Compostos de Nitrogênio em Águas
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Poluição nas Bacias Hidrográficas Controle de Nutrientes Desinfecção Compostos de Nitrogênio em Águas 1. Fontes de Nitrogênio nas Águas a) Atmosfera: processos de fixação do N2 atmosférico Fixação Biológica: bactérias e algas fixadoras de nitrogênio. N2 é convertido em NORGÂNICO. Fixação Química (Luz). N2 é convertido em Amônia e Nitrato. b) Esgotos Sanitários: NORGÂNICO e NAMONIACAL c) Efluentes Industriais: abatedouros e frigoríficos, indústrias químicas e petroquímicas, laticínios, etc. d) Escoamento superficial em áreas urbanas e agrícolas CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS SANITÁRIOS Parâmetro DBO5,20 (mg/L) DQO (mg/L) Carbono Orgânico Total (mg/L) NTK (mg/L) Nitrogênio Orgânico (mg/L) Nitrogênio Amoniacal (mg/L) Fósforo Total (mg/L) Fósforo Orgânico (mg/L) Fósforo Inorgânico (mg/L) Forte 400 1.000 290 85 35 50 15 05 10 Médio 220 500 160 40 15 25 08 03 05 Contribuições Unitárias: DBO5,20: 54 g /habitante x dia DQO: 100 g / habitante x dia NKT: 8 g / habitante x dia P: 1 g / habitante x dia Fraco 110 250 80 20 08 12 04 01 03 2. Ciclo do Nitrogênio Compostos de Nitrogênio em Águas 3. Formas em que o nitrogênio se apresenta nas águas naturais: Nitrogênio Orgânico Nitrogênio Amoniacal (NH3 / NH4+) Nitrito (NO2 ) Nitrato (NO3 ) As duas primeiras são as denominadas formas reduzidas enquanto que as últimas, formas oxidadas. Formas reduzidas: Poluição recente Formas Oxidadas: Poluição antiga Compostos de Nitrogênio em Águas 4.Importância nos Estudos de Controle de Qualidade das Águas Macro-nutriente para processos biológicos. Tratamento aeróbio de esgotos: DBO5:N:P - 100:5:1 Tratamento anaeróbio de esgotos: DQO:N:P - 350:7:1 Águas naturais: Eutrofização o Nitrogênio amoniacal: DBO de 2 . Estágio, toxicidade para peixes Nitrato: Contaminação Química da Água. Metemoglobinemia infantil. Padrão de potabilidade (Portaria MS 1469/2004: 10 mg/L) Resolução CONAMA 357/2005 Limites para Nitrogênio Parâmetro Águas Doces Classe 2 Nitrito (mgN/L) 1,0 Nitrato (mgN/L) 10,0 3,7 (pH < 7,5) Nitrogênio Amoniacal Total (mgN/L) 2,0 (7,5 < pH < 8,0) 1,0 (8,0 < pH < 8,5) 0,5 (pH > 8,5) 12/03/2008: Alteração na Resolução 357 do CONAMA Desconsiderada a concentração de nitrogênio amoniacal como padrão de lançamento de esgoto sanitário (20 mgN/L) Viabilizar a implantação de ETEs previstas no PAC “Abrir mão da qualidade ideal dos efluentes para permitir que eles tenham um tratamento satisfatório” Decisão temporária Compostos de Nitrogênio em Águas 5. Determinação Analítica a) Nitrogênio Orgânico e Nitrogênio Amoniacal (NTK) NORGÂNICO NAMONIACAL Destilação de NH3 Titulação Digestão Química b) Nitrito (NO2-) e Nitrato (NO3-): Nitrito: Colorimetria – sulfanilamida e etilenodiamina Nitrato: Redução NO3 NO2 (coluna Cd) Alternativa: Eletrodo de íon seletivo colorimetria Digestor Büchi Conjunto para Destilação de Amônia Eletrodo de Íon Seletivo - Nitrato Compostos de Nitrogênio em Águas 6. Remoção de Nitrogênio 6.1. Processos Físico – Químicos: Cloração ao break - point Compostos de Nitrogênio em Águas Arraste com ar (efluente alcalinizado até pH = 12) Compostos de Nitrogênio em Águas 6.2. Processos Biológicos Sistemas híbridos de nitrificação, desnitrificação e remoção de fósforo, com reatores anaeróbios, anóxicos e aeróbios Nitrificação do Esgoto (Autotrófica) Condições essenciais Idade do lodo Oxigênio Dissolvido Temperatura pH Principais processos alternativos Lodo Ativado (biomassa suspensa) Filtro biológico (biomassa aderida) Desnitrificação do esgoto (heterotrófica) Condições essenciais: Ambiente anóxico: presença de nitrato e ausência de OD Redutor de nitrato: matéria orgânica do afluente, gerado no sistema ou externo Sistemas: Pré-desnitrificação Pós-desnitrifcação Sistema com Pré-Desnitrificação Reciclo Interno Reator Anóxico Reator Aeróbio Retorno de Lodo Dec Sistema com Pós-Desnitrificação Reator Aeróbio Retorno de Lodo Dec Reator Anóxico Retorno de lodo Metanol Dec Processos Alternativos Para Remoção de Nitrogênio SHARON - Single Rector High Activity Ammonia Removal Over Nitrite ANAMMOX - Anaerobic Ammonium Oxidation SND – Simultaneous Nitrification and Denitrification Sistemas mais simples para a remoção de nitrogênio amoniacal Lagoas de Estabilização Filtros Biológicos Percoladores Material de enchimento e distribuidor de esgoto Filtros biológicos percoladores Compartimentos individualizados (Avaliação de quatro materiais de enchimento) FBP e seus materiais suporte Lodo ativado com MBBR liso ranhuras Área superficial específica de 400 m²/m³ Fósforo em Águas Fontes de Fósforo nas Águas naturais Esgotos Sanitários (detergentes, matéria fecal) Efluentes industriais (abatedouros e frigoríficos, etc.) Drenagem de águas pluviais em áreas urbanas e rurais 2. Formas em que o fósforo se apresenta nas águas: Fosfatos orgânicos Polifosfatos ou fosfatos condensados Ortofosfatos 3. Importância nos Estudos de Controle de Qualidade das Águas Macro-nutriente para processos biológicos Padrão de classificação de águas naturais (CONAMA) 1. RESOLUÇÃO CONAMA 357/2005 Águas doce classe 1 – Fósforo Total 0,02 mg P/L para ambientes lênticos, 0,025 mg P/L para ambientes intermediários, com tempo de residência entre 2 e 40 dias e tributários diretos de ambiente lêntico e 0,1 mg P/L para ambiente lótico e tributários de ambientes intermediários. Fósforo em Águas 4. Determinação Analítica • Ortofosfatos: Colorimetria – método do ácido ascórbico (reagente combinado) • Fósforo Total: PORGÂNICO Ortofosfatos Colorimetria Digestão Química Expressão dos resultados: mg P / L; mg PO4 / L 5. Remoção de Fósforo Processos Físico – Químicos: FeCl3; Al2(SO4)3, Ca(OH)2 Processos Biológicos: Anaeróbios (libera P) e Aeróbios (incorpora P). Precipitação Química do Fósforo Al +3 + HnPO43 - n AlPO4 + nH+ DESINFECÇÃO DE ESGOTOS Ocorrências típicas de microrganismos patogênicos microrganismos indicadores em esgotos brutos Microrganismo Contribuição per Concentração capita (org/hab.d) (org/100 ml) Bactérias Coliformes totais 109 a 1012 106 a 1010 Coliformes fecais 108 a 1011 106 a 109 Escherichia coli 108 a 1011 106 a 109 Salmonellae spp. 105 a 106 102-103 Estreptococos fecais 108 a 109 105 a 106 Pseudomonas aeruginosa 104 a 105 101 a 102 Cistos de Giárdia sp. 105 a 107 102 a 104 Oocistos de Cryptosporidium spp. 104 a 105 101 a 102 104 a 106 101 a 103 105 a 107 102 a 104 Protozoários Helmintos Ovos de helmintos Vírus Vírus e Níveis de tratamento e valores típicos dos principais parâmetros de qualidade nos efluentes Nível de tratamento SS (mg/L) DQO (mg/L) DBO (mg/L) Coliformes fecais (NMP/100 ml) Esgoto bruto 300 600 300 1,00 E + 07 Primário 120 420 180 1,00 E + 07 Anaeróbio 100 210 90 1,00 E + 05 Secundário/lagoas facultativas 80 150 30 1,00 E + 04 Secundário 20 85 20 1,00 E + 05 Filtração terciária 5 50 5 1,00 E + 04 Capacidade de diversas tecnologias de tratamento de águas residuárias em atingir constantemente os níveis indicados de qualidade do efluente em termos de coliformes fecais (termotolerantes) e ovos de helmintos Sistema Lagoa facultativa Lagoa anaeróbia - lagoa facultativa Lagoa aerada facultativa Lagoa aerada mistura completa lagoa de sedimentação Lagoa + lagoa de maturação Lagoa + lagoa de alta taxa Lagoa + remoção de algas Infiltração lenta Infiltração rápida Escoamento superficial Terras úmidas construídas (wetlands) Coliformes fecais fecais Ovos de helmintos 1 x 106 1(NMP/100ml) x 105 1 x 104 1 x 103 1 ovo/L Capacidade de diversas tecnologias de tratamento de águas residuárias em atingir constantemente os níveis indicados de qualidade do efluente em termos de coliformes fecais (termotolerantes) e ovos de helmintos Sistema Tanque séptico + filtro anaeróbio Tanque séptico + infiltração UASB UASB + lodos ativados UASB + biofiltro aerado submerso UASB + filtro anaeróbio UASB + filtro biológico de alta carga UASB + lagoas de maturação UASB + escoamento superficial Coliformes fecais fecais Ovos de helmintos 1 x 106 1(NMP/100ml) x 105 1 x 104 1 x 103 1 ovo/L Capacidade de diversas tecnologias de tratamento de águas residuárias em atingir constantemente os níveis indicados de qualidade do efluente em termos de coliformes fecais (termotolerantes) e ovos de helmintos Sistema Coliformes fecais fecais Ovos de helmintos 1 x 106 1(NMP/100ml) x 105 1 x 104 1 x 103 1 ovo/L Lodos ativados convencionais Aeração prolongada Reator por batelada Lodos ativados com remoção biológica de N Lodos ativados com remoção biológica de N/P Lodos ativados + filtração terciária Filtro biológico percolador de baixa carga Filtro biológico percolador de alta carga Biofiltro aerado submerso Biofiltro aerado submerso com remoção biológica de N Biodisco Qualquer das tecnologias anteriores + desinfecção Variável Vantagens e desvantagens dos processos de desinfecção mais utilizados Químicos, físicos e biológicos Processos Naturais Lagoas de estabilização Processo natural, sem mecanização Não gera efeitos residuais prejudiciais Operação simples Pode ser realizado de forma concomitante à estabilização da matéria orgânica Disposição no solo Processo natural, sem mecanização Não gera efeitos residuais prejudiciais Operação simples Pode ser realizado de forma concomitante à estabilização da matéria orgânica Necessita de muita área Tempo de detenção muito longo (vários) dias) Desenpenho depende das condições climáticas Produz algas em grande quantidade Necessita de muita área Desenpenho depende das condições climáticas Sensível à quantidade de sólidos suspensos no afluente Vantagens e desvantagens dos processos de desinfecção mais utilizados Cloração Químicos Processos artificiais Tecnologia amplamente conhecida Menor custo Cl residual prolonga a desinfecção e indica a eficiência do processo Efetiva e confiável para grande variedade de patógenos Oxida certos compostos orgânicos e inorgânicos Flexibilidade de dosagens Cloração/ descloração Tecnologia bem desenvolvida Efetiva e confiável para grande variedade de patógenos Oxidação de certos compostos orgânicos e inorgânicos Flexibilidade de dosagens Cl residual é tóxico; requer descloração Todas as formas de cloro são altamente corrosivas e tóxicas As reações com Cl geram compostos potencialemente perigosos (trihalometanosTHM) Aumenta os sólidos totais dissolvidos Cl residual é instável na presença de materiais que demandam cloro Alguns patógenos são resistentes Requer adição de produtos químicos para eliminar cloro residual Elimina o efeito residualda desinfecção com cloro Gera subprodutos potencialmente perigosos Aumenta os sólidos totais dissolvidos Alguns patógenos são resistentes Vantagens e desvantagens dos processos de desinfecção mais utilizados Químicos Processos artificiais Ozonização Mais efetivo na destruição de vírus e bactérias que o cloro Utiliza curto tempo de contato (de 10 a 30 minutos) Não gera residuais perigosos Não resulta em recrescimento de bactérias, exceto as protegidas pelo material particulado É gerado in situ, com fácil armazenamento e manuseio Eleva o oxigênio dissolvido (OD) no efluente tratado Baixas doses podem não inativar alguns vírus, esporos e cistos Tecnologia mais complexa que a desinfecção com cloro ou UV O3 muito reativo e corrosivo Não é econônmico para esgotos com muito SS, DBO ou DQO O3 é extremamente irritante e possivelmente tóxico O custo do tratmento ode ser relativamente alto Vantagens e desvantagens dos processos de desinfecção mais utilizados Ultravioleta Físicos Processos artificiais Filtração terciária Efetiva na inativação de vírus e esporos Não necessita de geração, manuseio, transporte ou estocagem de produtos químicos Não gera efeitos residuais prejudiciais Operação simples Tempo de contato muito curto (de 20 a 30s) Menor demanda de espaço do que os outros processos Melhora significativamente a qualidade físico-química do efluente Realiza a remoção complementar de fósforo do esgoto Eficiente na remoção de ovos e larvas de helmintos e cistos de protozoários Baixas dosagens não inativam alguns vírus, esporo e cistos Os microrganismos podem se multiplicar por fotorreativação ou recuperação no escuro Necessita de controle da formação de bifilmes nos reatores de contato É sensível à turbidez e a sólidos suspensos totais no esgoto É mais caro do que a cloração e mais barato do que a cloração/descloração Eficiência variável e inespecífica em relação aos patógenos Requer produtos químicos de coagulação/floculação Funcionamento intermitente, devido à necessidade de lavagem dos filtros Demanda operacional com nível intermediário Principais fatores a serem considerados na avaliação de alternativas de desinfecção Efetividade Custos Operação Estudo piloto Potenciais efeitos adversos Habilidade em atingir os limites desejados de organismos indicadores Capacidade de desinfecção de uma larga faixa de microrganismos Confiabilidade Custo de implantação Custo de amortização Custos de operação e manutenção Custo de tratamento de esgoto a montante da etapa Facilidade de transporte, estocagem e geração in loco Facilidade de aplicação e controle Flexibilidade Complexidade Capacidade de previsão de resultados Considerações sobre segurança Dose necessária Detalhes de refinamento de projeto Toxicidade à vida aquática Formação e transmissão de indesejáveis substâncias bioacumuláveis Formação e transmissão de substâncias tóxicas, mutagênicas e carcinogênicas Nível de desenvolvimento, aspectos de operação e manutenção dos processos Consideração Cloração Cloração/ descloração Ozônio UV Tamanho da ETE Todos os tamanhos Todos os tamanhos Médio a grande Todos os tamanhos Pequeno a médio Pequeno Nível de Todos os tratamento níveis antes da desinfecção Complexidade Simples e relativa da moderada tecnologia Todos os níveis Secundário Secundário Primário ou anaeróbio Primário ou anaeróbio Moderada Complexa Simples a moderada Muito simples Simples Boa Boa Boa Boa Regular Confiabilidade Muito boa Lagoas de Tratament estabilização o no solo Controle do processo Bem desenv. Desenv. Em desenv. Em desenv. Desenv. Em desenv Sensibilidadeà apuração e à manutenção Mínima Moderada Alta Moderada Pouca Pouca Efetividade do processo sobre os organismos patogênicos do esgoto sanitário Consideração Cloração Cloração/ descloração Ozônio UV Lagoas de estabilização Tratamento no solo Efeito bactericida Bom Bom Bom Bom Bom Bom Efeito virucida Ruim Ruim Bom Bom Bom Desconhecido Efeito sobre protozoários Regular Regular Regular Pouco Bom Bom Efeito sobre helminto Regular Regular Regular Pouco Bom Bom Dependente do pH Sim Sim Pouco Não Sim Sim Tempo de detenção hidráulica, outras reações e impactos na qualidade do efluente tratado Consideração Cloração Cloração/ descloração Ozônio Tempo de detenção Longo Longo Incremento de OD Reação com amônia Não Não Sim Sim Sim Remoção de cor Moderada Sólidos dissolvidos UV Lagoas de estabilização Tratamento no solo Muito longo Longo Não Sim Sim Sim (pH-alto) Não Moderada Sim Moderada Sim Não Moderada Moderada Aumenta Aumenta Não atua Não Provavelmente Provavelmente atua diminui diminui Sólidos suspensos Diminui Diminui Diminui Não atua Variável Diminui Dependente do pH Sim Sim Pouco Não Sim Sim Moderado Curto Aspectos referentes ao impacto dos trabalhadores nas estruturas e no meio ambiente Lagoas de Tratamento no solo estabilização Consideração Cloração Cloração/ descloração Ozônio UV Durabilidade do residual Longa Nenhuma Nenhuma Sem residual Sem residual Sem residual Subprodutos tóxicos Sim Sim Não esperado Não Não Não Não, mínimo Não, Nenhum Não, nenhum Não Não Não Não, Sim, Sim, Riscos à saúde/perigo substancial substancial moderado no trasnporte Corrosão Sim Sim Sim
