Apresentação do PowerPoint

Universidade Federal do Paraná
Engenharia Ambiental
Saneamento Ambiental I
Aulas 24 – Tratamento de Esgotos – parte I
Profª Heloise G. Knapik
1
Tratamento de Esgotos
• PRINCÍPIOS FÍSICOS, QUÍMICOS E BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• TIPOS DE SISTEMAS PARA TRATAMENTO DE ESGOTOS
• FOSSA SÉPTICA
• TRATAMENTO PRELIMINAR
• TRATAMENTO PRIMÁRIO
• TRATAMENTO SECUNDÁRIO
• TRATAMENTO TERCIÁRIO
• TRATAMENTO DA FASE SÓLIDA - LODO
PRINCÍPIOS FÍSICOS, QUÍMICOS E
BIOLÓGICOS DO TRATAMENTO
3
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS FÍSICOS DE REMOÇÃO
• Sedimentação: operação física de separação de partículas sólidas com
densidade superior à do líquido circundante
• Ação da força da gravidade
• Formação do lodo, resultando no efluente clarificado
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS FÍSICOS DE REMOÇÃO
Principais aplicações:
• Tratamento preliminar: remoção de areia (sedimentação
de partículas inorgânicas de maiores dimensões) – caixa
de areia
• Tratamento primário: decantação primária
(sedimentação dos sólidos em suspensão no esgoto
bruto) - tanques convencionais com remoção frequente
do lodo, fossas sépticas
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS FÍSICOS DE REMOÇÃO
Principais aplicações:
• Tratamento secundário: decantação final (remoção dos sólidos
biológicos) – decantadores secundários nos sistemas de lodos ativados,
decantadores finais nos sistemas de filtros biológicos, decantadores
finais nos sistemas de reatores anaeróbios de manta de lodo, lagoas de
sedimentação, após lagoas aeradas de mistura completa
• Tratamento físico-químico: sedimentação após precipitação química –
polimento de efluentes de tratamento secundário, remoção química
de nutrientes, tratamento físico-químico (coagulação química) de
despejos domésticos e, principalmente, industriais
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
TIPOS DE SEDIMENTAÇÃO
Sedimentação Discreta: as partículas sedimentam-se, mantendo
a sua identidade (não se aglutinam). Preserva-se as
propriedades físicas como forma, tamanho e densidade
Exemplo de aplicação:
• Caixa de areia
t=0
t=1
t=2
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
TIPOS DE SEDIMENTAÇÃO
Sedimentação Floculenta: As partículas se aglomeram a medida
que se sedimentam. Alteram-se as características com o
aumento e formação dos flocos.
Exemplo de aplicação:
• Decantadores primários,
parte superior dos
decantadores secundários,
flocos químicos no
tratamento físico-químico
t=0
t=1
t=2
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
TIPOS DE SEDIMENTAÇÃO
Sedimentação Zonal: quando há grande concentração de
sólidos, pode-se formar uma massa única de partículas que se
sedimentam em zonas ou blocos.
Exemplo de aplicação:
• Decantadores secundários
t=0
t=1
t=2
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
TIPOS DE SEDIMENTAÇÃO
Sedimentação por Compressão: quando há grande
concentração de sólidos. Ocorre devido ao próprio peso das
partículas sendo constantemente adicionadas.
Exemplo de aplicação:
• Fundo de decantadores
secundários, adensadores
por gravidade
t=0
t=1
t=2
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS QUÍMICOS DE REMOÇÃO
• Remoção ou estabilização dos esgotos sanitários via reações
químicas
• Processo aditivo em conjunto com os processos físicos e
biológicos de tratamento de esgotos
• Objetivo de aumentar a eficiência ou acelerar os processos
envolvidos
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS QUÍMICOS DE REMOÇÃO
Processo
Aplicação
Precipitação química Remoção de fósforo (adição de cálcio, alumínio ou
ferro) e aumento da eficiência de remoção de
sólidos suspensos (coagulação)
Adsorção
Remoção de organismos (adição de carbono
ativado)
Desinfecção
Remoção de organismos patogênicos com uso de
cloro, bromo, ozônio, luz ultravioleta.
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Oxidação da matéria orgânica carbonácea e, eventualmente,
da matéria orgânica nitrogenada
• Oxidação da matéria orgânica carbonácea: constitui-se no
principal objetivo de todos os processos de tratamento de
esgotos a nível secundário
• Oxidação da matéria orgânica nitrogenada: nitrificação (lodos
ativados)
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Matéria orgânica carbonácea:
• Inerte → solúvel ou insolúvel: não sofre decomposição
• Biodegradável → rapidamente ou lentamente
biodegradável
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Matéria orgânica nitrogenada:
• Inorgânica → amônia (livre ou inonizada) – já na coleta e
interceptação tem início as reações de hidrólise e
amonificação
• Orgânica → inerte, biodegradável, solúvel e particulada
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Progressão temporal da oxidação da matéria orgânica (aeróbia):
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Progressão temporal da oxidação da matéria orgânica (aeróbia):
• Etapa inicial: predominância da síntese (anabolismo) → A MO
é utilizada pelos microrganismos para suas atividades de
crescimento e obtenção de energia – resulta no consumo de
OD e aumento da população
• Etapa subsequente: predominância da respiração endógena
→ Quando remove-se a MO, há abundância de microrganismos
e escassez de substrato – a fonte de alimento passa a ser o
próprio protoplasma celular (mecanismos de auto-oxidação)
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Progressão temporal do crescimento bacteriano:
Princípios físicos, químicos e biológicos de tratamento
PRINCÍPIOS BIOLÓGICOS DE REMOÇÃO
• Progressão temporal do crescimento bacteriano:
• Fase de retardo → Período de adaptação enzimática das bactérias
ao novo substrato
• Fase de crescimento exponencial → As células adaptadas se
dividem a uma taxa constante devido a um excesso de substrato
no meio
• Fase estacionária → O alimento principia a ficar escasso no meio.
Taxa de crescimento bacteriano é igual à taxa de mortandade.
• Fase de declínio ou mortandade → Diminui a disponibilidade de
substrato – respiração endógena (utilizam seu próprio
protoplasma como fonte de substrato)
Oxidação (perdeu elétrons)
Agende oxidante
Redução (ganhou elétrons)
Característica
Catabolismo oxidativo
(Respiração)
Catabolismo fermentativo
(fermentação)
Doador de elétrons
Matéria orgânica
Matéria orgânica oxidada
Aceptor de elétrons
Externo: composto
inorgânico (oxigênio, nitrato
ou sulfato)
Interno: matéria orgânica
reduzida
Número de produtos
finais resultantes da
matéria orgânica
Um (CO2)
No mínimo dois (CO2 e CH4)
Forma do carbono no
produto final
Carbono inorgânico oxidado
(CO2)
Carbono inorgânico
oxidado (CO2)
e carbono orgânico
reduzido (CH4)
Estado de oxidação do
carbono no produto final
4+ (CO2)
4+ (CO2)
4- (CH4)
Principais rotas de decomposição:
H2 O
O2
Com
O2
Sem
O2
CO2
Respiração/ oxidação da MO
Aeróbio
Matéria Orgânica: CxHyOz
Anóxico
NO-3
N2
Com
NO-3
Sem
NO-3
CO2
Desnitrificação
Anaeróbio
H2S
SO-24
CO2
Redução de Sulfatos
CO2
CH4
CO2
Metanogênese
Aceptores de elétrons nas reações de oxidação
em tratamento de esgotos
Condições
Aceptor de elétrons
Forma do aceptor
após a reação
Aeróbias
Oxigênio (O2)
H2O
Metabolismo
aeróbio
Nitrato (NO3-)
Nitrogênio gasoso
(N2)
Redução de
nitratos
(desnitrificação)
Sulfato (SO42-)
Sulfeto (H2S)
Redução de
sulfatos
(dessulfatação)
Dióxido de carbono (CO2)
Metano (CH4)
Metanogênese
Anóxicas
Anaeróbias
Processo
Principais rotas de decomposição:
Nitrogênio e tratamento de esgotos
o Processos convencionais:
• Não removem adequadamente (rota mais energética envolve a
remoção carbonácea)
• Parte do nitrogênio é removido com o lodo – rico para estudos de
compostagem quando livre de patógenos
• A nitrificação ocorre comumente no sistema de lodos ativados por
aeração prolongada – mas não remove o nitrogênio (apenas
conversão a outra forma)
Para completa remoção: desnitrificação – retorno do Nitrogênio
para a atmosfera na forma de N2
Nitrogênio e tratamento de esgotos
o Ocorrendo desnitrificação:
• Há uma economia de oxigênio (estabilização da matéria orgânica na
ausência de oxigênio dissolvido)
• Ocorre o consumo de H+, gerando uma economia de alcalinidade e
no aumento da capacidade tampão do meio
• Prejudica a sedimentação (nos decantadores secundários em
sistemas de lodos ativados) – gás N2
Necessidade de unidades específicas para essa remoção do
nitrogênio – tratamento terciário
Nitrogênio como indicador de poluição
• Nitrogênio orgânico: faz parte das moléculas de proteínas (vegetais
ou animais). A sua presença nas águas é característico de poluição
recente por esgoto bruto.
• Nitrogênio amoniacal: é aquele que já sofreu decomposição pelos
microrganismos heterotróficos. Também é característico de poluição
relativamente recente (não foi completamente oxidado).
• Nitrito: forma intermediária, de curta duração após a oxidação da
amônia (NH3) pelas bactérias nitrossomonas.
• Nitrato: forma oxidada a partir dos nitritos pelas bactérias
(nitrobacter). É característico de poluição mais antiga.
TIPOS DE SISTEMAS PARA
TRATAMENTO DE ESGOTOS
27
Tipos de Tratamento
Sistemas simples ou
individuais:
Fossas sépticas
Processos
Físicos
Sistemas coletivos:
Estações de
Tratamento de
Esgotos
Processos
Químicos
Processos
Biológicos
Tipos de Tratamento
• Tratamento preliminar (sólidos em suspensão grosseiros)
• Tratamento primário (sólidos em suspensão sedimentáveis e
parte da matéria orgânica)
• Tratamento secundário (remoção de carga orgânica e
eventualmente nutrientes)
• Tratamento terciário (remoção de carga de nutrientes e
poluentes específicos – metais pesados, tóxicos)
• Tratamento e disposição final do lodo
Processos
Físicos
Processos
Químicos
Processos
Biológicos
Tipos de Tratamento
Escolha dos processos depende de uma série de fatores, tais
como:
• Abrangência do tratamento (isolado ou coletivo)
• Eficiência de remoção requerida (função de padrões de
lançamento, corpo receptor, enquadramento, reuso, etc)
• Área disponível
• Geração e disposição final de resíduos
• Mão de obra para operação e respectiva qualificação
• Monitoramento e controles operacionais requeridos
• Recursos disponíveis
Viabilidade técnica, econômica e ambiental
FOSSA SÉPTICA
31
Tipos de Tratamento
• Casos mais simples ou isolados: Fossa séptica
- Sistemas individuais (residências ou condomínios isolados)
- Função: permitir a sedimentação, armazenamento e
digestão anaeróbia do lodo
- Geração de gás CH4, CO2 e pequenas quantidades de H2S
- Efluente poderá ser lançado em sumidouros, valas de
infiltração, valas de filtração, filtros anaeróbios e fluxo
ascendente e em corpos d’água receptores.
- Diferentes configurações: câmara única, múltiplas câmaras,
com diferentes alternativas construtivas e de configurações
finais do destino do efluente.
Fossa Séptica
Fossa Séptica
Fossa Séptica
Fossa Séptica
• Eficiência de tratamento
• Para fossas sépticas bem construídas, com manutenção e
operação adequadas:
Parâmetro
% de remoção
DBO
DQO
Sólidos suspensos
Óleos e graxas
40 a 60%
30 a 60%
50 a 70%
70 a 90%
Fossa Séptica
• Dimensionamento de fossa séptica
• Volume total: somatório dos volumes de sedimentação,
digestão e armazenamento de lodo
𝑉 = 1.000 + 𝑁(𝐶. 𝑇𝑑 + 𝑘. 𝐿𝑓 )
𝑉 = volume útil (L)
𝑁 = número de contribuintes
𝐶 = contribuição de despejos (L/hab.dia)
𝑇𝑑 = tempo de detenção (dia)
k = taxa de acumulação de lodo digerido (dia)
𝐿𝑓 = contribuição de lodo fresco (L/hab.dia)
Fossa Séptica
Fossa Séptica
Fossa Séptica
• Disposição e/ou tratamento final do efluente da FS
•
•
•
•
•
•
•
•
Taxa de infiltração do esgoto no solo (permeabilidade do solo)
Disponibilidade de espaço
Inclinação do terreno
Profundidade do lençol freático
Natureza e profundidade do leito rochoso
Variação do fluxo de esgoto
Distância das águas superficiais e poços
Usos de águas superficiais a jusante
Destino final:
Sumidouros
Valas de infiltração
Corpo d’água superficial
Pré-Tratamento:
Valas de filtração
Filtro anaeróbio de fluxo
ascendente
Fossa Séptica
• Limpeza e manutenção
• Recomendação de limpeza anual
• Mantém-se um residual de lodo (mínimo
de 25 L) jcomo inóculo para facilitar a
degradação da matéria orgânica
• Pouco tempo de detenção na FS: principal
mecanismo de decomposição é no lodo
sedimentado (anaeróbio), e não na fração
dissolvida
Fossa Séptica
• Disposição final do efluente
(A) SUMIDOURO
• Quando a taxa de absorção do solo for
igual ou superior a 40 L/m².dia
• Argilas arenosas e/ou siltosas
• Construídos com fundo aberto e
orifícios na lateral (preenchidos com
pedra brita)
• Distância mínima de poços: 20 m
• Fundo do sumidouro deverá estar no
mínimo 3 m acima do lençol freático
Fossa Séptica
• Disposição final do efluente
(B) VALAS DE INFILTRAÇÃO
• Quando a taxa de absorção do solo
estiver entre 20 L/m².dia e 40 L/m².dia
• Argilas pouco siltosas e/ou arenosas
• Afastadas 7 m de árvores de grandes
raízes
• Distância mínima de poços: 20 m
• Fundo do sumidouro deverá estar no
mínimo 3 m acima do lençol freático
• Extensão de 6 m por pessoa
Fossa Séptica
• Disposição final do efluente
(C) VALAS DE FILTRAÇÃO
• Quando a taxa de absorção do solo for
menor que 20 L/m².dia
• Rochas, argilas compactadas
• Filtro biológico
• Afastadas 7 m de árvores de grandes
raízes, distância mínima de poços: 20 m
• Profundidade na faixa de 1,2 a 1,5 m,
largura de 0,5 m e comprimento
máximo de 30 m (6 m por pessoa)
• Remoção de DBO: 80 a 98%
Fossa Séptica
• Disposição final do efluente
(D) FILTROS ANAERÓBIOS DE FLUXO
ASCENDENTE
• Tanque com fundo falso, com pedras ou
outro material de enchimento
• Remoção de DBO: 75 a 95%
𝑉 = 1,60. 𝑁. 𝐶. 𝑇𝑑