TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES COM APROVEITAMENTO DE BIOGÁS E RECICLAGEM DE NUTRIENTES ATRAVÉS DE BIOSSISTEMAS INTEGRADOS

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1 TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES COM APROVEITAMENTO DE BIOGÁS E RECICLAGEM DE NUTRIENTES ATRAVÉS DE BIOSSISTEMAS INTEGRADOS GRANDES SISTEMAS SISTEMAS DOMICILIARES 1

2 BIOSSISTEMA : Conjunto de equipamentos especialmente projetados para replicar os processos naturais de forma eficiente e controlada para purificação de águas servidas com a recuperação de nutrientes e uso de energia renovável. Processados em biodigestores e filtros de contato, zonas de raízes, tanques de oxidação e aeração, tanques de peixes e tanques de macrófitas, os resíduos, livres de carga poluente, são utilizados na adubação de pomares, flores e hortaliças. O biogás é utilizado para cozinhar ou gerar energia. Os biossistemas são construídos utilizando tecnologia e materiais de fácil acesso e grande durabilidade, permitindo a utilização de mão de obra da própria, reduzindo o custo de implantação. Alguns aspectos desta tecnologia têm sido aplicados por séculos em muitas partes do mundo, saneia o habitat humano, agrega valor a cadeia produtiva e preserva o meio ambiente, já que o tratamento devolve a água, sem riscos de contaminação à natureza. PRINCÍPIOS: (EPEA Internacional Umweltforschung GmbH em Hamburgo - Dr. Michael Braungart) Resíduos são alimentos Os processos de cada organismo vivo em um único sistema contribuem para a saúde e o bem-estar do sistema como um todo. O "desperdício" de um organismo é, assim, nutriente para o outro. Projetos feitos por seres humanos que tentam replicar esse ciclo de nutrientes - os ciclos em que os resíduos não ocorrem mais - por exemplo, os Biossistemas Integrados, formam a base dos sistemas de fluxo de materiais, que são um componente fundamental do Cradle to Cradle método de produção. Ciclos de nutrientes Os materiais encontrados na Terra podem ser divididos em duas categorias: Biomassa e massa industrial. De nossa perspectiva, constituem os dois fluxos de nutrientes biológicos e tecnológicos. Produção inteligente significa que todos os materiais são capazes de fluir dentro de um metabolismo, seja biológico ou tecnológico. Em um metabolismo biológico, os lotes de materiais são processados por micro-organismos para formar novos nutrientes. Produtos biodegradáveis são utilizados como adubo que é usado para formar uma base de nutrientes para os novos recursos naturais. DESCRIÇÃO DO SISTEMA: o O tratamento convencional de efluente sanitário está centrado na decomposição do material orgânico. O Biossistema almeja, além da decomposição do material orgânico, a geração de biogás e a reciclagem de nutrientes; o Durante o processo é gerado uma série de produtos aproveitáveis, conseguindo fechar a ciclagem da matéria; o O princípio de funcionamento baseia-se em processos naturais de purificação 2

3 de águas servidas, mas em ambientes projetados para essa finalidade e com um maior controle. Alguns aspectos desta tecnologia têm sido aplicados por séculos em algumas partes do mundo e estão sendo adaptados para solucionar os desafios de hoje, como a poluição das águas e a perda de solo fértil; o O processo de tratamento é composto de ambientes anaeróbios (armazenamento de energia na forma de biogás), ambientes aeróbios, facultativos e anóxicos. A adoção de apenas um desses ambientes não proporcionaria a geração de um afluente em condições propícias para a utilização em irrigação, aqüicultura ou descarte no meio ambiente sem a preocupação com o fator de diluição; o O diferencial desse Biossistema está na busca de geração de energia (armazenada na forma de biogás) e conta com uma série de melhorias visando o máximo tratamento do efluente com a otimização de área; o Ao contrário de sistemas convencionais de tratamento de efluente sanitário, o Biossistema não utiliza energia elétrica durante o processo de tratamento, ao contrário, é possível a redução da demanda dessa energia uma vez que é possível o aquecimento de água, ambiente, iluminação e cozimento com o biogás produzido; o Uma vez que o Biossistema é baseado na ciclagem da matéria, cada etapa prepara o efluente para a etapa seguinte, contribuindo para que cada uma opere no seu ponto ideal; o Resumidamente, o Biossistema é composto pelo biodigestor, filtro anaeróbio e sistemas de zona de raízes (também conhecido com wetlands construídas); o Esta tecnologia saneia o habitat humano, agrega valor à cadeia produtiva e preserva o meio ambiente, já que o tratamento devolve a água ao rio em estado de balneabilidade (ou outra forma de disposição), sem riscos de contaminação à natureza; PRINCIPAIS VANTAGENS: o Simplifica a operação devido a processos naturais de purificação e reciclagem; o Recicla nutrientes, eliminando a necessidade de buscar fertilizantes e outros produtos químicos tóxicos de fontes externas; o Reduz a eutrofização das águas; o Reduz os custos líquidos de operação para o município; o Reduz os riscos à saúde pública através da redução de agentes patogênicos a níveis seguros; o Conta inteiramente com processos naturais de despoluição e com isto evita custos e aumenta os benefícios; o Gera biogás, energia renovável, a partir de biomassa disponível através de dejeto humano e animais; o Permite o reuso, tanto da água quanto do biossólido para produção sustentada de alimentos e recupera solos degradados; o Aumenta a consciência ecológica da necessidade de se preservar o ambiente para as futuras gerações; 3

4 1. FLUXOGRAMA DE TRATAMENTO A figura1 apresenta o fluxograma do BSI Biodigestor + FBLF + ZR + FI. 1 Gradeamento / Cx. De Areia; 2 Medidor de vazão; 3 Biodigestor / Biofiltro; 1 - Zona de Raízes; 2 - Tanques de Macrófitas; 3 - Ferti irrigação. Etapas de tratamento que constituem o BSI. Etapa Pré tratamento Tratamento anaeróbio Tratamento secundário / terciário Tratamento do Gás Componentes Gradeamento + Cx. Areia Biodigestor + FBLF Zonas de Raízes + Macrófitas + Fertiirrigação Queimador em fogão ou luminárias de jardim 4

5 2 ETAPAS DO TRATAMENTO: Gradeamento / Desareador: Após a tomada em tempo seco o esgoto passa primeiro por um gradeamento composto por barras paralelas com espaçamento máximo de 2 cm, e por desareador para retenção dos sólidos grosseiros Biodigestor: O esgoto é encaminhado para o reator Biodigestor, o qual promove uma remoção média de matéria orgânica (DBO5) da ordem de 70. No Biodigestor (reator) a biomassa cresce dispersa no meio e é fermentada anaerobicamente por bactérias, e não aderida a um meio suporte especialmente incluído. A própria biomassa, ao crescer, pode formar pequenos grânulos, correspondente à aglutinação de diversas bactérias. Estes pequenos grânulos, por sua vez, tendem a servir de meio suporte para outras bactérias. A granulação auxilia no aumento da eficiência do sistema, mas não é fundamental para o funcionamento do Biodigestor. A concentração de biomassa no Biodigestor é bastante elevada, justificando a denominação de manta de lodo. Devido a esta elevada concentração, o volume requerido para os reatores anaeróbios de manta de lodo é bastante reduzido, em comparação com os outros sistemas de tratamento. No Biodigestor a eficiência é comprovadamente aumentada em função de ser 100 estanque, ter pressão interna maior em função do acumulo do bio-gás na cúpula e manter temperaturas internas mais elevadas que os sistemas convencionais. O fluxo do líquido é ascendente. Como resultado da atividade anaeróbia, são formados gases (principalmente metano e gás carbônico), as bolhas dos quais apresentam também uma tendência ascendente, sendo o fluxo do efluente mantido por uma câmara de compensação que funciona como fecho hidráulico. Os Biodigestores apresentam elevada capacidade de redução da massa orgânica (DBO), ocasionando a necessidade de retirada do excesso de lodo em prazos bastante longos (em torno de 1 ano), gerando em conseqüência um biossólido, com possibilidade de utilização como adubo após ser desidratado ao sol e passado por calagem e/ou compostagem, onde a elevação térmica contribui para eliminar possíveis elementos patogênicos. 5

6 2.3 - Filtro Biológico (FBLF): Estes são caracterizados pela presença de um material de empacotamento estacionário, no qual os sólidos biológicos podem aderir ou ficar retidos nos interstícios. A massa de microorganismos aderida ao material suporte, ou retida em seus interstícios, degrada o substrato contido no fluxo e, embora a biomassa se solte esporadicamente, o tempo médio de residência de sólidos no reator é usualmente superior a 20 dias. Com o fluxo ascendente, o efluente é encaminhado para o fundo, fluindo através da camada filtrante (meio suporte) e sendo descartado pela parte superior. A principal característica do filtro biológico é a sua capacidade de realizar, no mesmo reator, a remoção de compostos orgânicos solúveis e de partículas em suspensão presentes no esgoto. A fase sólida, além de servir de meio suporte para as colônias bacterianas depuradoras, constitui-se em um eficiente meio filtrante Zona de Raízes: São tanques escavados e em material impermeável e resistente ao efluente. Com fluxo ascendente e horizontal é composta de várias camadas de material filtrante, sendo, no sentido do fluxo A Zona de Raízes funciona em um primeiro momento como o filtro com a depuração por colônias de bactérias, no segundo momento passa por filtração nos materiais mais finos e no momento final é depurado pelas raízes das plantas, obtendo-se grande redução de DBO, nutrientes, volume do liquido e patógenos. Pela fartura de nutrientes é possível cultivar diversas espécies vegetais nessas áreas, inclusive para consumo humano Tanque de Macrófitas: Esta etapa biológica do tratamento consiste na remoção dos nutrientes através de uma serie de tanques rasos cobertos por plantas aquáticas que são removidas periodicamente e transformadas em composto orgânico. Estes são desenhados para receber muitas variedades de plantas aquáticas (macrófitas) que absorvem fosfatos, nitratos, amônia e potássio. Elas estendem o tempo de retenção e eliminam agentes patogênicos, especialmente através de 6

7 processos microbiológicos junto as suas raízes, e da luz solar Tanques de Peixes: São tanques com profundidade entre 1,5 a 2 metros, para a produção de diversas espécies de peixes. Ate sete variedades de peixes e crustáceos crescem nos tanques e o maior volume de água também estende o tempo de retenção no sistema. a) as algas que vem do tanque de sedimentação/oxigenação são consumidas pelos peixes e zooplancton; b) diferentes peixes vivem em diferentes níveis tróficos, isto e, a diferentes profundidades e com diferentes fontes de alimentos; c) os peixes produzem dejetos que são mineralizados e servem como nutrientes para as macrófitas; d) a DBO e reduzida através de microorganismos e fotossíntese; e) o material orgânico é mineralizado; f) agentes patogênicos são eliminados pela luz do sol, tempo de retenção e processos microorganicos Ferti -irrigação: Distribuição do efluente no solo em valas de pouca profundidade permitindo o uso da água e dos nutrientes pelas plantas através de suas raízes Tratamento do biogás: Como subprodutos da decomposição anaeróbia Biodigestor têm-se a formação de vários gases, como por exemplo: gás carbônico (CO2), gás sulfídrico (H2S) e gás metano (CH4), sendo este último, altamente inflamável. Devido às características intrínsecas de cada gás, promove-se o reaproveitamento por queima direta em fogões utilizados por moradores da comunidade local. Existe ainda a possibilidade de reuso do biogás como fonte de energia, devido ao seu elevado poder calorífico. 7

8 Resp. Técnico > Arquiteto Jorge Fernando G. Pires REFERÊNCIAS: Convenio para construção de 8 Biossistemas em diversas comunidades > 4800 habitantes Projeto para os CEAMB das Estações Biológicas de Guaxindiba e Guaratiba Projeto BSI para a Fazenda Viveiros (Comperj). Premio Seleção de Projeto e Implantação de BSI em diversas comunidades. A empresa recebeu o prêmio Furnas Ouro Azul Participação no Projeto e implantação da maior Wethand do Brasil na ETE de Araruama. Projeto de Biodigestores para tratamento de lodo Projeto e assessoria para implantação de um BSI no Bairro dos Morros Votorantim - SP Projeto e assessoria para o saneamento ambiental do Centro de Treinamento Aquaviário Teresópolis. Projeto e Implantação BSI para o saneamento do Hotel com 45 apartamentos- Santa Branca - SP. Projeto e Implantação de BSI em diversas comunidades do projeto Produtores de Água e Floresta - Lídice Projeto, implantação e capacitação para implantação de diversos BSI, em comunidades e acampamentos no Haiti - atendendo a aproximadamente 300 mil pessoas. Projeto e assessoria para o saneamento ambiental de Condomínio Ecológico com 124 residências Tinguá 8