(tratamento secundÁrio

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Tratamento de Efluentes Líquidos

TRATAMENTO SECUNDÁRIO1444 – Introdução à Engenharia Ambiental

Mara Heloisa N. Olsen Scaliante

Classificação das Operações Bioquímicas

Operações Físicas Preliminares

Sedimentação

Operações Bioquímicas

Operação unitárias“ sedimentação”

Tratamento adicional

Efluente tratado

Tratamento adicional

Mistura, homogeinização

Operação Bioquímica

Disposição final

Resíduo estável e biomassa

MOI biomassa

Thickening and dewatering

Resíduo estável e biomassa

Disposiçãofinal

Efluente a tratar

Lodo primário

Reciclo

(opcional)

Lodo MOI, biomassa

secundáriooverflow

MOS MOI MIS MII

MOS MOI MIS

MOS MOI MIS

MOS MOI MIS biomassa

Grady et al (1999)

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Quando Empregar?

Necessidade de remoção da matéria orgânica dissolvida e de uma parcela maior de sólidos em suspensão não

sedimentáveis, de forma a se obter um efluente de baixa concentração de matéria orgânica, praticamente isento de sólidos

em suspensão, com pH próximo a neutralidade e temperatura ambiente.

Classificação para oxidações biológicas...

Tratamento Secundário

Aeróbios Anaeróbios

São processos que só acontecemna presença de oxigênio livre,sendo o oxigênio dissolvido oprincipal aceptor de elétrons (4e- +4H+ + O2 → H2O). Osmicrorganismos que podemsobreviver só na presença deoxigênio dissolvido são aeróbiosforçados.

São processos que acontecemapenas na ausência de oxigênio.No processo de conversão damatéria orgânica em condições deausência de oxigênio, sãoutilizados como terminaisaceptores de elétrons compostosorgânicos como SO4 (8e- + 8H+ +SO4

- → S-2 + 4H2O) e o CO2.

Facultativos

Os microrganismos nestesprocessos são independentesda presença ou não de oxigêniodissolvido (microrganismosfacultativos).

Anóxicos

Microrganismos commetabolismo respirativoque utilizam compostosinorgânicos: nitritos enitratos (5e- + 6H+ + NO3

-

→ 1/2N2 + 3H2O)

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Aplicações do tratamento biológico

� Remoção da matéria orgânica do elfuente (colóides e orgânicos dissolvidos);

� Oxidação do nitrogênio da amônia até nitritos e nitratos (nitrificação);

� Conversão dos nitratos em nitrogênio gasoso (desnitrificação);

� Remoção de fósforo;� Estabilização de lodos orgânicos.

Principais microrganismos atuantes na estabilização da matéria orgânica

As bactérias requerempara seu metabolismo:

�Fonte de energia;�Carbono para síntese denovo material celular;�Nutrientes

OBS: chama-se de substrato ocarbono e os nutrientes juntos.

anabólico

Metabolismocatabólico

A remoção da matériaorgânica originária dosesgotos ocorre através docatabolismo. 2 tipos deinteresse: oxidativo e ofermentativo. O processo desíntese celular ocorre atravésdo anabolismo.

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PRINCIPAIS SISTEMAS DE TRATAMENTO SECUNDÁRIO

Processos Biológicos Aeróbios

É comum dividí-los em dois grupos:

� Biomassa em suspensão, na forma de flocos microbianos ou

� Biomassa em meio fixo, na forma debiofilme ou biomassa aderida.

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Tipos de biorreatores empregados nos tratamentos aeróbios de efluentes

Processos Aeróbios de Tratamento de Efluentes

Biofilme

Biomassa Fixa

Suporte Móvel

Suporte Fixo

Biodisco “Air-Laft” Leito Fluidizado

Leito Submerso

Filtro Biológico

“MABR”

Biomassa em Suspensão

Suporte Fixo

Lagoas de Estabilização

Floco Microbiano

Aglomerados Microbianos

Morfologia da Biomassa

• Biomassa em Suspensão – os microrganismosresponsáveis pela degradação da DBO são mantidosem suspensão no líquido na forma de flocos.

• Biomassa Fixa - os microrganismos responsáveispela degradação da DBO estão fixos em um suporteinerte, tais como, rochas, materiais plásticos oucerâmicos, na forma de biofilmes.

Evidentemente a segregação suspensa-fixa não é absoluta, pois sempre há flocos em suspensão nos reatores com biomassa fixa e sempre há biofilmes

(na parede) nos reatores com biomassa em suspensão

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Formas do Aglomerado, Microbianos e Suportes

Representação Esquemática da estabilização biológica do efluente na

camada de biofilme

Suporte Fixo

Suporte Móvel

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rotíferos

tecameba

Ciliados sésseis

Ciliados sésseis

flagelados Larva de Nematódio

Ciliado rastejante

Microcrafia do lodo fixo Ciliado natante

Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa em Suspensão

� Lodos ativados Convencional– Compreende 2 unidades: reator biológico

(tanque de aeração) e o decantadorsecundário;

– A concentração de biomassa é bastanteelevada, devido a recirculação do lodosedimentado no decantador;

– O fornecimento de oxigênio é feito poraeradores mecânicos ou por ar difuso

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� Lodos ativados

Tanque de aeração

ITanque de

sedimentação II

Recirculação do lodo Descarte do excesso

de lodo

Efluente tratadoEfluente + lodoAfluente

Vista geral

Processo lodos ativados

Decantador secundário

Espessadores de Lodo

Processo lodos ativados

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� Lagoas de Estabilização– Na sua forma mais simples, são grandes

bacias térreas que operam com biomassa em suspensão;

– Há decomposição da matéria orgânica pela ação de bactérias aeróbias ou anaeróbias e/ou fotossíntese das algas;

– As lagoas podem ser de vários tipos:facultativa, estritamente aeróbias, dematuração, de polimento e com macrófitas.

Lagoas de estabilização de dejetos suínos Tratamento de esgotos - Lagoas de estabilização

Lagoas de estabilização em escala piloto ETE - Joaçaba

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� Lagoas Aeradas– São bacias de grande volume onde o

suprimento de O 2 é realizado artificialmente por meio de unidades mecânicas de aeração (aeradores de superfície), porém, não há reciclo de lodo biológico.

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� Biorreator a Membrana (MBR)– Há combinação da biodegradação dos poluentes do

efluente com a separação do lodo biológico pelafiltração em membranas de micro e ultrafiltração,gerando um efluente tratado com baixas concentraçõesde sólidos; a biomassa é retida pelas membranas epode ser drenada do meio reacional quando necessária.

Sistema de microfiltração para polimento de

efluentes

Unidade piloto industrial de microfiltração módulo e tanques

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Módulo de Membranas

Submerso no Tanque de Aeração

Módulo de Membranas

externo ao Tanque de Aeração

Processos Biológicos Aeróbios com Biomassa Fixa - Suporte Fixo

� Filtro Biológico– O reator possui um leito interno (pedras ou materia l

plástico) para crescimento da biomassa na forma de biofilme;

– O efluente percola pelo tanque e a matéria orgânica fica retida no biofilme para ser biodegradada;

– Os espaços livres permitem a circulação de ar.

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cerâmica

Características:-Dezenas de vezes mais superfície porosa do que mídiascerâmicas comuns- 1000 ml trata até 250 litros de água- Perfeito para ser utilizado em filtros tipo hang on, canisterou internos;- É feito de vidro sinterizado por isso dura muito mais quemídias cerâmicas comuns;- Embalagem de 1 litro ( 1000 ml );- Contêm elementos estáveis e benéficos como óxido decálcio, magnésio, potássio e sódio que ajudam a criar umambiente ideal para a colonização bacteriana.

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O filtro biológico mede 6 X 7 metros, com 1metro de profundidade e tem camadas depedras, areia e argila. Na areia do filtrotem plantas da água como taboa, lírio deágua, etc. Estas plantas têm canais nasraízes para levar o oxigênio até o ponto daraiz. Com esse oxigênio dentro do filtro deareia se facilita o crescimento de bactériase fungos que gostam do oxigênio e fazema limpeza perfeita da água do esgoto.Então, o bom funcionamento do filtrodepende dessas plantas.

Vista geral do filtro biológico percolador compartimentado

e dos decantadores secundários associados a

cada compartimento.

Vista superior dos compartimentos do filtro

biológico percolador preenchidos com diferentes meios

suportes, bem como do distribuidor rotativo.

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� Leito Submerso– É constituído por um tanque preenchido com

material poroso e submerso para crescimento de biomassa aderida;

– O ar e o efluente fluem continuamente em contracorrente pelo meio poroso.


� “Membrane Aerated Bioreactor” (MABR)– O biofilme cresce em uma membrana

permeável a gás submersa no efluente;– É introduzido oxigênio no interior das

membrans e difunde pelos poros damembrana para a base do biofilme.

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� Reatores Biológicos de Contacto (RBC)– A biomassa cresce aderida a um meio suporte,

o qual é constituído por discos;– Os discos parcialmente imersos no líquido,

giram, ora expondo a superfície ao líquido, oraao ar.

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Sdfasdfsdf

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� “Air Lift”Consistem de uma coluna

líquida com duas seçõesdistintas das quais somenteuma é adicionada de gás. Asdiferentes retenções de gás nasseções aerada e não aeradaresultam em diferentesdensidades nestas áreas,ocasionando a circulação dofluido no reator

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� Leito Fluidizado– É caracterizado por trabalhar com 3 fases móveis no

reator: o suporte para crescimento da biomassa, olíquido e o ar;

– Uma grande quande quantidade de material suporte émantida em suspensão, por ação do ar ou de agitaçãomecânica, num tanque de geometria retangular oucilíndrica;

– Como se tem uma significativa área para adesãomicrobiana (suportes), permite-se aumentar aconcentração de biomassa no reator.

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Processos Biológicos Anaeróbios

� Principal atuação na digestão de certos despejos industriais de elevada carga orgânica (em geral < 1.000 mg/L de DBO) e lodos concentrados de ETE;

� Os microrganismos atuantes são facultativos (etapa de hidrolisação e fermentação) e anaeróbios (conversão dos ácidos orgânicos);

� Instalados em indústrias de cerveja e refrigerantes, processamento de alimentos, plantas de celulose e papel, destilarias e outras;

Processos Biológicos Anaeróbios

� Substâncias presentes em efluentes industriais, tais como fenóis, compostos de enxofre, taninos, etc., podem inibir o metabolismo das bactérias metanogênicas;

� Assim como os reatores aeróbios, podem ser divididos em 2 categorias, com biomassa fixa ou em suspensão, conforme suas estratégias operacionais.

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Esquema Simplificado de Digestão Anaeróbia

Reatores Anaeróbios em Geral

Principais Vantagens� Razoável eficiência na remoção de

CBO;� Baixos requisitos de área;� Baixos custos de implantação e

operação;� Tolerância a afluentes bem

concentrados em M. O.;� Reduzido consumo de energia;� Possibilidade do uso energético do

biogás;� Baixíssima produção de lodo;� Estabilização do lodo no próprio

reator;� Rápido início após períodos de

paralização.

Desvantagens� Dificuldade em satisfazer padrões de

lançamento restritivos;� Baixa eficiência na remoção de

coliformes;� Remoção de N e P praticamente nula;� Possibilidade de geração de efluente

com aspecto desagradável;� Possibilidade de geração de maus

odores;� A partido do processo é geralmente

lenta;� Relativamente sensível a variações de

carga e compostos tóxicos;� Usualmente necessita pós-tratamento.

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Tipos de biorreatores empregados nos tratamentos anaeróbios de efluentes

Processos Anaeróbios de Tratamento de Efluentes

Biofilme

Biomassa Fixa

Suporte Móvel

Suporte Fixo

Leito Fluidizado

Leito Expandido

Filtro anaeróbio de fluxo

ascendente

Filtro anaeróbio de fluxo

descendente

Biomassa em Suspensão

EGSB UASB

Floco ou granulos

Processos Biológicos Anaeróbios – Biomassa em suspensão

� UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)– Seu princípio está baseado no crescimento da biomassa

dispersa no meio formando grânulos com 0,5 a 2,0 mmde diâmetro;

– A concentração de biomassa no reator é bastanteelevada, justificando a denominação “manta de lodo”;

– A biomassa é impedida de sair do sistema por umaestrutura no topo do reator que possibilita as funçõesde separação e acúmulo de gás e de separação eretorno da biomassa;

– É aplicado para efluentes com altíssimas concentraçõesde matéria orgânica.

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biogás

efluente

Captação de gás

Leito de lodo

Bolhas de gás

Lodo granular

afluente

baffles

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reactor anaerobio UASB, montaje escala laboratorio, lodo granular. Abajo: microscopía electrónica de barrido de un gránulo, FISH lodo granular, FISH biopelícula anerobia.

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� EGSB(Expanded Granular Sludge Bed)– Uma variação do UASB, a diferença está na aplicação de

uma taxa de vazão de efluente mais alta;– O aumento de fluxo permite uma expansão parcial do

leito de lodo, melhorando o contato lodo-efluente;– A variação de fluxo leva a utilização de reatores mais

altos e/ou a realização de reciclo do efluente;– Apropriado para efluentes que possuam entre 1 e 2 g/L

como DQO.

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Leito de lodo granular expandido

Sistema de distribuição do efluente

Espaçõ coletor de gás

Sistema de coleta de efluente

efluente

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� Reator Anaeróbio de Contato– Tem seu conceito adaptado do processo aeróbio de

lodos ativados;– Objetiva tornar independente o tempo de retenção

hidráulico do tempo de retenção de sólidos;– O processo consiste de 2 tanques, um reator agitado

mecanicamente onde ocorre a formação do lodo e aprodução do metano e outro para a separação dossólidos em suspensão;

– É um processo de alta carga e o primeiro a serconcebido para aplicação de resíduos líquidos combaixas concentrações de sólidos.

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Processos Biológicos Anaeróbios – Biomassa Fixa

� Filtro de Fluxo Ascendente ouDescendente– Crescimento de microrganismos sobre suporte fixo;– O efluente passa pelo suporte em fluxo ascendente ou

descendente;– ABNT recomenda a utilização de pedra britada como

suporte, porém, a utilização de outros materiais temtornado os filtros biológicos mais eficientes e estáveis.

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filtro anaeróbio de fluxo ascendente, eestão sendo avaliados os seguintesmateriais de enchimento: tijolo cerâmicovazado, pedra britada com diâmetro médiode 38mm, aparas de eletroduto flexível(Æ3/4") e pedra britada nº 4 (50 a 75mm).

- Sistema compacto tanque séptico seguido defiltros anaeróbios ascendente e descendente

- Reator anaeróbio de fluxo ascendente atravésde leito de lodo

(tratamento secundÁrio

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