáveis

e da matéria orgânica

• Secundário - remoção de matéria orgânica (nitrogênio e fósforo)

• Terciário (apenas eventualmente) - remoção poluentes específicos (usualmente tóxicos ou compostos não biodegradáveis)

poluentes não suficientemente removido pelo tratamento secundário


mecanismos físicos de remoção de poluentes

mecanismos biológicos

Níveis do tratamento dos esgotos


Classificação dos métodos de tratamentoOs métodos de tratamento dividem-se em operações e processos unitários, e a integração destes compõe os sistemas de tratamento.

• Operações físicas unitárias: métodos de tratamento no qual predomina a aplicação de forças físicas (ex: gradeamento, mistura, floculação, sedimentação, flotação, filtração).

• Processos químicos unitários: métodos de tratamento nos quais a remoção ou conversão de contaminantes ocorre pela adição de produtos químicos ou devido a reações químicas (ex: precipitação, adsorção, desinfecção).

• Processos biológicos unitários: métodos de tratamento nos quais a remoção de contaminantes ocorre por meio de atividade biológica (ex: remoção da matéria orgânica carbonácea, desnitrificação).


Principais mecanismos de remoção de poluentes no tratamento de esgotos


Eficiência de remoção


ondeE = eficiência de remoção (%)Co = concentração afluente do poluente (mg/l) Ce = concentração efluente do poluente (mg/l)

SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

METABOLISMO BACTERIANO



Lagoa FacultativaA DBO solúvel e finamente particulada é estabilizada aerobicamente por bactérias dispersas no meio líquido, ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias no fundo da lagoa O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido pelas algas, através da fotossíntese.


Lagoa Facultativazona anaeróbiaDBO particulada sedimenta lodo de fundo gás carbônico, água, metano e outros

zona aeróbia(DBO solúvel) + (DBO finamente particulada) zona aeróbia matéria orgânica oxidada por meio da respiração aeróbia presença de oxigênio

zona facultativaPode ocorrer a presença ou ausência de O2 Dia/noite

Muito sol/nubladoProfundidade


Lagoa Facultativa


Lagoa Facultativa

- elevado período de detenção na lagoa (usualmente superior a 20 dias).- elevada área de exposição aproveitamento da energia solar pelas algas- grandes unidades grande área total requerida - maior simplicidade operacional

- características principais do efluente • cor verde devida às algas• elevado teor de oxigênio dissolvido• sólidos em suspensão, embora praticamente estes não sejam

sedimentáveis (as algas praticamente não sedimentam no teste do cone Imhoff)


Lagoa FacultativaAlgas, energia luminosa e oxigênio em uma lagoa facultativa (seção transversal)


Lagoa FacultativaProfundidade da zona aeróbia em função da carga de DBO


Lagoa FacultativaInfluência das condições ambientais


(*) mecanismo de menor importância no balanço de OD

Lagoa FacultativaDinâmica de estratii9cação e mistura de lagoas


LAGOA COM ESTRATIFICAÇÃO TÉRMICA(períodos mais quentes)

LAGOA COM MISTURA INVERSÃO TÉRMICA(entrada do período frio)

Lagoa FacultativaCritérios de projeto

Principais parâmetrosTaxa de aplicação superficial Atividade das algas

Área de exposição à luzGarantir a fotossínteseProduzir oxigênio suficiente

Tempo de detenção Atividade das bactériasEstabilização da matéria orgânica


Lagoa FacultativaTaxa de aplicação superficial


)ar, do média atemperaturT(

072,150oC

L TS

Onde:

A = área requerida para a lagoa (ha)

L = carga de DBO total (solúvel + particulada) afluente (kgDBO5/d )

LS = taxa de aplicação superficial (kgDBO5/ha.d)

Sendo:

LS = 240 a 350 kgDBO5/ha.d Regiões c/ inverno quente e elevada insolação

LS = 120 a 240 kgDBO5/ha.d Regiões c/ inverno e insolação moderados

LS = 100 a 180 kgDBO5/ha.d Regiões c/ inverno frio e baixa insolação

OU:

SLLA

Lagoa FacultativaTempo de detenção


Onde:V = volume requerido para a lagoa (m³)t = tempo de detenção (d)Q = vazão Média do afluente (m³/d)

Sendo:

t = 15 a 45 dias depende da temperatura do líquido

QtV .

Lagoa FacultativaProjeto – Roteiro de cálculo

1. Adotar o tempo de detenção t2. Calcular o Volume da lagoa (V = t.Q)3. Adotar a taxa de aplicação superficial (LS)4. Determinar a área A (A = L/LS)5. Calcular a profundidade H (H = V/A) -

H = 1,5 m a 3,0 m6. Se a lagoa ficar muito profunda ou muito rasa, adotar outros

valores para t e/ou LS e recalcular.


Lagoa FacultativaProblema

Calcular as dimensões de um sistema de um tratamento por lagoa facultativa (somente uma lagoa) de uma comunidade próxima a Belo Horizonte (clima tropical típico) com efluente com os seguintes dados:

Vazão de esgoto : 42 m³/hDBO : 300 mg/l


Lagoa FacultativaProblema

Calcular as dimensões de um sistema de um tratamento por lagoa facultativa (somente uma lagoa) de uma comunidade próxima a Belo Horizonte (clima tropical típico) com efluente com os seguintes dados:

Adotaremos para a região de Belo Horizonte:LS = 200 kgDBO5/ha.dt = 30 dias


Lagoa FacultativaArranjos de lagoas

Células em sérieMaior eficiência que lagoa única menor área ocupadaSobrecarga na primeira lagoa primeira lagoa deve ser maior

Células em paraleloMesma eficiência que lagoa únicaMaior flexibilidade operacional

Arranjo flexível em paralelo com alta carga de DBOem série no período de menor carga de DBO


Lagoa FacultativaExercício 2Dimensionar uma lagoa facultativa com base nos seguintes dados:

População = 20.000 habitantesVazão afluente = 3.000 m³/dDBO afluente: S0 = 350 mg/lTemperatura do ar: T = 21 oC

Verificar o acumulo de lodo no fundo da lagoa (espessura) se cada habitante acumula 0,05 m³/ano (usual 0,03 a 0,08m³/hab.ano). Verificar o acumulo em 20 anos.



Lagoa anaeróbia – Lagoa facultativaA DBO é em torno de 50% estabilizada na lagoa anaeróbia (mais profunda e com menor volume), enquanto a DBO remanescente e removida na lagoa facultativa O sistema ocupa uma área inferior ao de uma lagoa facultativa única


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbiaLançamento de uma grande carga de DBO por unidade de volume da lagoa

Taxa de consumo de oxigênio várias vezes superior à taxa de produção No balanço de oxigênio a produção pela fotossíntese e pela reaeração

atmosféricas são desprezíveis

A conversão da matéria orgânica em condições anaeróbias é lenta, pelo fato dasbactérias anaeróbias se reproduzirem numa vagarosa taxa.

As reações anaeróbias geram menos energia do que as reações aeróbias

A temperatura do meio tem uma grande influencia

As lagoas anaeróbias são usualmente profundas, da ordem de 3 m a 5 m. Penetração de oxigênio da superfície para as demais camadas.

Eficiência de remoção de DBO é usualmente de 50 a 70%



Lagoa anaeróbiaRemoção de DBO na lagoa anaeróbia economia de área

45 a 70% do requisito de uma lagoa facultativa única.

Maus odores gás sulfídrico (H2S)

Problemas operacionais - concentração de sulfato no afluente seja superior a

300 mg/l- pH na lagoa esteja baixo (elevada acidez)


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbia - descrição do processo

Conversão anaeróbia se desenvolve em duas etapas:• liquefação e formação de ácidos (bactérias acidogênicas)

Não há remoção de DBO - conversão da matéria orgânica a outras formas (moléculas mais simples e depois ácidos).

• formação de metano (bactérias metanogênicas)A DBO é removida - matéria orgânica (ácidos produzidos na primeira etapa) convertida a metano, gás carbônico e água, principalmenteO carbono orgânico é removido do meio líquido com o metano (CH4) escapando para a atmosfera.


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbia - critérios de projeto

Os principais parâmetros de projeto das lagoas anaeróbias são:• Taxa de aplicação volumétrica

principal parâmetro de projeto função da necessidade de um determinado volume da lagoa anaeróbia para a conversão da carga de DBO aplicada

• Tempo de detençãotempo necessário para a reprodução das bactérias anaeróbias

• Profundidademanter as condições anaeróbias

• Geometria (relação comprimento / largura)


LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetotaxa de aplicação volumétrica LV

Principal parâmetro de projeto das lagoas anaeróbiasFunção da temperatura - locais mais quentes - maior taxa (menor

volume):


Temperatura média do ar no mês mais frioTemperatura média do ar no mês mais frio Taxa de aplicação volumétrica admissível –Taxa de aplicação volumétrica admissível –LLVV

T (T (00C)C) (KgDBO/m³.d)(KgDBO/m³.d)

10 a 2010 a 20 O,02 T – 0,10O,02 T – 0,10

20 a 2520 a 25 0,01 T + 0,100,01 T + 0,10

>25>25 0,350,35

O volume requerido é obtido pela equação:

onde: V = volume requerido para a lagoa (m³)L = carga de DBO total afluente (kgDBO5/d)LS = taxa de aplicação volumétrica (kgDBO5/m3.d)

SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa anaeróbia - critérios de projetotaxa de aplicação volumétrica LV


LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoTempo de detençãoConferência do tempo de detenção:

t = V / Q

Esgotos domésticos: t = 3,0 d a 6,0 d

tempos inferiores a 3,0 dias:Lagoas anaeróbias convencionais (com entrada do afluente acima da camada de lodo) - poderá ocorrer que a taxa de saída das bactérias metanogênicas com o efluente da lagoa (fatores hidráulicos) seja superior à taxa de reprodução destas bactérias (fatores biológicos). tempos de detenção superiores a 6 dias:A lagoa anaeróbia poderia se comportar ocasionalmente como uma lagoa facultativa - a presença de oxigênio é fatal para as bactérias metanogênicas.


Onde:t = tempo de detenção (d) V = volume da lagoa (m³)Q = vazão média afluente (m³/d)

LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoTempo de detençãoDeterminação da profundidade:

H = 3,5 m a 5,0 m

< 3,5 m = diminuem as condições anaeróbias> 5,0 m = Muito caro (Quanto mais profunda melhor)

Determinação da Geometria (relação comprimento / largura)

Relação comprimento/Largura (L/B) = 1 a 3


LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoEstimativa da concentração efluente de DBO da lagoa anaeróbia


Temperatura média do ar no mês mais frio T (Temperatura média do ar no mês mais frio T (00C)C) Eficiência de remoção de DBO (%)Eficiência de remoção de DBO (%)

10 a 2010 a 20 2 T + 202 T + 20

>25>25 7070

LAGOA ANAERÓBIA - critérios de projetoEstimativa da concentração efluente de DBO da lagoa anaeróbia


Temperatura média do ar no mês mais frio T (Temperatura média do ar no mês mais frio T (00C)C) Eficiência de remoção de DBO (%)Eficiência de remoção de DBO (%)

10 a 2010 a 20 2 T + 202 T + 20

>25>25 7070

onde:S0 = concentração de DBO total afluente (mg/l)DBOefl = concentração de DBO total efluente (mgIl)E = eficiência de remoção (%)

LAGOA FACULTATIVA - critérios de projeto

Achada a concentração efluente de DBO da lagoa anaeróbia

Calcula-se a lagoa facultativa igual às lagoas facultativas únicas

1. Adotar o tempo de detenção t2. Calcular o Volume da lagoa (V = t.Q)3. Adotar a taxa de aplicação superficial (LS)4. Determinar a área A (A = L/LS)5. Calcular a profundidade H (H = V/A)H = 1,5 m a 3,0 m

Se a lagoa ficar muito profunda ou muito rasa, adotar outros valores para t e/ou LS e recalcular.


ACÚMULO DE LODO NAS LAGOAS ANAERÓBIAS

A taxa de acúmulo:

0,03 a 0,10 m³/hab.ano (Gonçalves, 2000)

2 a 8 cm/ano (Silva, 1993)

lagoas facultativaspode operar durante vários anos, às vezes durante todo o período de projetolagoas anaeróbiaso acúmulo de lodo se faz sentir mais rapidamente

Retira-se o lodo:• Quando a camada de lodo atingir aproximadamente 1/3 da altura útil• Remoção de um certo volume anualmente, em um determinado mês


Lagoa anaeróbia – Lagoa facultativaExemplo 1

Dimensionar um sistema de lagoa anaeróbia - lagoa facultativa com os mesmos dados do exercício 2 (lagoa facultativa), ou seja:

População = 20.000 habVazão afluente = 3.000 m³/dDBO afluente: S0 = 350 mg/lTemperatura: T = 21 °C (Ar)

Verificar o acumulo de lodo no fundo da lagoa (espessura). Verificar quando retirar este lodo (tempo de operação)



Lagoa aerada facultativaOs mecanismos de remoção da DBO são similares aos de urna lagoa facultativa. No entanto, o oxigênio é fornecido por aeradores mecânicos, ao invés de através da fotossíntese.


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativa

•A lagoa aerada é também facultativa, uma grande parte dos sólidos do esgoto e da biomassa sedimenta, sendo decomposta anaerobicamente no fundo.

•As lagoas facultativas convencionais sobrecarregadas e sem área para expansãopodem ser convertidas a lagoas aeradas facultativas

- é interessante, no entanto, prever esta possibilidade desde o período de projeto- selecionar uma profundidade que seja compatível como os futuros equipamentos de aeração - Colocação de placas protetoras de concreto no fundo, abaixo dos aeradores.



Nível de energia introduzido pelos aeradores:Suficiente apenas para a oxigenação

Não é para manter os sólidos (biomassa e sólidos em suspensão do esgoto bruto) dispersos na massa líquida

A lagoa é facultativa:Apenas a DBO solúvel e a DBO representada pelos sólidos de menores dimensões permanecem na massa líquida - decomposição aeróbia.

Os sólidos tendem a sedimentar e constituir a camada de lodo de fundo, a ser decomposta anaerobiamente



aeradores mecânicos

unidades de eixo vertical

turbilhonam a água

penetração do oxigênio na massa líquida

O2 se dissolve

maior introdução do O2 em relação a lagoa facultativa

tempo de detenção pode ser menor

da ordem de 5 a l0 dias (contra 15 a 45 dias)

o requisito de área é bem inferior.


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativacritérios de projeto:• tempo de detenção

t = 5 a 10 dias

• profundidade

H = 2,5 a 4,0 m


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaRequisitos de oxigênioA quantidade de oxigênio a ser fornecida pelos aeradores para a estabilização aeróbia da matéria orgânica é usualmente igual à DBO total última afluente.

Relação DBO/DBO5 = 1,2 a 1,5

Sistema de aeraçãoAeradores mais freqüentemente utilizados:

Aeradores mecânicos flutuantes de eixo vertical e alta rotação. Aeradores de turbina com aspiração


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaSistema de aeração

Aspectos importantes:• Os aeradores devem ser distribuídos homogeneamente pela zona aerada da lagoa.• No caso de lagoas predominantemente retangulares, pode-se ter um maior número de aeradores ou aeradores mais potentes na região próxima à entrada, onde a demanda de oxigênio é superior.• Aeradores contíguos devem ter sentidos de rotação opostos, isto é, um deve ter o sentido horário, e o outro anti-horário.• Caso se deseje uma menor perda de sólidos no efluente, a região final da lagoa poderá ficar sem aeradores• Deve-se ter um mínimo de 2 aeradores em lagoas pequenas


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaÁrea de influência de um aerador • Zona de misturaárea na qual é garantida mistura do líquidomanutenção de sólidos em suspensão• Zona de oxigenaçãoarea na qual é garantida a difusão de oxigênio no meio líquido, não a mistura.


SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada facultativaÁrea de influência de um aerador


Polencias usuais dos aeradores: 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 CV.

SISTEMAS DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃOLagoa aerada de mistura completa – Lagoa de decantaçãoA energia introduzida por unidade de volume da lagoas é elevada, o que faz com que os sólidos (principalmente a biomassa) permaneçam dispersos no meio líquido, ou em mistura completa. A decorrente maior concentração de bactérias no meio liquido aumenta a eficiência do sistema na remoção da DBO, o que permite que a lagoa tenha um volume inferior ao de uma lagoa aerada facultativa. No entanto, o efluente contém elevados teores de sólidos (bactérias), que necessitam ser removidos antes do lançamento no corpo receptor. A lagoa de decantação a jusante proporciona condições para esta remoção.


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