1 - Apresentar tecnologias utilizadas nas estações de tratamento de esgoto visando à remoção de nutrientes como nitrogênio e fósforo.

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2 Objetivo: 1 - Apresentar tecnologias utilizadas nas estações de tratamento de esgoto visando à remoção de nutrientes como nitrogênio e fósforo. 2 Apresentar a técnica de flotação em conjunto com uma estação de Lodos ativados.

3 Conteúdo: 1.Nutrientes: 1.1 Nitrogênio 1.2 Fósforo 2. Introdução: Tratamento de Esgoto Sanitário 2.2 Classificação do Tratamento de Esgoto 2.3 Tratamento Terciário 3. Tecnologias utilizadas Remoção de N-NH3 por arraste de ar Remoção de N- NH3 por cloração Processo físico-químico Coagulação Floculação Sedimentação Flotação Filtração 1. Aplicação da técnica de Flotação 2. Considerações finais

4 1 - Nutrientes São elementos como nitrogênio e fósforo essenciais para fertilidade do solo. Fonte:

5 Para o reuso de água, os nutrientes podem significar uma vantagem substancial pois são insumos necessários para o cultivo de plantas e de animais aquáticos. Irrigação Criação de peixes Fonte:

6 Em função disso, é necessário que sejam pesquisadas tecnologias de tratamento de esgoto que garantam a qualidade dos efluentes, tanto para reuso como para lançamento em corpos d água. Reator UASB ETE ABC - SP Fonte:

7 1.1 - NITROGÊNIO Encontrado de varias formas e estados de oxidação, como resultado de diversos processos bioquímicos. Fonte: Adaptado de VON SPERLING (2005).

8 1.2 - FÓSFORO No esgoto doméstico apresenta-se como: inorgânica (polifosfatos e ortofosfatos) Formas: PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4. Fonte :

9 orgânica (ligada a compostos orgânicos) origem fisiológica; Curiosidade: Um indivíduo adulto com, em média, 70kg contém mais de 700g de Fósforo no corpo, destes, mais de 80% encontram-se na forma de sais de cálcio nos ossos, enquanto que o restante está no intracelular e nos tecidos metabolicamente ativos.

10 2 - INTRODUÇÃO Tratamento de esgoto sanitário: Processos de tratamento formados por uma série de operações unitárias. Para a remoção de substâncias indesejáveis, ou para transformação destas substâncias em outras de forma aceitável. Atendimento as Legislações.

11 2.2 - Classificação do tratamento de Esgoto: Fonte:

12 2.3 - TRATAMENTO TERCIÁRIO Configuração: Aplicação de produtos químicos posteriormente ao decantador secundário, caracteriza-se então o tratamento terciário. Decantador Primário Decantador Secundário Tanque de aeração Fonte: PROSAB 5 Programa de pesquisa em Saneamento básico

13 3 Tecnologias utilizadas Remoção de N-NH3 por arraste de ar Ammonia stripping : Remoção de amônia por arraste de ar, consiste na agitação e consequente exposição da mistura entre o gás e água ao ar. NH3- + H2O NH4+ + OH-

14 3.1 - Remoção de N-NH3 por arraste de ar Efeito do ph sobre o equilíbrio entre as formas de nitrogênio amoniacal na água Fonte: adaptado de Metcalf&Eddy (2003)

15 A separação do gás amônia é realizada em torres de aeração ou de gotejamento (também denominadas torres de stripping) que são similares a torres de resfriamento. Entrada de lixiviado Ar + NH 3 Material de recheio Bomba dosadora Ar Recipiente (bombona) Saída de lixiviado Compressor Modelo esquemático das torres de arraste Fonte: Adaptado de Souto, 2009

16 Fator importante neste processo: Temperatura: usualmente empregado o valor mínimo de m3 de ar por m3 de efluente liquido (WEF, 1998). Volume de ar requerido para arraste de amônia em função da temperatura Fonte: Adaptado de Metcalf&Eddy (2003)

17 Eficiências de remoção de Nitrogênio a 20ºC: Para uma vazão de 2,5 m3 de ar por litro de efluente: Remoção até 90% Se elevar a vazão para 7,5 m3 de ar por litro de efluente: A eficiência de remoção pode ser elevada para até 98% (NUNES, 1996).

18 Aplicação da Técnica: Muito utilizado em lixiviados de aterros sanitário. Para estações de tratamento de esgoto sanitário: Devido ao volume tratado, os custos operacionais inviabilizam este processo.

19 3.2 - Remoção de N- NH3 - por cloração Além da desinfecção, o cloro pode ser utilizado como agente oxidante para a remoção de amônia. Produtos clorados mais comumente utilizados são: gás cloro: Cl2 hipoclorito de cálcio: Ca(OCl)2 (contendo cerca de 70% de cloro disponível) hipoclorito de sódio: NaOCl

20 A reação de oxidação seguinte envolve a conversão da amônia e a sucessiva formação de cloraminas, da seguinte forma: HOCl + NH3 NH2Cl + H2O (monocloramina) HOCl + NH2Cl NHCl2 + H2O (dicloramina) HOCl + NHCl2 NCl3 + H2O (tricloramina)

21 Estéquiometricamente, são requeridas 7,5 partes de cloro por cada parte de nitrogênio amoniacal oxidada. É usual o emprego da razão 10:1. Exemplo: 250 mg.l-1 de Cl2 para a oxidação de 25 mg.l-1 de amônia.

22 O tempo de duração da reação de oxidação, para ph em torno de 7 e temperatura de 20 C, é relativamente r ápido, da ordem de 5 minutos o que exige tanques de contato relativamente pequenos (MANCUSO, SANTOS, 2004). Fonte: Tanque de contato

23 Neutralização No processo de oxidação da amônia o ácido hipocloroso e os demais ácidos formados na própria reação devem ser neutralizados. Exemplo: Para 250 mg.l-1 de Cl2 são necessários 260 mg.l-1 de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) ou 380 mg.l-1 de carbonato de sódio (Na2CO3).

24 Aplicação da técnica Da mesma forma que a tecnologia de arraste de ar, a remoção por cloração tende a também não encontrar aplicabilidade para o caso do esgoto sanitário. Indiretamente, no tratamento secundário, quando o processo está anaeróbio, o descarte do efluente consome muito mais hipoclorito de sódio.

25 3.3 Processo Físico-Químico Coagulação A coagulação é empregada para a remoção de material em suspensão ou coloidal. Os colóides são apresentados por partículas que tem uma faixa de tamanho de 1 nm (10-7) a 0,1 nm (10-8), e causam cor e turbidez. As partículas coloidais não sedimentam e não podem ser removidas por processos de tratamento físicos convencionais.

26 Coagulantes mais utilizados Cal: aumenta a geração de lodo. Sulfato de alumínio: excelente qualidade do floco. Cloreto Férrico: faixa de trabalho de ph 5 a 11. Polieletrólitos: menor quantidade do produto. Tanino: polieletrólito catiônico de natureza fenólica.

27 Comentário: (ECKENFELDER, 1989) Fonte:

28 Para que seja garantida a eficácia da coagulação, ambos os mecanismos químico e físico devem ocorrer em unidades que propiciem a rápida e intensa agitação e mistura da massa liquida. Fonte:

29 Floculação É a etapa de tratamento posterior a coagulação. Ensaio de jar-test

30 A colisão entre partículas em suspensão pode ocorrer devido a três mecanismos de transporte distintos: Floculação pericinética: Movimento Browniano Floculação ortocinética: o contato entre as partículas é favorecido pela presença de um gradiente de velocidade que é imposto ao escoamento hidráulico e que mantém o fluido em movimento. Floculação por sedimentação: partículas coloidais de características físicas distintas, sob a ação da gravidade, tendem a sedimentar de acordo com diferentes velocidades, podendo colidir umas com as outras.

31 Sedimentação É definida como um processo de separação entre as fases sólida e líquida e que tem como força impulsora a ação da gravidade. O processo depende da velocidade de sedimentação da partícula, cuja intensidade sofre interferência do seu diâmetro e massa especifica, da massa especificado liquido, e da força de atrito (JORDAO PESSOA, 2005).

32 Sedimentação Ensaio em proveta Fonte:

33 Flotação É um processo que envolve três fases: sólida, líquida e gasosa. No caso do esgoto, pode ser definida como um processo de separação entre as partículas sólida em suspensão e a água.

34 É alcançado por meio do empuxo promovido pela adesão de bolhas de gás a superfície das partículas e, consequentemente, da ascensão destas partículas em direção a superfície, de onde são devidamente coletadas. A flotação pode ser classificada em função da forma de geração e do gás utilizado no processo. Flotação eletrolítica ou eletroflotação: a obtenção das bolhas de H2 e O2 são resultantes da eletrólise da água.

35 Flotação por ar disperso ou por ar induzido: as bolhas de ar possuem grandes diâmetros e são introduzidas na fase liquida através da agitação desta fase a pressão atmosférica. Flotação por ar dissolvido (FAD): é a tecnologia mais empregada para o tratamento de esgoto.

36 Flotação por ar dissolvido (FAD): Fonte: CAMPOS et al (2004)

37 Para melhor desempenho do sistema: Tamanho, distribuição difusa e homogênea das microbolhas; Tamanho ideal das bolhas: entre 10 e 100 µm, sendo que a maioria das bolhas devem estar com 50 µm. Quanto menor o tamanho médio das microbolhas de ar introduzidas no flutuador, melhor será realizada a distribuição das bolhas e maior será a probabilidade de colisão e adesão entre elas e as partículas em suspensão

38 Filtração A filtração aplicada ao tratamento do esgoto sanitário se caracteriza como uma tecnologia de tratamento terciário, sendo usual denominá-la filtração terciária. A filtração pode fazer uso, ou não, de coagulantes e floculantes para a remoção dos sólidos em suspensão de efluentes do tratamento secundário.

39 Sem o emprego de produtos químicos, a filtração de efluentes secundários: Reduz de 30 mg.l-1 SST para concentrações inferiores a 10 mg.l-1 SST. Com adição de coagulantes, a filtração é capaz de promover a remoção eficaz de fósforo solúvel remanescente do tratamento secundário, possibilitando a obtenção de concentrações de efluentes inferiores ate 0,1 mg.l -1 P.

40 Filtração A filtração após o tratamento secundário: Oferece garantia sanitária quanto a limitação de 1 ovos de helminto/l presente no efluente e, baseada na obtenção de valores efluentes de turbidez inferiores a 5 NTU, também oferece garantia quanto a ausência de (oo)cistos de protozoários. (FLORENCIO, 2006) A filtração terciária é sujeita a muitas tipologias em função de variações das características físicas e operacionais da unidade, e pode ser classificada de acordo com o que estabelece a Tabela:

41 Classificação das unidades de Filtração Observação: A quantidade de água utilizada na etapa de retrolavagem geralmente corresponde a 5% do volume de esgoto sanitário tratado na unidade (METCALF & EDDY, 1991). Fonte: ADAPTADO DE METCALF & EDDY (2003).

42 Unidade de Filtração Fonte: ADAPTADO DE JONG et al (1993).

43 Características do meio filtrante e taxas de filtração Fonte: ADAPTADO DE METCALF & EDDY (2003).

44 Exemplo da aplicação da técnica de Flotação ETE Toninhas: situada no município de Ubatuba - SP Fonte: Autor

45 ETE Toninhas (Lodo Ativado por batelada) 2 reatores biológicos; Capacidade de tratamento: 27 L/s Na temporada a vazão de entrada chega a picos de 40L/s; 5 elevatórias de esgoto; Fonte: Autor

46 ETE Toninhas Fonte: Autor Compacta por flotação

47 ETE Toninhas Chegada do esgoto bruto Fonte: Autor

48 ETE Compacta Calha Parshal Ponto de aplicação de Cloreto férrico Fonte: Autor

49 ETE Compacta Tanque de agitação lenta Flotação Fonte: Autor

50 ETE Compacta Raspador de lodo Reservatório de lodo Fonte: Autor

51 ETE Compacta Fonte: Autor Descarte do clarificado 51

52 ETE Compacta Analise s no Laborat ório Data Local da Coleta Ponto Turbidez DQO DBO Fe P 04/01/13 ETE Flotação Toninhas 04/01/13 ETE Flotação Toninhas 04/01/13 ETE Flotação Toninhas Esgoto Bruto ,42 X Esgoto Tratado ,87 0,08 * Esgoto filtrado ,22 <0,06 05/01/13 ETE Flotação Toninhas 05/01/13 ETE Flotação Toninhas Esgoto Bruto ,31 X Esgoto Tratado ,39 0,12 Segundo 05/01/13 a ETE EUSEPA Flotação 2012, o * Esgoto resultado filtrado do efluente 0,9 filtrado 17 é classificado 4 0,17 como <0,06 uso Toninhas irrestrito, com valores de turbidez e DBO menores que 2 NTU e 10 mg.l-1 respectivamente. Fonte: Autor

53 ETE Compacta Fonte: Autor Rio Toninhas

54 5 - Considerações finais Água de reúso é pouco explorada nas cidades do Litoral Norte devido a grande quantidade de mananciais disponiveis. Na região metropolitana foi criado a Aquapolo Ambiental, parceria da Sabesp com a Foz do Brasil tem capacidade para fornecer até 1000 L/s para o Polo Petroquímico de Capuava, no ABC paulista. Hoje, é possível fornecer 395 milhões de litros de água por mês nas estações de tratamento de esgotos ABC, Barueri, Parque Novo Mundo, São Miguel Paulista e Jesus Neto.

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