11 Sistemas de lodos ativados
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- Elias Teixeira de Lacerda
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1 11 Sistemas de lodos ativados Inglaterra, 1914 Processo biológico que envolve massa ativada de microrganismo em suspensão capazes de estabilizar o esgoto em ambiente aeróbio. 1
2 Esquema 2
3 Descrição do processo O resíduo orgânico é introduzido no reator onde há uma massa bacteriana mantida em suspensão. No reator, a massa bacteriana provoca a decomposição da MO através de seu metabolismo. O ambiente aeróbio no reator é mantido por difusores ou aeradores mecânicos, que também provocam a mistura dentro do reator. Após determinado tempo, o esgoto é conduzido para um tanque de decantação, onde os flocos se separam da água residuária. Uma parte do lodo sedimentado é recirculada, a fim de manter a concentração desejada de organismos no reator. E outra parte excedente é retirada do sistema. Nível de massa biológica a ser mantida no reator depende da eficiência desejada de tratamento e considerações relacionadas à cinética de crescimento. 3
4 Variantes do processo Divisão quanto a idade do lodo: Lodos ativados convencionais Lodos ativados aeração prolongada Divisão quanto ao fluxo: Fluxo contínuo Fluxo intermitente 4
5 Comparação entre Sistema Convencional e Aeração Prolongada Parâmetro Convencional Aeração Prolongada Tempo contato (h) Relação A/M [kg DBO 5 /(d.kg SSV)] 0,3 0,8 0,08-0,15 Concentração de lodo (g/l) 1,5-4,0 12,0 Volume tanque (m 3 /kg DBO eliminada por dia) 1,6-3,3 2,0-4,0 Relação A/M: Alimento/Microrganismo 5
6 Sistemas de lodos ativados convencional θ H : 6-8 h θ c : 4-10 dias Decantador primário Reator aeróbio Decantador secundário Retorno do lodo Lodo Lodo A biomassa permanece mais tempo no sistema do que o líquido, o que garante uma elevada eficiência na remoção da DBO. Há necessidade de remoção de uma quantidade de lodo equivalente à que é produzida. Esse lodo removido necessita de uma estabilização na etapa de tratamento de lodo. A montante do reator há uma unidade de decantação primária, de forma a remover os sólidos sedimentáveis do esgoto bruto. 6
7 Sistemas de lodos ativados aeração prolongada θ H : h θ c : dias Reator aeróbio Decantador secundário Similar ao sistema convencional, com diferença que: - A biomassa permanece mais tempo no sistema tamanho dos tanques maiores, assim: Há menos DBO disponível para as bactérias, o que faz com que elas se utilizem da MO do próprio material celular para a sua sobrevivência. Lodo excedente sai estabilizado. Retorno do lodo Lodo - Normalmente, não incluem unidades de decantação primária. 7
8 Sistema de mistura completa com recirculação de lodo Volume do reator Aeração prolongada Sistema de mistura completa sem recirculação de lodo V Y cqa ( S X (1 k V d a Se) f ) bio c V Q a H Reator aeróbio Mistura completa Decantador secundário Q a S a X V,a V S e X X V Q a +Q R S e X X V Q e =Q a -Q D S e X e 0 X V,e 0 Efluente Q R X R X V,R Lodo de recirculação Q D Lodo descartado S e X=Q D X R X V =Q D X V,R 8
9 Y coeficiente de produção celular (massa de SSV produzidos por unidade de massa de DBO removida) em g/g Faixa: 0,4-0,8 g SSV/ g DBO removida (mais comum: 0,5-0,8) k d coeficiente de respiração endógena (autodestruição) (d -1 ) Faixa: 0,06-0,10 d -1 Q vazão (m 3 /d) Concentração de substrato (DBO): S a concentração de substrato afluente (mg/l ou g/m 3 ) S e concentração de substrato remanescente no efluente (mg/l ou g/m 3 ) X V concentração de SSV no reator (mg/l ou g/m 3 ) Lodos ativados convencional: mg/l Lodos ativados aeração prolongada: mg/l 9
10 Fração biodegradável de SSV f bio fração biodegradável de SSV gerados no sistema, submetidos a uma idade do lodo θ c f bio decresce com o aumento de θ c. f bio X V, bio X V Observação: Sólidos suspensos totais (X): - Sólidos suspensos fixos SSF (X F ) - Sólidos suspensos voláteis SSV (X V ) - SSV não biodegradável (X V,nbio) - SSV biodegradável (X V,bio) f bio 1 f (1 f bio bio ' ') k d c f bio fração biodegradável de SSV imediatamente após a sua geração no sistema, ou seja, quando θ c = 0. Valor típico 0,8 (80%). 10
11 Tempo de retenção celular Idade do lodo θ C Tempo de retenção celular ou tempo de residência celular ou idade do lodo (Faixa nos sistemas de mistura completa, taxa convencional, com recirculação de lodo: 3 a 10 dias) c Massa _ de _ sólidos _ no _ sistema Massa _ de _ sólidos _ retirada _ do _ sistema _ por _ unidade _ de _ tempo Sem circulação: c X X V V V Q c V Q H Com recirculação: c (Q a Q D X )X V V Q V,e D X V.R c XVV Q X D V.R X V SSV no tanque de aeração (microrganismos) X V,R SSV no lodo recirculado e no lodo descartado 11
12 Exemplo 1 Calcular o volume do reator e tempo de detenção hidráulico, com recirculação de lodo, para: Q = 1500 m 3 /d θ C = 7 d X V = 2300 mg/l Y = 0,7 S a = 300 mg/l S e = 5 mg/l k d = 0,09 d -1 f bio = 0,8 Y coeficiente de produção celular (massa de SSV produzidos por unidade de massa de DBO removida) em g/g Faixa: 0,4-0,8 g SSV/ g DBO removida (mais comum: 0,5-0,8) k d coeficiente de respiração endógena (autodestruição) (d -1 ) Faixa: 0,06-0,10 d -1 Q vazão (m 3 /d) f bio fração biodegradável de SSV gerados no sistema, submetidos a uma idade do lodo θ c Concentração de substrato (DBO): S a concentração de substrato afluente (mg/l ou g/m 3 ) S e concentração de substrato remanescente no efluente (mg/l ou g/m 3 ) X V concentração de SSV no reator (mg/l ou g/m 3 ) Lodos ativados convencional: mg/l Lodos ativados aeração prolongada: mg/l 12
13 Recirculação do lodo Objetivo: Manter concentração adequada de sólidos no reator e uma idade de lodo maior que o tempo de detenção hidráulica (θ c > θ H ) a) Razão de circulação: R Q Q R a b) Balanço de massa em reator de mistura completa e estado permanente (estacionário): Acumulação = Entrada - Saída + Produção - Consumo Crescimento bacteriano = retirada de lodo excedente Carga SS esgoto efluente Carga de SS esgoto bruto + carga SS lodo de circulação Estado permanente: acumulação =0 Q R X R (Q a Q R )X Q R Q R a X R X X 13
14 Exemplo 2 Calcular a razão de circulação necessária para se manter uma concentração de sólidos suspensos no reator do exemplo anterior igual a 3000 mg/l, sabendo que o lodo de recirculação possui uma concentração média de mg/l 14
15 Remoção de lodo excedente Retirada de lodo excedente no REATOR (Controle hidráulico do sistema) Q D V c Retirada de lodo excedente na LINHA DE CIRCULAÇÃO Q D V c X X R X = concentração de sólidos suspensos totais no reator X R = concentração de sólidos suspensos totais do lodo de circulação 15
16 Exemplo 3 Calcular a quantidade de lodo excedente a ser removida diariamente do reator e da linha de recirculação, assim como a respectiva carga de sólidos, para os seguintes dados: θ C = 7 d X = 3000 mg/l X R = mg/l Q = 1500 m 3 /d 16
17 Tipo de aeração: aeração por ar difuso Introdução de ar ou de oxigênio comprimido próximo ao fundo do reator Fonte: Nuvolari,
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22 Tipo de aeração: aeração mecânica Produção de grande turbilhonamento na superfície do líquido, aspergindo pequenas gotas ao ar. Aeração superficial. Fonte: Nuvolari,
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27 Referências Nuvolari, A Esgoto Sanitário; coleta, transporte, tratamento e reuso Metcalf & Eddy Wastewater Engineering. Treatment, Disposal and Reuse. 3.Edition. 27
13 Sistemas de lodos ativados
13 Sistemas de lodos ativados Processo biológico que envolve massa ativada de microrganismo em suspensão capazes de estabilizar o esgoto em ambiente aeróbio. Inglaterra, 1914 http://meioambientedjc.blogspot.com.br/2011/10/ete-tratamento-secundario.html
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