Tratamento de efluentes líquidos e sólidos Segunda Parte. Sistemas convencionais: tanques sépticos, lagoa anaeróbia e digestores de lodo;

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1 Tratamento de efluentes líquidos e sólidos Segunda Parte REATORES ANAERÓBIOS Divididos em dois grupos: Sistemas convencionais: tanques sépticos, lagoa anaeróbia e digestores de lodo; Sistemas de Alta Taxa: Com crescimento aderido: filtro anaeróbio, reator de leito expandido/fluidificado; Com crescimento disperso: reator de manta de lodo (UASB), reator anaeróbio compartimentado, reator de leito granular expandido (EGSB) e reatores de dois estágios. a) lagoa anaeróbia; b) tanque séptico; c) filtro anaeróbio; d) UASB; e) reator de leito expandido ou fluidificado.

2 DECANTO DIGESTORES Precursores do tratamento anaeróbio de esgotos. Ex.: tanque séptico. Construídos de alvenaria ou concreto, predominam os mecanismos físicos de sedimentação. Quase não há degradação da matéria orgânica que precipita. São bastante empregados em áreas urbanas sem rede coletora pública de esgoto e em situações onde as vazões geradas são relativamente pequenas. Devem se localizar no mínimo a 20 m do poço coletor de água para consumo. Apresentam eficiência da ordem de 40 a 50% (esgoto sanitário, remoção de DBO) e podem ser utilizados em combinação com filtros anaeróbios. O dimensionamento dos tanques sépticos é contemplado pela norma NBR 7229/82. Esquema para dimensionamento: Regras: Circular: h >= 1,10 m ; d >= 1,10 m ; d <= 2h Retangular: 0,70 m <= b <= 2h ; h >= 1,10 m ; 2 <= L/b <= 4 Se L > 2 m, devem ser construídas duas chaminés de acesso. B é a largura. L é o comprimento. A capacidade do tanque séptico obedece a fórmula: V = N(C TDH + k Lf) N: número de habitantes; C: a produção de esgoto (litros/dia por habitante); k: o coeficiente de limpeza e temperatura; Lf: produção de lodo fresco em litros/dia por habitante. Os valores e constantes acima são normatizados. O número de unidades deve ser distribuído de modo a não exceder muito o limite de m³. A profundidade é também obtida pela norma.

3 FILTRO ANAERÓBIO Caracteriza-se por ter parte de seu interior preenchido por material de enchimento inerte o qual permanece estacionário. Na superfície deste material se forma um filme biológico fixo (biomassa aderida). O fluxo pode ser ascendente ou descendente (ascendente é mais fácil gerenciar). A eficiência para este tratamento se situa na faixa de 70% a 85% e o tempo de detenção hidráulica é da ordem de 9 a 12 horas. O meio suporte apresenta altura variando entre 0,8 e 1,2 metros (o valor, por norma, situa-se na faixa de 1,20 m, mas atingem-se eficiências equivalentes com cerca de metade deste valor). É importante uma boa distribuição do efluente no reator. Abaixo, os requisitos para meios suporte de filtro anaeróbio: Tabela 5.1 Requisitos para meios suporte de filtro anaeróbio Requisito Chernicharo Esquemas (1995) de filtros anaeróbios: Objetivo - Ser estruturalmente resistente - Suportar o próprio peso, adicionado ao peso dos sólidos aderidos a sua superfície - Ser biológica e quimicamente resistente - Não haver reação entre o leito e os microrganismos - Ser suficientemente leve - Evitar a necessidade de estruturas pesadas e permitir a construção de filtros relativamente mais altos, o que implica numa redução de área necessária à instalação do sistema - Possuir grande área específica - Permitir aderência de maior quantidade de sólidos biológicos - Possuir porosidade elevada - Permitir uma maior área livre disponível para a acumulação de bactérias e para reduzir a possibilidade de colmatação - Possibilitar colonização acelerada de microrganismos - Apresentar formato não achatado ou liso - Diminuir o tempo de partida do reator - Garantir uma porosidade elevada - Preço reduzido - Viabilizar o processo, não apenas tecnicamente, mas também economicamente Fonte:

4 Esquema para dimensionamento: NBR 7229/82: V = 1,6 Q TDH Para os valores de TDH, são recomendados os mesmos anteriores, no entanto, utilizando-se como meio suporte o recomendado pela norma (brita 4), levaria a um super dimensionamento. Adotado: Circular: h >= 1,10 m ; d >= 1,10 m ; d <= 2h Retangular: 0,70 m <= b <= 2h ; h >= 1,10 m ; 2 <= L/b <= 4 Se L > 2 m, devem ser construídas duas chaminés de acesso. B é a largura. L é o comprimento. A capacidade do tanque séptico obedece a fórmula: Vútil = Q TDH Vtotal = Vútil + Vmeiosuporte = Vútil IV IV ou índice de vazios é a relação entre o volume dos espaços vazios existentes num volume de meio suporte. Para brita 4, IV = 0,5; para anéis plásticos, IV = 0,9; para anéis de bambu, IV = 0,7. Asup = Vtotal h meiosuporte Vreator = (h meiosuporte + 0,2 + 0,3 + 0,3) Asup Os valores 0,2, 0,3 e 0,3 são os apresentados no desenho.

5 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO (UASB) UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket Pode ser denominado de outras formas (RAFA, DAFA, RALF). Seu desenvolvimento foi baseado nos resultados observados com os filtros anaeróbios. Apresenta fluxo ascendente de efluente, mas não há presença de meio suporte para a biomassa. Os microorganismos formam flocos ou grânulos densos suspensos, formando uma camada de lodo (biomassa dispersa) na qual o fluxo de efluente é obrigado a atravessar. O tratamento ocorre durante este percurso. O formato geométrico e o fluxo permitem a formação de grande quantidade de biomassa ativa. Os sólidos suspensos também são sedimentados no manto de lodo biológico. A eficiência de remoção se situa na faixa de 70 a 85%. V asc Altura TDH = 0,5 a 0,7 m/h = 4,5 a 6 m = 8 a 12 h TCO (taxa de carreg. orgânico) = 1 a 2 (kg DBO)/(m³ dia) Dimensionamento: Adota-se altura e TDH, verifica-se TCO e V asc. Verificações: Vreator = Q TDH Asup = Vreator h Vasc = Q Asup TCO = DBO TDH

6 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Lagoas naturais ou artificiais há muito tratam o despejo dos animais e esgotos domésticos de pequenas comunidades. Para este processo de depuração, são recentes os estudos hidráulico-sanitários. A aceitação do processo se deve ao baixo custo de construção e operação, bem como sua simplicidade e considerável eficiência. Neste processo de tratamento, a matéria orgânica é estabilizada pela oxidação bacteriológica. Existem inúmeras variantes deste sistema que podem ser utilizadas na remoção de matéria orgânica, por exemplo: - Lagoas facultativas; - Sistemas de lagoas anaeróbias seguidas por facultativas; - Lagoas aeradas facultativas; - Lagoas aeradas de mistura completa seguida por lagoas de decantação; Os organismos patogênicos são removidos em lagoas de maturação. No Brasil, este sistema é bastante indicado dada a grande quantidade de área existente, o clima ser favorável, sua operação ser simples e não requerer praticamente nenhum equipamento. Eficiência e aplicabilidade das lagoas: A presença de uma quantidade estável de matéria orgânica dissolvida garante excelente eficiência no tratamento. No entanto, o projeto deve ser bastante criterioso, de modo a evitar presença de mau cheiro, mosquitos e desfavorecimento da estética, os quais comprometem a opinião pública, uma vez que as lagoas de estabilização abrangem grandes áreas das comunidades.

7 Vantagens e desvantagens de cada tipo de sistema: LAGOAS FACULTATIVAS São a variante mais simples deste sistema de tratamento. Nele a TDH fica em torno de 5 a 10 dias e há a presença de algas (produzem oxigênio por fotossíntese) Os tempos de detenção, por serem grandes, requerem grandes áreas para que o tratamento se processe em escalas maiores. Há também a exigência de que o clima seja favorável (suficientemente quente para acelerar o processo de degradação de matéria orgânica). Neste processo, o esgoto é recebido por uma extremidade e retirado por outra, oposta. Neste percurso, o esgoto passa por três zonas:

8 Aeróbia: camada superior oxidação aeróbia e redução fotossintética; Facultativa: camada intermediária oxigenação aeróbia e fotossintética; Anaeróbia: camada do fundo fermentação anaeróbia. A sedimentação da matéria orgânica forma o lodo de fundo, que é convertido posteriormente em gás carbônico, água, metano e outros compostos. A matéria orgânica não sedimentada é reduzida pela atividade oxidante aeróbia o oxigênio é suprido pelas algas (é importante que haja baixa nebulosidade e grandes períodos de radiação solar). As algas apresentam-se em grande concentração e fazem com que o líquido seja predominantemente verde. Influência da profundidade: Lagoas mais rasas podem comportar-se totalmente como aeróbias, por outro lado, elas necessitam de uma área maior e são muito afetadas pela temperatura do ambiente (podem atingir condições anaeróbias em períodos quentes). As lagoas profundas, por outro lado, são mais estáveis.

9 Fatores ambientais: Temperatura: relaciona-se com a radiação solar, velocidade de fotossíntese e metabólica dos organismos; Vento: favorece a homogeneização da massa líquida e aumentam a transferência de oxigênio, pode descolar algas; Radiação solar: interfere diretamente a velocidade da fotossíntese. Fatores operacionais: Tipo de esgoto; Vazão afluente; Concentração de DBO/DQO: influencia o comportamento da lagoa parâmetro: carga orgânica por área superficial. Sua eficiência varia entre 70 a 95%. LAGOAS ANAERÓBIAS Neste tratamento, as condições devem ser estritamente anaeróbias. Neste caso, deve ser lançada uma grande carga orgânica (consumo de oxigênio maior). São usualmente profundas e sua área pode ser menor. A eficiência é de cerca de 50 a 60%. SISTEMA AUSTRALIANO É o nome dado ao sistema de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa. Este sistema possibilita uma economia de área substancial, sendo a área total cerca de 2/3 do que seria utilizado se fosse adotado um único sistema. LAGOAS DE MATURAÇÃO Utilizadas ao final de sistemas de lagoas de estabilização. Almeja-se a redução de coliformes fecais e organismos patogênicos. Controlam a presença de vírus, bactérias, parasitas e possibilitam a redução de doenças de veiculação hídrica. São rasas e apresentam condições inóspitas à sobrevivência dos microorganismos. Segundo as resoluções, devem remover de 99,9 a 99,99% dos coliformes fecais presentes no efluente. SISTEMA DE LODOS ATIVADOS Amplamente utilizado no tratamento de esgoto. Importante quando se requer um efluente de grande qualidade e reduzido requisito de área. É um sistema que apresenta grande índice de mecanização, e consumo maior de energia elétrica.

10 O material afluente é tratado pelo contato entre o lodo orgânico e os microorganismos. Após este contato, o lodo ativado é retornado ao processo ou levado para um destino final e o esgoto já tratado segue às demais etapas do tratamento. Sistema convencional (fluxo contínuo) As seguintes unidades estão presentes: decantador primário (remoção dos sólidos orgânicos), tanque de aeração (reator biológico onde é degradada a matéria orgânica e produzida biomassa) e decantador secundário (removem-se biossólidos novas células e parte delas retorna ao reator biológico, de fácil floculação e separação) Neste processo, parte da matéria orgânica é retirada antes do tanque de aeração, e estabilizada em digestores anaeróbios próprios. Se o processo é de aeração prolongada, não há decantador primário e os sólidos orgânicos suspensos são tratados em reator biológico e maior TDH. O reator biológico pode ser aerado com diversos equipamentos: a) Aeradores mecânicos superficiais; b) Aeradores por difusão de ar. Sistema de fluxo intermitente (batelada) Variante do sistema de fluxo contínuo. Neste caso, existe a incorporação das unidades básicas que formam o anterior, ocorrendo seqüencialmente em uma única unidade. Esta forma de tratamento apresenta um reator de mistura completa onde ocorrem todas as etapas em ciclos de operação de duração definida, mantendo a biomassa durante todos os ciclos.

11 Vantagens e desvantagens: Apresenta grande eficiência de remoção de DBO; O efluente pode ser nitrificado; Pode-se remover N e P biologicamente; A área ocupada é consideravelmente menor; Geração reduzida de maus odores. Operação e manutenção requerem mão-de-obra treinada e qualificada; O consumo de energia é elevado; Grande geração de lodo e necessidade de tratamento; Elevado custo de implantação e operação. DISPOSIÇÃO CONTROLADA DE ESGOTOS NO SOLO É uma prática bastante antiga e, de certa forma, bem sucedida de tratamento e disposição final dos efluentes.

12 Neste processo, há a filtração e a ação de microorganismos, que transformam a matéria orgânica em compostos mais simples. O resultado final é um efluente tratado e um solo revitalizado (compostos benéficos ao crescimento de plantas e vegetais). Existem diferentes métodos de utilizar o solo no tratamento de esgotos: valas de infiltração, sumidouros, valas de filtração, filtros de areia, alagados, irrigação e escoamento superficial. Para tais, devem ser observadas características do esgoto (carga, vazão), climáticas, geológicas, pedogenéticas, vegetais, topográficas e metodológicas. Vala de infiltração Consiste na percolação do efluente no solo. Ocorrem processos físicos de retenção de sólidos, químicos de adsorção e bioquímicos (oxidação biológica). Formada por tubos perfurados envolvidos por pedras britadas alinhados no interior de valas recobertas com solo de baixa declividade. O conduto propicia a infiltração sub-superficial. Aplicadas quando a camada superficial tem melhor capacidade de infiltração e quando o aqüífero encontra-se a grande profundidade. No Brasil, o uso de valas de infiltração é normatizado desde 1963 e, geralmente, possibilita a destinação de efluentes de tanques sépticos. Sumidouro Unidade de depuração e disposição do sistema tanque séptico filtro anaeróbio. É verticalizado em relação ao anterior. Só é favorável em regiões onde o aqüífero é profundo. É um poço (de funcionamento oposto ao de água) escavado no solo que promove a depuração e disposição final do esgoto no nível subsuperficial do terreno. A dificuldade encontra-se em manter as condições aeróbias no interior do sumidouro; ocorrendo a colmatação e obstrução das superfícies internas.

13 Eles devem ser revestidos de alvenaria de tijolos, com juntas de livres ou de anéis pré-moldados de concreto. Seu interior pode ou não ter um enchimento de cascalho, coque ou pedra britada. As lajes de cobertura deverão ser construídas em concreto armado e dotadas de coluna de exaustão e de abertura de inspeção com tampão de fechamento hermético. Seu dimensionamento deve ser realizado em função da capacidade de absorção do terreno considerando apenas a área das paredes laterais como área de infiltração. Deve-se garantir uma distância mínima de 1,50m entre o fundo do sumidouro e o nível máximo do aqüífero. Vala de filtração Sistema alternativo relativamente recente que baseia-se na aplicação dos efluentes em um leito de areia. Em cada vala, são instaladas uma tubulação distribuidora e uma receptora (níveis distintos). Pelas juntas da tubulação distribuidora, o liquido atravessa o leito de areia e penetra na tubulação receptora. É normalmente utilizada como tratamento secundário, após o material sólido ter sido removido em um sistema tanque séptico. Apresenta baixo custo e fácil instalação, aplicando-se a locais urbanos e rurais isolados da rede coletora, ou mesmo onde a declividade for reduzida.

14 Terrenos alagados (wetlands) Podem ser naturais (brejos, várzeas, pântanos, manguezais etc.) ou construídos. Os naturais são inundados por cursos d água em períodos regulares e duração que permite o desenvolvimento de vegetação. Elas são o habitat natural de peixes, animais e seres marinhos. Promovem a renovação de água disponível. Os alagados construídos imitam a capacidade de degradação de matéria orgânica e contenção de nutrientes (N e P). Eles são projetados para utilizar plantas aquáticas em substratos que formam biofilmes capazes de tratar águas residuárias. Irrigação Este método foi sendo utilizado cada vez mais após a II Guerra Mundial, especialmente pelas necessidades impostas e pelo avanço tecnológico. A irrigação foi reconhecida como forma econômica e produtiva de destinação final de esgotos. Os esgotos sanitários apresentam teores de macro e micro-nutrientes satisfatórios para a maioria das culturas e podem eliminar a utilização de fertilizantes comerciais. As águas

15 residuárias garantem uma capacidade maior de retenção de água pelo solo e elevam o rendimento das colheitas. Deve-se apenas proceder um tratamento simples de remoção de sólidos dos esgotos por exemplo, pelo gradeamento. Escoamento superficial Método de tratamento no qual o esgoto é estabilizado ao escoar pela superfície de um terreno recoberto por vegetação gramínea. É constituído de uma série de rampas uniformes e um sistema de distribuição de esgotos localiza-se na parte mais alta. O efluente é distribuído e escoa laminarmente pela superfície vegetal. Sua disposição final é feita pela evapotranspiração e por meio de uma calha coletora. Os vegetais evitam a erosão do solo e fornecem um meio suporte para o desenvolvimento dos microorganismos. É um método adequado para ser usado em superfícies de baixa permeabilidade. É apropriado para o tratamento de esgoto de comunidades rurais e indústrias sazonais (cítricas e sucro-alcooleiras), proporcionando tratamento secundário avançado (operação simples e barata). Além disso, a cobertura vegetal pode ser reaproveitada e usada comercialmente. Como desvantagens, podem ser listadas: - Método limitado pelo clima e pela tolerância da cultura em relação à água e a declividade do terreno. - A aplicação pode ser limitada no tempo úmido; - As taxas de aplicação dependem do tipo de crescimento da cultura; - A desinfecção é necessária para o efluente antes da descarga em um curso d água. Parâmetros do projeto: - Comprimento da rampa: extensão longitudinal da superfície do solo (sentido do escoamento); - Declividade do terreno: deve ser entre 2 e 8%. Menores declividades podem provocar o aparecimento de poças, e de moscas; - Caracterização do solo: deve ser de baixa permeabilidade (alterada pela compactação do solo); - Ciclo de operação: intermitente, de 8 a 12h/d. Deve apresentar um período seco de 16 a 24h/d. - Taxa de aplicação: definida como o volume aplicado ao módulo de tratamento, dividido pelo período de aplicação em horas.