13 Sistemas de lodos ativados

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1 13 Sistemas de lodos ativados Processo biológico que envolve massa ativada de microrganismo em suspensão capazes de estabilizar o esgoto em ambiente aeróbio. Inglaterra,

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 ariantes 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 Dimensionamento NBR 12209/11 Tempo de detenção hidráulico não pode ser usado como parâmetro determinante no dimensionamento. Sistema Parâmetro Idade do lodo (dias) Relação A/M [kg DBO 5 aplicado/(kg SS.dia) De alta taxa 2 4 0,70 1,10 De taxa convencional ,20-0,70 De aeração Prolongada > 18 0,15 Relação A/M: Alimento/Microrganismo 5

6 Sistemas de lodos ativados convencional NBR 12209/11: θ c : 4-15 dias A/M: 0,2-0,7 kgdbo/(kg SS.dia) 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 NBR 12209/11: θ c >18 dias A/M 0,15 kgdbo/(kg SS.dia) 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 não precisa de digestor - Normalmente, não incluem unidades de decantação primária (para não precisar de digestor de lodo) 7 Retorno do lodo Lodo

8 Sistema de mistura completa com recirculação de lodo olume do reator Aeração prolongada Y Q c a ( S (1 k d a f bio S e ) ) c Reator aeróbio Mistura completa Decantador secundário Q a S a,a S e Q a +Q R S e Q e =Q a -Q D S e e 0,e 0 Efluente Q R R,R Lodo de recirculação 10 Q D Lodo descartado S e =Q D R =Q D,R

9 Y coeficiente de produção celular (massa de SS produzidos por unidade de massa de DBO removida) em g/g Faixa: 0,4-0,8 g SS/ 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 ) concentração de SS no reator (mg/l ou g/m 3 ) NBR 12209/11: 1500 a 4500 mg/l Lodos ativados convencional: mg/l Lodos ativados aeração prolongada: mg/l Quando se utiliza material suporte para biomassa, deve-se somar essa parcela: 12g SS/m² 11

10 Fração biodegradável de SS f bio fração biodegradável de SS gerados no sistema, submetidos a uma idade do lodo θ c f bio decresce com o aumento de θ c. f bio, bio Observação: Sólidos suspensos totais (): - Sólidos suspensos fixos SSF ( F ) - Sólidos suspensos voláteis SS ( ) - SS não biodegradável (,nbio) - SS biodegradável (,bio) f bio 1 (1 f bio f ' bio ') k d c f bio fração biodegradável de SS imediatamente após a sua geração no sistema, ou seja, quando θ c = 0. alor típico 0,8 (80%). 12

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 Q c Q H Com recirculação: c (Q a Q D ),e Q D.R c Q D.R SS no tanque de aeração (microrganismos),r SS no lodo recirculado e no lodo descartado 13

12 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 Carga de SS esgoto bruto + carga SS lodo de circulação Estado permanente: acumulação =0 Q R R (Q a Q R ) 15 Crescimento bacteriano = retirada de lodo excedente Carga SS esgoto efluente Q R Q R a R

13 Remoção de lodo excedente Retirada de lodo excedente no REATOR (Controle hidráulico do sistema) Q D c Retirada de lodo excedente na LINHA DE CIRCULAÇÃO Q D c R = concentração de sólidos suspensos totais no reator R = concentração de sólidos suspensos totais do lodo de circulação 17

14 Tipo de aeração: aeração por ar difuso Introdução de ar ou de oxigênio comprimido próximo ao fundo do reator 19 Fonte: Nuvolari, 2003

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19 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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24 Referências Nuvolari, A Esgoto Sanitário; coleta, transporte, tratamento e reuso Metcalf & Eddy Wastewater Engineering. Treatment, Disposal and Reuse. 3.Edition. 29