TRATAMENTO BIOLÓGICO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

TRATAMENTO BIOLÓGICO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS Partida, Operação, Controle de Processo e Análise de Problemas Operacionais APRESENTADOR: 1. Eng. Luiz Fernando Matusaki

Objetivos: Processo Biológico oxidar a matéria orgânica através da atividade dos microorganismos Condições ótimas: ph (6,5 a 8,5) Temperatura (< 40 oc) Ausência de metais pesados e substâncias tóxicas Vazão contínua Nutrientes

Processos Anaeróbicos Efluentes com DQO elevadas (> 10.000 mg/l) Eficiências de 40 a 85 % de remoção de DQO Reações mais lentas Processo mais sensíveis à variações de carga e vazões Menor geração de lodo

Processos Anaeróbicos Lagoas anaeróbias

Processos Anaeróbicos reatores de fluxo ascendente (UASB) Saída de Gás Efluente Tratado Efluente Bruto Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)

Processos Aeróbicos Maiores eficiências de remoção de DBO/DQO ( > 90 %) Maior geração de lodo em relação ao anaeróbico Processo mais estável Utilizados principalmente em casos em que se requer reuso

Processos Aeróbicos Lagoas Aeradas Lodos Ativados por Batelada (LAB) Lodos Ativados convencional (aeração + decantador) Lodos Ltivados com flotação (aeração + flotador) Lodos ativados com membranas (MBR)

Processos Aeróbicos Lagoa Aerada

Processos Aeróbicos Lodos Ativados por Batelada (LAB)

Processos Aeróbicos Lodo Ativado convencional (aeração + decantador)

Processos Aeróbicos Lodo Ativado com flotação (aeração + flotador)

Processos Aeróbicos Lodos ativados com membranas (MBR)

Definição do Projeto Caracterização quantitativa e qualitativa Importância de se definir a correta vazão dos efluentes Tipo de Amostragem Simples Composta Proporcional Preservação das amostras Eleição do laboratório Confiabilidade dos resultados Eleição da Concepção

Implantação do Projeto Aquisição dos equipamentos Obras civis Montagem Comissionamento ETE concluída Equipe de operação já contratada Presença de técnicos da montadora/construtora Testes em vazio x carga Testes com Efluente

Partida (Start-up) Requisitos Efetuado comissionamento Encher aeração com água industrial Produtos químicos comprados Laboratório de monitoramento interno montado Avaliar necessidade de aclimatação dos microorganismos Programação do início do descarte de lodo

Operação Lodos Ativados Monitoramentos gerais recomendados Vazão de alimentação (mais contínua possível) Verificar eficiência dos tratamentos primários Remoção de óleos e graxas Remoção de metais pesados Remoção de inibidores Correção do ph

Operação Lodos Ativados Balanceamento de Nutrientes Relação DBO:N:P de 100:5:1 Dosagem de uréia e ácido fosfórico Monitorar residual (nitrogênio NTK de 2 a 5 mg/l e fósforo de 0,1 a 0,3 mg/l) Tanque de Preparação e Bombas Dosadoras

Operação Lodos Ativados Aeração ph no tanque de aeração (ideal de 7,00 a 8,00) Grau de mistura (evitar a decantação de sólidos) Oxigênio dissolvido (mínimo de 2,00 mg/l) Microbiologia Tipos de microorganismos bactérias protozoários pedunculados rotíferos nematóides Microscópio aumento de 300 vezes, no mínimo

Microorganismos

Microorganismos

Controle de Processo Lodos Ativados Parâmetros de Controle Fator F/M F M Q( m3 / d) DBO( mg SSVTA( mg / / L) = [d -1 ] L) Vtae( m3)

Controle de Processo Lodos Ativados Parâmetros de Controle Índice Volumétrico de Lodo (IVL) IVL RS30 = 1000 SSTTA [ml/g]

Controle de Processo Lodos Ativados Parâmetros de Controle Idade do Lodo (vida útil dos microorganismos) esquema 1 IL = Vtae VDD * * SSVtae SSVrec [dias], sistemas com decantador ou flotador Vtae IL = [dias], sistemas MBR esquema 2 VDL Objetivo do descarte de lodo: renovação da população de microorganismos

Atendimento Legislação DBO/DQO de Entrada e Saída Oxigênio Dissolvido Resíduo Sedimentável 60 minutos (RS60 < 1 ml/l) Sólidos Suspensos Totais no Efluente Tratado (SST) ph (5,00 a 9,00) Temperatura (< 40 oc) Nitrogênio amoniacal e Fósforo Demais itens da legislação ambiental estadual e federal

Principais Problemas Operacionais Problemas Mecânicos Equipamentos principais em stand-by Gerador para quedas de energia Manutenções preventivas Peças de responsabilidade em estoque

Principais Problemas Operacionais Problemas na Aeração deficiência de oxigênio (odor e queda de eficiência) mistura inadequada (decantação de sólidos) turbulência elevada (quebra de flocos) ondas espuma identificar tipo de espuma tomar medidas corretivas

Principais Problemas Operacionais Problemas no Decantador Ideal é um efluente final claro e límpido Perda de Sólidos Bulking

Perda de Sólidos (cont.) Causas Problemas nos equipamentos (removedor de lodo, bombas de descarte/reciclo) Medidas Corretivas verificar se o removedor de lodo está funcionado adequadamente verificar se as borrachas raspadoras de fundo estão intactas observar o nivelamento dos vertedores sérieperiférico Sobrecarga hidráulica verificar o valor da velocidade de escoamento superficial. Se for superior a 24 m3/m2/d, poderá haver arraste de lodo. A solução não é tão fácil, pois aumento de área indica a necessidade de construção de novo decantador

Perda de Sólidos Sobrecarga de sólidos - verificar a carga de sólidos da unidade. O valor recomendado é de no máximo 146 kg/m2/d - reduzir o SST na aeração, aumentando o descarte de lodo - reduzir a recirculação de lodo e avaliar comportamento do sistema - utilizar auxiliares de decantação (FeCl3, polímeros, PAC ou Al2(SO4)3). Trata-se de medida paliativa e emergencial - se não houver outra alternativa, aumentar a área de decantação, com a construção de nova unidade

Principais Problemas Operacionais Bulking filamentoso - Presença de microorganismos filamentosos: Baixo OD na aeração Nutrientes em dosagem insuficiente ph fora de faixa Variação de carga orgânica Elevado teor de sulfetos F/M < 0,05 d-1 - Seletores anaeróbicos - Auxiliares de decantação - Choque anaeróbico

Principais Problemas Operacionais Bulking disperso ausência de microorganismos filamentosos: Carga orgânica elevada Aeração excessiva Presença de substâncias tóxicas

Exemplos de problemas

Exemplos de problemas

Exemplo de Tratamento Físico-Químico Gradeamento + Parshall + Elevatória

Exemplo de Tratamento Físico-Químico Equalização

Exemplo de Tratamento Físico-Químico Correção do ph + Coagulação

Exemplo de Tratamento Físico-Químico Flotador

Exemplo de Tratamento Físico-Químico Flotador Concha Raspadora

Exemplo de Tratamento Biológico Aeração Ar Difuso

Exemplo de Tratamento Biológico Flotador

Exemplo de Tratamento Biológico Flotador

Exemplo de Tratamento Biológico Desaguamento de Lodo

Exemplo de Tratamento Biológico Efluente Tratado

Efl. Bruto, Após Primário, Após Biológico

Casos de Reuso Quando a estação for bem operada e as eficiências atingidas forem elevadas, dependendo do caso e do tipo de indústria, o reuso poderá ser possível Exemplos Shopping CenterVale São José dos Campos SP Petrom Petroquímica de Mogi das Cruzes SP Saint- Gobain Abrasivos Igarassu - PE

CenterVale Shopping Inauguração: 28 de Maio de 1987 Área Construída: 102.852,50 m 2 Área Bruta Locável: 46,7 mil m 2 Área do Terreno: 90.559,49 Número de Lojas: 230 Fluxo de Pessoas: 1.200.000/ mês Empreendedores: Ancar Ivanhoe Shopping Center, Real Engenharia e Incorporações e Real Engenharia Investimentos Faturamento Anual: R$ 300.000.000,00

CenterVale Shopping Trata-se de um shopping-center localizado em São José dos Campos SP. Possuía uma estação de tratamento de efluentes líquidos com concepção de lodos ativados. O projeto de adequação englobou as seguintes alterações: Instalação de peneira estática Sistema de correção do ph Substituição do sistema de oxigênio puro por ar difuso Substituição do decantador secundário por flotador por ar dissolvido Instalação de tanque de condicionamento de lodo e filtro-prensa Instalação de filtro de areia/carvão após a ozonização

CenterVale Shopping Foram mantidas as seguintes unidades Tanques de equalização Sistema de ozonização O efluente tratado é reutilizado em: vasos sanitários irrigação das áreas verdes A capacidade do sistema de tratamento é de 15 m 3 /h Investimento: R$ 200.000,00

CenterVale Shopping Peneira Estática Equalização e Aeração

CenterVale Shopping Flotador Filtro-Prensa

CenterVale Shopping Filtro-Prensa Torta

COMPARATIVO ENTRADA E SAÍDA DA ETE Entrada: Esgoto Bruto Água Tratada

CenterVale - Tratamento e reuso da água DBO bruta 700 mg/l / DBO tratada < 5 mg/l Retorno do investimento pela economia de água e esgoto: 10 meses

PONTOS DE REUSO DA ÁGUA IRRIGAÇÃO DE JARDIM

Reciclagem do óleo comestível Todo o óleo utilizado nos restaurantes do CenterVale Shopping é coletado e reciclado, reduzindo entupimentos na rede de esgoto e proliferação de insetos, evitando a poluição de rios e córregos

Petrom - Tratamento e reuso da água Tratamento Primário (flotação para remoção de óleos e graxas) Primeiro estágio biológico (aeração + flotador) Segundo estágio biológico (MBR) Centrífuga Investimento: R$ 5.200.000,00 (2007) DBObruta 1.200 mg/l / DBOtratada < 10 mg/l

ÁREA TOTAL 400.000 m² ÁREA CONSTRUÍDA 25.000 m² FUNCIONÁRIOSE COLABORADORES Aprox. 200

Produtos e Capacidade Produtiva ANIDRIDO FTÁLICO 82.000 TON/ANO Estabilizantes de PVC, Fenolftaleína, Secantes p/ tinta, Aromatizantes e Corantes PLASTIFICANTES 108.000 TON/ANO Mangueiras, Calçados, Brinquedos, Fios e cabos ÁCIDO FUMÁRICO: - TÉCNICO 4.000 TON/ANO - FEED GRADE Resinas, Adesivos, Inseticidas, Fungicidas

Estação de Tratamento de Efluentes Inicialmente haviam duas estações de tratamento, sendo uma para o efluente industrial e outra para o efluente sanitário, ambas com a concepção do sistema de valo de oxidação. Havia um projeto de adequação que encontrava-se paralisado visando tratar os dois efluentes em conjunto. O projeto de adequação aproveitou as unidades existentes e foi direcionado para o atendimento legal do limite de 10 mg/l de DBO para o efluente tratado, exigido pela Cetesb. A concepção do novo sistema possui: Tratamento físico-químico (remoção de plastificante) Tratamento biológico (lodo ativado com flotação) Polimento por membranas (MBR)

Estação de Tratamento de Efluentes As unidades do tratamento são: Peneira estática (esgoto sanitário) Tanque de equalização do efluente industrial Tanques de neutralização e coagulação Flotador primário Tanque de equalização do efluente industrial após físico-químico Tanque de aeração Flotador biológico Tanque de membranas (MBR) Tanque de Lodo Centrífuga Investimento: R$ 5.200.000,00 (2007) Vazão: 10 m3/h

- Área Ocupada: 1.150 m 2 - Capacidade Total do Sistema: 240 m 3 /dia Estação de Tratamento de Efluentes - Vazão de Tratamento Atual: 120 m 3 /dia ( 100 m 3/ dia efluente industrial e 20 m 3 /dia de esgoto sanitário)

Tanques de Equalização O tratamento físico-químico é iniciado quando o efluente industrial é transferido da Unidade de Produção de Plastificantes para o tanque de equalização. Sua homogeneização e mistura é efetuada através de um sistema de recirculação através de bombas.

Tanques de Tanques Neutralização de e de Adição e Coagulação de Polieletrólito O efluente equalizado é transferido para o tanque de neutralização onde é dosada Soda Cáustica a fim de se promover a correção do ph dos efluentes na faixa de 4 a 6. Em seguida, é adicionado polímero que promove a coagulação dos efluentes.

Flotador Primário Esta unidade foi projetada para promover a remoção das partículas oleosas e sólidos suspensos. No flotador o ar comprimido é dissolvido juntamente com o efluente proveniente do Tanque de Coagulação. No interior do flotador ocorre o surgimento de microbolhas de ar que arrastam as partículas oleosas e os sólidos em suspensão para a superfície do equipamento. Através de um removedor de superfície, o produto suspenso é coletado e enviado, por gravidade, para o tanque intermediário e reutilizado na Unidade de Plastificantes e o efluente clarificado é enviado, por gravidade, para o tanque de equalização para alimentação do tratamento biológico.

O ph de saída do tratamento físico-químico varia de 4 a 6. Assim, é necessária a correção até a faixa de 7 a 8,5 ideal para o tratamento biológico. A correção é automática, com a dosagem em linha de Soda Cáustica. Na aeração são reunidos os efluentes industriais pré-tratados com o ph corrigido e os esgotos sanitários. Esse tanque é dividido em três células de mesmo volume, cada uma com capacidade de 500 m 3, totalizando 1.500 m 3. A profundidade útil do tanque é de 6,00 metros. A aeração é realizada será através de difusores de ar comprimido do tipo membrana de bolhas finas. O Oxigênio é gerado por três sopradores instalados e sua vazão controlada por medidores de Oxigênio Dissolvido no interior de cada célula. Para um melhor controle do processo e economia de energia todos os motores elétricos possuem inversores de frequência. Tratamento Biológico

Flotador Secundário Esta unidade tem a função de clarificar o efluente proveniente dos tanques de aeração assim como promover o adensamento do lodo biológico, sendo necessária dosagem de polímero. O lodo biológico adensado é encaminhado a um tanque de acúmulo para posterior reciclo à aeração e recalque ao tanque de descarte de lodo para desaguamento em centrífuga. O efluente clarificado do flotador é encaminhado, por gravidade, para o tanque de tratamento por membranas para polimento final do efluente.

Tanque de Acúmulo de Lodo

Tanque de Tratamento por Membranas O objetivo deste segundo estágio de aeração é efetuar o polimento final do efluente de modo a enquadrá-lo aos padrões de qualidade do corpo receptor. A clarificação do efluente é dada pela membranas de ultrafiltração o que garante uma qualidade excelente ao efluente final. A remoção de bactérias e vírus através da filtração produz um efluente final desinfectado, sendo possível a sua utilização em muitas aplicações industriais. A utilização de um processo de Ultrafiltração serve como uma barreira física que não permite a passagem e escape de sólidos para o efluente final. Assim o processo é mais estável e seguro do que os sistemas de lodos ativados convencionais. O efluente final será encaminhado diretamente para utilização como água de reposição em torres de resfriamento.

Tanque de Tratamento por Membranas

Água Tratada

Nesta unidade são desaguados os lodos biológico dos dois estágios de aeração (tratamento biológico e tanque de membranas) que são reunidos no tanque de descarte de lodo. O condicionamento do lodo será feito através da adição de polímero na linha de alimentação da centrífuga. O lodo desaguado é armazenado em caçamba metálica até sua destinação final que será para coprocessamento. O clarificado é enviado, por gravidade, para o tanque de equalização do processo físico-químico para posterior recalque ao tanque de aeração. Desaguamento do Lodo

Automação

Reuso de Água Tratada Objetivo: Reuso: Make up das Torres de Resfriamento Vazão de Make-Up: 550 m3/dia Vazão da água tratada: 144 m3/dia Justificativa: Efluente zero: não haverá lançamento de efluente no corpo receptor Não há necessidade de tratamento complementar Baixa carga orgânica A água encontra-se desinfectada Turbidez reduzida ph neutro

Monitoramento Local DQO DBO SST SSV OG Fenol Efluente Bruto 3.740 64 2,7 Efluente Equalizado 3.370 39 Efluente Doméstico 272 58 Flotador 74 Membranas (água tratada) 19 9 3 0,003 Reator 1 2.684 2.090 Reator 2 2.625 2.245 Reator 3 Membrana (efluente) 9.634 6.937 Retorno Lodo 17.020 Unidades: mg/l

Saint-Gobain Abrasivos Unidade de Igarassu - PE O projeto de adequação englobou as seguintes alterações: Tratamento primário (2004) Segundo estágio de aeração com: Tanque de Anoxia Tanque de Aeração com Membranas (MBR) Objetivos: Redução de nitrogênio amoniacal para valores < 20 mg/l Redução da DQO residual Investimento no MBR: R$ 800.000,00 (2011) Vazão: 2,00 m3/h

Saint-Gobain Abrasivos Atualmente o efluente vem sendo reutilizado para fabricação de colas e limpeza de equipamentos Partida: dezembro/2011

Resultados: Saint-Gobain Abrasivos N-amoniacal < 5 mg/l DQO < 300 mg/l (DQO bruto 30.000 mg/l) DBO < 10 mg/l

FIM

Controle de Processo Esgotos Aerador SST 3.000 a 5.000 mg/l 1,8 a 6,0 m TR = 3 a 14 d Lodo Ativado Descarte/ Reuso Decantador ou Flotador Reciclo Descarte Aterro/ Compostagem

Controle de Processo Esgotos Aerador SST 10.000 a 20.000 mg/l 4,00 a 7,0 m TR = 1 a 3 d Descarte Reuso Lodos Ativados por Membranas MBR Descarte Aterro Compostagem