11 Sistemas de lodos ativados

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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

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