II CONVERSÃO DE UMA ETE EM ESCALA REAL, CONSTRUÍDA SEGUNDO O PROCESSO DE AERAÇÃO PROLONGADA, PARA O SISTEMA UASB LODOS ATIVADOS

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1 II CONVERSÃO DE UMA ETE EM ESCALA REAL, CONSTRUÍDA SEGUNDO O PROCESSO DE AERAÇÃO PROLONGADA, PARA O SISTEMA UASB LODOS ATIVADOS Marcos von Sperling ( 1 ) Engenheiro Civil (UFMG). Doutor em Engenharia Ambiental (Imperial College, Universidade de Londres Inglaterra). Professor Adjunto do Departamento de Engenharia FOTO Sanitária e Ambiental da UFMG. Alceu de Castro Galvão Júnior ( 2 NÃO ) Engenheiro civil (UFCE). Mestre em Hidráulica e Saneamento (EESC-USP). Engenheiro da DISPONÍVEL Divisão de Projetos da U.N. Médio Tietê SABESP. Carlos Augusto de Carvalho Magalhães ( 2 ) Engenheiro civil (UFCE). Mestre em Hidráulica e Saneamento (EESC-USP). Doutorando em Hidráulica e Saneamento (EESC-USP). Engenheiro da Divisão de Projetos da U.N. Médio Tietê SABESP. José Moreno ( 2 ) Engenheiro civil (UNESP-Ilha Solteira). Mestre em Hidráulica e Saneamento (EESC-USP). Engenheiro da Divisão de Projetos da U.N. Médio Tietê SABESP. Carlos Augusto de Lemos Chernicharo ( 1 ) Engenheiro Civil e Sanitarista (UFMG). Doutor em Engenharia Ambiental (Universidade de Newcastle upon Tyne Inglaterra). Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. Lucas Paulo Gariglio ( 1 ) Engenheiro civil e Sanitarista (UFMG). Mestrando em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos (UFMG). Engenheiro da Superintendência de Limpeza Urbana de Belo Horizonte. Endereços (1) : Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG; Av. Contorno o andar; Belo Horizonte marcos@desa.ufmg.br RESUMO O presente trabalho apresenta a concepção e a experiência da conversão de uma ETE em escala real, dimensionada e construída segundo o processo de lodos ativados, modalidade aeração prolongada, para uma ETE segundo o sistema UASB lodos ativados (ETE Botucatu SP, SABESP, população de projeto de habitantes. O trabalho apresenta uma descrição da concepção anterior e da atual, bem como uma análise comparativa entre ambas, na qual se evidenciam as grandes vantagens do novo sistema proposto. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Esgotos, Lodos Ativados, Aeração Prolongada, Reatores UASB. INTRODUÇÃO O presente trabalho apresenta a concepção inovadora e pioneira da conversão de uma ETE em escala real, dimensionada e construída segundo o processo de lodos ativados, modalidade aeração prolongada, para uma ETE segundo o sistema UASB lodos ativados. A ETE pertence à SABESP, estando localizada no município de Botucatu SP. A população de projeto é de habitantes, para o ano de As obras de conversão da ETE-Botucatu estão em desenvolvimento, com previsão de início de operação em O trabalho apresenta uma descrição da concepção anterior e da atual, bem como uma análise comparativa entre ambas, na qual se evidenciam as grandes vantagens do novo sistema proposto. A conversão do processo é totalmente pioneira em nosso país, não tendo sido localizadas experiências similares registradas mesmo na literatura internacional. Em nosso país, registra-se apenas uma ETE de porte e concepção similares (ETE- Piracicamirim) (Passing et al, 1999), a qual já foi, no entanto, concebida originalmente segundo o processo UASB-lodos ativados. ABES Trabalhos Técnicos 1

2 SISTEMA DE ADENSAMENTO E SECAGEM DE LODO 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental A CONCEPÇÃO ORIGINAL DA ETE PROJETADA E CONSTRUÍDA (Aeração Prolongada) A ETE-Botucatu foi originalmente projetada segundo o processo de lodos ativados, modalidade aeração prolongada. As unidades já se encontravam construídas e as tubulações assentadas, faltando apenas a aquisição e instalação dos equipamentos eletromecânicos. O fluxograma proposto consistia das seguintes etapas: Fase líquida: grade; desarenadores (mecanizados); 4 tanques de aeração (com aeração mecânica); 4 decantadores secundários; Fase sólida: adensador mecanizado (prensas adensadoras de esteira); desidratação mecanizada (centrífugas). A Figura 1 apresenta o layout da ETE projetada e construída. Pelo fato do processo de tratamento ser através de aeração prolongada, há duas importantes implicações, de interesse imediato para a presente análise: Elevado consumo de energia para aeração (ano 2015: potência instalada de 1280 CV) Elevados volumes de tanques de aeração (em 2015: 4 tanques, com volume total de aproximadamente m 3, sendo que no momento apenas 3 tanques estão implantados) O primeiro aspecto, relacionado ao elevado consumo de energia, foi o principal elemento motivador da SABESP haver proposto uma nova configuração para o tratamento, visando economia no consumo de energia. O segundo aspecto, associado ao grande volume dos tanques de aeração, permitiu à SABESP conceber o seu reaproveitamento com outras finalidades, dentro da nova configuração sugerida. RESERV. ELEVADO ADMINISTRAÇÃO LABORATÓRIO ALMOXARIFADO DESARENADOR GRADEAMENTO (2ª ETAPA) TANQUE DE AERAÇÃO Nº 4 TANQUE DE AERAÇÃO Nº 3 TANQUE DE AERAÇÃO Nº 1 TANQUE DE AERAÇÃO Nº 2 CDV-1 SECUND.-4 SECUND.-3 SECUND.-2 SECUND.-1 DE LODO DE LODO (AMPLIAÇÃO) PARSHALL SIST. DE REC.AG.UTIL Figura 1. Layout da ETE projetada e construída (lodos ativados por aeração prolongada) A NOVA CONFIGURAÇÃO PROPOSTA (UASB LODOS ATIVADOS) A SABESP, preocupada com o elevado consumo de energia do processo de aeração prolongada, e ciente das novas tendências brasileiras de se incorporar reatores anaeróbios (UASB) no início do tratamento biológico (Silva et al, 1995; van Haandel e Lettinga, 1999; von Sperling e Chernicharo, 1998; von Sperling et al, 2000), decidiu reanalisar o processo. A análise dos técnicos da SABESP (Departamento de Planejamento e Obras da U.N. do Médio Tietê) e da Fundação Christiano Ottoni (UFMG) indicou as seguintes alterações (ver Figura 2): 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 RESERV. ELEVADO ADMINISTRAÇÃO LABORATÓRIO ALMOXARIFADO DESARENADOR GRADEAMENTO (2ª ETAPA) TANQUE DE AERAÇÃO Nº 4 TANQUE DE AERAÇÃO Nº 3 Tanque de Lodos Ativados CDV-1 Tanque de Equalização TANQUE DE AERAÇÃO Nº 1 TANQUE DE AERAÇÃO Nº 2 Reator UASB SISTEMA DE ADENSAMENTO E SECAGEM DE LODO SECUND.-4 SECUND.-3 SECUND.-2 SECUND.-1 Dec 1 Dec 2 DE LODO DE LODO (AMPLIAÇÃO) PARSHALL SIST. DE REC.AG.UTIL Figura 2. Layout da nova proposta (Sistema UASB Lodos Ativados) Os três tanques de aeração atualmente implantados foram adaptados para as seguintes novas finalidades: 1 o tanque - tanque de equalização; 2 o tanque reator UASB; 3 o tanque tanque de aeração. O quarto tanque de aeração, a ser futuramente construído, deixou de ser necessário. Os decantadores secundários foram reduzidos, de 4 para 2. A etapa de adensamento mecanizado foi excluída. A adaptação do 1º tanque objetivou, primeiramente, a equalização das vazões e cargas orgânicas afluentes à ETE, possibilitando um melhor funcionamento das unidades de tratamento biológico subseqüentes (reatores UASB e de Lodos Ativados), que deverão operar com vazões e concentrações de DBO aproximadamente constantes ao longo do dia. Particularmente, em relação ao reator UASB, a equalização das vazões afluentes minimizará o efeito prejudicial das variações das velocidades ascensionais em seu interior. Além disso, o tanque de equalização conferirá uma maior flexibilidade operacional à ETE, permitindo, inclusive, a retenção parcial dos esgotos nos horários em que o custo da energia elétrica é mais elevado, reduzindo o consumo energético no tanque de aeração, que deixará de receber esgotos durante algumas horas no horário de 17 às 21 horas. A adaptação do 2 º tanque para um reator UASB foi feita aproveitando-se a configuração original do tanque e a totalidade do volume disponível (8.705 m 3 ), resultando em um tempo de detenção hidráulica de 6,7 horas (para a vazão equalizada). No projeto de adequação foram previstos novos dispositivos de alimentação de esgotos, compreendendo um canal lateral e 560 tubos de PVC de 75 mm que cobrem toda a área de fundo do tanque. Na parte superior do reator foram previstos 40 separadores trifásicos, em fibra de vidro, que possibilitarão a coleta do biogás, a retenção do lodo biológico e o descarte do efluente clarificado. Para o descarte do lodo excedente, foram projetadas, também, duas tubulações em ferro fundido, localizadas junto ao fundo do reator e à meia profundidade do compartimento de digestão. O processo de lodos ativados foi concebido como tendo idade do lodo convencional de 8 dias. O 3 o tanque de aeração do projeto anterior foi preservado como tanque de aeração (único), segundo o projeto atual. O lodo aeróbio excedente, gerado no processo de lodos ativados, deverá ser recirculado ao reator UASB, onde sofrerá adensamento e digestão, dispensando, portanto, o adensador da configuração anterior. A Figura 3 compara os fluxogramas da concepção anterior (aeração prolongada) e da nova concepção (UASBlodos ativados). ABES Trabalhos Técnicos 3

4 ETE - BOTUCATU Figura 3. Fluxograma anterior (aeração prolongada) e fluxograma atual (equalização UASB lodos ativados) A Figura 4 apresenta o balanço de massa dos principais poluentes, segundo o projeto da nova concepção da ETE Botucatu. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 Figura 4. Fluxograma e balanço de massa das fases líquida e sólida, segundo o projeto da nova concepção da ETE Botucatu COMPARAÇÃO ENTRE AS DUAS CONCEPÇÕES O Quadro 1 apresenta uma comparação entre os principais ítens de cada uma das concepções. Observa-se a grande economia da presente concepção, em termos de produção de lodo e de consumo de energia. Deve-se destacar que a estimativa da produção de lodo, segundo o projeto original, não levou em consideração a carga de sólidos inertes presentes no esgoto bruto. Caso esta houvesse sido levada em consideração, a quantidade de lodo a ser tratado, na aeração prolongada, seria em torno de kgss/d (ao invés dos calculados a kgss/d), e a quantidade de lodo a ser disposto seria de cerca de 30 m 3 /d (ao invés dos calculados 16,9 m 3 /d). Estes valores são bem superiores aos da nova concepção, a qual leva em consideração os sólidos inertes do esgoto bruto: kgss/d a serem tratados e 15,3 m 3 /d de lodo a ser disposto. Desta forma, a alternativa proposta traz as seguintes economias aproximadas: 30% do volume total das principais unidades 50% no volume de lodo a ser disposto 70% no consumo de energia para aeração CONSIDERAÇÕES FINAIS A ETE-Botucatu, construída segundo o processo de aeração prolongada, já se encontra em obras para adequação à nova concepção (UASB lodos ativados). A conversão para o novo processo utilizou os 3 tanques de aeração existentes para as seguintes unidades: tanque de equalização, reator UASB, tanque de aeração. A conversão permitiu que deixassem de ser utilizadas/construídas as seguintes unidades: 1 tanque de aeração, 2 decantadores secundários e 2 adensadores mecanizados. A conversão propiciará as seguintes economias aproximadas: 30% do volume total das principais unidades; 50% no volume de lodo a ser disposto; 70% no consumo de energia para aeração. A concepção proposta e em implantação é inovadora, no sentido de se converter uma ETE já existente para o sistema UASB-lodos ativados. Os dois decantadores construídos (decantadores 3 e 4), não mais necessários na presente concepção, serão aproveitados, provavelmente, como tanques de peixes, com o objetivo de mostrar a eficiência do tratamento dos esgotos, do ponto de vista ecológico. ABES Trabalhos Técnicos 5

6 Tabela 1. Principais características das duas concepções (anterior e atual) Item Dados do projeto original Dados da nova concepção UASB lodos ativados Aeração prolongada População de projeto (ano 2015) Vazão afluente Média (L/s) Máxima (L/s) Equalizada (L/s) Características do esgoto bruto DBO (mg/l) DQO (mg/l) SS (mg/l) NTK (mg/l) Qualidade esperada para o efluente final DBO (mg/l) < 30 < 30 SS (mg/l) < 40 < 40 Amônia (mg/l) < 5 < 5 Tanque de equalização Número de unidades - 1 Volume útil (m 3 ) Número de misturadores submersíveis - 4 Reator UASB Eficiência estimada na remoção de DBO (%) - 70 Número de unidades - 1 (subdividido em módulos) Volume útil total (m 3 ) Tempo de detenção (h) - 6,7 Tanque de aeração Número de unidades 4 1 Volume útil total (m 3 ) Idade do lodo (d) SSTA (mg/l) Tempo de detenção resultante (h) 27,0 6,7 Lodo excedente Produção de lodo anaeróbio (kgss/d) Produção de lodo aeróbio (kgss/d) (**) 1959 Produção de lodo total (kgss/d) (**) 4054 (*) Aeradores Tipo Mecânicos Mecânicos Número total de aeradores 32 8 Potência instalada (CV) Potência média consumida (CV) (***) Decantadores secundários Número de unidades 4 2 Volume útil total (m 3 ) Área total (m 2 ) Adensadores Tipo Mecânico de esteiras - Número de unidades 2 - Desidratação Tipo Mecanizado centrífugas Mecanizado centrífugas Número de unidades 2 2 Volume de lodo a ser disposto (m 3 /d) 16,9 (**) 15,3 (*) Valores globais Volume total das unidades principais (m 3 ) Potência total consumida (CV) Volume de lodo a ser disposto (m 3 /d) 16,9 15,3 Obs: UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket (reactor); NTK: Nitrogênio Total Kjeldahl; SS = Sólidos em Suspensão (*) A produção de lodo total, no caso do sistema UASB-lodos ativados, leva em consideração a digestão do lodo aeróbio no UASB, reduzindo sua carga de sólidos (kgss/d). 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 (**) O cálculo da produção de lodo do projeto original não levou em consideração a carga dos sólidos inertes do esgoto bruto (estima-se valores superiores - ver texto). (***) A potência média consumida pelos aeradores pressupõe controle do OD, igualando o consumo à produção. REFERÊNCIAS BLIBIOGRÁFICAS 1. PASSING, F.H.,VILELA, L.C.H., FERREIRA, O.P. (1999). ETE Piracicamirim nova concepção de sistema de tratamento de esgotos sanitários partida, operação e monitoramento de desempenho. In: Anais: 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Rio de Janeiro, Maio/ SILVA, S.M.C.P da; ALEM SOBRINHO, P.; Jr., A.S.G. (1995) Avaliação do Sistema Reator UASB e Processo de Lodos Ativados para Tratamento de Esgotos Sanitários com Elevada parcela de Contribuição Industrial - 18 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Salvador, Bahia, set/95 3. VAN HAANDEL, A. C., MARAIS, G.v.R. (1999). O comportamento do sistema de lodos ativados. 4. VON SPERLING, M., CHERNICHARO, C.A.L. (1998). Selection of wastewater treatment systems in urban areas. Comparison between conventional aerobic systems (activated sludge) and anaerobic-aerobic systems (UASB-activated sludge). In: Anais, V Taller Seminario Latinoamericano de Digestion Anaerobia, Viña del Mar, Out VON SPERLING, M., FREIRE, V.H., CHERNICHARO, C.A.L. (2000). Performance evaluation of an UASB activated sludge system treating municipal wastewater. In: 1 st World Water Congress of the International Water Association (IWA), Paris, 3-7 Julho 2000, Conference Preprint Book 4, pp ABES Trabalhos Técnicos 7