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Processos Aeróbios de Processos Aeróbios de Tratamento de Efluentes Tratamento de Efluentes
LíquidosLíquidos
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IntroduçãoIntrodução
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Estrutura dos flocos biológicos
Macroestrutura
Microestrutura
Introdução
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoIntrodução
Figura 1. Esquema da respiração aeróbia: fluxo de carbono e fluxo de elétrons.
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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
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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
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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
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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
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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
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Reatores com Reatores com Biomassa em SuspensãoBiomassa em Suspensão
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 4. Esquema do processo de lodos ativados
O processo de lodos ativados
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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
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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
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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
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 5. O teste de sedimentação do lodo em proveta.
O processo de lodos ativados
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 6. Ilustração esquemática de um vaIo de oxidação.
Variantes do processo de lodos ativados
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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
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 8. Representação esquemática do processo de Estabilização por Contato
Variantes do processo de lodos ativados
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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
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 9. Representação esquemática de uma lagoa aerada agitada
Lagoas aeradas agitadas
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoOutros tipos de reatores com biomassa em suspensão
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
IntroduçãoOutros tipos de reatores com biomassa em suspensão
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Reatores com Reatores com Biomassa FixaBiomassa Fixa
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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
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 11. Esquema de um filtro biológico.
Filtros biológicos
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 12. Esquema de um biodisco.
Biodiscos
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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
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Reatores e ProcessosReatores e Processos
Introdução
Figura 13. Esquema de um leito fixo submerso.
Leito Submerso
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Introdução
Reatores de Leito Expandido
O termo leito expandido compreende os casos em que também ocorre a chamada fluidização uniforme.
Leito Expandido
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Introdução
Figura 14. Esquema de um reator de leito expandido.
Leito Expandido
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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
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Introdução
Figura 15. Esquema de um reator com membrana – a) interno; b) externo
Reator Com Membrana
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IntroduçãoReator Com Membrana