processos aeróbios de tratamento de efluentes líquidos
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Processos Aeróbios de Processos Aeróbios de Tratamento de Efluentes Tratamento de Efluentes
LíquidosLíquidos
IntroduçãoIntrodução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Os processos biológicos de tratamento de águas residuárias são protótipos artificiais, compactos e concentrados de processos naturais de depuração.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
A remoção e a degradação de poluentes orgânicos presentes nos efluentes pode ser feita empregando-se comunidades microbianas heterogêneas com predominância de bactérias.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
De maneira genérica, os microrganismos presentes em reatores aeróbios podem ser classificados, em dois grandes grupos:I. os decompositoresII. os consumidores
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
BACTÉRIAS
As bactérias são os microrganismos mais importantes na decomposição da matéria orgânica carbonácea e reciclagem de nutrientes.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoTabela 01 - Grupos metabólicos de bactérias envolvidas Tabela 01 - Grupos metabólicos de bactérias envolvidas no processo de tratamento de efluentes.no processo de tratamento de efluentes. Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Formação dos flocos biológicos
O floco biológico produzido nos sistemas de lodos ativados consiste de uma estrutura heterogênea, composta principalmente, por microrganismos, dentre os quais: bactérias, protozoários, fungos e alguns micrometazoários como os rotíferos, pequenos vermes, tardígrados e até mesmo larvas de insetos.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Estrutura dos flocos biológicos
Macroestrutura
Microestrutura
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoTabela 2 - Causas e efeitos de problemas relacionados à Tabela 2 - Causas e efeitos de problemas relacionados à formação dos flocos em sistemas de lodos ativados.formação dos flocos em sistemas de lodos ativados. Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
FUNGOS
Não são habitantes frequentes, mas seu desenvolvimento pode ser estimulado se prevalecerem condições como: pH próximo de 5, presença de grande quantidade de carboidratos e deficiência de nutrientes.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoIntrodução
Figura 1. Esquema da respiração aeróbia: fluxo de carbono e fluxo de elétrons.
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
O crescimento microbiano se traduz, do ponto de vista prático, pela excessiva produção de biomassa ou lodo biológico, o que vem se constituindo em problema para esses processos devido aos custos de manuseio e à dificuldade de encontrar destinos adequados para esse material.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Nas condições adversas de um sistema de tratamento, muitas espécies bacterianas produzem cápsulas, que se constituem de camadas de exopolímeros excretados pelas células, que facilitam a adesão a superfícies suportes ou a outras células, além de se constituírem em barreira protetora para as bactérias em ambientes hostis.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 2. Representação esquemática da formação de cápsula e agregação microbiana para a formação de aglomerados: flocos e filmes.
Introdução
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoFigura 3. Etapas envolvidas na remoção de poluentes da fase Figura 3. Etapas envolvidas na remoção de poluentes da fase aquosa (a) e posterior biodegradação por via aeróbia (b).aquosa (a) e posterior biodegradação por via aeróbia (b).
Etapas do processo de biodegradação
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoTipos de biorreatores empregados
Biomassa FixaBiomassa Fixa
Suporte Fixo Suporte Móvel
Leito Expandido
Leito Fluidizado
RBC
Air-Lift
Leito de Percolação
Leito Submerso
MBR
Lagoa Aerada
Lodo Ativado
MBR com módulo interno ou externo
Poços Profundos
Air-Lift
Biomassa em Biomassa em SuspensãoSuspensão
Reatores com Reatores com Biomassa em SuspensãoBiomassa em Suspensão
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Lodos ativados é o processo biológico de tratamento mais difundido.
Constituído por: um tanque de aeração um sedimentador
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 4. Esquema do processo de lodos ativados
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Pode ser operado em três faixas da carga (kgDB05/kgSSV.dia):
Forte carga (1 – 5)Convencional (0,2 – 0,5)Aeração prolongada (0,05 – 0,15)
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
O principais parâmetros operacionais:
Carga orgânica aplicada ou relação A/M
(kgDB05 ou DQO/kgSSV.dia)
Q = vazão de efluente a ser tratadaSa= DBO5 ou DQO do afluente ao processoV = capacidade do tanque de aeraçãoXe = concentração de biomassa no tanque de aeração, expressa como SSV
O processo de lodos ativados
./.a
e
Q SA MV X
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Carga volumétrica aplicada
(kgDB05 ou DQO/m3.dia)
Q = vazão de efluente a ser tratadaSa= DBO5 ou DQO do afluente ao processoV = capacidade do tanque de aeração
O processo de lodos ativados
. aV
Q SCV
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Idade do lodo ou tempo médio de retenção microbiana
(1/m3)
Xu = concentração de biomassa na saída de fundo do sedimentador,
expressa como SSVw = vazão de descarte de lodo
O processo de lodos ativados
.
.u
ce
w XV X
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
O lodo ativado apresenta um tipo de sedimentação denominada zonal.
Os sólidos sedimentam conjuntamente, formando uma interface nítida com o líquido clarificado.
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 5. O teste de sedimentação do lodo em proveta.
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 6. Curva típica de variação da altura da interface com o tempo no teste de sedimentabilidade do lodo: 1) região de velocidade de sedimentação constante 2) região de transição (velocidade
variável) 3) região de compactação
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Assim, se Xe for a concentração de sólidos na amostra e Vp o volume de líquido na proveta, pode-se escrever:
Xe é expresso como Sólidos Totais ou Sólidos Voláteis em Suspensão (SST ou SSV)
IVL é expresso em mL/g
O processo de lodos ativados
30
.e p
VIVL
X V
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Faixas de Índice Volumétrico do Lodo (IVL) recomendadas:
O processo de lodos ativados
Faixa de IVL (mL/g) Autores
40 – 150 Jordão e Pessoa, 1995
50 – 150 Bitton, 1994
< 80 IWPC,1987
80 – 120 Jenkins et al., 1993
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Uma questão que pode ser colocada é a seguinte: será a sedimentabilidade afetada pelas condições de operação do processo de lodos ativados?
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Condições de operação do processo de lodos ativados - Fontes (Roques, 1980 e WEF,1996)
O processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Valos de Oxidação
Trata-se de um sistema de tratamento desenvolvido na Europa, originalmente para atender as necessidades de saneamento de pequenas comunidades (menos de 50.000 habitantes).
Variantes do processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 6. Ilustração esquemática de um vaIo de oxidação.
Variantes do processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
SBR - "Sequencing Batch Reactor"
Essa vertente operacional vem ganhando difusão para o tratamento de esgotos de pequenas comunidades e de efluentes industriais produzidos em pequena quantidade.
Variantes do processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 7. Ciclo operacional de um SBR - a) enchimento, b) reação - fase aeróbia, c) sedimentação, d) drenagem do sobrenadante
Variantes do processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Estabilização por Contato ("Contact Stabilization")
É uma variante interessante do processo de lodos ativados e baseia-se na capacidade de adsorção dos aglomerados microbianos, que é intensificada quando o lodo é submetido a um longo período de aeração.
Variantes do processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 8. Representação esquemática do processo de Estabilização por Contato
Variantes do processo de lodos ativados
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Lagoas Aeróbias
Podem ser conceituadas como tanques agitados que operam com biomassa em suspensão.
A não disponibilidade de recirculação da biomassa, tal como ocorre no processo de lodos ativados, resulta em concentrações muito menores de sólidos em suspensão (50 a 300 mg/L).
Lagoas aeradas agitadas
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Para esgotos domésticos, em geral, tempos de retenção maiores do que 4 dias não promovem incremento na qualidade do efluente tratado (Jordão e Pessoa,1995).
Lagoas aeradas agitadas
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Para efluentes industriais os tempos podem ser muito maiores. Grady e Lim (1980) compilaram dados operacionais de diversas lagoas e revelaram tempos de retenção hidráulica variando de 0,7 a 17 dias, alturas de líquido de 1,5 a 5 m.
Lagoas aeradas agitadas
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 9. Representação esquemática de uma lagoa aerada agitada
Lagoas aeradas agitadas
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Poço Profundo
O reator do tipo poço profundo pode atingir até 150m de profundidade.
As pressões alcançadas nas camadas mais profundas de líquido contribuem para aumentar a eficiência de transferência de oxigênio.
Outros tipos de reatores com biomassa em suspensão
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoOutros tipos de reatores com biomassa em suspensão
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Air-lift
Os reatores do tipo "air-lift" têm sido objeto de investigação acadêmica, entretanto, poucas instalações industriais estão em funcionamento.
Esses reatores podem conter partículas em suspensão para a adesão microbiana, operando, neste caso, como um reator de biomassa fixa a suporte móvel (Campos et aI., 2002).
Outros tipos de reatores com biomassa em suspensão
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoOutros tipos de reatores com biomassa em suspensão
Reatores com Reatores com Biomassa FixaBiomassa Fixa
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
O princípio de funcionamento dos reatores com biofilme é a retenção de uma comunidade microbiana diversificada e ativa no seu interior.
Reatores com biomassa fixa
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Filtros biológicos ("tricking filters")
Não promovem uma filtração, propriamente dita, mas sim adsorção e biodegradação dos poluentes presentes na fase aquosa.
Os filtros biológicos são, pois, reatores com biomassa aderente a suporte, sobre a qual percola o efluente a ser tratado
Filtros biológicos
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 11. Esquema de um filtro biológico.
Filtros biológicos
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Biodiscos (RBC)
Esses sistemas podem ser constituídos de discos de 2 a 3,5m de diâmetro, 1,5 a 2cm de espessura e espaçados de cerca de 2cm.
A pilha de biodiscos é montada num eixo central, que é movimentado mecanicamente com velocidades de rotação de 1 a 2rpm.
Biodiscos
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 12. Esquema de um biodisco.
Biodiscos
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Leitos Fixos Submersos Aerados
Os reatores de leito submerso têm capacidade de assimilar flutuações de vazão e carga orgânica e podem ser aplicados ao tratamento de efluentes que não são gerados nos fins de semana ou em algumas horas do dia, como sugerido por Rusten et aI. (1983).
Leito Submerso
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 13. Esquema de um leito fixo submerso.
Leito Submerso
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Reatores de Leito Expandido
O termo leito expandido compreende os casos em que também ocorre a chamada fluidização uniforme.
Leito Expandido
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 14. Esquema de um reator de leito expandido.
Leito Expandido
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Biorreatores com membranas (MBR)
Consistem de reatores com biomassa em suspensão e unidade com membranas para a separação de sólidos, promovendo, assim, de modo concomitante, a biodegradação dos poluentes e a separação dos sólidos.
Reator Com Membrana
Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 15. Esquema de um reator com membrana – a) interno; b) externo
Reator Com Membrana
Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoReator Com Membrana
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