Saneamento Ambiental I. Aula 20 O Sistema de Esgoto Sanitário

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1 Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental Saneamento Ambiental I Aula 20 O Sistema de Esgoto Sanitário Profª Heloise G. Knapik 1

2 Primeiro módulo: Dimensionamento de redes de distribuição de água Segundo módulo: Tratamento de água para abastecimento Terceiro módulo: Dimensionamento e tratamento de esgotos sanitários

3 Conteúdo Módulo 3 O Sistema de Esgoto Sanitário & Lançamento in natura autodepuração Redes de coleta de esgoto Tratamento de esgoto Tópicos especiais: técnicas e tratamentos avançados Drenagem urbana

4 Conteúdo Módulo 3 Referências bibliográficas: Esgoto Sanitário: coleta, transporte, tratamento e reuso agrícola. Coordenador: Ariovaldo Nuvolari. São Paulo: Blucher, Tratamento de Esgotos. Eduardo Pacheco Jordão e Constantino Arruda Pessôa. Rio de Janeiro: Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Marcos Von Sperling, Volume 1, 3ª ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, (ou outras edições)

5 Tratamento de Esgotos Dimensionamento Cálculo da rede Vazão e carga poluidora Tecnologias Eficiências e níveis de tratamento Processos de tratamento Configurações Remoção de carga orgânica Remoção de Nutrientes Físicoquímicos Biológicos

6 Grau de tratamento do efluente Características de uso da água + legislação minimizar os impactos de deterioração de qualidade de água 6

7 Grau de tratamento do efluente - Características de uso de água a jusante do ponto de lançamento - Capacidade de autodepuração - Características e condições do despejo $$$ 7

8 Grau de tratamento do efluente $$$ Como determinar o grau de tratamento necessário? - Verificação da diluição local/ Mistura no rio - Estudo da autodepuração (modelagem) - Atendimento da legislação (CONAMA 430/11, complemento da 357/05) 8

9 Grau de tratamento do efluente CONAMA 430/11 (ANTIGA 357/05): EFLUENTES SANITÁRIOS Materiais sedimentáveis: até 1 mg/l ph entre 5 e 9 Temperatura inferior a 40ºC DBO 5 máxima de 120 mg/l - Valor poderá ser maior em caso de eficiência de remoção de 60%, ou mediante estudo de autodepuração do corpo hídrico que comprove o atendimento às metas de enquadramento do corpo receptor. 9

10 Sentido do escoamento Montante Jusante

11 Exemplo Concentração da mistura Uma bacia contribuinte com 20 mil habitantes lança seus esgotos sem qualquer tratamento a um pequeno afluente do Rio Iguaçu. A vazão correspondente de esgoto é de 3520 m³/d e a DBO do esgoto bruto é de 400 mg/l. A esta contribuição juntam-se os despejos de uma indústria química orgânica com vazão de 850 m³/d e DBO bruta de 900 mg/l, cujo tratamento, na própria indústria, reduz em 90% a poluição orgânica (DBO). O rio, antes de receber estas contribuições poluentes, tem vazão de 2 m³/s e DBO de 6 mg/l. Calcular as novas características do rio na região de mistura.

12 Exemplo Concentração da mistura No mesmo exemplo, se fosse reduzir a concentração da mistura para 10 mg/l, qual seria a % de remoção necessária do conteúdo orgânico?

13 Autodepuração de rios

14 Autodepuração de rios

15 Oxigênio Dissolvido A redução dos níveis de Oxigênio Dissolvido é considerada, em termos ecológicos, a mais grave conseqüência da poluição de um curso d água por matéria orgânica; Consomem oxigênio dissolvido da massa líquida: A oxidação da fração carbonácea da matéria orgânica; O processo de nitrificação; A demanda bentônica (demanda provocada pela estabilização de uma fina camada superficial de lodo eventualmente existente no fundo dos rios; Processos responsáveis pela introdução de oxigênio na massa líquida: Fotossíntese; Reaeração atmosférica.

16 Oxigênio Dissolvido CAUSA CONSEQUÊNCIA Poluição orgânica Depleção de OD DBO

17 Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Determinação da DBO Águas naturais pouco poluídas Diferença direta entre as concentrações de oxigênio dissolvido na amostra, antes e depois de 5 dias. Águas naturais muito poluídas, esgoto sanitário e efluentes industriais que contêm microrganismos: Técnica das Diluições. DBO de efluentes industriais que não contêm microrganismos: Técnica das Diluições e Semeadura Sementes: Aclimatadas e não aclimatadas

18 Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Limitações Período de teste é muito longo (5 dias) não é bom para o controle do processo Baixa precisão interlaboratorial O teste não é simplesmente muito fácil envolve condições biológicas pode levar tempo de experiência para dominá-lo Não pode-se avaliar a precisão Não há padrão Depende da aclimatação microbiológica

19 Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) DBO - Oxitop Incubação por 5 dias 20 C Amostra Água de diluição e/ou nutrientes DBO - Winkler Amostra Fixação do OD Titulação

20 Demanda carbonácea e demanda nitrogenada

21 Parâmetros de análise DBO (depleção do OD) DQO (parâmetro de controle de eficiência) Sério de Sólidos (aumento da turbidez) Série de nitrogênio (nutrientes proliferação de algas, consumo de OD) Oxigênio dissolvido (corpo receptor)

22 Parâmetros de análise Constituinte Concentração média Comentários DBO 200 mg/l Depleção do OD Sólidos suspensos Patógenos Nutrientes Compostos tóxicos 240 mg/l (sólidos totais 800 mg/l) 3 milhões/100ml Nt: 35 m/l Pt: 10 mg/l Variável Aumento da turbidez Doenças de veiculação hídrica Crescimento acelerado Metais pesados ecotoxicidade Compostos emergentes Variável ou desconhecido Fármacos e outros alterações ecossistêmicas

23 Parâmetros de análise Parâmetro Forte Médio Fraco DBO 5,20 (mg/l) DQO (mg/l) Carbono Orgânico Total (mg/l) NTK (mg/l) Nitrogênio Orgânico (mg/l) Nitrogênio Amoniacal (mg/l) Fósforo Total (mg/l) Fósforo Orgânico (mg/l) Fósforo Inorgânico (mg/l) Cloreto (mg/l) Sulfato (mg/l) Óleos e Graxas (mg/l)

24 Série de Sólidos Parâmetros de análise

25 Tipos de sistemas: Sistema unitário Sistema separador absoluto

26 Partes constituintes de um sistema de esgotamento sanitário: Rede coletora Interceptor Emissário Estação elevatória Sifão invertido Estação de tratamento Lançamento (emissário submarino)

27 Partes do sistemas:

28 Partes do sistemas: Rede coletora:

29 Partes do sistemas: Estação de tratamento de esgoto:

30 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

31 Tipos de Tratamento

32 Tipos de Tratamento Tratamento preliminar Remoção inicial de sólidos grosseiros, gorduras e areias; Preparação dos efluentes para a sequência de tratamento.

33 Tipos de Tratamento Tratamento preliminar - Gradeamento Ocorre a remoção de sólidos grosseiros, onde o material de dimensões maiores do que o espaçamento entre as barras é retido. Há grades grosseiras (espaços de 5,0 a 10,0 cm), grades médias (espaços entre 2,0 a 4,0 cm) e grades finas (1,0 a 2,0 cm). As principais finalidades da remoção dos sólidos grosseiros são: Proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (bombas e tubulações); Proteção das unidades de tratamento subsequentes; Proteção dos corpos receptores.

34 Tipos de Tratamento Tratamento preliminar - Desarenação Remoção da areia através da sedimentação: os grãos de areia, devido às suas maiores dimensões e densidade, vão para o fundo do tanque, enquanto a matéria orgânica, de sedimentação bem mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades seguintes. As finalidades básicas da remoção de areia são: Evitar abrasão nos equipamentos e tubulações; Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tanques, orifícios, sifões etc; Facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas diversas fases.

35 Tipos de Tratamento Tratamento preliminar - Flotadores Oposto da sedimentação (injeção de ar dissolvido e remoção dos flocos pela superfície) Depende da característica inicial do afluente e das etapas seguintes de tratamento

36 Tipos de Tratamento Tratamento preliminar - Equalização Tanques destinados à amortecer os carregamentos hidráulico e orgânicos.

37 Tipos de Tratamento Tratamento primário Tanques de decantação - Forma circular ou retangular - Os esgotos fluem vagarosamente através dos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão, que apresentam densidade maior do que a do líquido circundante, sedimentem gradualmente no fundo. - Essa massa de sólidos, denominada lodo primário bruto, pode ser adensada no poço de lodo do decantador e ser enviada diretamente para a digestão ou ser enviada para os adensadores. - Uma parte significativa destes sólidos em suspensão é compreendida pela matéria orgânica em suspensão.

38 Tipos de Tratamento Tratamento primário Peneiras rotativas Dependendo da natureza e da granulometria do sólido, as peneiras podem substituir o sistema de gradeamento ou serem colocadas em substituição aos decantadores primários. A finalidade é separar sólidos com granulometria superior à dimensão dos furos da tela. O fluxo atravessa o cilindro de gradeamento em movimento, de dentro para fora. Os sólidos são retidos pela resultante de perda de carga na tela, são removidos continuamente e recolhidos em caçambas.

39 Tipos de Tratamento Tratamento secundário Tanque de aeração A remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios (bactérias, protozoários, fungos etc) no tanque de aeração. A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e reprodução dos microrganismos).

40 Tipos de Tratamento Tratamento secundário Lodos ativados (decantadores) Os decantadores secundários exercem um papel fundamental no processo de lodos ativados, sendo responsável pela separação dos sólidos em suspensão presentes no tanque de aeração, permitindo a saída de um efluente clarificado, e pela sedimentação dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, permitindo o retorno do lodo em concentração mais elevada.

41 Tipos de Tratamento Tratamento secundário Lodos ativados (decantadores) O efluente do tanque de aeração é submetido à decantação, onde o lodo ativado é separado, voltando para o tanque de aeração. O retorno do lodo é necessário para suprir o tanque de aeração com uma quantidade suficiente de microrganismos e manter uma relação alimento/ microrganismo capaz de decompor com maior eficiência o material orgânico. O efluente líquido oriundo do decantador secundário é descartado diretamente para o corpo receptor ou passa por tratamento para que possa ser reutilizado internamente ou oferecida ao mercado para usos menos nobres, como lavagem de ruas e rega de jardins.

42 Tipos de Tratamento

43 Tipos de Tratamento

44 Tipos de Tratamento

45 Tipos de Tratamento

46 Tipos de Tratamento Tratamento terciário (avançado) Objetiva a remoção de poluentes específicos, ou ainda remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário (tratamento avançado polimento para atendimento da legislação)

47 Tipos de Tratamento Tratamento terciário (avançado) - REMOÇÃO DE SÓLIDOS DISSOLVIDOS Osmose Reversa; Troca Iônica Eletrodiálise Reversa; Evaporação - REMOÇÃO DE SÓLIDOS SUPENSOS Macrofiltração; Microfiltração; Ultrafiltração; Nanofiltração; Clarificação: Ozonização - REMOÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Ozonização; Carvão Ativado. - DESINFECÇÃO Cloro; ozônio; dióxido de cloro (ClO 2 ); permanganato de potássio; cloramidas; radiação ultravioleta, entre outros meios.

48 Eficiência de remoção de DBO Exemplo: Redução de 400 mg/l para 187 mg/l Remoção necessária: 53%

49 Escolha dos processos de tratamento: Depende de uma série de fatores, tais como: 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

50 Escolha dos processos de tratamento: Processo de lodos ativados convencional Grade Caixa de areia Decantador Primário Tanque de Aeração Decantador Secundário Líquidos removidos do lodo Adensamento Digestão Rio Secagem Lodo Seco

51 Escolha dos processos de tratamento: Processo de lodos ativados com aeração prolongada Grade Caixa de areia Tanque de Aeração Decantador Secundário Rio Adensamento Secagem Lodo Seco

52 Escolha dos processos de tratamento: Sistemas de lagoas aeradas mecanicamente seguidas de lagoas de decantação: Grade Caixa de areia Lagoas aeradas Lagoas de decantação Lodo Rio

53 Escolha dos processos de tratamento: Sistemas de filtros biológicos aeróbios Grade Caixa de areia Decantador Primário Filtros Biológicos Decantador Secundário Rio Adensamento Digestão Secagem Lodo Seco

54 Escolha dos processos de tratamento: Sistemas de tratamento conjugado anaeróbio-aeróbio Lodos ativados Lagoas de estabilização Lagoas aeradas Grade Caixa de areia UASB Filtros Biológicos Convencional Filtros Biológicos Aerado Submerso Processos físico-químicos

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