Tratamento de Efluentes Líquidos

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1 Tratamento de Efluentes Líquidos TRATAMENTO SECUNDÁRIO 1444 Introdução à Engenharia Ambiental Mara Heloisa N. Olsen Scaliante Classificação das Operações Bioquímicas MOS Operações Físicas Preliminares MOS MOI MIS MOS MOS Efluente a tratar MOI MIS MII Sedimentação MOI MIS Operação unitárias sedimentação Tratamento adicional Efluente tratado Lodo primário Operações Reciclo Bioquímicas (opcional) MOI MIS biomassa overflow Lodo MOI, biomassa secundário Tratamento adicional Mistura, homogeinização MOI biomassa Operação Bioquímica Resíduo estável e biomassa Thickening and dewatering Resíduo biomassa estável e Disposição final Grady et al (1999) Disposição final 1

2 Quando Empregar? Necessidade de remoção da matéria orgânica dissolvida e de uma parcela maior de sólidos em suspensão não sedimentáveis, de forma a se obter um efluente de baixa concentração de matéria orgânica, praticamente isento de sólidos em suspensão, com ph próximo a neutralidade e temperatura ambiente. Classificação para oxidações biológicas... Tratamento Secundário Aeróbios Anaeróbios Facultativos Anóxicos São processos São processos que só acontecem que acontecem Os microrganismos Microrganismos nestes com na presença apenas na de ausência oxigênio delivre, oxigênio. processos são independentes metabolismo respirativo sendo No processo oxigênio dissolvido de conversão oda presença da ou não que de oxigênio utilizam compostos principal matéria aceptor orgânica de elétrons em condições (4e - + dissolvido de (microrganismos inorgânicos: nitritos e 4H + ausência + O 2 de H 2 oxigênio, O). Os facultativos). são nitratos (5e - + 6H + + NO - 3 microrganismos utilizados que como podem terminais 1/2N 2 + 3H 2 O) sobreviver aceptores só na de presença elétrons compostos de oxigêniorgânicos dissolvido como sãoso aeróbios 4 (8e - + 8H + + forçados. SO 4- S H 2 O) e o CO 2. 2

3 Aplicações do tratamento biológico Remoção da matéria orgânica do elfuente (colóides e orgânicos dissolvidos); Oxidação do nitrogênio da amônia até nitritos e nitratos (nitrificação); Conversão dos nitratos em nitrogênio gasoso (desnitrificação); Remoção de fósforo; Estabilização de lodos orgânicos. Principais microrganismos atuantes na estabilização da matéria orgânica As bactérias requerem para seu metabolismo: Metabolismo anabólico catabólico Fonte de energia; Carbono para síntese de novo material celular; Nutrientes OBS: chama-se de substrato o carbono e os nutrientes juntos. A remoção da matéria orgânica originária dos esgotos ocorre através do catabolismo. 2 tipos de interesse: oxidativo e o fermentativo. O processo de síntese celular ocorre através do anabolismo. 3

4 PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRATAMENTO SECUNDÁRIO Processos Biológicos Aeróbios É comum dividí-los em dois grupos: Biomassa em suspensão, na forma de flocos microbianos ou Biomassa em meio fixo, na forma de biofilme ou biomassa aderida. 4

5 Tipos de biorreatores empregados nos tratamentos aeróbios de efluentes Processos Aeróbios de Tratamento de Efluentes Biofilme Floco Microbiano Biomassa Fixa Biomassa em Suspensão Suporte Móvel Suporte Fixo Suporte Fixo Lagoas de Estabilização Leito Submerso Filtro Biológico MABR Biodisco Air-Laft Leito Fluidizado Aglomerados Microbianos Morfologia Evidentemente da Biomassa a segregação suspensa-fixa não é absoluta, Biomassapois emsempre Suspensão há flocos os em microrganismos suspensão nos responsáveis reatores com pela biomassa degradação fixa e dasempre DBO são há biofilmes mantidos em suspensão (na parede) nonos líquido reatores na forma com debiomassa flocos. em suspensão Biomassa Fixa - os microrganismos responsáveis pela degradação da DBO estão fixos em um suporte inerte, tais como, rochas, materiais plásticos ou cerâmicos, na forma de biofilmes. 5

6 Formas do Aglomerado, Microbianos e Suportes Representação Esquemática da estabilização biológica do efluente na camada de biofilme Suporte Fixo Suporte Móvel 6

7 Ciliados sésseis rotíferos flagelados tecameba Larva de Nematódio Ciliado rastejante Ciliados sésseis Microcrafia do lodo fixo Ciliado natante Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão Lodos ativados Convencional Compreende 2 unidades: reator biológico (tanque de aeração) e o decantador secundário; A concentração de biomassa é bastante elevada, devido a recirculação do lodo sedimentado no decantador; O fornecimento de oxigênio é feito por aeradores mecânicos ou por ar difuso 7

8 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão Lodos ativados Afluente Tanque de aeração Efluente + lodo I Tanque de sedimentação II Efluente tratado Recirculação do lodo Descarte do excesso de lodo Vista geral Espessadores de Lodo Decantador secundário Processo lodos ativados Processo lodos ativados 8

9 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão Lagoas de Estabilização Na sua forma mais simples, são grandes bacias térreas que operam com biomassa em suspensão; Há decomposição da matéria orgânica pela ação de bactérias aeróbias ou anaeróbias e/ou fotossíntese das algas; As lagoas podem ser de vários tipos: facultativa, estritamente aeróbias, de maturação, de polimento e com macrófitas. Lagoas de estabilização de dejetos suínos Lagoas de estabilização em escala piloto Tratamento de esgotos - Lagoas de estabilização ETE - Joaçaba 9

10 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão Lagoas Aeradas São bacias de grande volume onde o suprimento de O 2 é realizado artificialmente por meio de unidades mecânicas de aeração (aeradores de superfície), porém, não há reciclo de lodo biológico. 10

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12 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão Biorreator a Membrana (MBR) Há combinação da biodegradação dos poluentes do efluente com a separação do lodo biológico pela filtração em membranas de micro e ultrafiltração, gerando um efluente tratado com baixas concentrações de sólidos; a biomassa é retida pelas membranas e pode ser drenada do meio reacional quando necessária. Unidade piloto industrial de microfiltração módulo e tanques Sistema de microfiltração para polimento de efluentes 12

13 Módulo de Membranas Submerso no Tanque de Aeração Módulo de Membranas externo ao Tanque de Aeração Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo Filtro Biológico O reator possui um leito interno (pedras ou material plástico) para crescimento da biomassa na forma de biofilme; O efluente percola pelo tanque e a matéria orgânica fica retida no biofilme para ser biodegradada; Os espaços livres permitem a circulação de ar. 13

14 cerâmica Características: -Dezenas de vezes mais superfície porosa do que mídias cerâmicas comuns ml trata até 250 litros de água - Perfeito para ser utilizado em filtros tipo hang on, canister ou internos; - É feito de vidro sinterizado por isso dura muito mais que mídias cerâmicas comuns; - Embalagem de 1 litro ( 1000 ml ); - Contêm elementos estáveis e benéficos como óxido de cálcio, magnésio, potássio e sódio que ajudam a criar um ambiente ideal para a colonização bacteriana. 14

15 O filtro biológico mede 6 X 7 metros, com 1 metro de profundidade e tem camadas de pedras, areia e argila. Na areia do filtro tem plantas da água como taboa, lírio de água, etc. Estas plantas têm canais nas raízes para levar o oxigênio até o ponto da raiz. Com esse oxigênio dentro do filtro de areia se facilita o crescimento de bactérias e fungos que gostam do oxigênio e fazem a limpeza perfeita da água do esgoto. Então, o bom funcionamento do filtro depende dessas plantas. Vista geral do filtro biológico percolador compartimentado e dos decantadores secundários associados a cada compartimento. Vista superior dos compartimentos do filtro biológico percolador preenchidos com diferentes meios suportes, bem como do distribuidor rotativo. 15

16 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo Leito Submerso É constituído por um tanque preenchido com material poroso e submerso para crescimento de biomassa aderida; O ar e o efluente fluem continuamente em contracorrente pelo meio poroso. Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo Membrane Aerated Bioreactor (MABR) O biofilme cresce em uma membrana permeável a gás submersa no efluente; É introduzido oxigênio no interior das membrans e difunde pelos poros da membrana para a base do biofilme. 16

17 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo Reatores Biológicos de Contacto (RBC) A biomassa cresce aderida a um meio suporte, o qual é constituído por discos; Os discos parcialmente imersos no líquido, giram, ora expondo a superfície ao líquido, ora ao ar. 17

18 Sdfasdfsdf 18

19 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo Air Lift Consistem de uma coluna líquida com duas seções distintas das quais somente uma é adicionada de gás. As diferentes retenções de gás nas seções aerada e não aerada resultam em diferentes densidades nestas áreas, ocasionando a circulação do fluido no reator 19

20 Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo Leito Fluidizado É caracterizado por trabalhar com 3 fases móveis no reator: o suporte para crescimento da biomassa, o líquido e o ar; Uma grande quande quantidade de material suporte é mantida em suspensão, por ação do ar ou de agitação mecânica, num tanque de geometria retangular ou cilíndrica; Como se tem uma significativa área para adesão microbiana (suportes), permite-se aumentar a concentração de biomassa no reator. 20

21 Processos Biológicos Anaeróbios Principal atuação na digestão de certos despejos industriais de elevada carga orgânica (em geral < mg/l de DBO) e lodos concentrados de ETE; Os microrganismos atuantes são facultativos (etapa de hidrolisação e fermentação) e anaeróbios (conversão dos ácidos orgânicos); Instalados em indústrias de cerveja e refrigerantes, processamento de alimentos, plantas de celulose e papel, destilarias e outras; Processos Biológicos Anaeróbios Substâncias presentes em efluentes industriais, tais como fenóis, compostos de enxofre, taninos, etc., podem inibir o metabolismo das bactérias metanogênicas; Assim como os reatores aeróbios, podem ser divididos em 2 categorias, com biomassa fixa ou em suspensão, conforme suas estratégias operacionais. 21

22 Esquema Simplificado de Digestão Anaeróbia Reatores Anaeróbios em Geral Principais Vantagens Razoável eficiência na remoção de CBO; Baixos requisitos de área; Baixos custos de implantação e operação; Tolerância a afluentes bem concentrados em M. O.; Reduzido consumo de energia; Possibilidade do uso energético do biogás; Baixíssima produção de lodo; Estabilização do lodo no próprio reator; Rápido início após períodos de paralização. Desvantagens Dificuldade em satisfazer padrões de lançamento restritivos; Baixa eficiência na remoção de coliformes; Remoção de N e P praticamente nula; Possibilidade de geração de efluente com aspecto desagradável; Possibilidade de geração de maus odores; A partido do processo é geralmente lenta; Relativamente sensível a variações de carga e compostos tóxicos; Usualmente necessita pós-tratamento. 22

23 Tipos de biorreatores empregados nos tratamentos anaeróbios de efluentes Processos Anaeróbios de Biofilme Tratamento de Efluentes Floco ou granulos Biomassa Fixa Biomassa em Suspensão Suporte Móvel Suporte Fixo EGSB UASB Filtro anaeróbio de fluxo ascendente Filtro anaeróbio de fluxo descendente Leito Fluidizado Leito Expandido Processos Biológicos Anaeróbios Biomassa em suspensão UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) Seu princípio está baseado no crescimento da biomassa dispersa no meio formando grânulos com 0,5 a 2,0 mm de diâmetro; A concentração de biomassa no reator é bastante elevada, justificando a denominação manta de lodo ; A biomassa é impedida de sair do sistema por uma estrutura no topo do reator que possibilita as funções de separação e acúmulo de gás e de separação e retorno da biomassa; É aplicado para efluentes com altíssimas concentrações de matéria orgânica. 23

24 biogás efluente Captação de gás baffles Bolhas de gás Lodo granular Leito de lodo afluente 24

25 reactor anaerobio UASB, montaje escala laboratorio, lodo granular. Abajo: microscopía electrónica de barrido de un gránulo, FISH lodo granular, FISH biopelícula anerobia. 25

26 Processos Biológicos Anaeróbios Biomassa em suspensão EGSB(Expanded Granular Sludge Bed) Uma variação do UASB, a diferença está na aplicação de uma taxa de vazão de efluente mais alta; O aumento de fluxo permite uma expansão parcial do leito de lodo, melhorando o contato lodo-efluente; A variação de fluxo leva a utilização de reatores mais altos e/ou a realização de reciclo do efluente; Apropriado para efluentes que possuam entre 1 e 2 g/l como DQO. 26

27 Espaçõ coletor de gás Sistema de coleta de efluente efluente Leito de lodo granular expandido Sistema de distribuição do efluente 27

28 Processos Biológicos Anaeróbios Biomassa em suspensão Reator Anaeróbio de Contato Tem seu conceito adaptado do processo aeróbio de lodos ativados; Objetiva tornar independente o tempo de retenção hidráulico do tempo de retenção de sólidos; O processo consiste de 2 tanques, um reator agitado mecanicamente onde ocorre a formação do lodo e a produção do metano e outro para a separação dos sólidos em suspensão; É um processo de alta carga e o primeiro a ser concebido para aplicação de resíduos líquidos com baixas concentrações de sólidos. 28

29 Processos Biológicos Anaeróbios Biomassa Fixa Filtro de Fluxo Ascendente ou Descendente Crescimento de microrganismos sobre suporte fixo; O efluente passa pelo suporte em fluxo ascendente ou descendente; ABNT recomenda a utilização de pedra britada como suporte, porém, a utilização de outros materiais tem tornado os filtros biológicos mais eficientes e estáveis. 29

30 - Sistema compacto tanque séptico seguido de filtros anaeróbios ascendente e descendente filtro - Reator anaeróbiode de fluxo ascendente, através e estão de leito desendo lodo avaliados os seguintes materiais de enchimento: tijolo cerâmico vazado, pedra britada com diâmetro médio de 38mm, aparas de eletroduto flexível (Æ3/4") e pedra britada nº 4 (50 a 75mm). 30