Tratamento anaeróbio de esgoto sanitário

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Wastewater treatment, anaerobic reactors, UASB, sludge management, biogas production (in portuguese)

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<p>REDE COOPERATIVA DE PESQUISASTRATAMENTO DE ESGOTOS SANITRIOS POR PROCESSO ANAERBIO E DISPOSIO CONTROLADA NO SOLO</p> <p>INSTITUIES PARTICIPANTES PUC-PR, UFMG, UFPb, UFRGS, UFRN, UNICAMP, USP</p> <p>AUTORESAdrianus C. Van Haandel UFPb Bruno Coraucci Filho UNICAMP Carlos Augusto de Lemos Chernicharo UFMG Ccero Onofre de Andrade Neto UFRN David da Motta Marques UFRGS Edson Abdul Nour UNICAMP Eugenio Foresti USP Fabiana De Nadai Andreoli PUC-PR Hnio Normando de Souza Melo UFRN Jos Roberto Campos USP Jos Almir Rodrigues Pereira UFPA Josmar Davilson Pagliuso USP Lourdinha Florncio UFPE Luis Fernando Cybis UFRGS Luiz Olinto Monteggia UFRGS Manoel Lucas Filho UFRN Marcelo Zaiat USP Marcos Von Sperling UFMG Mario Takayuki Kato UFPE Miguel Mansur Aisse PUC-PR Paula Frassinetti Feitosa Cavalcanti UFPb Pedro Alm Sobrinho USP Roberto Feij de Figueiredo UNICAMP Ronaldo Stefanutti UNICAMP</p> <p>ApresentaoEsta publicao um dos produtos resultantes da Rede de Pesquisas formada no mbito do Edital 01 do Programa de Pesquisas em Saneamento Bsico (PROSAB) em torno do tema Tratamento de Esgotos Sanitrios por Processo Anaerbio e Disposio Controlada no Solo, e que foi coordenada pelo Prof. Jos Roberto Campos, da Escola de Engenharia de So Carlos-USP. Gerido pela FINEP, o PROSAB tem por prioridade o desenvolvimento e o aperfeioamento de tecnologias voltadas para a ampliao da cobertura dos servios de saneamento e, conseqentemente, para a melhoria das condies de vida da populao brasileira. Para tanto, o programa financia redes cooperativas de pesquisas nas reas de guas de abastecimento, guas residurias e resduos slidos que tenham por base a reviso do padro tecnolgico atual, estabelecendo normas e padres adequados s particularidades regionais e locais de um pas com escassez de recursos e de dimenso continental como o Brasil, e que observem, sempre, a necessidade de preservar ou recuperar o meio ambiente. A implementao do PROSAB por meio de redes de pesquisas cooperativas se deve a mltiplos fatores, dentre os quais destaca-se a abordagem integrada das aes dentro de um determinado tema, o que otimiza a aplicao dos recursos e evita a duplicidade e a pulverizao de iniciativas. As redes incentivam a integrao entre os pesquisadores das diferentes instituies, possibilitam a disseminao da informao entre seus integrantes e promovem a capacitao permanente de instituies emergentes, alm de permitir a padronizao de metodologias de anlise e estimular o desenvolvimento de parcerias. Um grupo interinstitucional, responsvel pela coordenao do PROSAB, orienta as aes de fomento, definindo, periodicamente, os temas prioritrios para a formao das redes cooperativas de pesquisas e que so tornados pblicos por meio de editais. Esse grupo coordenador auxilia a FINEP e o CNPq na tomada de decises, emitindo parecer sobre as propostas apresentadas, indicando consultores ad hoc, acompanhando permanentemente o programa e corrigindo desvios quando necessrio. J foram lanados, at o momento, dois editais do PROSAB envolvendo 17 e 27 grupos de pesquisa, respectivamente, contando com recursos financeiros da FINEP, CNPq, CAIXA e CAPES, e o apoio da ABES e da SEPURB. A divulgao das realizaes do programa feita por meio da home page do PROSAB (http://www.sanepar.pr.gov.br/prosab), da publicao de artigos na revista BIO da ABES, da apresentao do programa em diversos eventos da rea, do portflio dos projetos e da publicao de livros e manuais para distribuio s prefeituras e aos rgos de servios de saneamento. Os resultados finais dos projetos desenvolvidos no mbito de cada edital tambm so publicados sob a forma de coletnea de artigos.</p> <p>GRUPO COORDENADOR DO PROSABProf. Jurandyr Povinelli EESC jpovinel@sc.usp.br Prof. Ccero O. de Andrade Neto UFRN cicero@ct.ufrn.br Deza Lara Pinto CNPq dcorrea@sc.usp.br Wilson Auerswald CNPq Wilson_Auerswald@sirius.cnpq.br Marcos Helano Montenegro CAESB marcoshelano@yahoo.com Anna Virgnia Machado ABES annav@ax.apc.org Sandra Bondarowsky CAIXA cbarroso@ruralrj.com.br Dalmo Albuquerque Lima MCT dalmo@mct.gov.br Elisabete Pinto Guedes FINEP epguedes@finep.gov.br Clia Maria Poppe de Figueiredo cmfigue@finep.gov.br</p> <p>RECOPE REDE COOPERATIVA DE PESQUISA O RECOPE, subprograma do PRODENGE, apoiado com recursos do contrato de financiamento FINEP-BID 880-OC/BR, contempla o desenvolvimento de redes de pesquisas em reas prioritrias da engenharia, envolvendo a interao entre instituies de pesquisa e empresas. O PROSAB inclui-se no RECOPE.</p> <p>Jos Roberto Campos(coordenador)</p> <p>TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITRIOS POR PROCESSO ANAERBIO E DISPOSIO CONTROLADA NO SOLO</p> <p>Rio de Janeiro RJ 1999</p> <p>Copyright 1999 ABES RJ</p> <p>1a Edio tiragem: 1.500 exemplares Projeto grfico, reviso, editorao eletrnica e fotolitos: RiMa Artes e Textos Av. Dr. Carlos Botelho, 1816, salas 30/31 CEP 13560-250 So Carlos-SP Fone/Fax: (016) 272-5269 Coordenador e revisor tcnico: Jos Roberto Campos</p> <p>AvpuhphhytisvphrhhqhryhTromqrUhhr qhDshomqTrvoqr7viyvrph@@T8VTQ</p> <p>T776</p> <p>Tratamento de esgotos sanitrios por processo anaerbio e disposio controlada no solo / Jos Roberto Campos (coordenador). -- Rio de Janeiro : ABES, 1999. 464 p. : il. Projeto PROSAB.</p> <p>1. Tratamento anaerbio. 2. Tratamento de esgotos. 3. Reatores anaerbios. 4. Disposio no solo. 5. Tratamento de esgoto no solo. I. Campos, Jos Roberto.</p> <p>Jos Roberto Campos(coordenador)</p> <p>Coordenadores de Projeto PUC-PR: Miguel Mansur Aisse UFMG: Carlos Augusto L. Chernicharo UFPb: Adrianus Van Haandel UFRGS: Luiz Olinto Monteggia UFRN: Hnio Normando de Souza Melo UNICAMP: Bruno Coraucci Filho USP: Jos Roberto Campos Consultores Pedro Alm Sobrinho USP Mario Takayuki Kato UFPE</p> <p>Nossa homenagem:</p> <p>Jurandyr Povinelli Pela sua capacidade de concretizar planos, liderana e respeito ao ser humano e ao trabalho. Clia Maria Poppe de Figueiredo e Elisabete Pinto Guedes Com carinho, pela amizade, simpatia e sensibilidade; com respeito, pela competncia, eficincia e colaborao.</p> <p>Os autores</p> <p>Captulo 1</p> <p>IntroduoCcero Onofre de Andrade Neto e Jos Roberto Campos</p> <p>1.1 GeneralidadesA disposio de esgotos brutos no solo ou em corpos receptores naturais, como lagoas, rios, oceanos, uma alternativa que foi e ainda empregada de forma muito intensa. Dependendo da carga orgnica lanada, os esgotos provocam a total degradao do ambiente (solo, gua e ar) ou, em outros casos, o meio demonstra ter condies de receber e de decompor os contaminantes at alcanar um nvel que no cause problemas ou alteraes acentuadas que prejudiquem o ecossistema local e circunvizinho. Esse fato demonstra que a natureza tem condies de promover o tratamento dos esgotos, desde que no ocorra sobrecarga e que haja boas condies ambientais que permitam a evoluo, reproduo e crescimento de organismos que decompem a matria orgnica. Em outras palavras, o tratamento biolgico de esgotos um fenmeno que pode ocorrer naturalmente no solo ou na gua, desde que predominem condies apropriadas. Uma estao de tratamento de esgotos , em essncia, um sistema que explora esses mesmos organismos que proliferam no solo e na gua. Em estaes de tratamento procura-se, no entanto, otimizar os processos e minimizar custos, para que se consiga a maior eficincia possvel, respeitando-se as restries que se impem pela proteo do corpo receptor e pelas limitaes de recursos disponveis. Em estaes de tratamento procura-se, geralmente, reduzir o tempo de deteno hidrulica (tempo mdio que o esgoto fica retido no sistema) e aumentar a eficincia</p> <p>1</p> <p>2</p> <p>Tratamento de Esgotos Sanitrios por Processo Anaerbio e Disposio Controlada no Solo</p> <p>das reaes bioqumicas, de maneira que se atinja determinado nvel de reduo de carga orgnica, em tempo e espao muito inferiores em relao ao que se espera que ocorra no ambiente natural. Assim sendo, mesmo a disposio no solo pode constituir-se em uma excelente forma de tratamento, desde que se respeite a capacidade natural do meio e dos microrganismos decompositores presentes. A evoluo da tecnologia de tratamento de esgotos em ambiente confinado e controlado iniciou-se com a constatao de que lagoas poderiam ser utilizadas para esse fim e tambm com as proposies, em 1893 e 1914, de sistemas que hoje so conhecidos como tanques spticos e lodos ativados aerbios, respectivamente. Durante muito tempo, no passado, acreditava-se que guas residurias poderiam ser tratadas com elevada eficincia apenas quando se empregavam processos aerbios (oxignio presente na forma molecular O2) e que o processo anaerbio (ausncia de oxignio) s se aplicava digesto de lodos, com elevada concentrao de slidos orgnicos. Assim sendo, o processo anaerbio s era utilizado na digesto de lodos concentrados de estaes de tratamento, em certos tipos de lagoas e em digestores rurais. Em certos casos, at se efetuava o aproveitamento de biogs, que pode apresentar elevada concentrao de metano (CH4), que um gs combustvel. A evoluo acelerada dos conhecimentos e do emprego de reatores anaerbios no convencionais para o tratamento de despejos lquidos contendo quantidades relativamente pequenas de matria orgnica devida, em grande parte, contribuio inicial oriunda do trabalho dos pesquisadores James C. Young e Perry L. McCarty, na dcada de 1960. Vale lembrar que os esgotos sanitrios so considerados como guas residurias com baixa concentrao. Os novos reatores foram concebidos fundamentalmente com base no melhor conhecimento do processo anaerbio e, principalmente, na verificao da viabilidade de se dispor de diferentes maneiras para conseguir tempo de reteno celular (tempo mdio que os microrganismos ficam retidos no sistema) sensivelmente superior ao tempo de deteno hidrulica nas unidades de tratamento anaerbio. O aumento do tempo de reteno celular, em relao ao tempo de deteno hidrulica nos reatores anaerbios no convencionais, tem sido conseguido por meio da construo de unidades cuja concepo e operao apiam-se nos conceitos que so descritos sucintamente a seguir: a) Reteno de microrganismos nos interstcios existentes em leito de pedra ou de outro material suporte adequado que constitui parte de um reator (unidade na qual ocorre converso de algum material por processo biolgico ou qumico) anaerbio com fluxo ascendente ou descendente. Nesse caso, so includos os</p> <p>Cap. 1</p> <p>Introduo</p> <p>3</p> <p>filtros anaerbios, nos quais tem sido constatado que, apesar de ocorrer a aderncia de filme biolgico ao meio suporte, a parcela significativa de microrganismos encontra-se nos interstcios do leito. b) Produo de uma regio no reator com elevada concentrao de microrganismos ativos que obrigatoriamente atravessada (e misturada) pelo fluxo ascendente dos despejos a serem tratados. Esse princpio explorado nos reatores anaerbios de fluxo ascendente e manta de lodo (Upflow Anaerobic Sludge Blanket UASB) e nos reatores anaerbios compartimentados. c) Imobilizao de microrganismos mediante sua aderncia a superfcies fixas ou superfcie de material particulado mvel. Os reatores de leito expandido ou fluidificado fundamentam-se essencialmente nesse princpio, tendo-se em vista que a grande parcela de microrganismos ativos encontra-se aderida s partculas que constituem o seu leito. Atualmente j se tem uma idia generalizada de que ambos os processos biolgicos, aerbio e anaerbio, podem ser aplicados para o tratamento de esgotos sanitrios, cada qual apresentando uma srie de aspectos positivos e, naturalmente, outra srie de aspectos negativos. Assim sendo, em cada caso, devem-se ponderar ambas as possibilidades para que se chegue realmente soluo mais apropriada para uma determinada cidade. Alm do crescimento do nmero de alternativas para tratamento, tambm a tecnologia de projeto, construo e operao do sistema evoluiu de forma aprecivel nos anos mais recentes. Durante os ltimos 20 anos, verificou-se uma verdadeira revoluo nos conceitos concernentes com o tratamento de guas residurias. Nesse perodo, alm de ampliar e valorizar a aplicabilidade do processo anaerbio, tambm foi aumentado significativamente o nmero de alternativas para concepo fsica das unidades para converses biolgicas. Os pesquisadores e os profissionais da rea aprenderam a trabalhar em equipe e deixaram de apenas supervisionar as partes puramente civil e eletromecnica das estaes de tratamento. A conscincia atual coloca em destaque a importncia da multidisciplinariedade do assunto e envolve elementos de biologia, microbiologia, bioqumica, engenharias, arquitetura, economia, poltica, sociologia e educao ambiental. As unidades j no so vistas como simples tanques, em concreto, em chapa metlica etc. Hoje essas unidades so estudadas como reatores em que ocorrem transformaes complexas, com a participao de organismos vivos.</p> <p>4</p> <p>Tratamento de Esgotos Sanitrios por Processo Anaerbio e Disposio Controlada no Solo</p> <p>H que se tentar a otimizao da construo, da operao e da manuteno do reator (custos) fundamentada na otimizao do processo biolgico. No que se refere a custos para implantao de sistemas de tratamento, as cifras relacionadas com as necessidades do Brasil so impressionantes, pois, atualmente, apenas cerca de 40% da populao urbana servida com redes coletoras, sendo que a situao da populao rural ainda grave. Outro fato, tambm decepcionante, reside na constatao de que apenas cerca de 10% dos esgotos so submetidos a algum tipo de tratamento. Estima-se, de maneira aproximada, que atualmente, no Brasil, seria necessrio investir mais de 40 bilhes de reais em saneamento bsico (gua, esgotos e lixo), para que sejam atingidas condies adequadas e desejveis. Finalizando essa introduo sobre o tema, pode-se sintetizar que h muitas alternativas para tratamento de esgotos, desde uma simples, porm controlada, disposio no solo at sofisticadas estaes completamente automatizadas. Dentro desse contexto, conclui-se que, para cada cidade, em funo de suas caractersticas prprias, deve-se sempre escolher aquela soluo que corresponda a uma eficincia e a custos compatveis com as circunstncias que prevalecem no local.</p> <p>1.2 Caractersticas de Esgotos SanitriosA primeira medida para iniciar o levantamento de dados para elaborao de um projeto de sistema de tratamento de esgotos relaciona-se com a determinao da qualidade e da quantidade dos esgotos que sero encaminhados estao depuradora. Deve-se determinar a variao da vazo e da qualidade dessas guas, para que seja possvel um dimensionamento mais prximo da realidade e no baseado apenas em dados obtidos em bibliografia. Devem-se efetuar medies de vazo e coletar amostras representativas para que se tenha uma caracterizao quantitativa real. Alm do mais, por meio de extrapolaes fundamentadas no crescimento populacional e industrial previsto para pelo menos 10 a 20 anos, obrigatria a definio do alcance de projeto associado a estimativas, as mais seguras possveis. De maneira geral, as vazes de esgotos variam durante o dia, de acordo com os usos e costumes de uma dada comunidade, porm uma idia geral dessa variao pode ser observada na Figura 1.1, em que se mostra um hidrograma tpico bas...</p>