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guas e Efluentes Sistemas de tratamento www.biotecs.com.br

Introduo ao Sistema de Tratamento Anaerbio e lodos ativados

Principais Sistemas de Tratamento de Esgotos lagoas de estabilizao;simplificados

disposio no solo; reatores anaerbios.

lodos ativados;mecanizados

lagoas de estabilizao; filtros biolgicos.

ALTERNATIVAS SIMPLIFICADAS PARA O TRATAMENTO DE ESGOTOS

Sistemas no mecanizados Sistemas de fcil operao e de baixo custo Sistemas com baixa produo de lodo

Principais alternativas Sistemas anaerbios (reatores de manta de lodo ou reatores UASB) Sistemas combinados (reator UASB + pspstratamento)

Sistemas Anaerbiostanque sptico reator aerbio de manta de lodo (reator UASB) filtro anaerbio

Reator UASB (upflow anaerobic sludge blanket) Biomassa cresce dispersa formao de grnulos de bactrias que servem como meio suporte Concentrao de biomassa elevada manta de lodo Formao de CH4 (metano) e CO2 Biogs metano - queima ou reaproveitamento Baixa produo de lodo j estabilizados leitos de secagem No h necessidade de decantao primria

REATORES UASB: Esquema de funcionamento

Paulo Libnio

Metabolismo de RSO (resduos slidos orgnicos)Energia Matria Orgnica (DQO, DBO Alimento) Biomassa LODOS RSO CO2, CH4

Todo processamento biolgico de matria orgnica gera uma fase gasosa e uma fase slida representada pelos lodos e resduos slidos orgnicos (RSO) em geral.

Processos Aerbios e AnaerbiosProcessos Aerbios Matria Orgnica + 02 CO2 + H20 + Energia Elevada Energia com > Biomassa Processos Anaerbios Matria Orgnica CH4 + CO2 + Energia Baixa Energia com < Biomassa

BiogsMistura de 50-70% CH4 e 30-50% CO2 com 5030possveis traos de H2S Proveniente da degradao da matria orgnica em condio anxica Efeito estufa do metano ( 21 x superior CO2) Tambm denominado Gs natural.

Disgesto AnaerbiaPolmeros(proteinas, polissacarideos)

Atuao conjunta de diversas populaes microbianas = Sinergismo ou Sintrofia

H Monmeros(Acares, amino cidos, peptdeos)

1

1 propionato butirato 2 2

1

H2 + CO2 4 3

acetato

CH4 + CO2

4

3 Bactrias Homoaceticas H Enzimas Hidrolticas 4 Archeas Metanognicos 1 Bactrias Fermentativas 2 Bactrias Acetognicas Singroficas

Digesto Anaerbia de RSOSulfato Redutoras - BRS

SO4= Hidrognio 4% Substancias Organicas Complexas (Polimeros) 76%cidos Orgnicos

H2S

24%

CO252%

Metano (CH4)CO2

20%

Acetato

Fases I e II Hidrlise e Acidognese

Fase III Acetognese

Fase IV Metanognese

Balano (DQO) Digesto Anaerbia e Metanognese (IV)

Particulados Complexos (DQO=100)

I- Desintegrao

Carboidratos (30)

Proteinas (30)

Lipidios (30)

Inertes (10) I - Hidrlise

Monosacardeos

(31,5)

Amino-Acidos (30,0)

Acidos Graxos (28,5)

Acidos volteis (28,8) Acetato (63,2) Metano (90) Hidrognio (26,8)

II - Acidognese

III - Acetognese

IV - Metanognese

HidrliseEnzimas extracelulares produzida pela biomassa do lodo Primeira fase no processo de degradao anaerbia. Consiste na hidrlise de materiais complexos (polmeros) em carboidratos, proteinas e aminocidos. A hidrlise ocorre de forma lenta devido a vrios fatores tais como:

Hidrlise1. Temperatura operacional do reator 2. Tempo de residncia do substrato no reator 3. Composio do substrato (teores decarboidrato, proteinas e gorduras) 4. Tamanho das partculas 5. pH do meio 6. Concentrao de produtos da hidrlise (ex: (ex: cidos graxos volteis)

AcidogneseTransformam os produtos solveis oriundos da fase da hidrlise em compostos mais simples tais como: cidos graxos volteis lcoois, cido ltico Gs carbnico e hidrognio Amnia e sulfeto de hidrognio Novas clulas bacterianas Como os cidos graxos volteis so o principal produto gerado nesta fase, estes so usualmente designados de bactrias fermentativas acidognicas

AcetogneseAs bactrias acetognicas so responsveis pela oxidao dos produtos gerados na fase acidognica em substrato apropiado para as bactrias metanognicas. metanognicas. Os produtos gerados so hidrognio, dixido de carbono e acetato Durante a formao dos cidos acticos e propinico, uma grande quantidade de hidrognio formada fazendo com que o pH do meio decresa. decresa.

AcetogneseH duas maneiras pelas quais o hidrognio consumido no meio: meio: Atravs das bactrias metanognicas que utilizam hidrognio e dixido de carbono para produzir metano Atravs da formao de cidos orgnicos tais como o propinico e butrico, cidos estes formados atravs da reao do hidrognio com dixido de carbono e cido actico Pelo menos 50% da DQO biodegradvel 50% convertida em propionato e butirato, os quais so posteriormente decompostos em acetato e hidrognio pela ao das bactrias acetognicas

MetanogneseAs bactrias metanognicas so subdivididas em dois grupos principais: Bactrias utilizadoras de acetato (acetoclsticas). Produz o metano atravs do cido actico ou metanol. 70 % do metano produzido provm do acetato. Bactrias utilizadoras de hidrognio (hidrogenotrficas). Produz o metano a partir do hidrognio e dixido de carbono. Gneros acetoclsticas:Methanosaeta: Methanosaeta: exclusivamente acetotrfico, filamentosa. Methanosarcina: Methanosarcina: muito verstil metabolicamente, cresce em agregados de cocos.

Gneros hidrogenotrficas:Methanobacterium. Methanobacterium. Methanospirillum. Methanobrevibacter. Methanobrevibacter.

METANOGNESECH3COOH CO2 + H2Acetoclsticas

CH4 + CO2 CH4

Autotrficas

Substrato: Acetato (Methanosaeta)

Substrato: Sacarose (cultura mista)

Caracterizao de Consrcios Microbianos em Reatores Anaerbios

Bactrias

Archeas

Equivalencias para o Gs Metano1.71 l Prod. Metilados 9.7 k W/h eletricidade

0.94 l Gas Natural

1 m3 Metano

1.3 kg de carvo

2.1 kg Madeira (seca)

1 l oleo comb

1.15 l de petrleo

Tecnologias Simplificadas: Sistemas AnaerbiosCaractersticas dos Sistemas Anaerbios VantagensMaior Simplicidade Operacional: No h fornecimento de oxignio (s/ aerao) Pouca dependncia de operadores qualificados Fluxograma simplificado, havendo poucas unidades integrando a estao de tratamento

Menor Custo de Operao e Manuteno: Baixa produo de lodo Pouca dependncia de equipamentos Menor consumo energtico Menos inconvenientes com manuseio, acondicionamento e transporte de lodo

Lodo mais concentrado e melhores caractersticas de desidratao

Menor Custo de Implantao: Baixo requisito de rea Pouca ou nenhuma demanda por equipamentos p/ aerao ou desidratao

SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Lagoas de Polimento

SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Lagoas de Polimento

SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Aplicao no Solo

SISTEMAS COMBINADOS: Reator UASB + Aplicao no Solo

Subprodutos Slidos do Tratamento de Esgotos

areia escuma material gradeado

lodo primrio

lodo secundrio

Destinao Final dos Subprodutos Slidos

areia material gradeado escuma

aterro

Tratamento do LodoLodo biolgico (secundrio) j estabilizado

adensadores leitos de secagem

aplicao no solo aterramento

Lodos ativadosconvencional aerao prolongada fluxo intermitente (batelada)

tanque de aerao

decantador secundrio

Lodos ativados convencional MO estabilizada por bactrias que crescem dispersas no tanque de aerao TDH lquido 6 a 8 horas Idade do lodo 4 a 10 dias Remoo contnua do lodo biolgico excedente Lodo no estabilizado no processo Fornecimento de O2 aeradores mecnicos ou ar difuso

Lodos ativados convencional SS sedimentveis e MO suspensa so removidos no decantador primrio Decantador secundrio biomassa sedimentam Efluente sai clarificado Lodo secundrio retorna para o tanque de aerao aumento de eficincia do processo

Lodos ativados de aerao prolongada Biomassa permanece no sistema por mais tempo do que na modalidade convencional TDH lquido 16 a 24 horas Idade do lodo 20 a 30 dias Bactrias utilizam sua prpria biomassa para realizar os processos metablicos Estabilizao da biomassa no prprio tanque de aerao lodo j sai estabilizado

Lodos ativados de aerao prolongada No apresenta decantador primrio assim no h gerao de um lodo no estabilizado Simplificao do processo Requerimento de maior energia para aerao Modalidade mais eficiente na remoo de MO

Lodos ativados convencional

tanque de aerao

decantador secundrio

lodo secundrio linha de recirculao adaptado de VON SPERLING, 1996

Lodos ativados de fluxo intermitente (batelada) Todas as unidades em um nico tanque Ciclos de operao com durao definida 1. enchimento 2. reao 3. sedimentao 4. esvaziamento 5. repouso (retirada do lodo excedente)

Lodos ativados de fluxo intermitente (batelada)tanque de aerao

decantador secundrio

adaptado de VON SPERLING, 1996

Lagoa de estabilizaolagoas facultativas lagoa aerada facultativa lagoas aeradas de mistura completa sistema australiano (lagoa anaerbia - lagoa facultativa) lagoas de polimento / maturao

Lagoa facultativa DBO particulada se sedimenta lodo de fundo (decomposto anaerobiamente) DBO solvel permanece dispersa na massa lquida (decomposio se d por bactrias facultativas) TDH > 20 dias Fotossntese O2 para as bactrias requer elevada rea de exposio Retirada do lodo de fundo > 20 anos Simplicidade operacional

Lagoa aerada facultativa Funcionamento lagoa facultativa Fornecimento de O2 artificial (aeradores mecnicos) TDH entre 5 e 10 dias Menor requisito de rea Requerimento de energia eltrica Retirada do lodo de fundo < 5 anos

Sistema Australiano Lagoa anaerbia seguida de lagoa facultativa Lagoa anaerbia decomposio parcial da MO (50 a 60%) alivia a carga da lagoa facultativa Economia de rea 2/3 da rea requerida para a lagoa facultativa nica Lagoa anaerbia possibilidade de maus odores

Lagoa aerada de mistura completa Elevado nvel de aerao biomassa em suspenso na massa lquida Maior eficincia do sistema TDH 2 a 4 dias Biomassa sai com o efluente lquido necessidade de uma lagoa de decantao (sedimentao dos slidos TDH de 2 dias) Requer menor rea entre as lagoas de estabilizao Retirada do lodo 2 a 5 anos

Lagoa facultativa

CO2 bactrias O2 algas zona aerbia zona facultativa zona anaerbiaadaptado de VON SPERLING, 1996