Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Biotecnologia. Tratamento Biológico de Efluentes

Transcrição

1 Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Biotecnologia Tratamento Biológico de Efluentes

2 DISPOSIÇÃO FINAL DE RESÍDUOS # em corpos d água # na rede pública de esgotos # no solo # no mar # em poços profundos Legislação Ambiental Federal Legislação Ambiental dos Estados e Municípios

3 ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS Normas ABNT: NBR 9896 Poluição das águas NBR 9800 Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor público de esgoto sanitário NBR 9897 Planejamento de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores NBR 9898 Preservação e técnicas de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores

4 FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia de Meio Ambiente Normas FEEMA NT 202.R-10 Critérios e padrões de lançamento de efluentes líquidos DZ R-05 Diretriz de controle de carga orgânica em efluentes líquidos de origem industrial DZ 215-R-01 Diretriz de controle de carga biodegradável em efluentes líquidos de origem não industrial ANA AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUAS Regula o uso das águas dos rios lagos de domínio da União

5 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Principais causas e características poluentes das águas residuárias: - Matéria orgânica redução da DBO - Compostos tóxicos metais pesados, cianetos, sulfatos, etc - Sais inorgânicos de Ca e Mg - Nutrientes (N e P) eutrofização - Microrganismos patogênicos - ph, temperatura - Óleos, graxas, espumas interferem na reoxigenação

6 Medida da quantidade de matéria orgânica ALPHA Standard methods for the examination of water and wastewater. 25 th ed. American Publish Health Association, DBO: quantidade de oxigênio requerida por unidade de resíduo, para estabilização da matéria orgânica biodegradável (normalmente medida após 5 dias de incubação a 20oC através de organismos vivos ou de suas enzimas). É geralmente expressa em mg O2 consumido/l de água residuária.

7 Analisadores de DBO

8 DQO: quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica da amostra através de dicromato de potássio em meio ácido na presença de catalisadores. DQO =2 DBO COT: carbono instrumentais. orgânico total, medido por métodos

9 Fases do tratamento de águas residuárias: TRATAMENTO PRIMÁRIO TRATAMENTO SECUNDÁRIO TRATAMENTO TERCIÁRIO Gradeamento Lagoas Troca iônica Câmara de areia Lodos ativados Carvão ativado Sedimentação primária Filtro biológico Filtração Flotação Digestão anaeróbia Coagulação

10 Fases do tratamento de águas residuárias:

11 Tratamento aeróbio Requisitos para o sucesso do tratamento aeróbio: ph 6-8 DBO:N:P = 100:5:1 O2 > 2 mg L -1 Principais processos aeróbios aplicáveis aos resíduos industriais: Lodos ativados Filtros biológicos Lagoas aeróbias

12 Tratamento aeróbio LODOS ATIVADOS Sistema no qual uma massa biológica cresce e flocula, sendo continuamente recirculada e colocada em contato com a matéria orgânica do despejo líquido na presença de oxigênio puro, ou através de aeradores mecânicos de superfície.

13 Tratamento aeróbio Microrganismos presentes no lodo: Bulking Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirx, Lecicothrix, Geotrichum Pseudomonas, Zooglea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia, Mycobacterium + Nitrosomonas, Nitrobacter

14 Estequiometria: Oxidação e síntese: COHNS + O2 + nutrientes Matéria orgânica O2 + NH3 + C5H7NO2 + outros prods finais celulas novas Fase endógena: C5H7NO2 + 5O2 5 CO2 + 2H2O + NH3 + energia celulas

15 Tratamento aeróbio Parâmetros de dimensionamento dos tratamentos com lodos: - Cargas orgânicas Kg DBO/Kg SSTA. dia SSTA sólidos suspensos no tanque de aeração 0,05 Kg DBO/Kg SSTA.dia (em casos de aeração prolongada) 1 a 2 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos ativados de alta capacidade) 0,3 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos de capacidade convencional) Tempo de retenção nos tanques de aeração: 4-8 horas 3-5 dias

16 Tratamento aeróbio FILTROS BIOLÓGICOS Sistema constituído de um leito de material ao qual os microrganismos aderem e através do qual o efluente é percolado, após ser distribuído sobre o topo do leito por um distribuidor rotativo geralmente acionado pela reação do jato do líquido.

17 Tratamento aeróbio Filtros biológicos Microrganismos: predominância de bactérias, seguidas pelos protozoários, micrometazoários e fungos. Obs: ambientes aeróbio e anaeróbio

18 Tratamento aeróbio Filtro biológico

19 Tratamento aeróbio Considerações sobre os materiais de enchimento: elevado volume de vazios elevada área superficial estruturalmente forte para suportar o próprio peso + peso limo ser leve para reduzir custos das obras civis e construções mais altas e que ocupem menor espaço biológica e quimicamente inerte baixo custo por unidade de BOD removida * Pedra britada, pedregulho, sabugo de milho, materiais sintéticos (geralmente plástico)

20 Tipo de material de enchimento

21 A recirculação quando realizada: promove retorno dos microrganismos ativos a matéria orgânica entra em contato com o material ativo mais de uma vez diluição de concentração da matéria orgânica afluente aumento da taxa de aplicação hidráulica sem alteração sensível na taxa de aplicação orgânica regularização na vazão de alimentação * Taxa de recirculação = vazão de recirculação/vazão de alimentação Deve variar de 0,5 a 4,0

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23 Tratamento aeróbio LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Grandes tanques de pequena profundidade definidos por diques de terra As águas são tratadas por processos inteiramente naturais, envolvendo principalmente bactérias e algas As algas tem o papel de fornecedores de oxigênio para as bactérias para a degradação da matéria orgânica

24 Tratamento aeróbio Luz Algas (fotossíntese) CO2 Sais minerais O2 Bactérias (respiração) Águas residuárias

25 Tratamento aeróbio/ facultativo/ anaeróbio Classificação das lagoas de estabilização Lagoas fotossintéticas Pouco profundas (0,3 a 0,5m) Projetadas para águas residuárias pré-decantadas Utiliza cargas de 7 a 14 DBO/m3 dia Lagoas facultativas Profundidade (0,1 a 2,0m) Condições aeróbias próximas á superfície Decomposição anaeróbia dos sólidos no fundo Utiliza cargas de 9 a 21 DBO/m3 dia Lagoas anaeróbias Pouco profundas (0,3 a 0,5m) Projetadas para cargas orgânicas relativamente elevadas Usadas no pré-tratamento de águas residuárias Geralmente seguidas de lagoas facultativas Utiliza cargas de 100 a 400 DBO/m3 dia

26 Tratamento aeróbio/facultativo LAGOAS AERADAS Seguidas de um sistema de separação de sólidos (decantação), fornecem uma eficiência de remoção de DBO bastante elevada, mesmo a baixas idades de lodo. Ocupa uma área da ordem de 1 a 10% da necessária para lagoas de estabilização fotossintética.

27 Lagoa aerada

28 Tratamento anaeróbio DIGESTÃO ANAERÓBIA (Tanques sépticos e Biodigestores) Fermentação bacteriana com conseqüente degradação da matéria orgânica complexa em metano e gás carbônico Metade séc XIX utilização para tratamento de esgoto doméstico Século XX digestores para produção de gás metano a partir de esterco / desenvolvimento de biodigestores e equipamentos auxiliares

29 Tempo de retenção dias Características da digestão anaeróbia Processo mais lento que o aeróbio, exigindo maiores tempos de retenção Fase limitante - formação de metano Condições para as bactérias metanogênicas: oc e o C ph ~ 7,0

30 Tratamento anaeróbio Bactérias facultativas e anaeróbias Clostridium sp, Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium sp, Lactobacillus, Actinomyces, Escherichia coli Bactérias metanogênicas Methanobacterium, Methanocillus, Methanococcus, Methanosarcina

31 Tratamento anaeróbio Tipos de biodigestores Tempo de retenção ~15 dias

32 TIPO DE TRATAMENTO FILTRO BIOLÓGICO LODO ATIVADO LAGOA AERADA APLICAÇÃO CARGA REQUERIMENTOS ADICIONAIS esgoto sanitário e despejos industriais g DBO/m3.dia decantador primário esgoto sanitário e despejos industriais g DBO/m3.dia são raras 100 a 300g DBO/m3.dia decantador primário ausência de recirculação de lodo decantador secundário (recirculação) decantador primário decantador secundário (recirculação) esgoto sanitário e despejos industriais LAGOA ANAERÓBIA esgoto sanitário e despejos industriais < 20g resíduo seco/litro geralmente em associação anaeróbiaaeróbia TANQUES SÉPTICOS esgoto sanitário (pequenas residencias ou aglomerados urbanos) < 20g resíduo seco/litro recirculação do efluente com ou sem decantação > 50g resíduo seco/litro recirculação do efluente com ou sem decantação BIODIGESTORES alguns despejos industriais para infiltração em solo esgoto sanitário e despejos industriais

33 Tratamento anaeróbio Produção de biogás

34 Tratamento anaeróbio Produção de biogás

35 TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUO SÓLIDO (Composto) Os processos aeróbios e anaeróbios ocorrem sucessivamente Fase aeróbia: ph ácido, 35oC (degradação carboidratos simples) ph ácido, 60-65oC (decomposição de proteínas) ph alcalino, 70-75oC (menor ação microbiológica, perda N) ph alcalino, 37oC (degradação celulose e carboidratos resistentes) Fase anaeróbia: Desenvolvimento de bactérias produtoras de ácidos e metânicas

36 Formação do composto

37 Compostagem Processo anaeróbio Em desuso: atração de moscas e roedores mal odor chorume

38 Tratamento aeróbio Compostagem

39 Tratamento aeróbio Compostagem Fatores limitantes: Umidade: 40 70% Temperatura: oc Relação Carbono/Nitrogênio: 30:1 a 50:1

40 Tipos de digestores Tratamento aeróbio Processo Bangalore (INDORE) Usa valas no solo, revolvimento manual. Tempo de retenção de 120 a 180 dias. Usado na Índia. Processo Bioestabilizador DANO Cilindro rotatório com ligeira inclinação, com aeração forçada. Digestão de 1 a 5 dias. Muito usado na Europa. Processo Earp - Thomas Silo com oito compartimentos dispostos verticalmente. Braços móveis fazem os resíduos cairem de um andar para o outro, sendo o ar insuflado de baixo para cima. Usa inóculo patenteado. Digestão de 2 a 3 dias. Seu uso é frequente na Alemanha, Suiça, Itália, Grécia.

41 Tipos de digestores Tratamento aeróbio Processo Metro Possuem separação e recuperação de materiais, duas etapas de redução de tamanho por medio de moinhos de martelo e sistema de adição de lodos. Usado nos EUA. Processo Prat Consiste em uma série de câmaras donde se deposita o resíduo, dispositivo para introdução de ar e durante a fermentação se adiciona uma solução de sulfato de sódio e carbonato de cálcio a fim de garantir a manutenção da relação carbono/ nitrogenio, umidade e ph. Há plantas na frança e Inglaterra. Processo Beccari A fermentação é inicialmente aeróbia, em compartimentos fechados. En seguida se provoca uma ventilação forçada para estimular o crescimiento de bactérias aeróbias. Reactores de 20 a 200 m3. Leva 45 dias.