FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA UNIR CAMPUS DE JI-PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL

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1 FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA UNIR CAMPUS DE JI-PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL Disciplina: Processos de Tratamento de Esgoto Professora: Nara Luisa Reis de Andrade

2 Variante do processo de lodos ativados! Os biorreatores com membranas permitem separar os flocos microbianos (lodo) da fase aquosa com relativa facilidade; Atributo é de grande valor, um dos pontos críticos do processo biológico mais utilizado para tratar efluentes (lodos ativados) é a separação do lodo por sedimentação; Além de assegurar a obtenção de sobrenadante clarificado, a sedimentação deve promover certo adensamento do lodo, que é parcialmente recirculado ao reator ou tanque de aeração. Porém, a sedimentação do lodo é uma operação relativamente delicada e o sedimentador ocupa apreciável espaço, por conta de sua alta relação diâmetro/altura. 2

3 Os biorreatores com membranas, mais conhecidos por MBR (Membrane Biological Reactor), resultaram do desenvolvimento dos processos com membranas, que ganharam difusão a partir de 1960; Microfiltração; ultrafiltração; nanofiltração e osmose inversa. A diálise, que também é uma operação com membranas, precedeu o desenvolvimento das vertentes anteriormente citadas e se mantém como técnica de separação e purificação importante, com diversas aplicações, dentre as quais a hemodiálise. 3

4 . Sólidos finos 4

5 5

6 . A capacidade das plantas MBR instaladas se situa numa ampla faixa, variando de 1 a m 3 /d para as industriais americanas e de 5 a m 3 /d na China, sendo que a planta chinesa de maior capacidade foi instalada num parque petroquímico. As plantas municipais podem atingir capacidades de m 3 /d como a de Beijing (até 2010 a maior do mundo). Esses números evidenciam a recente e notável difusão mundial da tecnologia MBR. 6

7 Módulos de membranas empregados em MBRs: placas planas - Kubota 7

8 Módulos de membranas empregados em MBRs: fibras ocas GE Zenon 8

9 Módulos de membranas empregados em MBRs: c) fibras ocas com pontas livres e seladas Koch. 9

10 A natureza complexa dos meios líquidos contidos nos MBRs torna a elucidação da formação do fouling uma difícil tarefa. Há consenso estabelecido entre os pesquisadores de que há forte interação entre os principais parâmetros envolvidos na formação do fouling. Nesse sentido ele é o resultado de complexas interações e não é o produto da ação de um único parâmetro ou variável operacional. 10

11 Ilustração do gradual bloqueio dos poros pela ação de macromoléculas (pequenos círculos vazados) e flocos microbianos (elipses em negro). Adaptado de LE-CLERCH et al. (2006). O gradual bloqueio dos poros de uma membrana, leva, na operação a fluxo constante, ao aumento da TMP (pressão transmembrana). Controle: - relaxação; - retrolavagem; - carvão ativado... 11

12 A despeito da intensa difusão dos MBRs, a tecnologia ainda tem desafios a enfrentar e muitos dos problemas operacionais desses reatores estão associados ao fouling. Outros problemas relatados na literatura são: a baixa eficiência de transferência de oxigênio no biorreator, os custos de energia associados à aeração, a formação de espuma e a complexidade de alguns procedimentos de limpeza das membranas. 12

13 Dispositivos empregados para tratamento de efluentes, sendo muito utilizados atualmente como pós-tratamento de sistema anaeróbio, como os reatores de anaeróbios de fluxo ascendente, mais conhecidos como UASB. Variantes: Filtros biológicos percoladores de baixa carga; Filtros biológicos percoladores de alta carga; Biofiltro aerado submerso; Biodiscos e variantes 13

14 O filtro biológico não possui a função de remover material particulado ou em suspensão da água através do elemento filtrante, como em uma filtração convencional, por exemplo. A principal função neste caso é a remoção de poluentes dissolvidos na água, principalmente substâncias de origem orgânicas, como proteínas, açúcares, lipídios e etc, contidos no efluente líquido. Para isso são empregados microorganismos decompositores cujo crescimento se dá de maneira aderida ao material de enchimento do filtro, ou seja, neste caso, os microorganismos crescem em um leito fixo inerte, diferentemente dos sistemas de lodos ativados, onde a biomassa cresce em suspensão no meio líquido. 14

15 Conceito: São leitos de percolação onde a biomassa permanece aderida ao material de enchimento. Eficiência: 75 a 90% de remoção de DBO 15

16 Conceito diferente aos processos de lagoas de estabilização e lodos ativados Biomassa cresce aderida a um meio suporte (espessura bio. 1 a 3 mm) 16

17 Atividade biológica do método: Processo na película é constituída por dois fenômenos biológicos distintos combinados: 1 Fenômeno anaeróbio ocorre na película em contato com o recheio; 2 Fenômeno aeróbio - ocorre na parte externa. 17

18 Subcategorias Para garantir tais condições, os filtros biológicos podem variar de 1 a 12 metros de altura e diâmetros de até 50 metros. 18

19 Os filtros biológicos percoladores são sistemas que possuem facilidades de operação e manutenção e também baixo custo e consumo de energia. Pouca disseminação no Brasil 19

20 Equipamentos mínimos necessários para os sistemas de filtros biológicos Os sistemas de filtros biológicos apresentam como equipamentos principais para o seu funcionamento: o distribuidor rotativo; raspadores de lodo; elevatória para recirculação*. 20

21 FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR Sistema rotativo ETE Jardim Canadá- Nova Lima

22 FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR Seção típica de um filtro biológico e seus componentes 22

23 Nos sistemas aeróbios de baixa e média taxa de aplicação, a aeração ocorre de forma convectiva natural devido à ΔT ao longo do leito. Se a temperatura do ambiente for maior que a temperatura do esgoto, o fluxo de ar é o mesmo do efluente, ou seja, descendente; caso o efluente tenha temperatura mais elevada, o fluxo do ar é ascendente. Para filtros de alta taxa de percolação, há necessidade de aeração convectiva forçada; para isso, são empregados sopradores de ar. 23

24 Ao percolar de maneira descendente por entre os espaços existentes, os microorganismos aderidos à superfície do suporte entram em contato com o esgoto se alimentando da matéria orgânica; Com a remoção da manteria orgânica há um aumentando natural da população microbiana e, com isso, aumento da espessura do biofilme; O substrato também começa a não difundir-se bem pelo biofilme, a camada anaeróbia entra em colapso e morre, fazendo com que ocorra o desplacamento do biofilme; Ao chegar à base do filtro, o efluente é encaminhado ao decantador secundário; Diferentemente do sistema de lodos ativados, o lodo sedimentado não retorna ao reator biológico. Somente há necessidade de reciclo de efluente tratado em casos de filtros de alta taxa de aplicação, a fim de garantir DBO carbonáceo na ordem de 100 mg/l na entrada do sistema. 24

25 25

26 26

27 MATERIAL DE ENCHIMENTO Características Ter capacidade de remover altas cargas de DBO por unidade de volume; Ser biologicamente inerte, não sendo atacado pelos microrganismos do processo e nem tóxico a eles; Ser quimicamente estável; Apresentar o menor custo possível por unidade de matéria orgânica removida, quando utilizado como tratamento em nível secundário.

28 MATERIAL DE ENCHIMENTO Características Pedras, como a brita 4, com diâmetro entre 5 e 8 cm, sem pedras planas e chatas, pedregulho ou escória de alto forno. Área superficial específica bastante limitada (55 a 80 m 2 /m 3 ) e índice de vazios de 55 a 60% Problemas de entupimento dos espaços vazios, decorrente do crescimento excessivo da película biológica, especialmente quando os filtros são operados com elevadas cargas orgânicas. Nestas condições, podem ocorrer inundações e falhas do sistema.

29 MATERIAL DE ENCHIMENTO Características Materiais sintéticos: módulos de plástico corrugado, tablados de ripas e anéis de plástico, com áreas superficiais específicas bem maiores (100 a 250 m 2 /m3) e com índices de vazios de 90 a 97%, que permitem maior quantidade de biomassa aderida, por unidade de volume de material de enchimento Materiais são também muito mais leves que as pedras (cerca de 30 vezes), possibilitando a que os filtros sejam muito mais altos, sem causarem problemas estruturais $$$ Filtros de pedras: até 3 m Filtros de mat. sintético: mais de 6m

30 FILTRO BIOLÓGICO Pedra britada Material de enchimento Aparas de eletroduto corrugados Escória de alto forno Anéis plásticos randômicos (PVC)

31 FILTRO BIOLÓGICO Material de enchimento

32 SISTEMA DE DRENAGEM DE FUNDO Função de coletar, tanto o esgoto que percola através do filtro, quanto os sólidos que se desgarram do meio suporte, encaminhando-os ao decantador secundário. Responsável também pela ventilação do FBP.

33 Fluxograma típico do sistema 33

34 Condições operacionais Baixa Taxa Taxa Intermediária Alta Taxa Taxa Super Alta Grosseiro Meio suporte Pedra Pedra Pedra Pedra Pedra/Plástico Taxa de aplicação superficial TAS ( m 3 /m 2.dia) 4,0 10,0 40,0 70,0 185,0 Carga orgânica volumétrica - COV (kgdbo/m 3.d) 0,4 0,5 1,0 1,6 Até 8 Recirculação Mínima Eventual Sempre** Sempre Sempre Moscas Muitas Variável Variável Poucas Poucas Arraste de biofilme Intermitente Variável Contínuo Contínuo Contínuo Profundidade (m) 2,5 2,5 3,0 12,0 6,0 Remoção de DBO * (%) Nitrificação Intensa Parcial Parcial Limitada Ausente *Faixas de remoção de DBO típicas para alimentação do FBP com efluentes de decantadores primários. Para a alimentação do FBP com efluentes de reatores anaeróbios são esperadas eficiências menores. **Para efluentes de reatores anaeróbios, a recirculação é normalmente desnecessária 34

35 35

36 GERAÇÃO DE LODO A quantidade de lodo gerado pelo sistema de filtro biológico é muito inferior ao do sistema de culturas em suspensão, como lodos ativados que apresentam valores comuns de 0,85 a 1,20 kg SS/kg DBO/dia. Para filtros biológicos percoladores aeróbios, os valores variam de 0,75 a 0,85 kg SS/kg DBO/dia. 36

37 Leitura complementar: - Cap. 4.5: Introdução a qualidade da água e ao tratamento de esgotos; - Artigo: FILTROS BIOLÓGICOS E BIODISCOS. Kawano & Handa,

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