tratamento ar
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tratamento de aguas residuais, da faculdade de engenharia da universidade Eduardo Mondlane, MocambiqueTRANSCRIPT
D&S- Tratamento de Água Residual
Problemas com a descarga descontrolada de resíduos (rev)
Riscos para saúde
Aumento do potencial e diversidade de microrganismos presentes em meios naturais que atentam contra saúde individual e pública.
transmissão de doenças através de microrganismos patogénicos presentes na água (através de ingestão directa de água contaminada, através de alimentos contaminados, ou ainda através de contacto
Efeitos nocivos no bem-estar e nas actividades humanas
Efeitos sobre a estética dos meios receptores, podendo torná-los impróprios para o lazer, recreio, quer devido à eventuais odores, quer através da coloração da água
ocorrência de efeitos secundários (e.g. eutrofização) que comprometem a utilização (e.g. navegabilidade, pesca e outros)
1Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Problemas com a descarga descontrolada de resíduos
Prejuízos para a utilização da água
Compromisso para as utilizações de jusante (e.g. Abastecimento de água, irrigação, produção de energia etc.)
Contaminação de mananciais subterrâneos Aumento da complexidade e custos de tratamento da água
Perturbação e/ou destruição de ecossistemas
Consumo excessivo de OD dos meios receptores com consequências sobre a vida animal e aquática
produção e/ou acumulação de lodo com eventual ocorrência de condições anaeróbias, quebra da cadeia alimentar, libertação de odores e coloração da água
2Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Origem e composição de AR que chegam às ETARs
Descargas residuais domésticas e da actividade público comercial;
Descargas residuais industriais (permitidas e clandestinas)
Caudais pluviais afluentes ao sistema de colectores (independentemente do tipo de sistema)
Caudais de infiltração.
99.9% águas; O.1% sólidos (70% orgânicos; 30% inogânicos)
3Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Origem e Composicão de AR-comunitárias
4Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Objectivos do Tratamento de Águas residuais
Reduzir a carga de poluentes da água residual, de modo a evitar que o meio receptor sofra alterações indesejáveis e proteger as utilizações futuras do mesmo.
Parâmetros de qualidade geralmente considerados
BOD, Sólidos, Nutrientes (N, P) Microorganismos (patogênicos)
O objectivo a ser alcançado com processos que se assemelhem aos processos naturais de depuração contudo, com redução significativa da sua duração, e com capacidade aumentada de absorção/degradação de impurezas
5Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Resultado esperado com o Tratamento de AR
Efluentes com qualidade que respeita padrões de rejeição de efluentes para o meio receptor, tendo em conta futuras utilizações como irrigação e abastecimentos de água,
Efluentes pobres em nutrientes capazes de induzir problemas de eutrofização à jusante dos pontos de lançamento,
Efluentes com qualidade compatível com a capacidade auto depurativa dos meios receptores
Efluentes com qualidade constante ao longo do ano
6Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tipologia de ETARs
ETAR = associação de processos e operações unitárias agrupados de forma a que cada processo ou estágio desempenhe um determinado papel na depuração da AR e que o conjunto dos processos garanta a depuração da AR até aos níveis desejados
Processos unitários de depuracão da AR assentam em processos Físicos, Químicos e Biológicos
A forma como os processos unitários são seleccionados e agrupados permite a classificação das ETARs em “intensivas ou convencionais ”e “extensivas ou não convencionais”.
7Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tipo de processos unitários
Processos Físicos Remoção de impurezas assenta em processos físicos como a
gravidade, retenção, diluicao
Processos Químicos Remoção de impurezas depende da adição de produtos
químicos para reagir ou promover reacções de transformação e de alteração das propriedades físicas das impurezas (e.g. coagulação; Desinfecção, Ozonação)
Processos Biológicos Remoção de impurezas depende da acção metabólica de
bactérias (e.g. degradação de matéria orgânica)
8Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Estágios de tratamento numa ETAR
Tratamento preliminar (físico)
Tratamento primário (físico/químico)
Tratamento secundário (biológico)
Remoção de Nutrientes (Terciário),
Desinfecção (terceário)
Tratamento de lodos
9Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Processos unitários comuns
Estágio de tratamentoPreliminar / Primário Secundário ou
BiológicoTerciário Tratamento de lodos
Grelhas, crivos Sedimentação (TSP)
Leitos Percoladores ou biofiltros
TSS Tanques de espessamento
Desarenação c/ ou s/ flotação
flotação Tanques de arejamento ou lamas activadas
Lagoas de maturação
Tanques de digestão aeróbica ou anaeróbica
Igualização (tanques de equilíbrio)
Tanques Imhof Valas de oxidação Clorinação; UV, Ozonacão
Lagoas para tratamento de Lamas
Tanques sépticos
Lagoas aeradas Remoção química ou biológica de Nutrientes
Unidades de desidratação
Lagoas de estabilização (aner/facultativas)
Leitos de secagem
10Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Escolha da tecnologia depende de:
Disponibilidade de espaço Clima Disposições ambientais Custo (investimento, operação, pessoal, energia, etc.) Qualidade do afluente e normas de efluentes Eficiência, fiabilidade, adequabilidade, flexibilidade dos
processos unitários Disposições quanto ao tratamento e deposição dos
lodos Características dos meios receptores dos efluentes (e.g.
auto-depuração; re-uso etc.)11Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Processos unitários P/Tratamento Preliminar Grelhas/gradagem (crivos); Tamisação; Desintegração Desarenadores
Grelhas/gradagem Destinadas à retenção puramente física de sólidos flutuantes e em
suspensão de dimensão maior que a abertura/espaçamento das grelhas. São barras de aço colocadas paralelamente de modo a intersectar o fluxo de AR e a obter determinada abertura (espaçamento) que permita reter sólidos de grandes dimensões .
A operação de grelhas tem por finalidade evitar O desgaste ou bloqueamento de equipamentos mecânicos O entupimento de canalizações de lamas A flutuação de detritos nos tanques de Sedimentação e/ou
desarenadores Estética do efluente
12Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar-grelhas
As grelhas podem ser feitas de várias tipos:
Grelhas (10-50 mm de espessura; vários formatos) Crivos (geralmente, crivos rotativos providos a partir de membranas
sintéticas, placas perfuradas e malhas de aço)
Nos sistemas com recurso à grelhas, estas classificam-se em:
Grossas (espaçamento das barras entre 50-150 mm)
Médias (espaçamento das barras entre 20-50 mm Finas (espaçamento entre 5-20 mm)
13Tratamento AR
comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Processos unitários P/Tratamento Preliminar
O sistema de gradagem (crivos) pode ser feito através de
Nos sistemas com recurso à crivos o elemento filtrante é colocado num dispositivo rotativo (disco, tambor) que tem parte do ciclo debaixo da água e parte fora do fluxo altura em que se faz a limpeza.
Os modelos construtivos mais comuns compreendem:
Placas perfuradas com aberturas de 1-2 mm Malhas de aco ou membranas com aberturas de 0.2-1 mm
14Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar-grelhas
As grelhas de barras são colocadas com uma inclinação de 200-250 em relação à horizontal no caso de limpeza manual e 600 -750 para limpeza mecânica
A limpeza pode ser manual ou mecânica por meio de ancinhos ou pentes que elevam os detritos para um contentor e os retiram do circuito da água
A quantidade de material retido é função da abertura das barras. Valores aproximados indicam:
Abertura (cm) Quantidade de retido (l/capita.ano)
5 15
10 10
20 5
50 2
15Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
16Tratamento AR
comunitárias
Tratamento Preliminar-grelhas
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar-grelhas
Critérios de dimensionamento
Velocidade de aproximação: Vmin= 0,3-0.5 m/s (para evitar a deposição de
areias nas proximidades das grades)
Velocidade nas grades: Vmax =0.7-1,0 m/s (para evitar o arrastamento de
retidos através das grades)
Perda de carga inicial
(a perda total deve ser majorada em 1,25 à 1,50)
ΔH0 = perda de carga inicial (m)
β= coeficiente que depende da forma das barras
17Tratamento AR comunitárias
senhD
AH v
3/40 )(
D&S- Tratamento de Água Residual
Processos unitários P/Tratamento PreliminarDimensionamento de grelhas - critério
A = largura máxima das barras medida perpendicularmente ao escoamentoB = espaçamento livre entre barrasHv = energia cinética
= ângulo da grade com a horizontal
Valores de β (manual de lencastre)
18Tratamento AR comunitárias
Tipo de grades Valor de β
Rectangulares, ângulos rectos 2,42
Rectangulares, face de montante semi-circular 1,83
circulares 1,79
Rectangulares, faces de montante e de jusante semi-circulares
1,67
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar-grelhas
Exemplo de dimensionamento
19Tratamento AR comunitárias
Sabendo que numa ETAR dimensionada para uma população de 120.000 hab, na qual a contribuição per capita de água residual é de 115 l/p.dia o tratamento preliminar prevê o uso de três canais de acesso de largura útil B = 0.4m providos de grelhas calcule: 1.O número e espaçamento das grelhas sabendo que a velocidade admissível nas grelhas limpas é de 0,40 m/s e que a máxima admissível (grade colmatada) é de 0,8 m/s. As grelhas são para ser colocadas com uma inclinação de 650. Admita grades com 1.9 cm de diâmetro.
2.Sabendo que a acumulação de sólidos na grelha relaciona-se com a perda de carga pela expressão Δh = T* 0,5 cm/h (T em horas) calcule a periodicidade de limpeza se o critério for o alcance de uma perda de carga máxima igual à 1.5 a perda de carga com as grades limpas. (Assuma β = 1.83).
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar- desintegracão
Princípio
Conversão por trituração ou corte do material sólidos em dimensões muito menores por forma a retorná-los ao fluxo de AR e remove-los por processos subsequentes
Técnica usada para ultrapassar os problemas com grelhas designadamente os relacionados com a septicidade dos resíduos recolhidos pelas grelhas. Nesta solução as grelhas podem ser dispensadas.
Por razões óbvias, os dispositivos devem ser instalados à jusante de desarenadores
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Tratamento AR comunitárias
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Tratamento Preliminar-desarenadores
São unidades de decantação destinadas à remoção de areias e outras partículas minerais de tamanho igual ou superior à 0,2 mm e densidade superior à 2,65
Há vários tipos de desarenadores dentre os quais os canais de desarenação e as câmaras areadas (vortex)
A operação é destinada a evitar problemas de erosão, deposição e entupimento bem como a danificação de bombas e instalações mecânicas
Princípio de funcionamento: consiste em fazer passar a AR por canais horizontais dimensionados com velocidade horizontal constante (<0,3 m/s) que permite a sedimentação da maior parte das partículas (areias)
21Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento PreliminarDesarenadores
A área (superficial) dos canais é dada pela razão Q/velocidade de decantação das partículas em questão (tal como nos tanques de sedimentação)
A forma da secção transversal é função da velocidade de escoamento horizontal que deve ser mantida constante ao longo do canal independentemente do caudal afluente,
Para se alcançar este objectivo a secção transversal do desarenador tem que ser de altura ou largura variável. O controlo pode ser de montante ou jusante
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Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
23Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento PreliminarDesarenadores
Tracado da seccão (canal horizontal com seccão de referência rectangular)
B = largura da seccão de controlo X = largura do canal em funcão da altur da água na seccão de controlo
V0 = velocidade pretendida no canal de desarenacão
S0 = velocidade de sedimentacão das areias
Sólidos (areais) retidas nos desarenadores necessitam de tratamento posterior
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Tratamento AR comunitárias
2/38.1 BhQ hV
Bx
o
7.2
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Tratamento PreliminarDesarenadores-valores práticos de dimensionamento
Contribuicão per capita areais = 2-12 l/hab.ano
S0 areias (0.01-1 mm)= 0.3-300 mm/s
S0 solidos orgânicos (0.01-1 mm)= 0.02-40 mm/s
S0 dimensionamento = 10-15 mm/s
Varrast areias (0.01-1 mm) = 70-700 mm/s
Varrast solidos orgânicos (0.01-1 mm) = 10-100 mm/s
V0 dimensionamento = 0.3-0.7 m/s
Relacão L/H = S0/V0 = L ≈ (S0/V0)* H
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Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento PreliminarDesarenadores- Exemplo
Q = 180 -300 l/s Pop = 50000 hab Contribuição areias (1 mm) = 8l/hab.ano
Secção de controlo rectangular; Bsc = 40 cm
V0 = 0.3 m/s
a. Calcular dimensões do Desarenador admitindo S0 = 11 mm/s e 20
mm/s
b. Calcular dimensões da zona de acumulação de areias admitindo largura Blodos= 2X largura da secção de controlo. Os desarenadores devem ser limpos pelo menos 1 vez por semana
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Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar
Tanques de igualização
Processo físico destinado à mistura e homogeneização do caudal de AR
Objectivos:
Uniformizar caudais afluentes Homogeneizar cargas orgânicas Proteger as unidades de tratamento biológico de sobrecargas
orgânicas
TPC= que elementos devem entrar para o dimensionamento??????
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Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Preliminar
Flotacão
Processo físico destinado à remoção de impurezas por acção gravítica
Destinado essencialmente à remoção de óleos/gorduras e também material em suspensão
Princípio de funcionamento consiste na introdução de ar (aeração) que promover a flotação de material sólidos. Notar contudo que óleos e gorduras são menos densas que a água daí, a injecçao de ar ser feita com o intuíto de acelerar o processo.
Recolha do efluente através de surface skimming mechanisms Efluente precisa de tratamento posterior
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Tratamento AR comunitárias
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Tratamento Primário
Objectivos
Remoção de sólidos e matéria orgânica decantável, (30 a 50% da MO afluente com os sólidos em suspensão);
Remoção da escuma que flutua para a superfície Eficiência de Remoção esperada
60 % de sólidos suspensos (S.S.) 35 % de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
29Tratamento AR comunitárias
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Tratamento Primário- processos unitários
Tanques Imhoff
Sedimentação primária
Fossas sépticas
30Tratamento AR comunitárias
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Tratamento Primário Tanques Imohff
Geralmente tanques rectangulares providos de um fundo tronco-cónico que combinam a decantação e digestão de lamas
A zona de decantação é geralmente dimensionada com base em 2 parâmetros:
Carga hidráulica superficial 1,1 à 1,4 (m/h) para o caudal médio
Tempo de retenção: 2-5 h para o caudal médio
A zona de digestão é dimensionada com base na carga de sólidos afluente (0.06-0.09 m3/hab.ano) e o grau de estabilização pretendido (6 meses)
31Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Primário - Tanques Imohff
A forma geométrica da zona de decantação é escolhida por forma a respeitar as seguinte relações
Comprimento/largura ≈ 3 Comprimento /profundidade ≈ 1,5
Uso é geralmente recomendado para pequenas comunidades ou aglomerado de habitações. Na concepção dos sistemas é comum usar-se um mínimo 2 células de decantação
A DBO máxima recomendada é de 300mg/l. Para cargas maiores é comum diluir-se a carga afluente por meio da recirculação dos efluentes da decantação primária aduzidos ao tanque de igualizacão
32Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Primário – Sedimentação Primária
Numa ETAR a sedimentação usa-se em três situações:
Nos desarenadores Nos decantadores primários (TSP) Nos decantadores secundários (TSS) Tanques de espessamento (tratamento de lodos)
Na sedimentação primária consegue-se a remoção de 25- 30% da DBO afluente
O efluente líquido deve ser submetido a tratamento secundário
As lamas dos decantadores exigem tratamento posterior
33Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Primário – Sedimentação Primária
Sedimentação em ETARs- critério de projecto Tanques de sedimentação
Tanques de espessamento
34Tratamento AR comunitárias
Parâmetro TSP TSS
S0 (m3/m2/h) 1-2.1 (0.8-1.25) 1-1.5
Tr (h) 1-1.5 1.5-2
Qdescarregador (m3/m/h) <10 3-5
Origem Carga de lodos (kg/m2/d)
Grau de concentração (Kg/m3)
TSP/TSS 1-2 50-70
Lamas activadas 0.5-1 20-30
AA 5-10 80-120
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento secundário - Processos
Lamas activadas Leitos Percoladores Lagoas de estabilização Lagoas aeradas Digestores anaeróbicos com manto de lodo Rotating Biological contactors
35Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Classf.
Quanto ao oxigénio Dissolvido
Aeróbios Lodos Activados Filtro Biológico Sistema de Lagoas (aeradas, facultativas, de Maturação)
Anaeróbios Digestão Anaeróbia Sistema de lagoas anaeróbicas
Anóxicos e.g. Remoção de nutrientes
36Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico- Class.
Quanto à fixacão da biomassa
Biomassa Livre ou suspensa Lodo ou lamas Activadas Sistema de Lagoas Digestão Anaeróbica
Biomassa Fixa
Filtros Biológicos Discos Biológicos
37Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Comparação processos aeróbios/anaeróbicos
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Variável Tratamento aerobico
Tratamento anaeróbico
Consumo de Energia + -
Produção de lodos + -
Tamanho das unidades + -
Tempo de maturacão - +
Cuidados de manutencão + -
Producão de Cheiro - +
Produção de biogás Não Sim
Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
39Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
40Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
41Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLodo activado - Parâmetros de dimensionamento
Carga orgânica dos lodos (SRL)
A eficiência de tratamento (E)
O tempo de retencão (Tr)
A velocidade da produção de lodos ou idade dos lodos (SRT)
A Taxa de recirculação de lodos (Qr)
A capacidade oxigenacão (OC)
42Tratamento AR comunitárias
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Tratamento BiológicoLodo activado - Parâmetros de dimensionamento
Carga orgânica dos lodos
SLR influencia sobre:
a eficiência de remoção velocidade de crescimento dos lodos O grau de estabilização dos lodos O grau de nitrificação e denitrificação
Valores comuns (ETARs) de SLR são de 0.2-0.4 KgDBO/KgMLSS.d, valores de carga orgânica volumétrica (rx) de 0.3-0.8 Kg/m3.dia e Sa = 2-5 kg/m3 MLSS
43Tratamento AR comunitárias
)./(.
.dkgkg
S
r
S
LQSLR
a
x
a
Sa = MLSS
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLodo activado - Parâmetros de dimensionamento
Eficiência
Relação E(%) Vs SRL:
44Tratamento AR comunitárias
%.100*afl
efafl
L
LLE
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLodo activado - Parâmetros de dimensionamento
Tempo de retencão
Valores comuns de dimensionamento:
45Tratamento AR comunitárias
Q
VTr
Tipo de reactor SLR (KgDBO/kgMLSS.d
TR (h)
Carga alta 1-2 2
Convencional 0.4-1 5
Carga Baixa 0.1-0.4 10
Estabilizacão de lodos 0.5-0.1 40
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLodo activado - Parâmetros de dimensionamento
Idade do lodo e recirculação de lamas
SVI = Sludge Volume Index (ml/gr) = volume de lodos por unidade de peso =60-200
Sa = 2-5 kg/m3 MLSS
46Tratamento AR comunitárias
(d)(kg/d)excessoemlodosdeQtd
)( tanquenolodosdeQtd kgSRT )(
.
.d
SQ
SSRT
rs
a
iirrecareci SQSQSQQ .).(
ar
ia
SS
SSR
)/(*85,0
1000 3mKgSVI
Sr
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
Lodo activado - Parâmetros de dimensionamento
Capacidade de Oxigenação
OR = Demanda de oxigénio a 200C em água limpa (KgO2/h)
ΔDBO = Redução de DBO (kgDBO/h)2.2 = coeficiente para manter O2 no reactor = 2 mg/l
Eficiência de oxigenação por tipo de aerador
47Tratamento AR comunitárias
2.2/8.0 2 kgDBOKgODBOOR
Método Dispositivo Eficiência (%)
OC (KgO2/kwh)
Air diffusion Fine buble diffuser (4.5 m deep)
1210
2.251.87
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Tratamento BiológicoLodo activado - Exemplo
Caudal afluente 50 m3/h/unidade BOD = 300 mg/l SS = 50 mg/l Eficiência de oxigenação por tipo de aerador
SVI = 150 ml/g Sa = 3 kgMLSS/m3
48Tratamento AR comunitárias
Método Dispositivo Eficiência OC (KgO2/kwh)
Air diffusion Fine buble diffuser (4.5 m deep)
1210
2.251.87
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
49Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
50Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
51Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Biomassa FixaFiltros biológicos - Parâmetros de dimensionamento
Os parâmetros de base à estabelecer antes do dimensionamento são:
O caudal médio afluente à ETAR
A DBO média afluente à ETAR
O padrão do efluente em termos de DBO
A DBO afluente à entrada dos leitos percoladores (70% da DBO total afluente)
52Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Biomassa FixaFiltros biológicos – Variáveis de dimensionamento
Carga Hidráulica (hydraulic surface load)
No caso de existir recirculacão
Carga Orgânica Volumétrica (lv)
53Tratamento AR comunitárias
h).m/(m 23
A
QCh
rectra QQQ tra
rec
Q
QR
d).(kgDBO/m 3
V
LQv
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoFiltros biológicos – variáveis de dimensionamento
Dependendo dos valores assumidos para Ch e lv destinguem dois tipos de LP
54Tratamento AR comunitárias
Variável LP de carga baixa
LP de carga alta
Carga hidráulica Ch (m3/m2.d) 1- 4 10-40
Carga volumétrica lv (kgDBO/m3.d) 0.05 -0.3 0.3-1.0
Profundidade (m) 1.5 – 3.0 1.0- 2.0
Factor de recirculação (R) - 1-3
Estado do efluente Completamente nitrificado
Não nitrificado
Produção de lodo (gr/cap.dia) 13 20
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoFiltros biológicos – dimensionamento
O dimensionamento dos LP consiste na determinação do Volume e/ou área do mesmo, tendo em conta os valores recomendados para os parâmetros de dimensionamento
Alguma fórmulas (empíricas) a aplicar são
Rankine/Rump Relaciona Eficiência de remoção de DBO com carga orgânica
volumétrica (expressa em grDBO/m3.dia). Aplicável apenas a LP de carga alta)
55Tratamento AR comunitárias
vE 017.093(%)
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoFiltros biológicos – Ábaco de dimensionamento- Método Rumpl
56Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoFiltros biológicos – Métodos de dimensionamento
Formula do NRC (National Research Council-EUA)
a= factor que depende das características da agua residual e da temperatura
lv = carga orgânica volumétrica (kg DBO/m3.d)
R = factor de recirculação
57Tratamento AR comunitárias
2)1.01(
1
/1
100
R
RF
FaE
v
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico
Filtros biológicos – Exemplo
Caudal afluente = 100 m3/h DBO afluente = 300 mg/l Sequência de tratamento (grelhas/desarenadores/TSP/ LP/TSS Padrão de efluente (DBO) = 40 mg/l
Pede-se: Dimensionamento do estágio de LP. Classifique se é de carga alta ou carga baixa justificando.
58Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de estabilizacão
59Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de estabilizacão
60Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico -Lagoas de Estabilizacão
Parâmetros de dimensionamento
Carga Orgânica Superficial (ls =KgDBO/m2.dia)
Carga Orgânica Volumétrica (lv =KgDBO/m3.dia)
Tempo de retencão Tr = V/Q
61Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLagoas de estabilizacão – Configuracões Tipo
62Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLagoas Anaeróbicas – Aspectos Gerais
Recebem efluente bruto e portanto cargas orgânicas elevadas A remocão de poluentes é funcão de:
Processos físicos (sedimentacão)
Acção de microrganismos anaeróbicos (estabilização da MO da massa líquida e dos lodos depositados)
Eficiência de remocão M.O. (50-60%)
Efluente de Lagoas Anaeróbicas necessita de tratamento posterior
63Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLagoas Anaeróbicas – Aspectos Gerais
Na superfície forma-se uma camada de escumas que favorece o estabelecimento de condicões anaeróbicas
Dimunuicão do contacto entre massa líquida e O2 atmosférico Reducão de perdas de calor (essencial para processos An) e
minimizacão de emissão de odores
Desvantagem: promove proliferacão de insectos; aspecto visual desagradável
Tipos Convencional Carga alta
64Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico - Lagoas Anaeróbicas
Factores Ambientais de decisão P/ escolha
Vento Temperatura Radiacão Solar Precipitacão
Aspectos a considerar no desenho
Mistura (adequada) Minimizacão de curto-circuito hidráulico (estruturas
entrada/saída) Relacão L/B = 3 (distribuicão do afluente; reducão do acúmulo
de lodos na zona de entrada; minimizacão da accão do vento; promocão de mistura)
65Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de anaeróbicas - critérios de projecto
Carga orgânica superficial
Tempo de retencão (20-50 dias) Profundidade H (2.5-5.0 m)
66Tratamento AR comunitárias
ha)(
mg/l)(
A
DBOQs
Temp média mensal (0C)
ls kgDBO/ha.dia)
Remocão esperada (%)
< 10 100 40
10-20 20T-100 2.T + 20
> 20 300 60
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico – Lagoas Anaeróbicas - critérios de projecto
Na escolha de Tr ter em atencão que:
Tr < 20 dias pode limitar a reproducão de bactérias metanogénicas essenciais aos processos de degradacão anaeróbica
Tr > 50 dias pode conduzir a que a lagoa funcione como Facultativa podendo-se estabelecer nívei de O2 que são letais às bactérias metanogénicas
67Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Facultativas
Variante mais simples do sistema de lagoas Retencão das AR por períodos suficientemente longos para
desenvolver processos naturais de estabilizacão da MO
Factores ambientais de decisão na escolha do tratamento por Lagoas facultativas
68Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Facultativas- papel de algas em LF
Presenca de algas é importante para o funcionamento das lagoas (equilíbrio entre oxigênio consumido (respiracão) e produzido por fotossíntese)
Algas verdes: conferem às lagoas a cor esverdeada prodominante em lagoas facultativas
Algas azuis: são mais resistentes às condicões adversas e apresentam enor requisito nutricional. Predominam em lagoas de maturacão
69Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas Facultativas
dinâmica dos processos
70Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Facultativas- Aspectos de desenho
Mistura
Minimizacão de curto circuito hidráulico e ocorrência de zonas estagnadas
Homogeneizacão da distribuicão vertical de DBO; algas e oxigênio
Transporte para a zona fótica superficial das algas não motoras que tendem a sedimentar
Transporte para as camadas mais fundas do O2 dissolvido
Tempo de retencão hidráulica Deve ser suficiente para que os microorganismos procedam à
estabilizacão da matéria orgânica
71Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Lagoas de Facultativas - Aspectos de desenho Profundidade
compromisso entre V e A Do ponto de vista de desenho a tendência é adoptar H = 1,5 –
3,0 m
72Tratamento AR comunitárias
Profundidade
Particularidades de funcionamento
Rasa (< 1 m)
• Lagoas com H < 1 podem-se comportar como anaeróbicas se lv for elevado
• Área necessária maior para responder aos requisitos de tempo de retenção • Penetração de luz é maior (toda profundidade)• Produção de algas é maior; pH elevado o que permite a precipitação de
fosfatos• Remoção de patogénicos é maior• Risco de desenvolvimento de vegetação e potencial abrigo de larvas de
mosquitos• Mais susceptíveis à variações diurnas de Temperatura podendo transitar entre
anaeróbica (períodos quentes) e facultativa . Aumento taxa de decomposição e ressuspensão de sub-produtos da decomposição anaeróbica no fundo com produção de odores
D&S- Tratamento de Água Residual
Lagoas de Facultativas- Aspectos de desenho
Profundidade
73Tratamento AR comunitárias
Profundidade
Particularidades de funcionamento lagoas
Fundas (H < 1,2 m)
• Possibilitam maior Tempo de retenção• Mais estáveis em termos de eficiência l e menos afectada pelas
condições ambientais• Maior volume de acumulação de lodos• Camada inferior permanece sob condições anaeróbicas• Existência de camada facultativa considerável permite que produtos da
decomposição anaeróbica libertos para as camadas superiores sejam decompostos na camada facultativa. Os riscos em termos de odores são menores devido à oxidação química e biológica do gás sulfídrico produzido no fundo
• Lagoas Facultativas profundas permitem a sua conversão em lagoas aeradas através da inclusão de aeradores (e.g. quando há necessidade de expansão dos sistemas)
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico - Lagoas de Facultativas
Critério de projecto
1. Carga orgânica superficial
ls = F ( temperatura, latitude, radiacão solar etc) [kgDBO/ha.d)
ls = 50x 1.072T (Temperatura média do ar)
ls = 350 x (1.107- 0.002T)(T-25) (Temperatura média do líquido)
74Tratamento AR comunitárias
A
DBOQs
mg/l)(
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico - Lagoas de Facultativas
Critério de projecto
Tr = V/Q = 5-30 dias
Procedimento de projecto
ls A ; adoptar Tr = calcular V; H (verificar limites); ls A ; adoptar H = calcular V; Tr (verificar limites);
75Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento BiológicoLagoas de Maturacão - Aspectos Gerais
Objectivo principal é a remocão de bactérias (patogénicos), virus, protozoários e ovos de lombrigas (sedimentacão). Também contribuem para a remocão de DBO mas em menor proporcão
A morte de microorganismos deve-se à predominância de condicões ambientais adversas aos microrganismos designadamente:
radiacão ultravioleta; pH elevado (>9) Temperatura mais baixa que a do corpo humano Falta de nutrientes Predacão por outros microrganismos
76Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico Lagoas de Maturação - Aspectos gerais
Constituem geralmente o estágio de pós-tratamento de processos concebidos para a remocão da DBO
Geralmente projectadas como lagoas em série ou como única unidade com divisões por chicanas
Lagoas de Maturação -critérios de projecto
Carga Orgânica superficial
Tempo de retencão
Profundidade : 0.75-1.5 m77Tratamento AR comunitárias
kgDBO/ha.d 150-50 mg/l)(
A
DBOQs
d 20 -5 Q
VTr
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico Lagoas de Maturacão – Critério de projecto
O dimensionamento prático assenta na dinâmica de morte de microorganismos
Calcula-se Tr para obter a eficiência desejada. Geralmente, sistemas em série
Kd = 0.1-2.0 d-1
Ni = 106-108 CF/100 ml ; Ne = 103-104 CF/100 ml
78Tratamento AR comunitárias
rdTkdt
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e
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1
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D&S- Tratamento de Água Residual
Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
Aspectos gerais
As lagoas de macrófitas são sistemas projectados para garantir o tratamento de águas residuais num ambiente controlado, usando a envolvente natural e os vectores vegetação, solo e microrganismos a eles associados.
A construção de leitos de macrófitas visa reproduzir os mecanismos de degradação de poluentes que ocorrem naturalmente em zonas húmidas, tirando partido dos benefícios associados em termos de integração paisagística e elevados níveis de sustentabilidade (reduzido consumo de energia e reagentes químicos)
79Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
Classificacão de lagoas de macrófitas
De acordo com o tipo de vegetacão implantada
De acordo com o tipo de escoamento
Escoamento superficial:em que o efluente escoa através de um leito preenchido com água e plantas aquáticas;
Escoamento subsuperficial: em que o efluente escoa através de um leito preenchido com um meio poroso (geralmente gravilha), que apresenta na superfície plantas macrófitas.
80Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
LM-ES- aspectos gerais
apresentam a superfície livre de água exposta ao ar e permitem boas condições para a formação de biofilmes.
De acordo com a configuração do leito, altura do nível do líquido,
características do afluente e da planta usada, temperatura e outras condições ambientais, podem predominar mecanismos de remoção aeróbios, anaeróbios e anóxicos.
a área envolvente é propícia à presença de uma grande variedade de microrganismos (insectos, moluscos, peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos (Kadlec e Knight, 1996). Podem no entanto apresentar riscos para a saúde humana, devido à exposição a organismos patogénicos, daí não serem recomendadas para o tratamento secundário em geral.
81Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
LM-ES- aspectos gerais
são mais indicados para climas quentes já que a taxa de degradação biológica aumenta com o aumento da temperatura da água.
A profundidade da coluna de água deve ser reduzida (0.4-0.6 m) O tipo de plantas existentes no leito pode ser emergente, flutuante ou
submerso.
82Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
83Tratamento AR comunitárias
Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
LM-ESS- aspectos gerais são caracterizados por apresentarem um meio de enchimento poroso no
interior do leito, através do qual flui o efluente. O enchimento pode ser constituído por gravilha de granulometria diversa, ou solo, que serve de suporte para a fixação das plantas macrófitas.
No sistema de escoamento subsuperficial, o efluente permanece abaixo da superfície do leito cuja profundidade pode variar de 0,3 a 1,0 m, sendo 0,6 m a mais vulgar. O escoamento pode ser vertical ou horizontal
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
LM-ESS-aspectos gerais
A eficiência de remoção de poluentes nestes sistemas depende da capacidade de arejamento do solo e, portanto, das propriedades do material de enchimento.
As principais vantagens das LM-ESS face a sistemas de escoamento superficial são principalmente, a minimização de condições propícias à formação de mosquitos e outros organismos vectores da propagação de doenças, dado que a água residual é mantida abaixo da superfície do leito.
Devido às baixas taxas de transferência de oxigénio neste tipo de sistemas (principalmente horizontal), os processos de degradacão predominantes são anaeróbios a menos que o sistema seja pouco carregado:
84Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
Mecanismos envolvidos na remocão de poluentes em LM
85Tratamento AR comunitárias
Processos Mecanismos de remocão
Físicos Sedimentaçãovolatilização
Químicos Radiação ultra-violetaTroca iónicaAbsorção
Biológicos Decomposição microbiológicaAssimilação microbiológicaAssimilação pelas plantasDecaimento naturalPredação microbiológica
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
Aplicacões de LM
Tratamento primário ou secundário Adequadas para pequenos aglomerados populacionais e zonas rurais.
No entanto, se estiverem associados a fossas sépticas, pode verificar-se a produção de odores desagradáveis especialmente nos dias mais quentes e para efluentes com elevada carga orgânica
Vantagens de LM (face aos sistemas convencionais)
simplicidade conceptual e operacional grande capacidade de tamponamento, baixa produção de lamas como subprodutos e Custos reduzidos de manutenção e operação
86Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico-Lagoas de Macrófitas ou fito-ETARs
Problemas Operacionais com LM
Caminhos preferenciais
Crescimento desproporcionado da vegetacão
Colmatação do meio de enchimento. A ocorrência de uma situação de colmatação acentuada pode conduzir ao afloramento de água à superfície do leito, com a consequente redução do tempo de retenção da massa líquida em contacto com o meio de enchimento, diminuindo a eficiência de remoção (Galvão, 2009).
87Tratamento AR comunitárias
D&S- Tratamento de Água Residual
Tratamento Biológico- Outros tipos de lagoas
Lagoas Aeradas (Facultativas)
Os mecanismos de remocão da DBO são semelhantes aos das lagoas facultativas. Contudo o oxigénio é fornecido por aeradores mecânicos ao invês da fotossíntese. Como a lagoa é facultativa, uma grande parte dos sólidos e da biomassa sedimentada é decomposta anaerobicamnte no fundo da lagoa.
Lagoas de decantacão (Lagoa aerada de mistura completa) Usadas geralmente a jusante de lagoas aeradas nas quais a energia
induzida por unidade de volume de lagoa é elevada. Os sólidos e a biomassa ficam dispersas no meio líquido (semelhante à Lamas activadas) o que faz com que o efluente contenha teores elevados de sólidos (e biomassa). As lagoas de decantacão proporcionam condicões para a remocão dos sólidos antes do despejo final.
88Tratamento AR comunitárias