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Este livro não pode ser reproduzido por qualquer meio sem autorização escrita do autor.
Ficha do autor
Emerson Marçal Júnior é Engenheiro Civil formado pela Escola de Engenharia
de São Carlos – USP e Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC – USP
“Quando falo sobre meio ambiente refiro-me a um presente divino;
devemos agradecer pela água que bebemos, pelo minério que
exploramos e pelo ar que respiramos. Admirar a natureza deve ser um
ato rotineiro e sábio. Acreditar que o homem vai acabar com a natureza
é não conhece-la, pois como em toda cadeia alimentar as espécies que
eliminam seu alimento são extintas logo após.”
Emerson Marçal Júnior
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EEA
EMPRESA DE ENGENHARIA AMBIENTAL
“Cuidando do Meio Ambiente”
5 anos
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Curso de Tratamento de Esgoto
Endereço: Av. 20 no 62–Centro Rio Claro-SP
CEP. 13.500-500
Fone: (19) 3524-5327
Email: [email protected]
Site: www.eea.eng.br
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APRESENTAÇÃO
A EEA – EMPRESA DE ENGENHARIA AMBIENTAL LTDA., vem atuando no mercado
brasileiro e internacional no combate a problemas ambientais e de saneamento desde 1999.
Nossa empresa está localizada em Rio Claro, interior do Estado de São Paulo com acesso
pelas rodovias Washington Luiz (SP 310) e Anhangüera (SP 330). Nossos contatos são pelo
PABX (0 55 19 3524 5327) ou pelo e-mail ([email protected]).
MS
M
G
PR
Oceano
Atlântico
Nestes cinco anos de existência a EEA – Empresa de Engenharia Ambiental se
transformou em uma das maiores empresas do setor ambiental do interior do estado de São
Paulo e consequentemente do Brasil.
Assim sendo, podemos garantir a você, nosso cliente, que estamos atingindo o nosso
principal objetivo, que é solucionar a sua demanda na área ambiental de forma definitiva.
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MEIO AMBIENTE
Trabalhos realizados pelo departamento de MEIO AMBIENTE da EEA – EMPRESA DE
ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Licença ambiental;
•
RAP (Relatório Ambiental Preliminar);
•
PCA – (Plano de Controle Ambiental);
•
RCA – (Relatório de Controle Ambiental);
•
EIA/RIMA;
•
Levantamento e diagnóstico de fauna e flora;
•
Planos de manejo e conservação;
•
Laudos e perícias;
•
Fiscalização, operação e monitoramento ambiental;
•
Elaboração e execução de projetos de reflorestamento.
•
PRAD: Plano de Recuperação de Áreas Degradadas.
RECURSOS HÍDRICOS
Trabalhos realizados pelo departamento de RECURSOS HÍDRICOS da EEA – EMPRESA
DE ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Outorga de águas superficias;
•
Estudos de Viabilidade de Implantação (EVI);
•
Plano de Bacias;
•
Estudo de autodepuração no corpo receptor;
•
Poluição e remediação hídrica;
•
Estudo do potencial poluidor.
•
Avaliação dos recursos hídricos;
•
Cálculo do Q7,10.
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SANEAMENTO
Trabalhos realizados pelo departamento de SANEAMENTO da EEA – EMPRESA DE
ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Projetos de ETE para Loteamentos Residenciais;
•
Projetos de ETE para municípios;
•
Projetos de ETA (industrial e municipal);
•
Projetos de efluentes industriais;
•
Projetos de rede de esgoto, rede de água e galeria de água pluvial;
•
Projeto de instalações hidráulica sanitária industrial, comercial e residencial;
•
Consultoria para operação de ETE e ETA;
•
Implantação do sistema de qualidade em ETE e ETA;
•
Gerenciamento técnico de ETE e ETA;
•
Terceirização de ETE e ETA;
•
Consultoria “on – line” de ETE e ETA.
RESÍDUOS SÓLIDOS
Trabalhos realizados pelo departamento de RESÍDUOS SÓLIDOS da EEA – EMPRESA DE
ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Disposição de lodo de ETE na agricultura;
•
Projetos de fertirrigação;
•
Compostagem;
•
Projetos de aterro sanitário;
•
Plano de coleta e reciclagem de lixo;
•
Destinação de resíduos;
•
Projeto de remediação de áreas contaminadas;
•
Operação e terceirização de aterros e gerenciamento de resíduos sólidos;
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ENGENHARIA CIVIL
Trabalhos realizados pelo departamento de ENGENHARIA CIVIL da EEA – EMPRESA DE
ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Aprovação de loteamentos no GRAPROHAB;
•
Topografia;
•
Fiscalização de obras;
•
Plano diretor municipal e de água e esgoto;
•
Zoneamento municipal;
•
Plantas de empresas e desenhos industriais;
•
Assessoria e consultoria para economia de água das empresas;
•
Construções e reformas de obras hidráulicas e ambientais.
•
Gerenciamento de Obras;
ENGENHARIA DE SEGURANÇA
Trabalhos realizados pelo departamento de ENGENHARIA DE SEGURANÇA da EEA –
EMPRESA DE ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
PPRA – plano de prevenção a riscos ambientais;
•
PGR – plano de gerenciamento de riscos;
•
Laudos e perícias trabalhistas;
•
Avaliação de risco;
•
Ruído e laudos;
•
Poluição atmosférica;
•
Estudo de Análise de Risco;
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GEOLOGIA
Trabalhos realizados pelo departamento de GEOLOGIA da EEA – EMPRESA DE
ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Passivo ambiental;
•
Sondagens a trado e a percussão;
•
Geo-renferenciamento ambiental;
•
Outorga de poços rasos e profundos;
•
Monitoramento da qualidade das águas subterrâneas;
•
Licenciamento DNPM (Mineração);
•
Instalação de poços de monitoramento.
GERENCIAMENTO AMBIENTAL E DE ETES
Trabalhos realizados pelo departamento de GERENCIAMENTO AMBIENTAL da EEA –
EMPRESA DE ENGENHARIA AMBIENTAL.
•
Consultoria à distância;
•
Modelagem matemática de ETE e ETA em laboratório;
•
Estudos de simulação e comportamento de ETE;
•
Levantamento de dados cinéticos de ETA e ETE;
•
Gerenciamento ambiental de empresas e ETES;
•
Implantação de SGA – sistema de gestão ambiental;
•
Quantificação e qualificação do esgoto a ser tratado;
•
Requisitos de qualidade do efluente de saída;
•
Análises laboratoriais;
•
Confecção de manuais de procedimentos, operacionais e de instalação;
•
Assessoria para elaboração de editais públicos e privados;
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PRINCIPAIS PROJETOS REALIZADOS
PREFEITURAS
Prefeitura Municipal de Ipeúna (SP);
- Licença Ambiental para o aterro sanitário do município.
Prefeitura Municipal de Analândia – PROESP – Analândia (SP);
- Projeto de ETE para tratamento de esgoto sanitário produzido pelo município.
Prefeitura Municipal de Rio Claro (SP);
- RAP do Aeroporto Regional de Rio Claro.
Prefeitura Municipal de Ipeúna – Barijan Engenharia – Ipeúna (SP);
- Projeto de ETE para tratamento de esgoto sanitário produzido pelo município.
Prefeitura Municipal de Amparo – Florescer – Amparo (SP);
- Projeto de ETE para tratamento de esgoto sanitário produzido pelo município.
Prefeitura de Santa Gertrudes – STS Engenharia – Santa Gertrudes (SP);
- Projeto de ETE para tratamento de esgoto sanitário produzido pelo município.
Prefeitura do Município de Extrema – STS Engenharia – Extrema (MG);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo município.
Prefeitura do Município de Saltinho – Saltinho (SP);
- Outorga da represa de abastecimento de água do município.
AUTARQUIAS PÚBLICAS E FUNDAÇÕES
INFRAERO – Macaé (RJ);
- EIA/RIMA da ampliação do Aeroporto de Macaé.
PETROBRÁS REDUC – PREFACC – Duque de Caxias (RJ);
- Tratamento de efluentes de canteiro de obras com 800 funcionários;
PETROBRÁS – PREFACC – Macaé (RJ);
- Tratamento de efluentes para 750 funcionários e restaurante com 750 refeições;
DAAE – Rio Claro (SP);
- Curso de treinamento para operação de ETE;
Fundação Bradesco – Bodoquena (MS);
- Projeto de ETEs para escola piloto para crianças carentes;
Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba – Rio Claro (SP);
- Consultoria para o Plano Diretor para esgoto sanitário no município de Rio Claro
(SP);
Águas de Limeira – Limeira (SP);
- Outorga de travessia e Laudo Florestal;
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MINERADORAS
CRS Mineradora – Analândia (SP);
- RAP realizado para a viabilização da extração de areia;
Mineradora Ipeúna – Ipeúna (SP);
- Retirada de licença ambiental para a extração de areia no CETESB e DNPM;
Minercon Mineradora de Areia – Analândia (SP);
- Gerenciamento Ambiental;
Concrepav Ltda. – SGA : ISO 14000 – Campinas (SP, RS, PR e RJ);
- Gerenciamento Ambiental em 35 unidades da Concrepav;
INDÚSTRIA QUÍMICA OU FIBRA DE VIDRO
Owens Corning – Rio Claro (SP);
- Projeto de ETEs compactas para tratamento de esgoto sanitário.
EDRA – SANEAMENTO – Ipeúna (SP);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
EDRA ECOSISTEMAS – Ipeúna (SP);
- PGR – plano de gerenciamento de risco;
BAKOF TEC – Frederico (RS);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
ANCEL – Plásticos – Rio Claro (SP);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
Tecplás – São José dos Campos (SP);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
MVC – Curitiba (PR);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
Plastifibra – Novo Hamburgo – (RS);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
UPR – Rio Claro (SP);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
Basfibra – Ubatuba (SP);
- Projeto de ETEs compactas em Fibra de Vidro;
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INDÚSTRIA ALIMENTÍCIA OU AGRÍCOLA
La Guasima – Cidade de Nirgua (Estado de Carabobo - Venezuela);
- Estação de tratamento de efluentes de um incubatório com 15.000.000 pintos.
IPÊ Agro-avícola – Rio Claro (SP);
- Projeto e gerenciamento de ETE para agroindústria com 5.000.000 de pintos.
Usina Maluf – Santo Antônio de Posse (SP)
- Licenciamento Ambiental
BR Biotecnologia – Bataguassu (MS);
- Adequação da ETE industrial provenientes da Produção de Heparina.
Nestlé Brasil Ltda. – São José do Rio Pardo (SP);
- Licenciamento ambiental visando o lançamento de lodo em área agrícola;
Nestlé Brasil Ltda. – Montes Claros e Teófilo Otoni (MG);
- Licenciamento ambiental visando o lançamento de lodo em área agrícola;
Nestlé Brasil Ltda. – Araraquara (SP);
- Licenciamento ambiental visando o lançamento de lodo em área agrícola;
Nestlé Brasil Ltda. – Cordeirópolis (SP);
- Exigências ambientais o licenciamento do lançamento da ETE no gramado.
Dulcini – Indústria de açúcar líquido – Americana (SP);
- Estudos Ambientais por exigência da vigilância Sanitária.
Dulcini – Indústria de açúcar líquido – Americana (SP);
- Projeto de ETE para esgoto sanitário;
Dulcini – Indústria de açúcar líquido – Santo Antonio da Posse (SP);
- Assessoria para Licenciamento Ambiental;
Dulcini – Indústria de açúcar líquido – Santo Antonio da Posse (SP);
- Estudos de potencial poluidor dos recursos hídricos;
Dulcini – Indústria de açúcar líquido – Santo Antonio da Posse (SP);
- Outorga da captação subterrânea e superficial;
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LOTEAMENTOS
Santo Antônio – Prefeitura Municipal de Holambra (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Chácaras Camanducaia – Prefeitura Municipal de Holambra (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Paulínia Park – ACISA – Paulínia (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Jardim do Horto - ACISA – Rio Claro (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Jardim do Horto 2 - ACISA – Rio Claro (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Jardim Residencial Veccon – VECCON – Sumaré (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Jardim Residencial San Marino – Tomasi & Camargo – Rio Claro (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Residencial Florença – Tomasi & Camargo – Sta. Rita do Passa quatro (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Centro de Lazer Estância dos Pinhais – Ônix Ged – São Carlos (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido no centro de lazer.
Condomínio Residencial Pq. D. Pedro – PIONEER-VERSA - Campinas (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo condomínio.
Jardim Acapulco – Consfran – Catanduva (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Residencial Giovana – Consfran – Pindorama (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Jardim Santa Lúcia – Consfran – Catanduva (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Residencial Acapulco 2 – Consfran – Catanduva (SP);
- Projeto de tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Vila Pântano II – Antônio Pântano – Santa Bárbara d’Oeste (SP);
- Projeto de ETE para tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
Real Park de Sumaré – Real Park empreendimentos – Sumaré (SP);
- Projeto de ETE para tratamento de esgoto sanitário produzido pelo loteamento.
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OUTRAS INDÚSTRIAS
LG Eletronics – Divisão – Taubaté (SP);
- Tratamento de efluentes de refeitório da empresa;
John Crane do Brasil – Rio Claro (SP);
- Tratamento de efluente industrial (óleo solúvel).
Borg Warner – Campinas (SP);
- Tratamento de efluentes sanitários produzidos pela empresa.
- Gerenciamento da ETE.
DIBUSA – Santa Rita do Passa Quatro (SP);
- ETE para tratamento de efluentes de indústria de Pet.
Metalúrgica Barão Ltda. – Leme (SP);
- Projeto de tratamento de efluente de banho de tinta.
- Licenciamento Ambiental.
WIREX CABLE – Santa Branca (SP);
- Projeto e gerenciamento de ETEs;
Itaúna – Indústria de Papel;
- Gerenciamento Ambiental;
BRASTEMP – Rio Claro (SP);
- Palestra sobre Meio Ambiente para a semana de SIPAT realizada na empresa.
Pólo Engenharia e Construções – Leme (SP);
- ETE para canteiro de obras.
Hotel IBIS – Indaiatuba (SP);
- Tratamento de esgoto sanitário do hotel;
Hotel IBIS – Piracicaba (SP);
- Tratamento de esgoto sanitário do hotel;
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Capítulo 0: Iniciação ao tratamento de esgoto e ao meio ambiente.
0.1. Introdução
O aluno participante deste curso deve ter uma visão global e cibernética que o
leve a entender a natureza de maneira diferente. Tentaremos aqui formar um tipo de
profissional que além de ótimo técnico, consiga entender que apesar da ciência, a
natureza é a mãe da sabedoria. O aluno perceberá com uma visão ampla, que a natureza
regula as nossas vidas e nos dá todas as possibilidades de desenvolvimento.
No contexto deste curso será mostrado que o entendimento do meio ambiente é
um tanto quanto complexo, sendo necessária noções de matemática, educação,
engenharia, biologia, química, sociologia, geologia, advocacia, economia, psicologia,
agronomia e filosofia.
Perceber o que é um desequilíbrio ecológico,
é fator importante neste curso e saber a diferença
entre crescimento e desenvolvimento é fundamental
para um profissional da área de tratamento de
“É de fundamental
importância conhecer
a diferença entre
crescimento e
desenvolvimento”
esgotos e meio ambiente.
Por fim, tratamento de esgoto é política, técnica e filosofia, sendo que nunca um
profissional da área conseguirá bons frutos, apenas com estações de tratamento de esgoto.
São necessárias leis, educação e principalmente respeito pelo meio em que se vive.
Apesar da técnica necessária para projetar os reatores, o entendimento das leis é
essencial para a escolha da área a ser implantada, da eficiência exigida e
consequentemente do tipo de tratamento. Verificam-se várias estações de tratamento de
esgoto com ótimo projeto e desempenho não enquadradas na lei devido a erros de
localização e desconhecimento das leis.
No item seguinte serão abordadas as leis necessárias para aprovação de um
empreendimento que cause danos ao meio ambiente. Deve-se entender principalmente o
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CONAMA n º 20, não preocupando-se com a memorização deste, mas sim com o
entendimento de seu contexto.
0.2 Leis Ambientais.
Um dos principais pontos para o sucesso ecológico de um país são as leis
existentes que regularizam o uso do meio. Para isso no capítulo zero será demonstrada a
situação das principais leis que regem os recursos hídricos e o meio ambiente.
A constituição promulgada em 05/10/1988 aborda um capítulo inteiro sobre a
proteção ambiental.
Constituição Brasileira: capítulo sobre meio ambiente.
Art. 21º
Compete a união criar o sistema nacional de gerenciamento de Recursos
Hídricos (Criado através da lei n º 9433)
Art. 22º
Compete à união legislar sobre águas, energia, jazidas, minas, outros
recursos minerais e metalurgia.
Art. 23
º
Compete aos municípios, estados e união proteger o meio ambiente e
combater a poluição em qualquer de suas formas.
Art. 24º
Compete à união e estados legislar sobre florestas, defesa do solo, dos
recursos naturais e controle da poluição. Os municípios podem legislar.
Art. 225º
Retrata a lei 6938/81: política nacional do meio ambiente.
É importante salientar que em esfera nacional existe uma autorização para que os
estados e municípios legislem sobre a proteção dos Recursos Naturais.
A Política Nacional do Meio Ambiente tem como
objetivo
a
compatibilização
do
desenvolvimento
econômico com a preservação do meio ambiente e
equilíbrio ecológico. Para isso a lei n º 6938/81 revogada
pelo decreto 99274 de 06/06/90 estabelece instrumentos
de apoio.
“O CONAMA
20 estabelece a
classificação das
águas de acordo
com seus usos
preponderantes”
Instrumentos de apoio à Política Nacional do Meio Ambiente são: Conselho de
Governo (acessora o Presidente da República), Conselho Nacional do Meio Ambiente CONAMA (órgão que define as normas), Instituto Brasileiro de Meio Ambiente –
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IBAMA (órgão executor) e órgãos Estaduais e Municipais ligados à proteção do meio
ambiente.
Todos os instrumentos de apoio a Política Nacional do Meio Ambiente estão
subordinados ao ministério do Meio Ambiente.
A Política Nacional do Meio Ambiente estabelece (artigo 17/22 do Decreto
99274/90) o sistema de tríplice licença: Licença Prévia, Licença de Instalação e Licença
de Operação. Devem ser submetidas às licenças as obras ou atividades consideradas
poluidoras. As licenças são expedidas pelos órgãos estaduais ou através do IBAMA para
atividades de significativo impacto ambiental.
Para a aprovação de estações de tratamento de esgoto, uma das principais normas
é estabelecida pelo CONAMA n º 20 de 08 de junho de 1986 que será mais bem abordada
no item 0.3 deste capítulo.
A Lei Federal n º 9433 de 08 de janeiro de 1997 veio dispor sobre a Política
Nacional de Recursos Hídricos. Ela disciplina a cobrança pelo uso, sua outorga, rateio de
custos e institui penalidades através do sistema nacional de gerenciamento de Recursos
Hídricos.
Existe também a Lei dos Crimes
Ambientais n º 9605 de 12 de fevereiro de
1998 que penaliza crimes contra o meio
ambiente. Como por exemplo, o artigo 33 do
capítulo 5 “Provocar, pela emissão de
efluentes ou carregamento de materiais, o
perecimento de espécies da fauna aquática
existente em rios, lagos, açudes, lagoas, baías
ou águas jurisdicionais brasileiras: pena de
detenção de um a três anos inafiançável e ou
ART 66 “Fazer o
funcionário público
afirmação falsa ou
enganosa, omitir a
verdade, sonegar
informações ou dados
técnicos científicos em
procedimentos de
licenciamento ambiental:
Pena de 1 até 3 anos de
detenção e multa de 50 até
50 milhões de reais.”
multas cumulativamente”.
A lei dos crimes ambientais é uma ferramenta da cidadania. Cabe a nós, cidadãos,
exercitá-la, implementá-la, dar-lhe vida, através do seu amplo conhecimento e da
vigilância constante. Sabe-se que os municípios têm promotores ligados ao meio
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ambiente, sendo assim devemos procurá-los e denunciar, somente assim será valorizada a
nossa cidadania.
É necessário saber-se que:
1) Temos leis que disciplinam o uso do solo;
2) Nenhum empreendimento poluidor pode ser aprovado sem a tríplice licença (Prévia,
Instalação e Operação);
3) Para determinar qual será o nível de tratamento desejado para uma estação de
tratamento de esgoto deve-se obedecer à resolução 20 do CONAMA.
Constituição Brasileira
Capítulo sobre Meio Ambiente
Política Nacional
do Meio Ambiente
IBAMA
CONAMA
Outorgas
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Ministério do
Meio Ambiente
Conselho de Governo
Uso das águas
Política Nacional dos
Recursos Hídricos
Órgãos Municipais e Estaduais
Comitês de Bacias
Agências Hidrográficas
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0.3 Resolução CONAMA n º 20
O CONAMA n º 20 diz que os esgotos devem ser tratados, para que os rios
mantenham um padrão de acordo com o uso do homem, ou seja, um rio que serve
somente para navegação não tem a necessidade de ter uma qualidade para a recreação de
contato direto ou para o abastecimento humano.
A polêmica é gerada pois esta lei protege o homem e não o meio ambiente. Percebese que os rios de classe 4 praticamente não têm restrições quanto ao lançamento de
esgotos. Os córregos urbanos em sua maioria têm classificação n º 4, e são as principais
vias de doenças, já que estão próximos a população e são a única opção para a
dessedentação dos animais urbanos.
Todo rio deverá ter uma classificação
de acordo com o padrão de qualidade
desejado. Padrão de qualidade é a condição
que o rio ao receber um efluente tem de se
comportar.
O CONAMA n º 20 estabelece um
padrão de emissão que se pode lançar em
“Todo empreendimento,
cidade, indústria ou
qualquer estabelecimento
que despeje efluentes nos
rios deverão estar
enquadrados dentro do
padrão de qualidade do rio
atingido e do padrão de
emissão do órgão poluidor”
qualquer corpo d’água independente do seu
padrão de qualidade.
A cobrança pelo uso da água será um instrumento de ajuda à despoluição dos
córregos, pois quem jogar esgoto no rio pagará por esta poluição, mesmo que esteja
dentro da legislação. Esta cobrança deverá ser normauizada e regularizada pelas Agências
de Bacias que estão sendo formadas pelos Comitês de Bacias Hidrográficas.
A discussão no momento é sobre a forma de cobrança; se será pela classe do rio,
vazão, carga orgânica, etc. A problemática está na forma de controle, pois a estrutura
fiscalizadora é pequena para a demanda existente.
Simplificando, quem não estiver enquadrado no CONAMA 20 será autuado e
responderá por processos criminais; já quem estiver enquadrado no CONAMA 20 pagará
somente pela poluição remanescente da Estação de Tratamento de Esgoto.
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Resolução 020/86 - CONAMA
D.O.U. Executivo – 30/7/86
Pág. 11356
ART 1º - São Classificadas, segundo seus usos preponderantes, em nove classes, as águas
doces, salobras e salinas do Território Nacional:
Águas doces:
I.
Classe Especial – águas destinadas:
a) Ao abastecimento doméstico sem prévia ou com simples desinfecção;
b) À preservação do equilíbrio natural das comunidades aquáticas.
II.
Classe 1- águas destinadas:
a) Ao abastecimento doméstico após tratamento simplificado;
b) À proteção de comunidades aquáticas;
c) À recreação de contato primário (natação, esqui aquático e mergulho);
d) À irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvem rentes aos solos e que sejam ingeridas cruas sem remoção de
película;
e) À criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de espécies destinadas à
alimentação humana.
III.
Classe 2- águas destinadas:
a) Ao abastecimento doméstico após tratamento convencional;
b) À proteção de comunidades aquáticas;
c) À recreação de contato primário (natação, esqui aquático e mergulho);
d) À irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se
desenvolvem rentes aos solos e que sejam ingeridas cruas sem remoção de
película;
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e) À criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de espécies destinadas à
alimentação humana.
IV.
Classe 3 – águas destinadas:
a) Ao abastecimento doméstico após tratamento convencional;
b) À irrigação de culturas arbóreas, cerealistas e forrageiras;
c) A dessedentação de animais.
V.
Classe 4 – águas destinadas:
a) À navegação;
b) À harmonia paisagística;
c) Aos usos menos exigentes;
Águas salinas:
VI.
Classe 5 – águas destinadas:
a) À recreação de contato primário;
b) À proteção das comunidades aquáticas;
c) À criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de espécies destinadas à
alimentação humana;
VII.
Classe 6 – águas destinadas:
a) À navegação comercial;
b) À harmonia paisagística;
c) À recreação de contato secundário.
Águas salobras
VIII. Classe 7 – águas destinadas:
a) À recreação de contato primário;
b) À proteção das comunidades aquáticas;
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c) À criação de espécies (aquicultura) destinadas à alimentação humana.
IX.
Classe 8 – águas destinadas:
a) À navegação comercial;
b) À harmonia paisagística;
c) À recreação de contato secundário.
ART 2º - Para efeito desta Resolução são adotadas as seguintes definições:
a) Classificação: Qualificação das águas doces, salobras e salinas com base nos
seus usos preponderantes (sistema de classes de qualidade).
b) Enquadramento: Estabelecimento do nível de qualidade (classe) a ser
alcançado e/ou mantido em um segmento de corpo d’água ao longo do tempo.
c) Condição: Qualificação do nível de qualidade apresentado por um segmento
de corpo d’água, num determinado momento, em termos dos usos possíveis
com segurança adequada.
d) Efetivação do Enquadramento: Conjunto de medidas necessárias para colocar
e/ou manter a condição de um segmento de corpo d’água em correspondência
com a sua classe.
e) Águas Doces: águas com salinidade igual ou inferior a 0,5 %o.
f) Águas Salobras: águas com salinidade variando entre 0,5 e 30%o.
g) Águas salinas: águas com salinidade igual ou superior a 30 %o.
ART 3º - Para Classe Especial são estabelecidos os limite e/ou condições seguintes:
-
Coliformes: Ausentes em qualquer amostra
ART 4º - Para as águas classe 1, são estabelecidos os limites e/ou condições seguintes:
a) Material Flutuante, inclusive espumas não naturais: Virtualmente ausentes;
b) Óleos e graxas: Virtualmente ausentes;
c) Substâncias que comuniquem gosto ou odor: Virtualmente ausentes;
d) Corantes naturais: Virtualmente ausentes;
e) Substâncias que formem depósitos objetáveis: Virtualmente ausentes;
Curso de Tratamento de Esgoto
21
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[email protected]
f) Coliformes: para uso de recreação de contato primário deverá ser obedecido o
Art. 26 desta Resolução. As águas utilizadas para a irrigação de hortaliças ou
plantas frutíferas que se desenvolvem rentes ao solo e que são consumidas
cruas, sem remoção de casca ou película, não devem ser poluídas por
excrementos humanos, ressaltando-se a necessidade de inspeções sanitárias
periódicas. Para os demais usos, não deverá ser excedido um limite de 200
coliformes fecais por 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos 5
amostras mensais colhidas em qualquer mês; no caso de não haver na região
meios disponíveis para o exame de coliformes fecais, o índice limite será de
1000 coliformes totais por 100 mililitros em 80 % ou mais de pelo menos 5
amostras mensais colhidas em qualquer mês.
g) DBO5dias a 20º C até 3 mg/l O2;
h) OD, em qualquer amostra, não inferior a 6 mg/l O2;
i) Turbidez: até 40 unidades nefelométricas de turbidez (UNT);
j) Cor: Nível de cor natural do corpo d’água em mgPt/l;
k) pH: 6,0 a 9,0;
l) Substâncias potencialmente prejudiciais (teores máximos):
Alumínio:
Amônia não ionizável:
Arsênio:
Bário:
Berílio:
Boro:
Benzeno:
Benzo-a-pireno:
Cádmio:
Cianetos:
Chumbo:
Cloretos:
Cloro Residual:
Cobalto:
Cobre:
Cromo Trivalente:
Cromo Hexavalente:
1,1 dicloroeteno:
1,2 dicloroetano:
Estanho:
Curso de Tratamento de Esgoto
0,1 mg/l Al
0,02 mg/l NH3
0,05 mg/l As
1,0 mg/l Ba
0,1 mg/l Be
0,75 mg/l B
0,01 mg/l
0,00001 mg/l
0,001 mg/l Cd
0,01 mg/l CN
0,03 mg/l Pb
250 mg/l Cl
0,01 mg/l Cl
0,2 mg/l Co
0,02 mg/l Cu
0,05 mg/l Cr
0,05 mg/l Cr
0,0003 mg/l
0,01 mg/l
2,0 mg/l Sn
22
EEA – Empresa de Engenharia Ambiental Ltda.
Índice de Fenóis:
Ferro solúvel:
Fluoretos:
Fosfato Total:
Lítio:
Manganês:
Mercúrio:
Níquel:
Nitrato:
Nitrito:
Prata:
Pentaclorofenol:
Selênio:
Sólidos Dissolvidos Totais:
Sulfatos:
Sulfetos (H2S não Dissociado):
Tetracloroeteno:
Tricloroeteno:
Tetracloreto de Carbono:
2, 4, 6 triclorofenol:
Urânio Total:
Vanádio:
Zinco:
Aldrin:
Clordano:
DDT:
Dieldrin:
Endrin:
Endossulfan:
Epóxido de heptacloro:
Heptacloro:
Lindano ( gama – BHC):
Metoxicloro:
Dodecloro + Nonacloro:
Bifenilas policloradas: (PCB’s):
Toxafeno:
Demeton:
Gution:
Mauation:
Paration:
Carbaril:
Compostos organofosforados
e carbamatos totais:
2,4 – D:
Curso de Tratamento de Esgoto
[email protected]
0,001 mg/l C6H5OH
0,3 mg/l Fe
1,4 mg/l F
0,025 mg/l P
2,5 mg/l Li
0,1 mg/l Mn
0,0002 mg/l Hg
0,025 mg/l Ni
1,0 mg/l N
1,0 Mg/l N
0,01 mg/l Ag
0,01 mg/l
0,001 mg/l Se
500 mg /l
250 mg/l SO4
0,002 mg/l S
0,01 mg/l
0,03 mg/l
0,003 mg/l
0,01 mg/l
0,02 mg/l U
0,1 mg/l V
0,18 mg/l Zn
0,01 µg/l
0,04 µg/l
0,002 µg/l
0,005 µg/l
0,004 µg/l
0,056 µg/l
0,01 µg/l
0,01 µg/l
0,02 µg/l
0,03 µg/l
0,001 µg/l
0,001 µg/l
0,01 µg/l
0,1 µg/l
0,005 µg/l
0,01 µg/l
0,04 µg/l
0,02 µg/l
10 µg/l em Paration
4,0 µg/l
23
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2,4,5 – TP:
2,4,5 – T:
[email protected]
10,0 µg/l
2,0 µg/l
ART 5 º - Para as águas de classe 2, são estabelecidos os mesmos limites ou condições da
Classe 1, à exceção dos seguintes:
a) Não será permitida a presença de corantes artificiais que não sejam removíveis
por processo de coagulação, sedimentação e filtração convencionais;
b) Coliformes: para uso de recreação de contato primário deverá ser obedecido o
ART 26 º desta resolução. Para os demais usos, não deverá ser excedido um
limite de 1000 mililitros em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais
colhidas em qualquer mês; no caso de não haver, na região, meios disponíveis
para o exame de coliformes fecais,
o índice limite será
de até 5000
coliformes totais por 100 mililitros em 80 % ou mais de pelo menos 5
amostras mensais colhidas em qualquer mês;
c) Cor: até 75 mg/l Pt/l;
d) Turbidez: até 100 UNT
e) DBO5 dias a 20 º C até 5 mg/l;
f) OD, em qualquer amostra, não inferior a 5 mg/l O2.
ART 6º - Para as águas de Classe 3 são estabelecidos os limites ou condições seguintes:
a) Materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais: virtualmente ausente;
b) Óleos e graxas: virtualmente ausentes;
c) Substâncias que comuniquem gosto ou odor: Virtualmente ausentes;
d) Não será permitida a presença de corantes artificiais que não sejam removíveis
por processo de coagulação, sedimentação e filtração convencionais;
e) Substâncias que formem depósitos objetáveis: virtualmente ausentes;
f) Número de coliformes fecais até 4000 por 100 mililitros em 80 % ou mais de
pelo menos 5 amostras mensais colhidas em qualquer mês; no caso de não
haver, na região, meios disponíveis para o exame de coliformes fecais, o
índice limite será de até 20000 coliformes totais por 100 mililitros em 80 % ou
mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em qualquer mês;
Curso de Tratamento de Esgoto
24
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[email protected]
g) DBO5 dias a 20 º C até 10 mg/l O2;
h) OD, em qualquer amostra, não inferior a 4 mg/l O2;
i) Turbidez: até 100 UNT;
j) Cor: até 75 mg Pt/l;
k) pH: 6,0 a 9,0;
l) Substâncias potencialmente prejudiciais (teores máximos):
Alumínio:
Arsênio:
Bário:
Berílio:
Boro:
Benzeno:
Benzo-a-pireno:
Cádmio:
Cianetos:
Chumbo:
Cloretos:
Cobalto:
Cobre:
Cromo Trivalente:
Cromo Hexavalente:
1,1 dicloroeteno:
1,2 dicloroetano:
Estanho:
Índice de Fenóis:
Ferro solúvel:
Fluoretos:
Fosfato Total:
Lítio:
Manganês:
Mercúrio:
Níquel:
Nitrato:
Nitrito:
Nitrogênio Amoniacal:
Prata:
Pentaclorofenol:
Selênio:
Sólidos Dissolvidos Totais:
Substâncias tenso - ativas que
reagem com azul de metilênio:
Sulfatos:
Sulfetos (H2S não Dissociado):
Curso de Tratamento de Esgoto
0,1 mg/l Al
0,05 mg/l As
1,0 mg/l Ba
0,1 mg/l Be
0,75 mg/l B
0,01 mg/l
0,00001 mg/l
0,01 mg/l Cd
0,2 mg/l CN
0,05 mg/l Pb
250 mg/l Cl
0,2 mg/l Co
0,5 mg/l Cu
0,5 mg/l Cr
0,05 mg/l Cr
0,0003 mg/l
0,01 mg/l
2,0 mg/l Sn
0,3 mg/l C6H5OH
5,0 mg/l Fe
1,4 mg/l F
0,025 mg/l P
2,5 mg/l Li
0,5 mg/l Mn
0,002 mg/l Hg
0,025 mg/l Ni
10 mg/l N
1,0 Mg/l N
1,0 mg/l N
0,05 mg/l Ag
0,01 mg/l
0,01 mg/l Se
500 mg /l
0,5 mg/l LAS
250 mg/l SO4
0,3 mg/l S
25
EEA – Empresa de Engenharia Ambiental Ltda.
Tetracloroeteno:
Tricloroeteno:
Tetracloreto de Carbono:
2, 4, 6 triclorofenol:
Urânio Total:
Vanádio:
Zinco:
Aldrin:
Clordano:
DDT:
Dieldrin:
Endrin:
Endossulfan:
Epóxido de heptacloro:
Heptacloro:
Lindano ( gama – BHC):
Metoxicloro:
Dodecloro + Nonacloro:
Bifenilas policloradas: (PCB’s):
Toxafeno:
Demeton:
Gution:
Mauation:
Paration:
Carbaril:
Compostos organofosforados
e carbamatos totais:
2,4 – D:
2,4,5 – TP:
2,4,5 – T:
[email protected]
0,01 mg/l
0,03 mg/l
0,003 mg/l
0,01 mg/l
0,02 mg/l U
0,1 mg/l V
5,0 mg/l Zn
0,03 µg/l
0,3 µg/l
1,0 µg/l
0,03 µg/l
0,2 µg/l
150 µg/l
0,1 µg/l
0,1 µg/l
3,0 µg/l
30,0 µg/l
0,001 µg/l
0,001 µg/l
5,0 µg/l
14,0 µg/l
0,005 µg/l
100,0 µg/l
35,0 µg/l
70,0 µg/l
100 µg/l em Paration
20,0 µg/l
10,0 µg/l
2,0 µg/l
ART 7º - Para as águas Classe 4, são estabelecidos os limites ou condições seguintes:
a) Materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais: Virtualmente ausentes;
b) Odor e aspecto: não objetáveis;
c) Óleos e graxas: toleram-se incidências;
d) Substâncias facilmente sedimentáveis que contribuam para o assoreamento de
canais de navegação: virtualmente ausentes;
e) Índice de fenóis até 1 mg/l C6H5OH;
f) OD superior a 2,0 mg/l em qualquer amostra;
g) PH: 6 a 9.
Curso de Tratamento de Esgoto
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[email protected]
ART 8º - Para as águas Classe 5, são estabelecidos os limites ou condições seguintes:
a) Materiais flutuantes: Virtualmente ausentes;
b) Substância que produzem odor e turbidez: Virtualmente ausentes;
c) Óleos e graxas: Virtualmente ausentes;
d) Corantes artificiais: Virtualmente ausentes;
e) Substâncias que formem depósitos objetáveis: Virtualmente ausentes;
f) Coliformes: para uso de recreação de contato primário, deverá ser obedecido o
art. 26 desta Resolução. Para uso de criação natural e/ou intensiva de espécies
destinadas à alimentação humana e que serão ingeridas cruas, não deverá ser
excedida uma concentração média de 14 coliformes fecais por 100 mililitros,
com não mais de 10 % das amostras excedendo 43 coliformes fecais por 100
mililitros. Para os demais usos, não deverá ser excedido o limite de 1000
coliformes fecais por 100 mililitros em 80 % ou mais de pelo menos 5
amostras mensais colhidas em qualquer mês; no caso de não haver, na região,
meios disponíveis para o exame de coliformes fecais, o índice limite será de
até 5000 coliformes totais por 100 mililitros em 80 % ou mais de pelo menos
5 amostras mensais colhidas em qualquer mês;
g) DBO5 dias a 20 º C até 5 mg/l O2;
h) OD, em qualquer amostra, não inferior a 6 mg/l O2;
i) pH: 6,0 a 9,0;
j) Substâncias potencialmente prejudiciais (teores máximos):
Alumínio:
Amônio não ionizável:
Arsênio:
Bário:
Berílio:
Boro:
Cádmio:
Cianetos:
Cloro Residual:
Cobre:
Curso de Tratamento de Esgoto
1,5 mg/l Al
0,4 mg/l NH3
0,05 mg/l As
1,0 mg/l Ba
1,5 mg/l Be
5,0 mg/l B
0,065 mg/l Cd
0,005 mg/l CN
0,01 mg/l Cl
0,05 mg/l Cu
27
EEA – Empresa de Engenharia Ambiental Ltda.
Cromo Hexavalente:
Estanho:
Índice de Fenóis:
Ferro solúvel:
Fluoretos:
Manganês:
Mercúrio:
Níquel:
Nitrato:
Nitrito:
Prata:
Selênio:
Substâncias tenso - ativas que
reagem com azul de metilênio:
Sulfetos (H2S não Dissociado):
Tálio:
Urânio Total:
Zinco:
Aldrin:
Clordano:
DDT:
Demeton:
Dieldrin:
Endossulfan:
Endrin:
Epóxido de heptacloro:
Heptacloro:
Metoxicloro:
Lindano (gama-BHC)
Dodecloro + Nonacloro:
Gution:
Mauation:
Paration:
Toxefano:
Compostos organofosforados
e carbamatos totais:
2,4 – D:
2,4,5 – TP:
2,4,5 – T:
[email protected]
0,05 mg/l Cr
2,0 mg/l Sn
0,001 mg/l C6H5OH
1,4 mg/l Fe
0,1 mg/l F
0,1 mg/l Mn
0,001 mg/l Hg
0,1 mg/l Ni
10 mg/l N
1,0 Mg/l N
0,005 mg/l Ag
0,01 mg/l Se
0,5 mg/l LAS
0,002 mg/l S
0,1 mg/l Ti
0,5 mg/l U
0,17 mg/l Zn
0,003 µg/l
0,004 µg/l
0,001 µg/l
0,1 µg/l
0,003 µg/l
0,034 µg/l
0,004 µg/l
0,001 µg/l
0,001 µg/l
0,03 µg/l
0,004 µg/l
0,001 µg/l
0,01 µg/l
0,1 µg/l
0,04 µg/l
0,005 µg/l
10,0 µg/l em Paration
10,0 µg/l
10,0 µg/l
10,0 µg/l
ART 9º - Para as águas de Classe 6, são estabelecidos os limites ou condições seguintes:
a) Materiais Flutuantes: Virtualmente ausentes;
b) Óleos e graxas: Virtualmente ausentes;
Curso de Tratamento de Esgoto
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[email protected]
c) Substâncias que produzem odor e turbidez: Virtualmente ausentes;
d) Corantes artificiais: Virtualmente ausentes;
e) Substâncias que formem depósitos objetáveis: virtualmente ausentes;
f) Coliformes: não deverá ser excedido um limite de 4000 coliformes fecais por
100 ml em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em
qualquer mês; no caso de não haver na região meio disponível para o exame
de coliformes fecais, o índice limite será de 20000 coliformes totais por 100
mililitros em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em
qualquer mês;
g) DBO5dias 20º C até 5 mg/l O2.
h) OD, em qualquer amostra, não inferior a 5 mg/l O2;
i) PH: 6,5 a 8,5, não devendo haver mudança do pH natural maior que 0,2
unidade.
ART 10º - Para águas de Classe 7, são estabelecidos os limites ou condições seguintes:
a) DBO5 dias a 20 º C até 5 mg/l O2;
b) OD, em qualquer amostra, não inferior a 5 mg/l O2;
c) pH: 6,5 a 8,5;
d) Óleos e graxas: Virtualmente ausentes;
e) Materiais Flutuantes: Virtualmente ausentes;
f) Substâncias que produzem cor, odor e turbidez: Virtualmente ausentes;
g) Substâncias que formem depósitos objetáveis: Virtualmente ausentes;
h) Coliformes: Para uso de recreação de contato primário deverá ser obedecido o
ART 26º desta Resolução. Para o uso de criação natural e/ou intensiva de
espécies destinadas à alimentação humana e que serão ingeridas cruas, não
deverá ser excedido uma concentração média de 14 coliformes fecais por 100
mililitros com não mais de 10 % das amostras excedendo 43 coliformes fecais
por 100 mililitros. Para os demais usos, não deverá ser excedido um limite de
1000 coliformes fecais em 100 mililitros em 80% ou mais de pelo menos 5
amostras mensais, colhidas em qualquer mês; no caso de não haver, na região,
meios disponíveis para o exame de coliformes fecais, o índice limite será de
Curso de Tratamento de Esgoto
29
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[email protected]
até 5000 coliformes totais por 100 mililitros em 80 % ou mais de pelo menos
5 amostras, colhidas em qualquer mês;
i) Substâncias potencialmente prejudiciais (teores máximos):
Amônia:
Arsênio:
Cádmio:
Cianetos:
Chumbo:
Cobre:
Cromo Hexavalente:
Índice de Fenóis:
Fluoretos:
Mercúrio:
Níquel:
Sulfetos (H2S não Dissociado):
Zinco:
Aldrin:
Clordano:
DDT:
Demeton:
Dieldrin:
Endossulfan:
Endrin:
Epóxido de heptacloro:
Heptacloro:
Metoxicloro:
Lindano (gama-BHC)
Dodecloro + Nonacloro:
Gution:
Mauation:
Paration:
Toxefano:
Compostos organofosforados
e carbamatos totais:
2,4 – D:
2,4,5 – TP:
2,4,5 – T:
0,4 mg/l N
0,05 mg/l As
0,005 mg/l Cd
0,005 mg/l CN
0,01 mg/l Cl
0,05 mg/l Cu
0,05 mg/l Cr
0,001 mg/l C6H5OH
1,4 mg/l F
0,0001 mg/l Hg
0,1 mg/l Ni
0,002 mg/l S
0,17 mg/l Zn
0,003 µg/l
0,004 µg/l
0,001 µg/l
0,1 µg/l
0,003 µg/l
0,034 µg/l
0,004 µg/l
0,001 µg/l
0,001 µg/l
0,03 µg/l
0,004 µg/l
0,001 µg/l
0,01 µg/l
0,1 µg/l
0,04 µg/l
0,005 µg/l
10,0 µg/l em Paration
10,0 µg/l
10,0 µg/l
10,0 µg/l
ART 11º - Para as águas Classe 8, são estabelecidos os limites ou condições seguintes:
a) pH: 5 a 9;
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b) OD em qualquer amostra não inferior a 3,0 mg/l O2;
c) Óleos e graxas: toleram-se iricidências;
d) Materiais flutuantes: Virtualmente ausentes;
e) Substâncias que produzem cores cor, odor e turbidez: Virtualmente ausentes;
f) Substâncias facilmente sedimentáveis que contribuam para o assoreamento de
canais de navegação: Virtualmente ausentes;
g) Coliformes: Não deverá ser excedido um limite de 4000 coliformes fecais por
100 ml em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em
qualquer mês, no caso de não haver, na região, meios disponíveis para o
exame de coliformes fecais, o índice será de 20000 coliformes totais por 100
mililitros em 80 % ou mais de pelo menos 5 amostras mensais colhidas em
qualquer mês.
ART 12º - Os padrões de qualidade das águas estabelecidos nesta Resolução constituemse em limites individuais para cada substância. Considerando eventuais ações sinergéticas
entre as mesmas, estas ou outras não especificadas, não poderão conferir as águas capazes
de causarem efeitos letais ou alteração de comportamento, reprodução ou fisiologia da
vida.
$ 1º - As substâncias potencialmente prejudiciais a que se refere esta Resolução,
deverão ser investigadas sempre que houver suspeita de sua presença.
$ 2º - Considerando as limitações de ordem técnica para a quantificação dos níveis
dessas substâncias, os laboratórios dos organismos competentes deverão estruturar-se
para atenderem às condições propostas. Nos casos onde a metodologia analítica
disponível for insuficiente para qualificar as concentrações dessas substâncias nas águas,
os sedimentos e/ou biota aquática deverão ser investigados quanto à presença eventual
dessas substâncias.
ART 13º – Os limites de DBO, estabelecidos para as classes 2 e 3, poderão ser elevados,
caso o estudo da capacidade de autodepuração do corpo receptor demonstre que os teores
mínimos de OD, previstos, não serão desobedecidos em nenhum ponto do mesmo, nas
Curso de Tratamento de Esgoto
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condições críticas de vazão (Qcrit = Q7,10 onde Q7,10 é a média das mínimas de 7 dias
consecutivos em 10 anos de recorrência de cada seção do corpo receptor).
ART 14º – Para os efeitos desta resolução, considera-se “Virtualmente ausentes” e “não
objetiváveis” teores desprezíveis de poluentes, cabendo aos órgãos de controle ambiental,
quando necessário, quantificá-los para cada caso.
ART 15º – Os órgãos de controle ambiental poderão acrescentar outros parâmetros ou
tornar mais restritos os estabelecidos nesta resolução, tendo em vista as condições locais.
ART 16º – Não há impedimento no aproveitamento de águas de melhor qualidade em
usos menos exigentes, desde que tais usos não prejudiquem a qualidade estabelecida para
essas águas.
ART 17º – Não será permitido o lançamento de poluentes nos mananciais subsuperficiais.
ART 18º – Nas águas de Classe Especial não serão tolerados lançamentos de águas
residuárias, domésticas e industriais, lixo e outros resíduos sólidos, substâncias
potencialmente tóxicas, defensivos agrícolas, fertilizantes químicos e outros poluentes,
mesmo tratados. Caso sejam utilizadas para o abastecimento doméstico deverão ser
submetidas a uma inspeção sanitária preliminar.
ART 19º – Nas águas de Classe 1 a 8 serão tolerados lançamentos de despejos, desde que,
além de atenderem ao disposto no artigo 21 desta Resolução, não venham a fazer com
que os limites estabelecidos para as respectivas classes sejam ultrapassados.
ART 20º – Tendo em vista os usos fixados para as classes, os órgãos competentes
enquadrarão as águas e estabelecerão programas permanentes de acompanhamento de sua
condição, bem como programas de controle de poluição para a efetivação dos respectivos
enquadramentos, obedecendo ao seguinte:
Curso de Tratamento de Esgoto
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a) corpo de água que, na data de enquadramento, apresentar condição em desacordo com
a sua classe (qualidade inferior à estabelecida), será objeto de providências com prazo
determinado visando a sua recuperação, excetuados os parâmetros que excedem aos
limites devido às condições naturais;
b) O enquadramento das águas Federais na classificação será procedido pela SEMA,
ouvidos o Comitê Especial de Estudos Integrados de Bacias Hidrográficas – CEEIBH
e outras entidades públicas ou privadas interessadas;
c) O enquadramento das águas estaduais será efetuado pelo órgão Estadual competente,
ouvidas outras entidades públicas ou privadas interessadas;
d) Os órgãos competentes definirão as condições específicas de qualidade dos corpos de
água intermitentes;
e) Os corpos de água já enquadrados na legislação anterior, na data da publicação desta
resolução, serão objetos de reestudo a fim de a ela se adaptarem;
f) Enquanto não forem feitos os enquadramentos, as águas doces serão consideradas
Classe 2, as salinas Classe 5 e as salobras Classe 7; porém, aquelas enquadradas na
legislação anterior permanecerão na mesma classe até reenquadramento;
g) Os programas de acompanhamento da condição dos corpos de água seguirão normas
e procedimentos a serem estabelecidos pelo conselho Nacional de Meio Ambiente –
CONAMA.
ART 21º – Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta
ou indiretamente, nos corpos de água desde que obedeça às seguintes condições:
a) pH entre 5 a 9;
b) Temperatura: inferior a 40 º C, sendo que a elevação de temperatura do corpo
receptor não deverá exceder a 3 º C;
c) Materiais sedimentáveis: Até 1 ml/litro em teste de 1 hora em cone Imhoff. Para o
lançamento em lagos e lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula,
os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes;
d) Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vez a vazão média do período
de atividade diária do agente poluidor;
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e) Óleos e Graxas: óleos minerais até 20 mg/l e óleos vegetais e gorduras animais até 50
mg/l;
f) Ausência de materiais flutuantes;
g) Valores máximos admissíveis das seguintes substâncias:
Amônia:
5,0 mg/l N
Arsênio total:
0,5 mg/l As
Bário:
5,0 mg/l Ba
Boro:
5,0 mg/l B
Cádmio:
0,2 mg/l Cd
Cianetos:
0,2 mg/l CN
Chumbo:
0,5 mg/l Pb
Cobre:
1,0 mg/l Cu
Cromo Hexavalente:
0,5 mg/l Cr
Cromo Trivalente:
2,0 mg/l Cr
Estanho:
4,0 mg/l Sn
Índice de Fenóis:
0,5 mg/l C6H5OH
Ferro solúvel:
15,0 mg/l Fe
Fluoretos:
10 mg/l F
Manganês Solúvel:
1,0 mg/l Mn
Mercúrio:
0,01 mg/l Hg
Níquel:
2,0 mg/l Ni
Prata:
0,1 mg/l Ag
Selênio:
0,05 mg/l Se
Sulfetos:
1,0 mg/l S
Sulfitos:
1,0 mg/l SO3
Zinco:
5,0 mg/l Zn
Compostos organofosforados e
carbonatos totais:
1mg/l em Paration
Sulfeto de Carbono:
1,0 mg/l
Tricloroeteno:
1,0 mg/l
Clorofórmio:
1,0 mg/l
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Tetracloreto de carbono:
1,0 mg/l
Dicloroeteno:
1,0 mg/l
h) Tratamento especial se provierem de hospitais e outros estabelecimentos nos quais
haja despejos infectados com microorganismos patogênicos.
ART 22º – Não será permitida a diluição de efluentes industriais com águas não poluídas,
tais como água de abastecimento, água de mar e água de refrigeração.
ß único – Na hipótese de fonte de poluição geradora de diferentes despejos ou
emissões individualizadas, os limites constantes desta regulamentação aplicar-se-ão a
cada um deles ou ao conjunto após a mistura, a critério do órgão competente.
ART 23º – Os efluentes não poderão conferir ao corpo receptor características em
desacordo com o seu enquadramento nos termos desta Resolução.
ß único – Resguardados os padrões de qualidade do corpo receptor, demonstrado
em estudo de impacto ambiental realizado pela entidade responsável pela emissão, o
órgão competente poderá autorizar lançamentos acima dos limites estabelecidos no
Artigo 21, fixando o tipo de tratamento e as condições para esse lançamento.
Artigo 24º – Os métodos de coleta e análise das águas devem ser os especificados nas
normas aprovadas pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normauização e Qualidade
Industrial – INMETRO ou, na ausência delas, no Standard Methods for the Examination
of Water and Wastewater – APHA – AWWA – WPCF, última edição, ressalvado o
disposto no artigo 12. O índice de Fenóis deverá ser determinado conforme o método 510
B do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 16ª edição, de
1985.
Dos artigos 26º a 34º a Resolução trata sobre Balneabilidade.
ART 35º – Aos órgãos de controle ambiental compete a aplicação desta resolução,
cabendo-lhes a fiscalização para o cumprimento da legislação, bem como a aplicação das
penalidades previstas, inclusive a interdição de atividades industriais poluidoras.
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ART 36º – Na inexistência de entidade Estadual encarregada do controle ambiental ou se,
existindo, apresentar falhas, omissões ou prejuízos sensíveis aos usos estabelecidos para
as águas, a secretaria especial do meio ambiente poderá agir diretamente, em caráter
supletivo.
ART 37º – Os órgãos estaduais de controle ambiental manterão a Secretaria Especial do
Meio Ambiente informada sobre os enquadramentos dos corpos de água que efetuarem,
bem como das normas e padrões complementares que estabelecerem.
ART 38º – Os estabelecimentos industriais, que causam ou possam causar poluição das
águas devem informar ao órgão de controle ambiental, o volume e o tipo de seus
efluentes, os equipamentos e dispositivos antipoluidores existentes, bem como seus
planos de ação de emergência sob pena das sanções cabíveis, ficando o referido órgão
obrigado a enviar cópia dessas informações a SEMA, a STI (mic), ao IBGE (SEPLAN) e
ao DNAEE (MME).
ART 39º – Os Estados, Territórios e o Distrito Federal, através dos respectivos órgãos de
controle ambiental, deverão exercer sua atividade orientadora, fiscalizadora e punitiva
das atividades potencialmente poluidoras instaladas em seu território, ainda que os corpos
de água prejudicados não sejam de seu domínio ou jurisdição.
ART 40º – O não cumprimento ao disposto nesta Resolução acarretará aos infratores as
sanções previstas na Lei n º 6938, de 31 de agosto de 1981, e sua regulamentação pelo
Decreto nº 88 351, de 01 de junho de 1983.
Caso o estudo de impacto ambiental não mostre o resguardo do padrão de
qualidade, pode-se enquadrar os responsáveis pelo lançamento nas leis penais sobre o
meio ambiente.
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0.4 Despoluição de córregos Urbanos.
Um rio natural é aquele que não tem a interferência do homem, ou seja, não existe
matéria poluidora despejada. Nele convivem num total equilíbrio diversos tipos de
peixes, algas, plantas, microrganismos, bactérias e etc.
Com o despejo de esgoto nas águas, a quantidade de matéria orgânica aumenta
intensamente. Matéria orgânica de forma simplificada é considerada alimento para muitas
formas de seres vivos, o grande problema é que a taxa de reprodução de algumas espécies
é maior que a das outras. O crescimento acelerado de algumas bactérias e
microrganismos leva a mudança brusca no pH e a diminuição do nível de oxigênio no rio,
onde sem oxigênio poucas espécies vivem no sistema aquático.
Rio totalmente limpo
Rio com início de poluição
Rio poluído
Rio totalmente poluído
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Na figura anterior verificamos que quando o rio está totalmente limpo, vivem em
equilíbrio, peixes, plantas e bactérias. O rio apresenta parâmetros suficientes para a
sobrevivência de cada espécie, mas quando inicia-se o despejo de esgoto, as bactérias que
estavam controladas pela falta de “alimentação” crescem demasiadamente, por estarem
recebendo matéria orgânica que é sua fonte de crescimento. Estas bactérias em ambiente
propício irão consumir o oxigênio, causando a morte dos peixes mais sensíveis.
Outro problema é o aumento da cor da água devido ao aumento da poluição, que
impossibilitará a entrada de luz solar e, portanto acarretará na morte das plantas
submersas.
Com o aumento da matéria orgânica e constante
diminuição dos níveis de oxigênio, ocorrerá cada vez
mais, uma queda no número de espécies.
Na fase crítica onde o rio é considerado
totalmente morto, o nível de Oxigênio Dissolvido é
menor que 2 mg/l e as bactérias aeróbias apresentam
dificuldades de sobrevivência. Nessa fase o rio está em
“Desequilíbrio
ecológico é o
aumento de
habitantes de
uma única
espécie e
conseqüente
desaparecimento
de outras.”
estado de anaerobiose, onde somente vivem espécies de
microrganismos que não necessitam de oxigênio para sua sobrevivência.
O rio fica negro, borbulha devido a liberação de gases, dentro dele já não existe
mais luz e oxigênio. Poucos animais conseguem sobreviver sob ele. Apenas algumas
espécies de bactérias e vírus são capazes de viver e o que era um meio em equilíbrio,
transforma-se em desequilíbrio ecológico.
O tratamento de esgoto depende de fatores políticos, e hoje com a mídia abrindo
espaço para eventos ligados à preservação ambiental ficam atraentes, as obras de
saneamento básico. A construção de estações de tratamento de esgotos juntamente com
seus respectivos coletores têm se tornado um fato, mas o problema é que os córregos
urbanos continuam poluídos após estes grandes e divulgados investimentos, levando a um
descrédito da população em relação ao órgão realizador. Acontece que os sistemas de
coletas são deficientes, e grande parte dos esgotos que deveriam estar indo para as
estações tratamento de esgoto são lançados nos córregos urbanos, sem um devido
tratamento. As principais formas de lançamentos irregulares são extravasores instalados
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em poços de visitas, que entopem em época de chuva; Sub-bacias sem cota com o
interceptor obrigando ao lançamento direto no córrego; ligações prediais de esgoto
sanitário em galerias de águas pluviais; entupimento e rompimento de interceptores
levando o esgoto a galeria mais próxima; construções e aterros sobre vielas sanitárias.
Um trabalho deste porte deveria ser rotineiro nas empresas de Saneamento, mas
infelizmente poucas cidades do Brasil o realizam.
Emerson Marçal Júnior realizou este trabalho pioneiro e jamais visto na Cidade de
Campinas atuando como coordenador do grupo de despoluição de córregos urbanos da
Sanasa - Ambiental.
O grupo era formado por 6 estagiários e o desafio era a limpeza de um córrego
que já apresentava interceptores por toda a sua extensão.
“Ao monitorarmos todo o córrego
percebemos que num determinado trecho a
DBO alterava-se de 30 mg/l para 180 mg/l.
Percebemos também que conseguiríamos ter
acesso ao local, devido a mata que existia nas
margens do córrego e verificamos que
o
cadastro existente estava incompleto; sendo
assim resolvemos implantar o uso de um
compressor de fumaça a fim de detectar os
pontos de lançamento. A partir deste dia
começamos a descobrir ligações clandestinas e
através
da
conscientização
e
de
obras
reparadoras conseguimos baixar a DBO de 30
para 8 mg/l no ponto 1 e de 180 para 18 mg/l
no ponto 2”.
“Acontece que grande
parte dos esgotos que
deveriam estar indo para
as Estações de
Tratamento de Esgotos
estão sendo lançados nos
corpos d’água através de
ligações irregulares. O
órgão público responsável
fica em descrédito com a
população devido ao alto
valor investido e retorno
visual inexistente. Com o
trabalho de despoluição
de córregos urbanos os
resultados são visíveis e a
população aprova a obra.”
Através de tecnologia de baixo custo como o injetor de fumaça, bolinhas de
isopor, corantes para a água, trabalho de conscientização e medidas restauradoras
consegue-se realmente transformar esgoto “a céu aberto” em córregos urbanos de boa
aparência.
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0.5 Principais parâmetros analisados para diagnosticar um esgoto.
PH (Potencial Hidrogênico)
A medida do pH é a concentração hidrogênica das águas, o mesmo deve se
encontrar entre 6,0 e 8,0. Valores fora desta faixa tornam o meio extremamente seletivo
para vários seres vivos.
OD (Oxigênio Dissolvido)
Concentração de oxigênio dissolvido na água.
Alcalinidade
Em geral, quanto maior o valor da alcalinidade, maior será a capacidade da água
residuária manter seu pH próximo do neutro.
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
A DBO expressa a quantidade de oxigênio utilizada por microrganismos aeróbios
para oxidar biologicamente a matéria orgânica.
Demanda Química de Oxigênio (DQO)
A DQO expressa a quantidade de oxigênio utilizada para oxidar quimicamente a
matéria orgânica.
Sólidos Sedimentáveis (SS).
A análise de SS permite determinar o volume ocupado pelos sólidos após
sedimentação em cone Inhoff, por uma hora.
Sólidos Totais (ST) e Sólidos Suspensos Totais (SST)
Resíduo Total ou Sólidos Totais (ST) é o termo empregado para material que
permanece em um cadinho após evaporação da água da amostra e sua subsequente
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secagem em estufa, a 103ºC - 105°C. Sólidos Suspensos Totais (SST) constituem-se da
fração dos ST que fica retida em um filtro.
Sólidos Fixos Totais (SFT) e Sólidos Suspensos Fixos (SSF).
Resíduo Fixo ou Sólidos fixos Totais (SFT) é o termo empregado para a fração de
ST após incineração em mufla a 600°C. Nessas condições, toda matéria orgânica é
transformada em CO2 e água, restando, no cadinho, apenas os sólidos inorgânicos.
Sólidos Suspensos Fixos (SSF) é o termo empregado para a fração de SFT filtrada em
membrana, após calcinação a 600°C. O SSF mede aproximadamente a quantidade de
areia presente.
Sólidos Voláteis Totais (SVT) e sólidos Suspensos Voláteis (SSV).
Resíduo Volátil de Sólidos Voláteis Totais (SVT) é o termo empregado para a
fração de ST que se perde após calcinação em mufla a 600°C. Sólidos Suspensos Voláteis
(SSV) correspondem à fração de SST, que se perde após calcinação em mufla a 600°C.
Para lodos biológicos a concentração de SSV é relacionada à quantidade de biomassa
presente. Para lodos primários, a concentração de SSV, é relacionada ao conteúdo de
matéria orgânica morta presente.
Nitrogênio
O nitrogênio apresenta-se principalmente como nitrogênio orgânico, nitrogênio
amoniacal, nitrito e nitrato. O nitrogênio orgânico ocorre em esgotos sanitários,
principalmente devido à presença de proteínas ou seus produtos de degradação como
poliptiptídeos e aminoácidos. A degradação desses compostos e de uréia gera nitrogênio
amoniacal. O nitrogênio amoniacal, pode estar presente em águas residuárias industriais
que utilizam sais de amônia ou uréia. As formas oxidadas de nitrogênio, (nitritos e
nitratos) podem estar presentes em efluentes de sistemas de tratamento aeróbios, ou nas
águas residuárias industriais. A presença excessiva de nitrogênio causa a eutrofização dos
corpos d’água, que é a proliferação de algas.
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Fósforo
O fósforo encontra-se presente em águas residuárias, principalmente como
ortofosfatos e polifosfatos, bem como na forma de fósforo orgânico. A presença
excessiva de fósforo causa a eutrofização dos corpos d’água.
Sulfatos
O íon sulfato é um dos principais ânions presentes em águas naturais. Em
ambiente anaeróbio, os sulfatos geram sulfetos que são responsáveis por problemas de
corrosão, pela emissão de odor desagradável e que, dependendo da concentração podem
causar inibição a determinados processos biológicos como a metanogênese.
Óleos e Graxas
O termo óleos e graxas aplica-se a grande variedade de substâncias orgânicas que
são extraídas das soluções ou suspensões aquosas por hexana ou triclorofluoretano
(Freon). Hidrocarbonetos, ésteres, óleos, gorduras, ceras e ácidos orgânicos de cadeia
longa são os principais materiais que são dissolvidos por esses solventes.
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0.6 Relações importantes ao tratamento de esgoto:
a) indicação de tratamento biológico ou físico – químico:
DBO/DQO > 0,6
Tratamento por processo biológico;
0,2 < DBO/DQO < 0,6
Tratamento biológico possível;
DBO/DQO < 0,2
Tratamento biológico muito difícil.
Outras relações importantes são aquelas entre sólidos fixos e sólidos voláteis.
Relações SF/SV, SSF/SSV, SDF/SDV elevadas indicam a predominância absoluta de
material inerte na água residuária e a necessidade de sua separação prévia a fim de se
efetivar o tratamento biológico.
b) indicação da necessidade de desarenador:
A concentração de SSF fornece a estimativa grosseira da concentração de
partículas inertes (por exemplo, a areia) podendo ser utilizada, na ausência de dados mais
precisos, no projeto de certas unidades destinadas a remover essas partículas.
c) indicação de alta salinidade:
Concentrações elevadas de sólidos dissolvidos fixos (SDF) em comparação com
sólidos dissolvidos voláteis (SDV) indicam água residuária com alta salinidade e a
provável necessidade de tratamento físico-químico, uma vez que esses sais não são
efetivamente removidos em processos biológicos.
d) Indicação de processo biológico aeróbio ou anaeróbio:
As relações nutricionais entre carbono, nitrogênio e fósforo são de extrema
importância como verificação prévia da necessidade de se adicionar nutrientes à água
residuária a ser tratada por processo biológico.
Processos aeróbios:
DBO:N:P de 100:5:1.
Processos anaeróbios:
DQO:N:P de 500:5:1
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e) Indicação da necessidade de decantador primário:
A presença de Sólidos Sedimentáveis é indicativa da necessidade de unidade de
sedimentação antecedendo as unidades de tratamento biológico convencionais aeróbias,
ou os reatores anaeróbios, principalmente se o teor de SSF é elevado.
f) Indicação da necessidade de caixa de gordura:
Em geral, concentrações de óleos e graxas superiores a 50 mg/l são consideradas
elevadas, podendo prejudicar o tratamento biológico.
g) balanço de sólidos:
Sólidos Totais (ST)
Sólidos Suspenso Totais (SST)
Sólidos
Suspensos
Voláteis (SSV)
Sólidos
Suspenso
Fixos (SSF)
Sólidos Voláteis Totais (SVT)
Sólidos Dissolvidos Totais ( SDT)
Sólidos
Dissolvido
Voláteis (SDV)
Sólidos
Dissolvidos
Fixos (SDF)
Sólidos Fixos Totais (SFT)
ST = SST + SDT = SSV + SSF + SDV + SDF = SVT + SFT;
SVT = SSV + SDV e SFT = SSF + SDF;
SST = SSV + SSF e SDT = SDV + SDF;
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As relações descritas servem para o profissional fazer uma análise geral da
estação de tratamento de esgoto, podendo aplicá-las de forma prática e rápida. Como
objetivo deste curso demonstram-se parâmetros e tabelas para facilitar o entendimento e o
trabalho em futuras consultorias. Não temos o objetivo que o aluno termine o curso
sabendo fazer um projeto executivo, mas que ele tenha condições de ser um ‘clínico
geral’ na área de tratamento de esgoto, conseguindo realizar um estudo de concepção e de
alternativas, sabendo os caminhos necessários para aprovação de uma estação e
principalmente sabendo fundamentos operacionais dos principais tipos de tratamento.
Não será comum neste curso o uso de exemplos com respostas, pois acreditamos
que esta metodologia ‘vicia’ o estudante ao erro e inibe a forma de raciocínio. Todas as
respostas das questões serão analisadas com comentários, avaliando-se as respostas
individualmente.
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0.7 Questões:
1) Caso verifique-se um crime ambiental, deve se dirigir a quem?
a) Procurador do meio ambiente (
);
b) Política Nacional do Meio Ambiente (
c) IBAMA (
);
);
d) Órgão Estadual fiscalizador (
);
e) As respostas a , c, d estão corretas (
).
2) Uma indústria altamente poluidora quer se instalar próximo a uma área de proteção ambiental, onde
existe uma numerosa variedade de espécies. Se uma indústria lhe contratar, qual decisão você defenderia?
a) Aceitaria o desafio de tratar os esgotos desta firma próximo a área escolhida (
);
b) Tentaria convencê-los de que seria ideal um estudo de viabilidade ambiental (
);
c) Negaria o pedido por ser perto de área de proteção Ambiental (
);
d) Mostraria que eles não conseguiriam as licenças de instalação (
);
e) NDA (
);
3) O que é desequilíbrio ecológico?
a) O homem, a barata e os ratos em uma cidade (
);
b) Os mosquitos, corujas, ratos, morcegos, grilos, sapos e outros (
c) Muitas espécies, com número de habitantes equilibrados (
d) Poucas espécies com um número excessivo de habitantes (
e) As respostas a e d estão corretas (
);
);
);
);
4) Responda se a afirmação é correta:
a)
O esgoto daquela indústria não tem o padrão de qualidade dentro da legislação
(
) correta
(
) incorreta
b) O esgoto daquela indústria não tem o padrão de Emissão dentro da legislação
(
c)
) correta
(
) incorreta
O efluente daquela indústria vai tirar o enquadramento daquele rio
(
) correta
(
) incorreta
d) O efluente daquela indústria misturado ao rio não atenderá o padrão de qualidade estabelecido
(
) correta
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(
) incorreta
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5) Escreva o que é padrão de qualidade? Qual a sua importância?
6) Escreva o que é padrão de Emissão? Qual a sua importância?
7) Quais as principais leis que regulamentam os recursos hídricos?
8) Explique as fases de poluição de um rio?
9) O que você entende por desenvolvimento sustentável? Crescer e se desenvolver são sinônimos?
10) Uma cidade para ter qualidade de vida, necessariamente tem que ser desenvolvida?
11) Você acha que as pessoas morrem mais de diarréias, câncer e AIDS em cidades grandes ou pequenas
proporcionalmente? Justifique a sua resposta?
12) Você acha que as pessoas morrem mais de diarréias, câncer e AIDS em cidade desenvolvidas ou
subdesenvolvidas?
13) Somente as estações de tratamento de esgoto salvariam a qualidade de nossos rios? Justifique?
14) Em 1950 praticamente não tínhamos nenhum rio poluído, quantos anos você acha que levaríamos para
despoluí-los?
15) Se você fosse o Presidente da República qual seria seu plano para Despoluição de Córregos? Você
mudaria alguma das leis?
16) Qual é a diferença fundamental entre os parâmetros DQO e DBO?
17) Que problemas ao Rio podem ser causados pela presença de nitrogênio e fósforo?
18) Faça um esquema de uma ETE completa (será questão do primeiro teste).
19) Quanto de areia aproximadamente existe neste esgoto doméstico?
ST = 200 mg/l;
SFT = 80 mg/l;
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SDF = 50 mg/l
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20) Calcule a concentração de SST em mg/l?
SSV = 100 mg/l;
SDV = 100 mg/l;
SDF = 100 mg/l;
SFT = 200 mg/l
21) Calcule a concentração de ST em mg/l?
SVT = 100 mg/l;
SDV = 50 mg/l;
SSF = 800 mg/l;
SDF = 200 mg/l
22) Que tipo de tratamento você indicaria para os seguintes esgotos:
a) DBO = 180 mg/l;
DQO = 180 mg/l;
N = 20 mg/l;
P = 10 mg/l
b) DBO = 1800 mg/l;
DQO = 5000 mg/l;
N = 60 mg/l;
P = 10 mg/l
c) DBO = 1800 mg/l;
DQO = 5000 mg/l;
N = 100 mg/l;
P = 200 mg/l
d) DBO = 180 mg/l;
DQO = 1800 mg/l;
N = 100 mg/l;
P = 100 mg/l
e) DBO = 180 mg/l;
DQO = 350 mg/l;
N = 20 mg/l;
P = 1 mg/l
f) DBO = 180 mg/l;
DQO = 180 mg/l;
N = 9 mg/l;
P = 2 mg/l
23) Preencha:
Nome completo:
Data de nascimento:
Sexo:
Profissão:
Formação:
Onde Trabalha:
Endereço do trabalho:
Telefone para contato:
Obs.: Todos os exercícios deverão ser feitos e enviados para a correção, o envio do capítulo seguinte
depende da correção dos exercícios. Dúvidas referentes ao texto e sugestões devem ser escritas juntamente
com as respostas dos capítulos.
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0.7 Bibliografias consultadas:
01. VIEIRA, S.M.M. (1992). Tratamento Anaeróbio de esgotos domésticos. Ambiente
- Revista Cetesb de tecnologia. 6 (1), 16-23.
02. CAMPOS, J.R.(1990). Alternativas para Tratamento de Esgotos Sanitários.
Consórcio Intermunicipal das bacias dos rios Piracicaba e Capivari. 03
03. FORESTI, E.(1993). Controle de processos de tratamento de despejos.
notas de aula de pós-graduação em hidráulica e saneamento na EESC-USP
04. FORESTI, E.(1998) – “Notas da aula de Processos e Operações em Tratamento
de Resíduos SHS-705”, Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola
de Engenharia de São Carlos.
05. IMHOFF, K. R.(1986) – Manual de Tratamento de Águas Residuárias. São Paulo.
06. METCALF & EDDY(1979) – “Wastewater engineering – treatment, disposal,
reuse”2nd ed.. New York. McGraw-Hill, p. 920.
07. NUNES, J.A.(1996) - Tratamento Físico Químico de Águas Residuárias
Industriais. 2ª edição Editora J. Andrade.
08. POVINELLI, J.(1993) - Técnicas Experimentais em Saneamento Ambiental.
Relatório 3 - Universidade de São Paulo - Escola de Engenharia de São Carlos Departamento de Hidráulica e Saneamento.
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Capítulo 1: Introdução ao Tratamento de esgoto:
1.1 Introdução:
A vazão que deve entrar numa estação de tratamento de esgoto é um dos
principais parâmetros para se projetar estações de tratamento de esgoto. A vazão tanto
serve para o dimensionamento das unidades do sistema de tratamento, quanto para o
estudo de autodepuração e enquadramento na legislação vigente.
Anteriormente a vazão de esgoto afluente a ETE é importante conhecer também
os principais tipos de sistemas de esgotamento sanitário existentes:
a. Sistema de esgotamento Unitário ou Combinado: águas residuárias (domésticas e
industriais), águas de infiltração (água do solo que penetra nas tubulações) e águas
pluviais são coletadas pela mesma tubulação.
b. Sistema separador absoluto: as águas residuárias e águas de infiltração veiculam por
tubulação independente da água de chuva.
No Brasil, devido a quantidade de chuvas, é adotado o
sistema separador absoluto. Os problemas encontrados
são os das ligações clandestinas de água de chuva nas
redes de esgoto, causando um aumento na vazão de
projeto.
“ apenas 10 % dos
nossos esgotos são
tratados e 30 % são
coletados
adequadamente”
No Brasil, dos cerca de 160 milhões de habitantes, apenas 48 milhões recebem
rede coletora de esgoto sanitário e apenas 16 milhões de pessoas tem seus esgotos
tratados.
Existem os sistemas locais de tratamento de esgoto que não necessitam de rede
coletora, pois os mesmos são tratados no local da sua geração. Este tipo de sistema tem
sido ótima solução para várias localidades.
Para o projetar as Estações de Tratamento de Esgoto deve-se quantificar e
qualificar o melhor possível tanto o esgoto doméstico quanto o industrial. Veremos no
capítulo 1 metodologias para a caracterização e quantificação.
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1.2 Vazões de Projeto (esgoto):
a) Verificação no Local:
Para elaboração de projetos de pequenas comunidades ou indústrias que já tenham
prontas suas instalações, principalmente o sistema de coleta construído. A medição de
vazão pode ser de forma manual, com apenas um balde de volume aferido e um
cronômetro pode-se determinar a vazão de uma pequena comunidade.
Q ⇒ Vazão de esgoto;
V ⇒ Volume do recipiente;
T ⇒ Tempo de enchimento;
Q = V / T;
“A vazão é igual ao volume do
recipiente dividido pelo tempo em
que o mesmo foi preenchido pelo
líquido”.
Para melhor precisão deve ser feito o maior número de amostras durante um dia.
O ideal é medir a vazão 24 vezes por dia durante 1 mês.
b) Medição através de micro medição da água:
Caso exista um controle e confiabilidade no sistema de micro medição e
conhecimento do coeficiente de retorno, pode-se calcular a vazão de esgoto. A micro
medição é a somatória dos volumes que passam pelos hidrômetros das edificações.
O coeficiente de retorno representa a fração da água que retorna ao sistema
coletor de esgoto, sendo a outra parte infiltrada nos jardins ou destinada as galerias de
água pluvial. Esta metodologia deve considerar a vazão devido a infiltração na rede
coletora de esgoto.
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Tabela 1: Valores usuais do coeficiente de retorno ( CR ).
Condição Grandes Cidades
Cr
0,85
Cidades médias
Cidades Pequenas
0,8
0,7
c) Vazão através da estimativa populacional:
Este método é usado principalmente quando o projeto da ETE prever um
crescimento populacional durante o tempo de operação. Para isso deve-se estudar vários
parâmetros como tendência do crescimento populacional, código de obras, plano diretor,
planejamento municipal e etc. O valor encontrado nos dá a estimativa de uma população
futura que nos dará o consuma de água e de esgoto.
c.1) Método aritmético:
P = P2 + Ka ( t – t2) onde
Ka = ( p2 – p1 ) / ( t2 – t1 );
P1 = População do penúltimo senso;
P2 = População do último senso;
T1 = ano do penúltimo senso;
T2 = ano do último senso;
T = ano da projeção;
P = População estimada para o ano de projeção.
Método bom para ser utilizado para uma estimativa do crescimento populacional
em no máximo 5 anos de projeção.
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c.2) método do prolongamento manual:
As previsões das populações futuras podem ser estimadas prolongando-se
manualmente a curva, de acordo com a tendência geral verificada, usando um
julgamento próprio.
No prolongamento manual podem ser
utilizados gráficos de locais semelhantes
como comparação para a minimização do
erro.
Este método requer bom senso e conhecimento de locais similares para a
comparação. Deve ser sempre usado como parâmetro de comparação de outros métodos
de estimativa populacional.
c.3) método geométrico:
ln P = ln P2 + Kg ( T – T2 ) onde
Kg = (ln P2 – ln P1) / (T2 – T1);
P1 = População do penúltimo senso;
P2 = População do último senso;
T1 = ano do penúltimo senso;
T2 = ano do último senso;
T = ano da projeção;
P = População estimada para o ano de projeção.
Neste método o crescimento populacional é pressuposto ilimitado, portanto também
deve ser usado para tempos curtos de no máximo 5 anos.
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c.4) método da curva logística:
P = K / (1 + e a – b . t );
P0 = População relativa ao tempo T0 ;
K = 2 P0 P1 P2 – ( P1 )2 ( P0 + P2 )
P0 P2 – ( P1 )2
P1 = População relativa ao tempo T1 ;
P2 = População relativa ao tempo T2 ;
P = População estimada para o ano de projeção;
b=-
1
0,4343d
log P0 ( K – P1)
P1 ( K – P0)
T1 – T0 = T2 – T1;
P0 , P1 e P2 devem ser tais que Po < P1 < P2;
P0 , P1 e P2 devem ser tais que Po x P2 < P1;
a=
1
log ( K – P0)
0,4343
d = intervalo constante entre os anos To, T1 e T2.
P0
A curva logística possui três trechos distintos: crescimento acelerado, crescimento
retardado e estabilização. Considera-se neste método um limite de saturação (K).
O método é bom para estimativa em até 20 anos, apesar de que se deve sempre
comparar este método com o do prolongamento manual. Quanto maior o número de
informações sobre a população melhor será a estimativa da vazão.
d) Cálculo da vazão média de esgoto tendo-se estimada a população:
Q = p . q . cr / 1000 ( m3/d );
Q = p . q . cr / 86400 ( l / s );
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P ⇒ população estimada;
q ⇒ Consumo per capita de água;
cr ⇒ Coeficiente de retorno de esgoto;
Q ⇒ Vazão do esgoto.
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Tabela 2: Consumo per capita de água(q).
Porte da comunidade
Povoado rural
Vila
Pequena localidade
Cidade média
Cidade Grande
Faixa da população
(hab.)
< 5.000
5.000 – 10.000
10.000 – 50.000
50.000 – 250.000
> 250.000
Consumo per capita- q
(l/hab.dia)
90 – 140
100 – 160
110 – 180
120 – 220
150 – 300
Fonte: Sperling, M. V.(1996)
Tabela 3: Valores típicos do consumo de água(q):
Estabelecimento
Aeroporto
Alojamento
Banheiro Público
Bar
Cinema / Teatro
Escritório
Hotel
Hotel
Indústria (esgoto sanitário )
Lanchonete
Lavanderia – Comercial
Loja
Loja
Loja de Departamento
Loja de Departamento
Restaurante
Clínica de Repouso
Clínica de Repouso
Escola rica
Escola média
Prisão
Prisão
Unidade
Passageiro
Residente
Usuário
Freguês
Assento
Empregado
Hóspede
Empregado
Empregado
Freguês
Máquina
Banheiro
Empregado
Banheiro
Empregado
Refeição
Residente
Empregado
Estudante
Estudantes
Detento
Empregado
Vazão (l/unidade.dia)
15
130
25
15
8
50
150
50
70
15
3000
1500
40
2000
40
40
400
50
100
60
400
50
Fonte: NBR 7229, Metcalf & Eddy (1991).
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Tabela 4: Consumo de água industrial:
Ramo
Alimentar
Têxtil
Couro
Polpa e
Papel
Químicas
Mineração
Tipo
Unidade
Frutas legumes em conservas
Doces
Açúcar de Cana
Matadouros
Laticínios
Laticínios
Margarina
1 ton. de açúcar
1 ton. de produto
1 ton. de açúcar
1 boi / 2,5 porcos
1000 l de leite
1000 l de leite
1 Ton. de
margarina
1000 l de cerveja
1 ton. De pão
1000 l de refr.
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Pele
1000 pares
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 empregado
1 ton. Vidro
1 ton. de sabão
1 ton. de cloro
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 barril (117 l )
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Produto
1 ton. Carvão
1 m3 minério
Cervejaria
Padaria
Refrigerantes
Algodão
Lã
Rayon
Nylon – polyester
Lavanderia de lã
Tinturaria
Curtume
Sapato
Fabricação de Polpa
Embranquecimento de Polpa
Fabricação de Papel
Polpa e papel integrados
Tinta
Vidro
Sabão
Ácido, Base e Sal
Borracha
Borracha sintética
Refinaria de petróleo
Detergente
Amônia
Dióxido de Carbono
Gasolina
Farmacêuticos (vitaminas)
Carvão
Ferro
Consumo de água
(m3 / unidade
produzida)
40
20
8
0.4
8
8
15
15
4
3
500
600
50
130
50
50
30
5
150
150
200
220
110 l/d
15
150
50
125
500
0,3
13
115
80
25
25
10
16
Fonte.: CETESB (1976), Metcalf & Eddy ( 1991) .
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Uma maneira de conseguir o valor mais real possível do consumo per capita (q) é
através da verificação real, ou seja, uma pesquisa nas edificações similares:
1. Escolhe-se residências ou indústrias com mesmas características da estudada;
2. Verifica a micromedição (através dos hidrômetros) em 12 meses;
3. Verifica a população do bairro ou unidade de produção da indústria estudada;
4. q = Volume micromedido / (365 dias x população) ou
5. q = volume micromedido / produção;
6. Verifica se sistemas produtivos são similares no caso de indústria e se população tem
mesma característica no caso de residências.
obs.: Caso seja inviável o estudo acima deve-se considerar o valor médio da tabela 2.
e) Vazão de projeto:
Sabe-se que a organização social faz com que os homens tenham atitudes
similares. A grande maioria da população usa a água próximo das 12:00 e das 18:00
horas, causando um pico de vazão em alguns horários como mostrado no gráfico 1.
Com a variação da vazão variando durante o dia, algumas unidades do sistema de
tratamento de esgoto devem ser projetadas para a vazão máxima. Deve-se considerar
também as variações de consumo pela mudança de hábito devido às variações de clima
nas diversas estações do ano.
Tendo sido prática a adoção dos seguintes coeficientes de variação da vazão média de
água:
K1 = 1,2 ( coeficiente do dia de maior consumo – devido principalmente a temperatura );
K2 = 1,5 ( coeficiente da hora de maior consumo – devido aos hábitos humanos );
K3 = 0,5 ( coeficiente da hora de menor consumo );
Assim:
Qmáximo-dia (Qdmáx) = K1 . Q ;
Qmáximo-horário (Qhmáx) = K1 . K2 . Q ;
Qmínimo ( Qmín )= K3 . Q.
Deve-se adicionar aos valores acima a vazão devida a infiltração na rede coletora
de esgoto. A norma NBR 9649 da ABNT, diz: “TI, Taxa de contribuição de infiltração,
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depende de condições locais tais como: Nível de água do lençol freático, natureza do
subsolo, qualidade da execução da rede, material da tubulação e tipo de junta utilizado. O
valor entre 0,05 a 1,0 l/s.km adotado deve ser justificado”.
Tabela 5: Taxas de infiltração recomendadas para projetos:
Autoria
Metcalf & Eddy Inc.
SABESP
NBR 9649 – ABNT
J.R.Campos & F.Y.Hanai
Local
EUA
Estado de São Paulo
Brasil
Araraquara
TI (l/s.km)
0,15 a 0,6
0,05 a 0,5
0,05 a 1,0
0,17
Ano
1981
1984
1986
1997
Gráfico 1: Curvas de demanda de água da cidade de Campinas:
CURVA DE DEMANDA
35
30
25
20
15
curva de demanda
temperatura
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
40
35
30
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
25
20
15
0
0
1
2
3
4
5
6
7
25
20
15
curva de demanda
temperatura
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
GERÊNCIA DE OPERAÇÃO DE
ÁGUA - SANASA - OPA
45
40
35
30
25
20
15
GERÊNCIA DE OPERAÇÃO DE
ÁGUA - SANASA - OPA
curva de demanda
temperatura
10
5
0
0
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
DEMANDA
35
TEMPERATURA
DEMANDA
40
30
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
CURVA DE DEMANDA
45
0
8
HORA
CURVA DE DEMANDA
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
temperatura
5
GERÊNCIA DE OPERAÇÃO DE
ÁGUA - SANASA - OPA
HORA
curva de demanda
10
TEMPERATURA
0
45
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
bomba 1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
TEMPERATURA
40
DEMANDA
45
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
TEMPERATURA
DEMANDA
CURVA DE DEMANDA
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
HORA
GERÊNCIA DE OPERAÇÃO DE
ÁGUA - SANASA - OPA
Como pode-se verificar nos gráficos acima, os valores de vazão de pico e mínima
deram 1,5 e 0,5 respectivamente, coerentes com os adotados nos projetos da cidade de
Campinas. Os gráficos foram monitorados pelo Eng º Emerson Marçal Júnior através de
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macro medição na saída do reservatório pulmão, que abastece 90 % da cidade de
Campinas. O trabalho tinha como finalidade o controle de perdas d’água e serviu como
dados técnicos para o setor de planejamento e projetos.
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1.3 Cálculo da vazão de um rio:
a ) Método manual para determinação da vazão instantânea:
O método manual consiste na
disposição de uma bola de isopor na
superfície da água, que com a correnteza
percorrerá uma distância pré-determinada
(L1 + L2) e com a marcação do tempo
consegue-se a velocidade média, onde
L1
L2
velocidade média = L1(m) + L2 (m)
dividido pelo tempo cronometrado (s).
Para diminuir o erro deve-se fazer a tirada de tempo pelo menos 30 vezes.
Para o cálculo da vazão deve-se saber a área da seção transversal do rio a cada 10
metros, o valor da seção média deve ser retirado através da média aritmética das várias
seções encontradas no decorrer do comprimento L1 e L2 (soma > 50 metros). Através de
uma régua mede-se a área da seção transversal com medidas a cada 2 metros, conforme
figura abaixo.
“A metodologia descrita é
imprecisa, mas na falta de
equipamentos e
dependendo da utilização,
o método manual para
determinação de vazão
instantânea de um rio é
uma solução bastante
prática e de baixo custo. É
uma metodologia ótima
para determinação da
vazão de córregos urbanos
de pequena dimensão no
controle da poluição”
O valor da vazão encontrada é em relação a velocidade superficial, pois é o local
onde percorre o isopor, sabe-se que a vazão no centro é maior que a da superfície,
portanto deve-se multiplicar a vazão encontrada por 1,2 para que se tenha um valor mais
próximo do real.
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b) Método para determinação da vazão instantânea através da adição de sais:
O método consiste na adição de sais no rio, através de uma vazão conhecida:
Qm(l/s) . Sal-m(mg/l) = Qrio(l/s) . Sal-rio(mg/l) + Qad(l/s) . Sal.ad(mg/l); Onde
Qm = Qrio + Qad = Vazão do rio (desconhecido) e do sal adicionado (conhecido);
Sal-m = Concentração de sal na mistura (conhecido por análises) ;
Sal-rio = Concentração de sal no rio antes da adição do sal (conhecido por análises);
Sal-ad = Concentração de sal adicionada ao rio (conhecido por análises);
Qad
= Vazão adicionada de sal (conhecida);
Percebe-se que a única incógnita da equação acima é a vazão do rio, que pode ser
facilmente determinada com algumas análises de sólidos dissolvidos fixos.
O
problema
desta
Distribuição uniforme do sal
metodologia é a quantidade
de sal a ser despejada no
rio, pois dependendo da
concentração pode-se não
ser aceito pelos órgãos de
controle.
Outro problema é que a condição de mistura no rio não seja a ideal, para isso é
necessário que a adição do sal seja feita uniforme em toda a seção desejada.
Para determinação da vazão instantânea de um rio com o mínimo erro deve ser
feito os dois métodos descritos acima. Lembre-se que a vazão do rio varia conforme as
variações sazonais, portanto estes métodos não podem ser usados para cálculo de
autodepuração ou como Q7,10.
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c - Cálculo do Q7,10.
O Q7,10 é a medida necessária para o estudo de autodepuração de corpos d’água e
consequentemente a definição da eficiência necessária da estação de tratamento de
esgoto.
Q7,10 (l/s) = C . Xr . ( A + B). Qm;
Qm = a + b . p (l/s . km2);
ou seja:
Q7,10 = C . Xr . ( A + B). ( a + b . p);
Q7,10 ⇒ vazão mínima anual de sete dias
consecutivos e período de retorno de 10 anos;
Qm ⇒vazão média das mínimas anuais de um mês;
C
⇒ relação Q7,10 e Qm;
Xr ⇒ coeficiente relativo ao período de retorno;
A,B ⇒ coeficientes tabelados;
a,b ⇒ coeficientes tabelados;
p
⇒ precipitação pluviométrica anual( mm/ano).
Tabela 6: coeficientes para determinação do Q7,10;
Região
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
Curso de Tratamento de Esgoto
a
-22,14
-29,47
-29,47
-22,14
-22,14
-22,14
-26,23
-29,47
-29,47
-29,47
-26,23
-26,23
-4,62
-26,23
-26,23
-26,23
-4,62
-4,62
-4,62
-4,62
-4,62
b
Xr – 10
0,0292 0,706
0,0315 0,706
0,0315 0,748
0,0292 0,708
0,0292 0,708
0,0292 0,708
0,0278 0,632
0,0315 0,748
0,0315 0,708
0,0315 0,708
0,0278 0,689
0,0278 0,759
0,0098 0,759
0,0278 0,689
0,0278 0,689
0,0278 0,619
0,0098 0,633
0,0098 0,661
0,0098 0,661
0,0098 0,661
0,0098 0,594
A
0,3532
0,4174
0,4174
0,5734
0,4775
0,6434
0,4089
0,4951
0,6276
0,4741
0,4951
0,6537
0,6141
0,4119
0,3599
0,3599
0,6537
0,6141
0,5218
0,4119
0,4119
B
0,0398
0,0426
0,0426
0,0329
0,0330
0,0252
0,0332
0,0279
0,0283
0,0342
0,0279
0,0267
0,0257
0,0295
0,0312
0,0312
0,0267
0,0257
0,0284
0,0295
0,0295
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Fonte: Assessoria de Recursos Hídricos do DAEE (1984)
O valor encontrado deve ser multiplicado pela área da bacia a montante do ponto
desejado para a instalação de uma estação de tratamento de esgoto. Na tabela abaixo
verificam-se os rios monitorados no Estado de São Paulo.
Tabela 7: Regionalização dos principais rios do Estado de São Paulo:
RIOS DE SÃO PAULO
Aguapeí
Alto Tietê (São Paulo até Piracicaba)
Baixo Tietê (Piracicaba até Mato Grosso)
Itararé
Jaguari
Mogi Guaçu
Paraíba do Sul
Paranapanema
Pardo (afluente do Paranapanema)
Pardo (Efluente do Mogi)
Peixe
Piracicaba
Ribeira do Iguape
Santo Anastácio
São José dos Dourados
Sapucaí Mirim
Turvo
REGIÃO
S
G
T
I
K
N
H
Q
L
O
R
G
E
R
U
P
M
C
Z
X
Z
Z
X
Y
Z
Z
Z
Y
Z
X
X
Z
Z
Y
Y
Fonte: Assessoria de Recursos Hídricos do DAEE (1984)
Caso os órgãos de controle não tenham dados relativos a área de influência da
bacia, e dependendo do tamanho do empreendimento, deve-se fazer o levantamento
planialtimétrico para verificação da área de influência.
Na falta de dados sobre o índice pluviométrico, deve-se adotar valores da região
mais próxima, com as mesmas características que a estudada. Deve-se tomar o máximo
cuidado para não cometer erros grotescos que podem levar ao super dimensionamento da
estação de tratamento de esgoto, ou até a inviabilização de um empreendimento. Pode-se,
também, ocorrer um subdimensionamento levando a ineficiência da estação de tratamento
de esgoto, causando no rio um desenquadramento e conseqüente desrespeito a legislação.
O projetista pode ser processado pelo artigo 33 da lei dos crimes ambientais.
Para a cidade de Campinas, interior do Estado de São Paulo um valor médio usual
é de 1300 mm/ano.
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1.4)
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Autodepuração dos corpos receptores:
Autodepuração de corpos receptores é a capacidade que um corpo d’água
consegue restabelecer seu equilíbrio naturalmente após o despejo dos poluentes.
No corpo d’água que recebe um lançamento de esgoto, ocorre o fenômeno do
desequilíbrio ecológico, que é o aumento do número de indivíduos de uma única espécie
com conseqüente desaparecimento de outras espécies (ver apostila zero página 26).
A autodepuração acontece em etapas conforme a figura abaixo:
Águas limpas
degradação
decomposição
recuperação
águas limpas
Matéria Orgânica
distância
Bactérias
distância
Oxigênio Dissolvido
distância
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Com o passar da distância o rio adquire novamente o teor de oxigênio dissolvido
como antes do lançamento. Desta maneira dá a entender que o rio trata os esgotos e que
não é necessário o tratamento. Acontece que se o rio estiver poluído, mesmo que apenas
em alguns trechos, pode ser o suficiente para limitar alguns tipos de vida em sua total
extensão. Exemplos são os peixes que sobem o rio para desovar, ou os que necessitam da
piracema. Estudos do professor Godoy de Pirassununga mostram que os peixes sobem e
descem o rio numa sincronia e pontualidade “britânica”. Com o monitoramento de
peixes, ele conseguiu capturar várias vezes os mesmos peixes, no mesmo dia e mês só
que em anos diferentes.
A natureza tem seus mistérios e belezas, e este encanto não deve ser quebrado
pelo homem, para isso é necessário que o homem trate seus esgotos e futuramente até
diminua a produção do mesmo.
Com isso o homem instituiu leis que limitam os lançamentos nos nossos rios.
Através do estudo de autodepuração e do conhecimento das leis é que poderemos ver a
eficiência necessária numa estação de tratamento de esgoto.
O aspecto de maior importância no gerenciamento da qualidade da água, consiste
na aplicação de modelos matemáticos que possibilitem a determinação das alterações
provocadas pelas descargas nas águas dos rios, lagos, estuários e oceanos.
O desenvolvimento de tais modelos
requerem a aplicação de balanço de massa e
modelos cinéticos. Torna-se possível, desta
forma, prever a capacidade do sistema de
receber efluente, além de quantificar os
impactos causados por determinadas ações.
“Um dos modelos matemáticos
mais utilizados para verificar a
autodepuração de um corpo
d’água que recebe lançamento
de esgoto doméstico é o
determinado por Streeter &
Phelps, para o Rio Ohio”.
Um dos principais modelos matemáticos aplicados à qualidade da água foi
desenvolvido por H. S. Streeter e E. B. Phelps em 1925, para o Rio Ohio. Este modelo é
utilizado para prever o déficit da concentração de oxigênio num rio, causado pela
descarga de águas residuárias. O modelo de decaimento de oxigênio de Streeter & Phelps
na sua forma simples, correlaciona a taxa de variação do déficit de oxigênio com a
distância e respectivas taxas espaciais de desoxigenação e reoxigenação.
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A – Concentração no rio após a mistura com o despejo:
Cm = (Qrio . Crio + Qe . Ce) / (Qrio + Qe);
Cm ⇒ Concentração na misturo;
Crio ⇒ Concentração no rio antes da mistura;
Ce ⇒ Concentração no esgoto;
Qrio ⇒ Q7,10 - Vazão crítica do rio;
Qe ⇒ Vazão média do esgoto;
Obs. As concentrações podem ser para vários
parâmetros como OD, DBO, DQO...
B – Déficit inicial de Oxigênio no rio:
D0 ⇒ Déficit inicial de oxigênio, após a mistura;
Cm⇒
⇒ OD logo após a mistura;
Obs.: usar concentração na mistura para
verificar o oxigênio dissolvido na mistura, onde
Crio = OD (oxigênio dissolvido no rio)
Ce = OD (oxigênio dissolvido no esgoto) ou
Cm = (Qrio . ODrio + Qe . ODe) / (Qrio + Qe);
Do = Cs - Cm
Tabela 8: Valores de oxigênio dissolvidos para o esgoto.
Tipo de efluente
Esgoto Bruto
Tratamento primário
Tratamento Anaeróbio
Tratamento aerado
Lagoas facultativas
OD (oxigênio dissolvido: mg/l)
Zero – 0,5
Zero
Zero
1 a 2 mg/l
3 a 7 mg/l
Fonte: Experiência do autor;
Tabela 9: Valores de Oxigênio Dissolvido de Saturação e no Rio (mg/l):
Temperatura
10
14
18
22
26
30
0
11,3
10,4
9,5
8,8
8,2
7,6
Altitude (m)
500
1000
10,7
10,1
9,8
9,3
9,0
8,5
8,3
7,9
7,8
7,3
7,2
6,8
1500
9,5
8,7
8,0
7,4
7,1
6,4
OD no rio
Mg/l
8,29
7,62
6,97
6,48
6,11
5,7
Fonte: Adaptado de Sperling, M. V.(1996)
Obs.: Os valores de Cs estão nas colunas de 2 a 5.
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C – Cálculo da DBO5 no rio após a mistura:
DBO5m = (Qrio . DBO5rio + Qe . DBO5e) / (Qrio + Qe);
DBO5m ⇒ DBO5 na mistura;
DBO5rio⇒ DBO5 rio antes da
mistura;
DBO5e ⇒ DBO5 no esgoto;
D – Cálculo da Demanda Última no rio após a mistura:
DBOu = DBO5m / (1 – e
– 5 . k1
);
DBO5m ⇒ DBO5 na mistura;
DBOu ⇒ DBO última;
K1
⇒ Coeficiente de desoxigenação;
Tabela 10: Valores de K1 para temperatura de 20º C:
Origem
Água residuária forte (DQO > 1000 mg/l)
Água residuária fraca (DQO < 1000 mg/l)
Efluente primário
Efluente secundário
Rios limpos
Água potável
K1 (dia-1)
0,4
0,35
0,30
0,20
0,15
0,10
Fonte: Metcalf & Eddy (1991);
Para temperaturas diferentes de 20ºC transformar o valor através da fórmula:
K1T = K120 . θ (T – 20) onde T = temperatura do líquido; K120 = K1 a uma temperatura de
20ºC e θ = coeficiente de temperatura que é usualmente empregado com valor de 1,047.
E - Cálculo do perfil de oxigênio dissolvido em função do tempo:
ODt = Cs – [ K1. DBOu ( e- k1 . T - e – k2 .T) + Do . e – k2 . T];
K2 – K1
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K2 ⇒ Coeficiente de reaeração;
K1 ⇒ Coef. de desoxigenação;
Do ⇒ Déficit inicial de OD;
Cs ⇒ OD de saturação;
DBOu ⇒ DBO última.
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Caso em algum ponto ODt for negativo o modelo de Streeter & Phelps passa a não mais
ser válido.
Tabela 11: Valores típicos de K2 para temperatura de 20ºC:
K2 ( dia –1)
Tipos de Corpos D’água
Lagoa
Rio muito lento
Rio Lento
Rio Normau
Rio Rápido
Corredeiras
Profundo
0,12
0,23
0,37
0,46
0,69
>1,15
Raso
0,23
0,37
0,46
0,69
1,15
>1,61
Fonte: Fair et al (1973), Arceivala(1981) apud Sperling(1996).
Para temperaturas diferentes de 20ºC transformar o valor através da fórmula:
K2T = K220 . θ (T – 20) onde T = temperatura do líquido; K120 = K1 a uma temperatura de
20ºC e θ = coeficiente de temperatura que é usualmente empregado com valor de 1,024.
F – Cálculo do Tempo Crítico (onde ocorre a concentração mínima de oxigênio
dissolvido):
Tc =
1 . ln { K2 . [ 1 – Do . ( K2 – K1) ]};
K2 – K1
K1
DBOu . K1
G – Cálculo do déficit crítico e da concentração crítica de oxigênio:
DC = K1 . DBOu . e – k1 . Tc
e
ODc = Cs – Dc;
K2
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1.5 Eficiência necessária para instalação do tratamento de esgoto:
A eficiência necessária para a instalação de uma estação de tratamento de esgoto é
verificada através da classe do rio no qual o esgoto será despejado. Com a classe do rio
sabe-se qual é o valor mínimo de OD permissível pela legislação, portanto o valor de
ODc deverá ser igual ao valor mínimo permito pela legislação.
Após verificado o ODc, consegue-se o valor do Déficit Crítico de Oxigênio.
Através das equações G e F consegue-se 2 equações e 2 incógnitas (DBOu e Tc).
Encontrando-se o valor da DBOu através de relação já citada consegue-se o valor da
DBO5m, que através do balanço de massa consegue-se o valor da DBO5 do efluente
permitido. Assim pode-se conseguir a eficiência através de seguinte equação:
E = DBO5a – DBO5e . 100
DBO5a
DBO5a = DBO5 afluente a ETE;
DBO5e = DBO5 efluente a ETE;
E = Eficiência do tratamento;
1.6 Relações de concentração e vazão:
-
Carga (kg /dia)= concentração (Kg /m3) . vazão (m3/dia);
-
Carga (Kg/dia)= população (hab) . carga per capita (Kg/hab.dia);
-
Carga (kg/dia) = contribuição por unidade produzida(kg/unid) . produção (unid);
-
Concentração(Kg/l) = carga per capita (Kg/hab.dia) / quota per capita (l/hab.dia);
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1.7 Principais parâmetros:
O tratamento de esgoto consiste principalmente na separação de partículas sólidas
do líquido. De maneira simplificada o esgoto poderia ser tratado com um simples filtro,
acontece que nos esgotos existem partículas pequenas (dissolvidas) que inclusive passam
por um filtro de papel. Os filtros sozinhos também causam problemas de constante
entupimento.
As partículas no esgoto podem ser classificadas quanto ao seu tamanho:
dispérside
dispersóide
Átomos e
moléculas
colóides
Suspensões ou
soluções
coloidais
Soluções
propriamente
ditas
µm
10-1
dispersão
100
10
102
Partículas suspensas
Poro papel
fino
103
Suspensões
104
105
106
107
As partículas classificadas como dispérside e como dispersóide necessitam de um
pré-tratamento antes de uma filtração, pois devido ao pequeno tamanho passam pelo poro
de um filtro de papel fino. Uma maneira é a união de várias partículas pequenas
transformado-as em uma partícula grande. Este processo de união das partículas pode
ocorrer através da adição de produtos químicos ou através de contato com bactérias (o
processo biológico não é somente a união entre partículas, mas é um similar para o
entendimento do estudante iniciante).
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Outra classificação dos sólidos pode ser feita de acordo com a sua
biodegradabilidade. Os sólidos podem ser biodegradáveis (voláteis) ou podem ser inertes
(fixos). Sólidos biodegradáveis são aqueles que entram em decomposição através da ação
de microrganismos. Sólidos inertes são aqueles que as bactérias não influenciam no seu
estado inicial.
Quase todo tipo de matéria orgânica é
biodegradável e pode ser retirada do esgoto
através
de
tratamento
biológico.
A
quantificação de matéria orgânica pode ser
“Matéria orgânica é todo
composto que tenha carbono na
sua estrutura molecular”
Exemplo: C6H12O6
feita através das análises de DBO, DQO, COT e SVT. A matéria orgânica pode ser
separada através de precipitação química, onde a matéria é coagulada, floculada e
posteriormente decantada ou pelo tratamento biológico aeróbio, anaeróbio ou facultativo.
O esgoto em geral tem uma formação complexa, além da M.O. apresentada, tem
também areia, sais, nutrientes e outros despejos das mais variadas origens. Nem sempre
consegue-se a retirada de todos os materiais numa única unidade, por este motivo as
estações de tratamento de esgoto são complexas, tendo várias unidades com objetivos
diferentes.
Tabela 12: Características de um esgoto doméstico
Parâmetro
Sólidos Totais
Sólidos em suspensão totais
Sólidos em suspensão fixos
Sólidos em suspensão voláteis
Sólidos dissolvidos totais
Sólidos dissolvidos fixos
Sólidos dissolvidos voláteis
Sólidos sedimentáveis
DBO5
DQO
Fósforo
Nitrogênio Total
Unidade
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mgP/l
MgN/l
Valor médio no Brasil
1200
400
80
330
800
400
400
15
350
600
15
50
Fonte: Experiência do autor na cidade de Campinas e cidade de São Carlos
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1.8 Parâmetros para tratamento de efluentes industriais:
Um importante parâmetro caracterizador dos despejos industriais é o equivalente
populacional. Quando se fala que uma indústria tem um equivalente populacional de 10
habitantes, equivale a dizer que a carga de DBO do efluente industrial corresponde à
uma carga gerada por uma população com 10 habitantes.
E.P.(equivalente populacional) = ___Carga de DBO da indústria ( kg/dia)
.
Contribuição per capita de DBO x produção
O valor usualmente utilizado é o de 54g DBO/hab.dia aconselhado pela NB-570
da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.
Tabela 13: Equivalente populacional:
Indústria
Conservas(frutas e legumes)
Açúcar de cana
Laticínio sem queijaria
Laticínio com queijaria
Margarina
Matadouros
Destilação de álcool
Cervejaria
Refrigerantes
Vinho
Algodão
Tinturaria
Curtume
Sapatos
Fabricação de papel
Tinta
Sabão
Refinaria de petróleo
PVC
Fundição
Laminação
Unidade de produção
1 tonelada
1 tonelada de açúcar
1000 l de leite
1000 l de leite
1 tonelada
1 boi / 2,5 porcos
1 tonelada
1 m3
1 m3
1 m3
1 tonelada
1 tonelada
1 tonelada de pele
1000 pares
1 tonelada
1 empregado
1 tonelada
1 barril (1171)
1 tonelada
1 tonelada
1 tonelada
Equivalente populacional
500
50
20 – 70
90 – 700
500
70 – 200
4000
150 – 350
50 – 100
5
2800
2000 – 3500
1000 – 3500
300
100 – 300
20
1000
1
200
100 – 300
30 – 200
Fonte: Sperling, M. V.(1996)
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Tabela 14: Equivalentes populacionais
Indústria
Lacticínio sem queijaria
Lacticínio com queijaria
Matadouro
Curral
Chiqueiro
Granja avícola
Silo de ração
Autoclave de Batatas
Piscicultura
Usina de Açúcar
Mautaria
Cervejaria
Destilaria
Amidonaria
Indústria vinícola
Curtume
Lanifício
Alvejamento de Tecidos
Tint.c/ corantes Sulfurados
Indústria de Linho
Celulose ao sulfito
Pasta mecânica ao Papel
Fábrica de papel
Lã sintética
Lavanderia
Vazamento de óleo mineral
Aterro sanitário de lixo
Unidade
1000 litros de leite
1000 litros de leite
2,5 porcos
1 tonelada
1 vaca
1 porco
1 galinha
1 tonelada de ração
Ou total
1 tonelada de batatas
100 kg de trutas
1 tonelada de beterraba
1 tonelada de cereais
1000 l de cerveja
1000 l cereais
1 tonelada de milho ou trigo
1000 l de vinho
1 há de vinhedo
1 tonelada de pele
1 tonelada de lã
1 tonelada do produto
1 tonelada do produto
1 tonelada de linho bruto
1 tonelada de celulose
1 tonelada de madeira
1 tonelada de papel
1 tonelada de lã sintética
1 tonelada de roupa
1 tonelada de óleo
1 há de área
Equivalente Populacional
25 – 70
45 – 230
20 – 200
130 – 400
5 – 10
3
0,12 – 0,25
4 – 11 / dia
200 – 650
25 – 50
80
45 –70
10 –100
150 – 350
2000 – 3500
500 – 900
100 – 140
35 – 60
1000 – 3500
2000 – 4500
1000 – 3500
2000 – 3000
700 – 1000
3500 – 5500
45 – 70
200 – 900
300 – 450
350 – 900
11000
45
Fonte: Karl e Klaus R. Imhoff (1986)
Como pode-se perceber os valores das tabelas tabelas 13 e 14 são bem diferentes,
isto deve-se principalmente as mudanças na forma de produção que tem a tendência de
preocupação com a minimização dos resíduos gerados. A tendência mundial é o desfio
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chamado de emissão zero, onde através de um banco de resíduos todo o material
inaproveitado passe a ser matéria prima para outras indústrias.
1.9 Detalhes importantes da NB-570 / ABNT: Projeto de estações de tratamento de
esgoto sanitário:
Requisitos para o projeto:
-
Relatório do estudo do sistema de esgotamento sanitário;
-
População atendida nas diversas etapas do plano;
-
Características requeridas para o efluente tratado nas diversas etapas do plano;
-
Definição do ponto onde será lançado o esgoto;
-
Seleção de área para construção da ETE com levantamento Planialtimétrico (1:1000);
-
Sondagens preliminares de reconhecimento do subsolo;
-
Cota máxima de enchente na área selecionada;
-
Padrões de lançamento das industrias nas redes coletora (ver NB – 1032).
Elaboração de projeto hidráulico-sanitário compreende, no mínimo, as seguintes
atividades:
-
Seleção e interpretação das informações disponíveis para o projeto;
-
Definição das opções de processo para a fase líquida e para a fase sólida;
-
Seleção dos parâmetros de dimensionamento e fixação de seus valores;
-
Dimensionamento das unidades de tratamento;
-
Elaboração dos arranjos em planta das diversas opções;
-
Avaliação de custo das diversas opções;
-
Comparação técnico-econômica e escolha da solução;
-
Dimensionamento de órgãos auxiliares e sistemas de utilidades;
-
Seleção dos equipamentos e acessórios;
-
Locação definitiva das unidades, considerando a circulação de pessoas e veículos e o
tratamento arquitetônico-paisagístico;
-
Elaboração do perfil hidráulico em função do arranjo definitivo;
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-
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Elaboração de relatório do projeto hidráulico-sanitário, justificando as eventuais
divergências em relação ao estudo de concepção.
Parâmetros básicos para projeto:
-
Na falta de dados de campo utilizar os valores de 54 g de DBO5 / hab.dia;
-
Na falta de dados de campo utilizar os valores de 60 g de SS/hab.dia;
-
Usar vazão máxima para estações elevatórias, canalizações, medidores e dispositivos
de entrada e saída;
-
Usar vazão média em todas as unidades e canalizações precedidas de tanques de
acumulação com descarga em regime de vazão constante;
-
Deve-se prever canalização de desvio (by-pass) para isolar a ETE;
-
Deve ser previsto medidor de vazão afluente a ETE;
-
A canalização de transporte de lodo deve ter velocidade entre 0,5 m/s e 1,8 m/s;
O relatório do projeto hidráulico-sanitário da ETE deve incluir:
-
Memorial descritivo e justificativo, contendo informações a respeito do destino a ser
dado aos materiais residuais retirados da ETE, explicitando os meios que devem ser
adotados para o seu transporte e disposição, projetando-os quando for o caso:
-
Memória de cálculo hidráulico;
-
Planta de situação da ETE em relação à área de projeto e ao corpo receptor;
-
Planta de locação das unidades;
-
Fluxograma do processo e arranjo em planta (lay-out) com identificação das unidades
de tratamento e órgãos auxiliares;
-
Perfis hidráulicos das fases líquida e sólida nas diversas etapas;
-
Plantas, cortes e detalhes;
-
Planta de escavações e aterros;
-
Especificações de materiais e serviços;
-
Especificações de equipamentos e acessórios, indicando os modelos selecionados
para elaboração do projeto;
-
Orçamento;
-
Manual de operação de processo, contendo no mínimo o seguinte:
-
Parâmetros utilizados no projeto e descrição simplificada da ETE;
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-
Fluxograma e arranjo em planta da ETE e modelo da ficha de operação;
-
Procedimentos de operação com descrição de cada rotina e sua freqüência;
-
Identificação dos problemas operacionais e procedimentos a adotar em cada caso;
1.10) Projeto de uma estação elevatória de esgotos:
Na grande maioria das estações de tratamento de esgoto o interceptor chega na
área da ETE numa cota inferior a dos reatores, portanto é necessário o bombeamento dos
esgotos para cotas mais altas. Verifica-se na figura abaixo o projeto de uma EEE e reator
UASB em fibra de vidro:
Autor: Eng º Emerson Marçal Júnior (1998)
Percebe-se no esquema acima que a tubulação de esgoto chega numa cota abaixo
do fundo do reator UASB, necessitando de um bombeamento até a parte superior do
reator.
a) Classificação das estações elevatórias de esgoto:
-
Quanto ao tamanho:
-
-
Pequenas (< 50 l/s), médias (50 a 500 l/s) e grandes (superior a 500l/s);
Quanto ao método construtivo:
-
Ejetor pneumático (< 0,02 m3/s), Pré-moldada de poço úmido (0,006 à 0,03 m3/s),
Pré-moldada de poço seco ( 0,006 à 0,1 m3/s) e convencional (>0,06 m3/s).
-
Quanto ao tipo de bomba:
-
Com ejetor pneumático, com bomba tipo parafuso e com bomba centrífuga.
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b) Estações elevatórias convencionais:
Para elaboração de estudo de concepção de estações elevatórias de esgoto, os
principais requisitos da NB-566 são:
-
Estudo de concepção;
-
Localização da estação;
-
Níveis de enchente;
-
Diretriz do conduto, quando houver;
-
Localização do ponto de descarga do recalque.
-
Levantamento topográfico, cadastramento da área;
-
Sondagens para reconhecimento do solo e do nível do lençol freático;
-
Vazões afluente e efluente para inicio e final de plano;
-
Características do conduto afluente;
-
Características do esgoto afluente.
Neste curso serão abordadas as estações elevatórias de esgoto convencionais, que são
a grande maioria das EEE instaladas no Brasil. As estações elevatórias convencionais
podem ser classificadas em:
-
Poço seco:
-
Conjunto motor-bomba de eixo horizontal;
-
Conjunto vertical de eixo prolongado – bomba não submersa;
-
Conjunto motor-bomba de eixo vertical – bomba não submersa;
-
Conjunto motor-bomba auto scorvante.
Nível máximo
Válvula de gaveta
Extravasor
motor Válvula de retenção
Nível
Bomba
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Poço úmido:
-
Conjunto vertical de eixo prolongado – bomba submersa;
-
Conjunto motor-bomba submerso.
Nível máximo
Válvula de gaveta
Extravasor
motor Válvula de retenção
Nível
Bomba
c) Dimensionamento do poço de sucção (bombas de rotação constantes):
O volume útil mínimo do poço de sucção é determinado por:
V = 0,25 . Q . T; onde T = Tempo de ciclo e Q = capacidade máxima da maior bomba.
Fórmula indicada pela ABNT – NB569/1989
Tabela 15 – Recomendações para escolha do tempo de ciclo
Autor o entidade
SABESP
Flomatcher
Metcalf & Eddy
Curso de Tratamento de Esgoto
Potência do motor
< 300cv
>300 cv
Até 15 HP
20 a 50 HP
60 a 200 HP
250 a 600 HP
Até 20 HP
20 a 100 HP
100 a 250 HP
> 250 HP
Tempo de ciclo
10 mim
Consultar fabricantes
10 mim
15 min
30 min
60 min
10 min
15 min
25 min
Consultar fabricantes
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Algumas recomendações da NB 569 / ABNT 1989:
-
Não permitir a formação do vórtice;
-
Não permitir descarga livre, nem velocidade > 0,60 m/s;
-
Não permitir depósitos no fundo ou cantos do poço de sucção;
-
Não permitir circulação que favoreça a tomada por uma ou mais bombas.
O volume efetivo do poço de sucção é a relação entre o volume compreendido entre o
fundo do poço e o nível médio de operação das bombas:
Ve = Qm x Td;
onde Td – Tempo de detenção no poço(min) < 30 min (NB – 569);
Qm – Vazão média de projeto afluente à elevatória no início de
operação (m3/min) e é desejável Ve < Qm x 30.
d) Dimensionamento dos condutos:
Recomendações de velocidade da NB-569(1989):
- Na sucção: 0,6 < V < 1,5 m/s;
- No recalque: 0,60 < V < 3 m/s;
e) Dimensionamento do conjunto motor-bomba:
H ⇒ Altura manométrica total;
Hg ⇒ Altura geométrica Total;
Hs ⇒ Perda de carga Total;
H = Hg + Hs ;
-
“ As perdas de cargas podem ser calculadas com
um livro de hidráulica, caso seja um prédimensionamento considerar H = 1,4 . Hg”
Potência fornecida pela bomba:
Pl = γ . Q . H;
Curso de Tratamento de Esgoto
Pl = Potência líquida fornecida pela bomba, KW;
N.m/s;
γ = peso específico da água N/m3;
Q = Vazão, m3/s;
H = Altura manométrica total, m.
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Rendimento da bomba:
η = Pl / Pb ;
η = rendimento ou eficiência da bomba;
Pb = potência consumida pela bomba, KW; N.m/s.
Obs. 1.: Para a escolha do tipo de bomba necessária é ideal consultar os fornecedores de
bombas com seus respectivos catálogos e curvas de rendimento;
Obs. 2.: Deve ser considerado a instalação de pelo menos 2 conjuntos motor-bomba;
f) Sistema de controle e operação das Bombas:
-
Sensor tipo bóia;
-
Sensores pneumáticos;
-
Sensores elétricos;
-
Painel de comando elétrico:
-
Comando liga-desliga das bombas;
-
Chave seletora automático-manual;
-
Chave seletora de bombas;
-
Alarme e sinalização de defeitos;
-
Sinalização de operação;
-
Indicador de corrente (amperímetro);
-
Indicador de tensão (voltímetro);
-
Controle de rotação do motor;
-
Supervisão do sistema.
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g) Principais requisitos para o projeto de uma EEE:
-
Memorial descritivo da instalação;
-
Memória de cálculo hidráulico;
-
Especificações dos serviços em materiais;
-
Orçamento;
-
Desenhos;
-
Arquitetura e urbanização, Fundação e estrutura, instalações prediais, tubulações,
eletricidade, perfil hidráulico, esquemas e diagramas complementares;
- Manual de operação.
h) Recomendações de projeto gerais:
-
instalações de “by-pass”;
-
instalação de “Stop-Log”;
-
instalação de equipamentos para remoção de sólidos grosseiros;
-
instalação de dispositivos para medição;
-
possibilidade de inspeção e manutenção;
Para conseguir um bom projeto é necessário que o projetista conheça muito bem a
operação de uma estação de tratamento de esgoto. Deve-se antes de iniciar um projeto,
visitar pelo menos umas 10 estações elevatórias de esgoto. O conhecimento de problemas
operacionais que ocorrem com o passar do tempo na operação de uma EEE e sua
correção no projeto devem ser parte da rotina de um bom projetista.
É normau a verificação de erros consecutivos de projetistas renomados, devido ao
pouco tempo dos mesmos para realizarem visitas às instalações de seu projeto. Um bom
projeto é feito 70 % fora do escritório e 30% dentro do escritório. Dentro do escritório
somente é elaborado o dimensionamento. Os detalhes devem ser feitos através de visitas
a instalações bem sucedidas.
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1.11 Exercícios:
1. Quais são os principais tipos de sistemas de esgotamento sanitário? Qual é o
sistema utilizado no Brasil?
2. Qual é a situação do esgotamento sanitário no Brasil? E do tratamento?
3. O que é sistema Local de tratamento?
4. Na seguinte indústria foi monitorado o despejo de esgoto no rio:
T(s)
∞
∞
∞
∞
∞
∞
∞
50
50
50
50
50
Horas 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
50 25
25
25
25
25
25
∞
∞
∞
∞
∞
Horas 12 13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
T(s)
Obs: ∞ significa que não está saindo água da tubulação.
a) Qual é a vazão média entre as 7 e 12 horas?
b) Qual é a vazão média entre 13 e 18 horas?
c) Qual a vazão média entre 7 e 18 horas?
d) Qual a vazão média diária?
5. Na mesma indústria do exercício 4 foi micromedido o seguinte volume:
7:00 horas do dia 12 de janeiro: 1083457 Litros;
7:00 horas do dia 13 de janeiro: 1150957 Litros;
a) Qual a vazão média diária de água?
b) Calcular o coeficiente de retorno desta a indústria usando os valores do exercício
04?
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6. Estimar a população para o ano de 2020?
Censo:
1970 - 250000 habitantes; 1980 – 350000 habitantes; 1990 – 425000 habitantes;
1998 – 475000 habitantes.
a) pelo método aritmético;
b) pelo método do prolongamento manual;
c) pelo método geométrico;
d) pelo método da curva logística;
e) Qual as 2 melhores alternativas? Justificar?
7. Determine usando os dados da alternativa e) da questão 6:
a) Vazão média do consumo de água?
b) Vazão máxima horária de água?
c) Vazão máxima diária de água?
d) Vazão média de esgoto?
e) Vazão mínima de água?
8. Calcular a vazão de esgoto?
a) população : 4000 hab.;
b) população: 10000 hab.;
c) população: 30000 hab.;
d) população: 100000 hab.;
e) população 300000 hab.;
f) Bar com 100 fregueses por dia;
g) Hotel com 50 hóspedes por dia e 5 funcionários;
h) Escola particular com 15 funcionários;
i) Restaurante com 200 refeições por dia;
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9. Calcular a vazão da indústria?
a) Cervejaria que produz 1000000 de litros por mês;
b) Curtume que produz 10 toneladas por mês;
c) Fábrica de papel que produz 1000 toneladas por ano;
10. No item d) da questão 7 não foi considerado a taxa de infiltração de água na rede
de esgoto. Para projetar a estação de tratamento de esgoto é necessário este valor.
Sabe-se que existem 100 km de rede de esgoto. Calcular a vazão média de projeto
(vazão média + vazão devido a infiltração)?
11. Rascunhar no papel uma curva de demanda de água típica? Explicá-la?
12. Quais as metodologias para determinação da vazão instantânea de um rio?
13. Para medir a vazão de um rio uma equipe de Saneamento fez algumas medidas
no rio:
Área da Seção ( 10
11
12
15
14
14
8
9
9
8
8
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
m2)
Distância (metros)
T(s)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
700
650
750
700
700
700
675
680
690
685
703
715
680
675
676
665
660
675
673
675
Qual é a vazão instantânea do rio (usar item 1.3 a)?
14. Qual a vazão instantânea do rio?
Qrio = ?;
SDFrio = 10 mg/l;
Qsal = 1 l/s;
SDFmistura = 100 mg/l;
SDFsal = 1000 mg/l;
Qmistura = Qrio + Qsal;
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15. Calcular o Q7,10 do Rio Corumbataí ( rio afluente ao rio Piracicaba)?
Área de influencia anterior a estação de tratamento de esgoto: 10000 há;
1 há = 10000 m2;
Índice pluviométrico= 1300 mm / ano;
16. O que é poluição de um rio?
17. O que é autodepuração de um rio?
18. Dados:
Qrio = 5000 l/s; DBOrio = 10 mg/l; Qe = 10 l/s; DBOe = 1500 mg/l;
Calcular a concentração do rio após a mistura?
19. Dados:
Qrio = 5000 l/s; ODrio = 7 mg/l; Qe = 10 l/s; ODe = 1 mg/l; ODsaturação = 8 mg/l;
Calcular o déficit inicial de OD no rio?
20. Com os dados das questões 18 e 19. Calcular a DBOu na mistura?
21. Usando os dados das questões anteriores, traçar o perfil de oxigênio dissolvido
em função do tempo e da distância?
22. Qual o OD crítico? Qual o tempo e a distância que ocorrerá o ODcritíco?
Obs.: Usar dados das questões acima.
23. Calcule a eficiência da ETE?
a) DBO5afluente = 450 mg/l; DBO5efluente = 90 mg/l;
b) DBO5afluente = 800 mg/l; DBO5efluente = 87 mg/l;
c) DBO5afluente = 350 mg/l; DBO5efluente = 40 mg/l;
d) DBO5afluente = 4500 mg/l; DBO5efluente = 500 mg/l;
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24) Calcule a carga orgânica?
a) DQO = 300 mg/l,
Q = 100 l/s;
b) Com os valores da alternativa a) estimar a população;
c) População de 10000 habitantes e carga per capta 54 g DBO / hab. Dia;
25) Como podem ser classificados os sólidos presentes no esgoto?
26) O que é matéria orgânica?
27) Qual é a carga orgânica?
a) 3 toneladas de açúcar;
b) 1 tonelada de papel;
c) 10000 litros de vinho;
d) 3000 porcos;
e) 10000 galinhas;
f) 100 vacas;
28) Quais os principais tipos de EEE (estações elevatórias de esgoto)?
29) Quais classificações podem ser dadas as estações elevatórias de esgoto?
30) Quais as principais funções de uma EEE?
31)Dimensionar um poço de sucção de uma EEE que tenha uma vazão de 1 l/s e H =
10 metros;
Adotar: bomba;
32) Qual o conjunto motor – bomba poderia ser utilizado na questão anterior?
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33. Qual o tipo de tratamento que você escolheria para este tipo de efluente?
Características dos esgotos sanitários antes do sistema de tratamento e concentrações máximas
admitidas do efluente tratado.
Constituinte
Esgoto Bruto
Efluente Tratado
(mg/l)
(mg/l)
Sólidos Totais
800
200
Dissolvidos Totais
550
190
Dissolvidos Fixos
330
185
Dissolvidos Voláteis
220
5
Suspensos Totais
250
10
Suspensos Fixos
60
3
Suspensos Voláteis
190
7
Sólidos Sedimentáveis
10
0
DBO5
250
10
COT
150
3
DQO
450
45
Nitrogênio (Total)
45
<5
Orgânico
20
<1
Amoniacal
25
0
34. Uma descarga em um pequeno córrego possui as seguintes características:
Esgoto
Inverno
Verão
3
Q (m /s)
0,1
0,1
T(º C)
21
21
DBO5 (g/m3)
100
100
OD (g/m3)
0
0,0
-1
K20 ºC ( d )
0,2
0,2
Córrego
Inverno
Verão
Q (m3/s)
3
1,5
T(º C)
12
25
DBO5 (g/m3)
Zero
Zero
3
Déficit de OD (g/m )
Zero
Zero
Kt ( d-1)
0,08
0,26
K2t ( d-1)
0,55
0,40
Determine o maior déficit de OD e a concentração de OD mínimo a jusante
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35) Qual é a eficiência necessária da ETE A e da ETE B para remoção de
DBO5?
Rio classe 3
Esgoto:
DBO5 = 300 mg / l
OD = zero mg/l
Q = 100 l/s
Rio:
Qr = 100700 l/s
Rio classe 4
a
Qr = 30000 l/s
b
Esgoto:
DBO5 = 300 mg / l
OD = zero mg/l
Q = 120 l/s
Distância entre o lançamento da cidade A e o rio principal = 5000 metros.
Distância entre a cidade B e a interseção dos dois rios = 15000 metros.
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1.11) Bibliografias Consultadas:
01. NB-570/ABNT(1990). Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário.
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
02. CAMPOS, J.R.(1990). Alternativas para Tratamento de Esgotos Sanitários.
Consórcio Intermunicipal das bacias dos rios Piracicaba e Capivari. 03
03. NB-7229/ABNT(1993). Projeto, construções e operação de sistemas de tanques
sépticos. Associação Brasileira de Normas Técnicas
04. FORESTI, E.(1998) – “Notas da aula de Processos e Operações em Tratamento
de Resíduos SHS-705”, Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola
de Engenharia de São Carlos.
05. IMHOFF, K. R.(1986) – Manual de Tratamento de Águas Residuárias. São
Paulo.
06. METCALF & EDDY(1979) – “Wastewater engineering – treatment, disposal,
reuse”2nd ed.. New York. McGraw-Hill, p. 920.
07. NUNES, J.A.(1996) - Tratamento Físico Químico de Águas Residuárias
Industriais. 2ª edição Editora J. Andrade.
08. TSUTIYA, M. J.& SOBRINHO, P. A.(1999) – Coleta e transporte de esgoto
sanitário. 1ª Edição :Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
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09. SPERLING, M. V. (1996) – Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de
esgotos. 1ª edição: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental;
Universidade Federal de Minas Gerais.
10. MARÇAL, E. J (1997) – Estudo de Autodepuração de esgotos sanitários:
Relatório realizado na Sanasa – Campinas como parte do trabalho de
despoluição de córregos urbanos.
11. NB-569/ABNT (1989) – Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário:
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
12. FORTES, J., CUNHA, C. (1994). Influência das águas continentais sobre as regiões
costeiras: Enfoque da legislação atual. Qualidade de águas continentais no
Mercosul. ABRH publicação n º 2, dez. 1994. 420p.
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Capítulo 2: Tratamento Preliminar:
2.1 Introdução.
A despoluição dos córregos acontece através de vários mecanismos, sendo que os
principais são: o tratamento do esgoto, o reuso da água e a mudança de hábito.
O tratamento de esgoto pode ser definido, como a retirada de poluentes da água,
através de processos biológicos, químicos ou por meio de operações físicas.
O reuso da água, refere-se a seu reaproveitamento para usos menos restritivos;
Como exemplo, pode ser citada a utilização da água da pia do lavatório, sendo esta
retornada para água do vaso sanitário. É importante perceber que a água do vaso sanitário
não requer a presença de flúor.
A mudança de hábito por parte da população pode
ocorrer em residências, através da diminuição da descarga de
dejetos, tanto pelo vaso sanitário (papel higiênico, fios de
cabelo e produtos de limpeza), como pelo lavatório (restos de
comida e produtos de limpeza). Nas indústrias seriam
necessárias mudanças na forma de produção, ou seja, estudar
“Questionar
verdades
absolutas é
muito
importante nos
projetos de
engenharia”
a maneira de produção que forme o menor número de
resíduos possível.
Neste curso estaremos dando ênfase, principalmente para o tratamento de esgoto:
Entretanto cabe lembramos, que a mudança de hábito e o reuso são quase sempre mais
eficazes e de menor custo de implantação e operação.
Ter coragem de projetar e questionar “verdades absolutas” é muito importante;
infelizmente vemos que os livros editados na década de 1990 apresentam poucas
mudanças tecnológicas em relação aos publicados na década de 1970.
Esta apostila tentará mostrar possibilidades diferentes das convencionais, dandose ênfase ao lado prático do Tratamento de Esgoto.
É prioridade, o entendimento dos principais conceitos para que o leitor consiga
assimilar com facilidade, as diferenças entre os vários tipos de unidades existentes, para
se tratar águas residuárias.
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O tratamento de águas residuárias pode incluir várias técnicas e pode ser
realizado, de maneira a garantir um grau de tratamento compatível com as condições
desejadas pelo rio.
As diversas fases ou graus de tratamento convencional costumam ser classificados
como:
a) Tratamento Preliminar: Destina-se à preparação das águas de esgoto para uma
disposição ou tratamento subsequente. As unidades preliminares podem compreender:
-
Grades ou desintegradores;
-
Caixas de areia ou desarenadores;
-
Tanques de remoção de óleos e graxas;
-
Aeração preliminar;
-
Tratamento dos gases.
b) Tratamento Primário: Além das operações preliminares poderá incluir:
-
Decantação primária;
-
Precipitação química;
-
Digestão dos lodos;
-
Disposição sobre o terreno, incineração ou afastamento dos lodos resultantes;
-
Desinfecção;
-
Filtros grosseiros.
c) Tratamento Secundário: São aqueles que apresentam tratamento biológico:
-
Filtração biológica aeróbia;
-
Filtração biológica anaeróbia;
-
Lodos ativados;
-
Reatores anaeróbios.
d) Tratamento Terciário: São aqueles que objetivam a remoção de nutrientes:
-
Tratamento avançado;
-
Tratamento combinado.
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2.2 Separação sólido/líquido.
2.2.1 - Separação de Sólidos Grosseiros em Suspensão.
A separação de sólidos grosseiros em suspensão, presentes em efluentes líquidos pode
ser feita, através das operações de gradeamento e peneiramento.
a) Gradeamento:
São dispositivos constituídos por barras paralelas e igualmente espaçadas que
destinam-se a reter sólidos grosseiros em suspensão e corpos flutuantes.
O gradeamento é a primeira unidade de uma estação de tratamento de esgoto, sendo
que essa unidade, só não deve ser prevista, na ausência total de sólidos grosseiros no
efluente a ser tratado.
Tabela 1. Aberturas ou espaçamentos e dimensões das barras :
Tipo de grade:
Espaçamento
(mm):
40
60
80
100
20
30
40
10
15
20
Grosseira
Média
Fina
Espessuras mais usuais
(mm):
10 e 13
10 e13
10 e 13
10 e13
8 e 10
8 e10
8 e 10
6, 8 e 10
6, 8 e 10
6, 8 e 10
Tabela 2. Eficiência do sistema de gradeamento (E):
t
6 mm
8 mm
10 mm
13 mm
a = 20 mm
75 %
73 %
67,7 %
60 %
a = 25 mm
80 %
76,8 %
72,8 %
66,7 %
a = 30 mm
83,4 %
80,3 %
77 %
71,5 %
a: espaço entre as barras;
t: espessura das barras;
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O sistema de gradeamento pode conter uma ou mais grades. As grades grosseiras
são utilizadas, quando o esgoto apresenta grande quantidade de sujeira. Nas grades são
retidas pedras, pedaços de madeira, brinquedos, animais mortos e outros objetos de
tamanho elevado.
As grades média e fina devem ser utilizadas para retirada de partículas, que
ultrapassam o gradeamento grosseiro. As grades fina e média só devem ser instaladas,
sem o gradeamento grosseiro, no caso de remoção mecânica dos resíduos.
-
Dimensionamento da área necessária para o canal das barras
As velocidades recomendadas através das barras são de:
Máxima: 0,75 m/s;
Mínima: 0,40 m/s.
Esses valores devem ser verificados para as velocidades máxima, média e mínima.
Au = área livre = Au = Q/V;
E = Eficiência (Tabela 2);
S (área do canal) = Au / E;
A altura da lâmina de água, a montante da grade é determinada pelo nível de água,
da unidade subsequente e pela perda de carga na grade.
-
Perda de carga nas grades:
Hf = 1,43 (V2 + v2) / 2 . g
V = Velocidade através das grades (usual = 0,6 m/s);
v = Velocidade a montante da grade = V . E;
g = 9,8 m/s2;
Hf = perda de carga nas barras.
Deve-se também calcular, a perda de carga, nos casos em que a grade fica 50 %
suja; isto é, quando a velocidade do fluxo se torna duas vezes maior.
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Tabela 3: Composição do material retido nas grades.
Papéis
Estopa
Trapos e panos
Materiais diversos
Material volátil
10 a 70 %
10 a 20 %
5 a 15 %
20 a 60 %
85 %
Fonte: DAE – Departamento de Água e Esgoto do Estado de São Paulo (1969);
Após retido pelo sistema de gradeamento, o material deve ser removido e exposto
a luz, para secar, sendo em seguida encaminhado para um aterro sanitário ou incineração.
Para pequenas estações (vazão < 5 l/s), pode-se enterrar este material, desde que,
adequadamente. Deve-se ter vários cuidados para que não ocorra o acúmulo de resíduos
no gradeamento, para consequentemente não haver mau cheiro.
45 º a 60º
t
a
Limpeza manual com rastelo
Obs.: É necessário prever acesso, para o operador manusear adequadamente o rastelo
e local para secagem e disposição diária do resíduo, até que o mesmo seja levado para o
aterro.
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b) Peneiramento:
O peneiramento tem como objetivo principal, a remoção de sólidos grosseiros
com granulometria maior que 0,25 mm. As peneiras podem ser classificadas em estáticas
e rotativas. Estas devem ser usadas principalmente, em sistemas de tratamento de águas
residuárias industriais, sendo que, em muitos casos, os sólidos separados podem ser
reaproveitados.
Podem ser utilizadas anteriormente aos Reatores Anaeróbios, já que estes
apresentam ótimo desempenho no tratamento de efluentes líquidos, com baixas
concentrações de matéria orgânica solúvel e particulada.
O aparecimento de peneiras mecanizadas tende a mudar o uso quase exclusivo do
gradeamento, no tratamento preliminar de esgotos sanitários.
-
Peneiras estáticas:
Neste tipo de operação o efluente flui na parte superior, passando pela peneira
inclinada, sendo posteriormente encaminhado para unidade seguinte. Os sólidos fixados
na peneira são empurrados pela força do próprio efluente.
Este tipo de peneira é muito empregado nas indústrias; de celulose e papel, têxtil, nos
frigoríficos, curtumes, fábricas de sucos, fecularias, como também na remoção de sólidos
suspensos de esgotos sanitários.
afluente
Sólidos retidos
Efluente
Peneira estática
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-
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Peneiras rotativas:
Nesta peneira, o efluente penetra através da parte superior da peneira, atravessa as
fendas, sendo recolhido na caixa inferior. Os sólidos são removidos por uma lâmina
raspadora, sendo recolhido em um vaso coletor.
Para dimensionar as peneiras rotativas, é necessário saber a taxa de aplicação, que
é determinada pelo fabricante.
A = Q / I onde
A = área da tela;
Q = vazão (m3/h);
I = Taxa de Aplicação (m3 / m2. dia)
2.2.2 - Separação de Partículas Discretas.
Partículas discretas são aquelas que durante a sedimentação, não alteram sua
forma, peso ou volume.
Nos sistemas de tratamento de esgoto doméstico, partículas discretas são quase
totalmente constituídas de areia, que surge através do sistema de coleta mau construído.
Outras partículas discretas são os cereais, muito encontrados em indústrias
alimentícias.
As partículas discretas devem ser retiradas antes do processo biológico, devido as
suas características abrasivas; por serem inertes e tenderem a se acumular nos sistemas de
tratamento.
As partículas de areia devem ser removidas, nas unidades de tratamento
preliminar, denominadas caixas de areia ou desarenadores. Essas unidades são
dimensionadas a partir do conhecimento da velocidade de sedimentação das partículas.
Tabela 4: Velocidade de sedimentação em relação ao tamanho da partícula:
Tamanho das partículas
1,0 mm
0,5 mm
0,3 mm
0,2 mm
0,1 mm
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Fórmula de Allen
8,5 cm/s
4,3 cm/s
2,6 cm/s
1,7 cm/s
0,9 cm/s
Valores práticos
10 cm/s
5 cm/s
3 cm/s
2 cm/s
1 cm/s
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a- Caixa de Areia e Desarenadores:
Planta Baixa
Corte
Gradeamento, Caixa de Areia e Calha
-
Velocidade nas caixas de areia:
A velocidade recomendada para projeto de caixas de areia é da ordem de 0,30
m/s. A velocidade na caixa de areia deve ser menor do que 0,45 m/s e maior do que 0,10
m/s para qualquer etapa de um projeto.
-
Largura das caixas de areia:
b = Qmax / (hmax . V) onde
b = Largura da caixa de areia;
hmax = Hmax + Z;
V = Velocidade adotada nos canais.
Z = ( Qmax . Hmin – Qmin . Hmax) / ( Qmax - Qmin );
Qmax = Vazão máxima;
Qmin = Vazão mínima;
Hmáx = altura máxima;
Hmín = altura mínima.
onde
H = ( Q / k)1 / n;
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Tabela 5. Valores de n e k:
W
3”
6”
9”
1’
2’
N
1,547
1,580
1,53
1,522
1,550
K
0,176
0,381
0,535
0,690
1,426
Tabela 6: Valores de vazão (l/s), nos medidores Parshall:
H (cm)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Curso de Tratamento de Esgoto
Garganta W
3”
0,8
1,2
1,5
2,3
2,9
3,5
4,3
5,0
5,8
6,7
7,5
8,5
9,4
10,8
11,4
12,4
13,5
14,6
20,6
27,4
34,4
42,5
51,0
-
6”
1,4
2,3
3,2
4,5
5,7
7,1
8,5
10,3
11,6
13,4
15,2
17,3
19,1
21,1
23,2
25,2
27,7
30
42,5
57,0
72,2
89,5
107,0
-
9”
2,5
4,0
5,5
7,3
9,1
11,1
13,5
15,8
18,1
21,0
23,8
26,6
29,2
32,4
35,6
38,8
42,3
45,7
64,2
85,0
106,8
131,0
157,0
185,0
214,0
243,0
-
1’
3,1
4,6
7,0
9,9
12,5
14,5
17,7
20,9
23,8
27,4
31
34,8
38,4
42,5
46,8
51
55,2
59,8
83,8
111,0
139,0
170,0
203,0
240,0
277,0
314,0
356,0
402,0
99
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-
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Comprimento da caixa de areia (m):
Tabela 7: Valores de taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia):
Diâmetro médio
(mm)
0,16
0,20
0,25
100 %
288
400
650
% Remoção
90 %
390
670
1100
85 %
500
870
1300
A taxa de escoamento superficial é utilizada, para verificação do cálculo de
diversas unidades de tratamento de água e de esgoto. Através de dados de estações
operando, pode-se obter valores para comparação com os dados de projeto.
Para caixas de areia, o valor adotado para a boa eficiência deve variar entre 600 e
1200 m3/m2.dia, ou seja, em cada m2 de área superficial, é possível passar uma vazão
entre 600 e 1200 m3/dia. No caso de uma caixa de areia com área de 5 m2, pode-se ter
uma vazão entre 3000 e 6000 m3/dia.
L = V . hmáx / (Q/A) onde;
L = comprimento da caixa de areia (m);
Q/A = Taxa de escoamento superficial (m3/m2.dia);
V = Velocidade no canal (m/s);
hmáx = altura da lâmina d’água.
Considerando-se:
velocidade = 0,30 cm/s;
Q/A = 1150 m3/m2.dia (0,0133 m/seg);
É possível obter uma eficiência de 90 %, na remoção de partículas maiores que 0,25 mm.
Se L = 0,3 . hmáx / 0,0133, então L = 22,5 . hmáx;
- Área da seção transversal da caixa de areia ( m2):
S = b . hmáx;
Obs.: Ao se calcular uma caixa de areia deve-se, após o dimensionamento, verificar se as
velocidades e as taxas de escoamento superficial estão dentro dos valores descritos.
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Tabela 8: Verificação das dimensões da caixa de areia.
Q m3/s
Qmáx
Qméd
Qmín
Hm
Hmáx
Hméd
Hmín
h m b(m)
Hmáx
b
Hméd
b
Hmín
b
S(m2)
Smáx
Sméd
Smín
L (m)
L
L
L
Velocidade (m/s)
0,15 < v < 0,45
0,15 < v < 0,45
0,15 < v < 0,45
Taxa (m3/m2.dia)
600 < TES < 1200
600 < TES < 1200
600 < TES < 1200
Tabela 9: Dimensões do vertedor Parshall:
W
Pol
3
6
9
12
18
24
Cm
7,6
15,2
22,9
30,5
45,7
61,0
A
Cm
46,6
62,1
88,0
137,2
144,9
152,5
B
Cm
45,7
61,0
86,4
134,4
142,0
149,6
C
D
E
Cm Cm Cm
17,8 25,9 61,0
39,4 32,1 61,0
38,0 57,5 76,3
61,0 84,5 91,5
76,2 102,6 91,5
91,5 120,7 91,5
F
Cm
15,2
30,5
30,5
61,0
61,0
61,0
G
Cm
30,5
61
45,7
91,5
91,5
91,5
K
Cm
2,5
7,6
7,6
7,6
7,6
7,6
N
L/S
Cm Qmín Qmáx
5,7 0,85 53,8
11,4 1,42 110,4
11,4 2,55 251,9
22,9 3,11 455,6
22,9 4,25 696,2
22,9 11,89 936,7
A
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b – Caixa de areia circular:
Neste tipo de caixa, a areia também é retirada na entrada da estação de tratamento
de esgoto; o que a diferencia das caixas de areia retangulares é a ocupação do espaço.
Apesar de ocupar a mesma área, este tipo de unidade pode adequar-se melhor ao espaço
disponível para sua instalação.
Em casos que não exista área suficiente para a instalação de caixas de areia
retangulares, devido ao seu grande comprimento, pode-se projetar caixas de areia com
formato circular.
Fonte: Projeto de estação Pré-Fabricada em fibra de vidro.
O cálculo das caixas de areia circular deve considerar a mesma taxa de
escoamento superficial, adotadas no cálculo de caixas de areia retangulares. Devem ser
usadas para população menor que 10.000 habitantes.
- Falhas operacionais dos desarenadores:
Algumas evidências de falhas na operação são, o aparecimento de excesso de
matéria orgânica no material removido, que pode ser causado, pela variação na
velocidade do canal e pelo tempo de retenção muito longo; este pode ser prevenido com a
instalação de um sistema de aeração. Outra evidência é o arraste de areia no efluente,
causado pela velocidade do esgoto, ser maior do que a do projeto, ou por haver demora
na limpeza das caixas de areia. Isto pode ser prevenido, com o uso de duas caixas em
paralelo e pela limpeza com maior freqüência.
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2.3 Caixa de gordura:
Os líquidos, as pastas e demais corpos não miscíveis com a água, mas que têm
peso específico menor, e portanto tendem a flutuar na superfície, podem ser retidos por
dispositivos muito simples, denominados caixas de gordura.
Os esgotos domésticos possuem grande quantidade de óleos, graxas e outros
materiais flutuantes. Existe então, a necessidade da remoção destes materiais para se
evitar: obstruções dos coletores, aderência nas peças especiais das redes de esgoto,
acúmulo nas unidades de tratamento e principalmente aspectos desagradáveis no corpo
receptor.
As características de uma caixa de gordura dependem, da localização onde será
instalada, do tipo de efluente e da quantidade de esgoto a ser tratado.
Os principais sistemas são:
-
Caixa de gordura domiciliar;
-
Caixa de gordura coletiva;
-
Remoção de gordura nas unidades de tratamento;
-
Tanques aerados ou flotadores;
-
Separadores de óleo.
Suas características físicas devem ser dimensionadas para as seguintes condições:
-
Capacidade de acumulação de gordura entre cada limpeza;
-
Condições de tranqüilidade hidráulica;
-
Entrada e saída projetados para permitir escoamento do efluente;
-
Distâncias mínimas respeitadas;
-
Condições de vedação para maus odores e contato com insetos e roedores.
As gorduras são normalmente originadas, dos esgotos de cozinha, ou de despejos
industriais típicos. Possuem capacidade de se agrupar, alterando o tempo de detenção de
acordo com a velocidade de ascensão; esta velocidade pode ser observada em cilindros
graduados, pela determinação do tempo necessário para formar uma camada de escuma
na superfície do líquido.
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2.3.1 Parâmetros de Dimensionamento;
Para óleos vegetais, animais e minerais, cuja densidade é próxima de 0,8 g/ml,
basta a detenção de 3 minutos nas unidades até 10 l/s, de 4 minutos para unidades até 20
l/s e de 5 minutos para unidades maiores que 20 l/s.
Para temperaturas maiores que 25º C pode-se adotar tempo de detenção maior,
sendo o máximo de 30 minutos.
O fundo do tanque deve ser fortemente inclinado em direção à saída, para evitar o
acúmulo de sólidos sedimentáveis. Caso não seja possível a inclinação do fundo deve-se
efetuar limpezas periódicas.
As caixas podem ser circulares ou retangulares; deve haver uma entrada afundada
para evitar a turbulência e uma saída também afundada, para arraste dos sólidos
sedimentáveis.
A área necessária é a vazão máxima dividida pela velocidade.
A (m2) = Q (m3/ h) / V(m/h);
V (m/h) = H (m) / T (h);
A = área da caixa de gordura;
Q = vazão máxima afluente;
V = velocidade mínima de ascensão;
H = altura do líquido no cilindro;
T = tempo de subida de uma pequena partícula.
- Volume de gordura acumulada por tempo;
Vg(l/s) = Qm (l/s) . y (mg/l) / C (mg/l);
Vg = volume de gordura acumulada em
função do tempo;
Q = vazão média de esgoto afluente;
Y = densidade do óleo ou graxa;
C = concentração do óleo no afluente.
- Tempo necessário entre cada limpeza:
T(s) = Vg (l/s) / V(l);
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T = tempo entre as limpezas;
Vg = volume de gordura acumulado por
tempo;
V = volume de reservação.
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- Dicas operacionais:
Para facilitar a operação e diminuir os problemas causados pela gordura, são
necessárias as seguintes medidas:
a) fazer vistoria a cada 3 dias;
b) O período máximo entre as limpezas da gordura deve ser de 30 dias;
c) Valores acima de 30 dias devem ser amplamente justificados pelo operador;
d) A cada ano esgotar totalmente a caixa para retirada de matéria depositada no fundo;
e) Em caso de entupimento, inserir fluxo contrário ao normau através da tubulação de
saída;
f) Verificar se dados de projeto equivalem aos de operação.
Caixa de gordura retangular
Caixa de Gordura Circular
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2.4 - Decantadores.
Os decantadores são unidades dimensionadas, para que o líquido tenha uma baixa
velocidade, possibilitando assim, a sedimentação de algumas partículas.
Partículas floculentas são aquelas, que podem variar sua velocidade de
sedimentação, devido à modificação de sua forma, dimensão e densidade, durante o
processo de sedimentação.
A abrangência do fenômeno é a floculação, que depende da
possibilidade de choques entre as partículas. Esses efeitos podem ser quantificados,
através de testes de sedimentação, não sendo possível equacioná-los, em função das
características das partículas e do fluido; ao contrário do que ocorre com as partículas
discretas.
O teste é efetuado em colunas de sedimentação, com altura igual a do decantador
a ser construído. Comumente, são utilizados tubos de 150 mm de diâmetro, e 3,0 m de
altura, com tomadas de amostras a cada 30 cm. O líquido deve estar totalmente
misturado, logo no início do experimento, de maneira que a concentração deste, seja igual
em qualquer ponto do tubo.
As amostras de todos os pontos de amostragem devem ser retiradas, em intervalos
de tempo pré-fixados. Tais amostras são analisadas, para determinar a concentração de
sólidos totais em suspensão. Para cada amostra calcula-se a porcentagem removida,
lançando-se os valores obtidos em gráfico de profundidade, versus o tempo. Pode-se
construir então, curvas de porcentagem de remoção, unindo-se os pontos que apresentam
os mesmos valores.
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As taxas de escoamento superficial (TES) são determinadas em função do tempo.
TES = H / t
TES = Taxa de escoamento superficial (m3 / m2.dia).
H = altura do decantador;
T = tempo da análise.
Para se projetar um decantador, deve-se adotar 0,65 como fator de escala para
TES e 1,75 como fator de escala para t.
- Valores usuais para projetos de Decantadores Primários:
Quando verifica-se que o tratamento biológico é inviável e que a quantidade de
sólidos sedimentáveis é considerável, deve-se optar pelo uso de decantador primário. No
caso de existir tratamento biológico, deve-se avaliar a necessidade da utilização do
decantador, pois, caso a unidade de remoção biológica tenha essa função, não existe a
necessidade de unidade de decantação.
Os decantadores podem ser classificados, de acordo com sua forma, ou seja,
podem ser retangulares, quadrados ou circulares; podendo apresentar o fundo chato,
inclinado ou com poços de lodo. A remoção do lodo pode ser mecanizada ou simples.
Os dispositivos de entrada de um decantador são os vertedores simples, cortinas
perfuradas, canalizações múltiplas, canalização central.
Os principais dispositivos de saída são os vertedores, calhas e canaletas.
Para esgoto doméstico, os decantadores primários são utilizados no sistema de
lodos ativados convencional, ou antes de tratamento físico-químico. A Taxa de
Escoamento Superficial para este caso varia entre 30 e 40 m3/m2.dia.
A velocidade no sentido longitudinal, não deve exceder 8 mm/s. A relação
comprimento/profundidade deve ser menor ou igual a 30. A profundidade mínima deve
ser de 1,5 metros e a máxima de 4,5 metros. A relação comprimento/largura deve situarse entre 3 e 5.
A descarga de fundo deve apresentar a seguinte área: S = A . H1/2 / 4850 T.
Onde,
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A = área do decantador, (m2);
T = tempo para esvaziamento, (horas);
H = altura da água sobre o eixo do conduto, (m);
S = Área necessária para o condutor, (m2).
Canalização de escuma: diâmetro igual ou superior a 150 mm, para uma
declividade considerada boa.
Os decantadores primários não serão muito abordados, pois são pouco usados,
devido a sua baixa eficiência (próximo de 40%) e alta formação de lodo.
Os decantadores secundários serão amplamente abordados no capítulo 9 –
Parâmetros de Projeto para Processos Aeróbios.
5%
5%
Canaleta Central (5 %)
Seção transversal de um decantador com limpeza manual
afluente
motor
efluente
Decantadores com limpeza mecanizada
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Decantador convencional com escoamento vertical
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2.4 - Flotação.
A flotação é o movimento ascendente de partículas, provocado pelo aumento das
forças de empuxo em relação às gravitacionais. Essas forças de empuxo são causadas,
pela adesão de bolhas de ar nas partículas sólidas.
1
2
3
4
Fr
F2
F2
F1
F1
Partícula sedimentando Agregação ar partícula
Floco menos denso
Velocidade
ascensional
A flotação tem sido empregada, nos sistemas de tratamento de águas residuárias,
para a separação líquido - óleos, líquido - algas e líquido – sólidos suspensos.
Os materiais menos densos encaminham-se para a parte superior de um
decantador, inviabilizando sua operação; devido a isso, esses materiais devem ser
removidos, através de flotação. Entretanto, os sólidos mais densos que a água, também
podem ser removidos por flotação. Com a agregação entre o gás e os sólidos as partículas
ficam menos densas tendendo a flotação.
A flotação com ar pode ser feita através dos seguintes meios:
a) Flotação com ar - Introdução de ar no líquido, através de difusores, mantendo-se o
líquido à pressão atmosférica;
Saída do
material
flotado
Compressor
de ar
efluente
Câmara de flotação
bomba
afluente
Sem Pressurização do Afluente
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b) Flotação por Ar - Dissolvido - Introdução de ar no líquido sob pressão, seguido de
despressurização na base do flotador, levando à formação de bolhas minúsculas;
Saída do
material
flotado
Câmara de
Saturação
efluente
Câmara de flotação
bomba
afluente
Pressurização Parcial do Afluente
Câmrara de
Saturação
Câmara de Flotação
efluente
afluente
Pressurização
Câmara
Saturação
Total
do
efluente
afluente
Pressurização da Recirculação
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É comprovado que os flotadores com câmara de saturação são mais eficientes,
quando comparados aos que apresentam aplicação direta do ar, na câmara de flotação, por
meio de um compressor.
Estudaremos então o projeto de flotadores com câmara de saturação:
- 1a Etapa: Geração da Bolha.
A formação da bolha é conseguida através da introdução de ar, até a saturação no
afluente, ou em parcela do efluente recirculado. Essa operação ocorre na câmara de
saturação, que trabalha sob pressão de 250 a 500 Kpa; taxa de escoamento superficial de
1000 a 2000 m3/m2.dia e um tempo de detenção hidráulico de 5 minutos. Na etapa
subseqüente, a pressão é reduzida na unidade de flotação, que opera normalmente à
pressão atmosférica. O gás dissolvido à alta pressão é liberado, para com isso estabelecer
o novo equilíbrio, controlado pela pressão parcial do gás na unidade de flotação.
Os fatores mais importantes na geração de bolhas de gás são:
Válvula de
segurança
ventosa
1) pressão na câmara de saturação;
manômetro
2) relação entre a vazão de ar e a vazão de líquido;
rotâmetro
3) características das águas residuárias (tensão superficial);
4) tipo de bocal difusor.
dreno
Câmara de Saturação
As características das águas residuárias são responsáveis, pelo tamanho máximo
de bolhas estáveis, ou pela indicação de quando a coalescência das bolhas ocorrerá.
Existe relação entre o diâmetro médio da bolha e a pressão de saturação, sendo
que, em geral, o diâmetro da bolha é maior, quanto menor for a pressão.
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2a Etapa: Agregação (Ar – Sólido).
A formação de agregado estável, entre uma ou mais bolhas de gás e uma partícula
ou floco requer, a ocorrência de colisão entre ambos e a subseqüente aderência
permanente, entre as fases gasosa e sólida.
O encontro (colisão suave), entre bolha e partículas é facilitado pelo gradiente de
velocidade na unidade. Esses gradientes de velocidade podem resultar, do escoamento
contínuo na unidade ou do movimento ascendente das bolhas de gás, em relação ao
movimento descendente das partículas ou flocos.
É evidente, que as concentrações de bolhas e flocos afetam a freqüência de
colisões; entretanto, no tratamento de águas residuárias, ambas as fases estão presentes
em intensidade suficiente, para não transformarem-se em fatores limitantes. Portanto,
raramente é necessário, o aumento da concentração do número de bolhas, ou da
concentração de partículas, ou mesmo da intensidade do escoamento, para se atingir a
freqüência crítica (ideal) de colisão.
A aderência entre as partículas/flocos e as bolhas de gás depende, das forças
resultantes na interface gás-água-sólido, as quais resultam das forças físicas de atração e
das forças físico-químicas de repulsão. Essa etapa é predominantemente controlada por
fenômenos químicos, do que por fenômenos físicos.
A energia de adesão cresce, com o aumento da tensão superficial, nas superfícies
sólido-líquido e gás-líquido, e com o decréscimo da tensão superficial na interface gássólido.
3a Etapa: Movimento Ascensional da Bolha.
Tendo sido formado um complexo estável, a força resultante provocará seu
movimento ascensional. A velocidade do movimento é estabelecida, quando as forças de
empuxo e de arraste se igualam.
É de se esperar, que quanto maior a quantidade de bolhas aderidas, maior será a
velocidade de ascensão. Esta condição está expressa pela relação AR/Sólidos (A/S), que é
o parâmetro mais importante no processo de flotação.
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A determinação da relação A/S pode ser feita experimentalmente, em unidades de
alimentação contínuas ou em ensaios de batelada (flota-teste).
A relação de ar-sólido, em um sistema de flotação por ar dissolvido, com
pressurização e recirculação é dada por:
A / S = 1,3 Sar (f . P – 1) . R / Q . Xo;
Ver isto
A / S = Quantidade de ar / quantidade de sólidos;
f = Fração de ar dissolvido à pressão P (0,5 a 0,8);
P = Pressão atmosférica ( atm);
Xo = concentração de sólidos na água residuária;
R = vazão de recirculação;
Q = Vazão afluente.
A relação de ar-sólido em um sistema de flotação por ar dissolvido com
pressurização total é dada por:
A / S = 1,3 Sar (f . P – 1) / Xo;
A / S = Quantidade de ar / quantidade de sólidos;
f = Fração de ar dissolvido à pressão P (0,5 a 0,8);
P = Pressão atmosférica ( atm);
Xo = concentração de sólidos na água residuária;
R = Razão de recirculação;
Q = Vazão afluente.
Onde,
A/S: relação ar-sólido em mg . mg-1;
Sar: solubilidade do ar, em ml . l-1;
F: fração de gás dissolvido a uma dada pressão, usualmente 0,5 a 0,8;
P: pressão absoluta em atmosferas;
Xo: concentração de sólidos em suspensão em mg . l-1;
Q: vazão em l.S-1 ;
R: vazão de recirculação.
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Tabela 10: Resumo para parâmetros de Projeto de Flotadores:
Taxa de Aplicação Superficial no Tanque de Flotação
Área do Tanque de Flotação com pressurização total
Área do Tanque de Flotação recirculação pressurizada
Para Tanque retangular
Placa defletora da zona de contato
Taxa de Aplicação Superficial na Câmara de Saturação
A/S (com recirculação )
A/S (para SST = 3000 mg/l)
A/S ( para SST = 5000 mg/l)
A/S ( para SST = 100 mg/l)
Pressão na Câmara de Saturação
100 a 150 m3/m2.dia
Aflotador = Qafluente / TAS
Aflotador = ( Qaflue. + Qrecir. ) / TAS
Comprimento = 2,5 x largura
Angulo = 60º
400 a 600 m3/m2.dia
1,3 . Sa . (f . P – 1) . Qrec / S . Qa
0,005 a 0,060 (Metcalf & Eddy)
0,022 a 0,034 (PATRIZZI)
0,09 a 0,1 (PENETRA,1998)
2 a 4 atm ( (NUNES,1996)
Flotador retangular
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2.5 Tratamento dos Gases:
Um dos problemas encontrados, para a instalação de estações de tratamento de
esgoto em centros urbanos são os odores exalados devido a liberação de gases. Os
principais gases formados nas reações destinadas ao tratamento de esgoto são: o
nitrogênio (N2), o gás carbônico (CO2), o metano (CH4), o gás sulfídrico (H2S), o
Oxigênio (O2) e o Hidrogênio (H2) conforme tabela abaixo.
Componente
CH4
CO2
N2
H2
O2
H2S
Teores limites
54 – 77 %
14 – 34 %
0–9%
0 – 11 %
0–2%
0,004 – 0,9 %
Valor mediano
67 %
30 %
3%
3%
0,4 %
0,01 %
Fonte: DAE (1969)
A legislação Brasileira, que estabelece padrões para a emissão de gases é a
resolução CONAMA nº 3, de 28 de junho de 1990. As estações de tratamento de esgoto
respeitam estes padrões, mas apesar disso, os gases devem ser tratados adequadamente,
devido a possibilidade de ocorrer mau odor e explosão.
O gás metano caracteriza-se, por ser combustível e inflamável; requerendo,
portanto, cuidados com risco de explosão. Já o gás sulfídrico tem como principal
característica, o mau odor, que pode gerar sérios problemas, se o mesmo acumular-se em
locais fechados.
Reação Humana
Odor incomodo
Odor Ofensivo
Náusea
Enjôo
Irritação Respiratória
Edema Pulmonar
Sistema Nervoso Atacado
Letalidade
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Concentração de H2S (ppm)
0,1 a 3
3 a 10
10 a 50
50 a 100
100 a 300
300 a 500
500 a 1000
1000 a 2000
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Grande parte do enxofre encontrado no esgoto transforma-se em H2S, através de
processos biológicos; porém, a turbulência apresenta grande influência na sua dissolução
do líquido.
O excesso de H2S nos tratamentos biológicos pode causar: a inibição do processo;
aceleramento da degradação dos equipamentos; corrosão da estrutura e aumento no
consumo de oxigênio.
H2S + 2 O2 → H2SO4 (ácido sulfúrico);
Esta reação é causada pelas bactérias Thiobacillus, dentro de um processo
biológico.
-
Tipos de Tratamento dos Gases:
a) Coleta e disposição:
A mais antiga técnica de tratamento dos gases é a coleta e disposição na atmosfera.
No caso de pequenas estações, pode-se coletar os gases, através de tubulações especiais,
sendo esses, levados para local aberto, para que não venha a incomodar seres humanos.
O gás diluído na atmosfera, não apresenta mais o efeito ofensivo, anteriormente
presente em locais fechados.
H2S, CH4 e CO2
Fossa
Séptica
b) Tratamento Químico:
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- Cloro e componentes clorados:
A Cloração é uma boa prática, para se controlar o odor, já que o cloro é um bom
oxidante, além de ter efeito bactericida. Reações com cloro tem sido utilizadas com
sucesso, para oxidação do sulfeto e conseqüente prevenção, contra a formação de
H2S.
As concentrações de cloro para o esgoto doméstico podem ser de 15 a 20 partes
para cada parte de sulfeto removido.
O grande problema deste método é a quantidade de cloro residual formada, que
em muitos casos, não são aceitos pelos órgãos de controle.
- Peróxido de Hidrogênio:
A experiência tem mostrado, que 1,5 a 4 mg/l de peróxido de hidrogênio oxida 1
mg/l de H2S. A reação com peróxido de hidrogênio é rápida e requer tempo de
detenção de 15 minutos em pH neutro.
Comparado ao cloro, a utilização do peróxido é mais econômica, devido ao menor
tempo de reação.
- Sais metálicos:
A concentração de 4,5 mg/l de Sulfato Ferroso é o suficiente, para a remoção de 1
mg/l de H2S.
A adição de sais exige equipamentos, como bomba dosadora, agitador mecânico e
tanque de estocagem.
- Permanganato de potássio:
Trata-se também de um ótimo oxidante. As dosagens são difíceis de serem
estabelecidas, mas a experiência prática mostra que 6 a 7 partes de permanganato são
requeridas para oxidação de uma parte do sulfeto.
- Ozônio:
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Além de oxidante o ozônio é um ótimo desinfetante; é tóxico aos seres humanos,
em concentrações maiores que 1 ppm. A dosagem típica para o esgoto doméstico é
de 1 a 4 ppm de ozônio para 1 ppm de gás formado.
c) Tratamento Biológico:
- Oxidação biológica:
No tanque de aeração, de um processo de tratamento biológico aerado, o sulfeto é
oxidado a sulfato, explicando-se assim o porquê dos processos aeróbios exalarem
menos cheiro do que os anaeróbios. Nas estações que apresentam tanques de reação
aeróbios, o problema ocorre nas fases do tratamento preliminar.
- Filtração biológica:
Os filtros biológicos
para tratamento dos gases
Saída de ar
podem
fechados
ser,
abertos
na
sua
ou
parte
superior.
O gás canalizado passa
Gotejamento de água
por
um
controlador
de
pressão, para impossibilitar
assim, a passagem de faíscas
Canalização
dos gases
ou chamas, para dentro do
Meio Suporte
para bactérias
reator. Esta é uma medida de
segurança contra explosões.
O
Controle
da pressão
gás
suporte,
sobe
pelo
sendo
meio
este,
envolvido por bactérias que
Dreno
consomem o gás sulfídrico
(H2S).
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O meio suporte permanece sempre úmido, devido ao constante gotejamento;
favorecendo assim, o crescimento das bactérias. O tempo de contato das bactérias com o
gás deve ser verificado, de acordo com a concentração de gases, ou seja, quanto maior o
volume de gases maior o tempo despendido. O valor de 12 horas tem sido usual, porém,
um problema encontrado é o de quantificar a vazão de H2S em relação aos outros gases
também presentes.
Para que a unidade de tratamento de gases seja a menor possível, é ideal que estes
gases sejam separados em sua maior parte; ou seja, metano e gás carbônico devem ser
coletados por uma tubulação e o gás sulfídrico por outra.
Câmara
Úmida
Material
Suporte
Distribuição
do gás
- Controle do odor com carvão ativado:
Um bom material a ser
Ar limpo
utilizado, que resiste à corrosão, é
a fibra de vidro.
Como recheio interno pode-
Carvão
Ativado
se usar o carvão ativado. A camada
de carvão ativado deve variar de
Ar com odor
0,3 até 1,2 metros e o carvão dever
ser trocado a cada 2 anos. Pode-se
misturar o carvão ativado com
outros tipos de enchimentos.
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Características do gás metano:
O gás dos esgotos depende diretamente do teor de metano presente no mesmo,
mas para esgoto doméstico, este tem variado entre 4500 e 6500 cal/m3.
O metano queima com uma velocidade de propagação da chama de 0,3 m/seg e
apresenta condições de explosão quando misturado com ar, na proporção de 5,6 a 13,5 %
de metano em volume; devido a isto, é necessário isolar a área de acúmulo de metano, da
presença de O2.
Tabela 11: Comparação do gás da ETE Ipiranga com o distribuído em São Paulo:
ETE IPIRANGA
Metano
Anidrido Carbônico
Nitrogênio
Hidrogênio
Oxigênio
Monóxido de Carbono
Hidrocarbonetos
Densidade
Poder calorífico
67,7 %
17,8 %
13,3 %
2,0 %
1,2 %
0,8
5400 cal/m3
Companhia Paulista de
Serviços de Gás
13,8%
4,3%
9,8%
42,2%
0,7%
23,4%
5,8%
0,6
4750 cal/m3
Fonte: DAE (1969)
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2.6 Exercícios:
01. Quais são as maneiras de se despoluir um córrego?
02. Qual é o órgão que decide o destino do dinheiro a ser aplicado no Saneamento
Básico?
03. Explique Tratamento Preliminar.
04. Explique Tratamento Primário.
05. Explique Tratamento Secundário.
06. Explique Tratamento Terciário.
07. Explique Desinfecção.
08. Defina Sólidos Grosseiros em Suspensão. Dê exemplos.
09. Quais os principais mecanismos para remoção de sólidos grosseiros?
10. Calcular um sistema de gradeamento para uma população de 10000 habitantes.
Estimar a eficiência do sistema de gradeamento em 70 %. Calcular a dimensão das
grades e do canal.
11. Com os dados do exercício 10 calcular a perda de carga nas barras.
12. Qual o destino do material retido no sistema de gradeamento?
13. Calcular a área de uma peneira rotativa na qual o fabricante considera uma Taxa de
Aplicação Superficial de 35 m3/m2.h e população de 10000 habitantes.
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14. Calcular a área de uma peneira estática na qual o fabricante considera um Taxa de
Aplicação Superficial de 20 m3/m2.h e população de 10000 habitantes.
15. Dimensionar uma caixa de areia para uma população de 10000 habitantes? Considerar
a colocação de um medidor Parshall.
16. Explicar os sintomas de falha operacional num desarenador.
17. Quais outros tipos de Desarenadores existentes?
18. Dimensionar uma caixa de gordura para ser limpa a cada 3 meses e com uma carga de
30 Kg/dia.
19. Dimensionar com a TES descrita na apostila e 10000 habitantes?
20. Explique os princípios de um sistema de flotação.
21. Quais os principais tipos de flotadores?
22. Explique a etapa de geração de bolhas num sistema de flotação.
23. Explique a importância da agregação ar-sólidos em sistema de flotação.
24. O que é o movimento ascensional da bolha? Qual a sua importância?
25. Dimensione um flotador para 10000 habitantes.
26. Quais são os gases gerados em uma estação de tratamento de esgoto?
27. Quais efeitos têm cada tipo de gás?
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28. Quais os principais tipos de tratamento de gases?
29. Dimensione uma unidade de tratamento de gases para uma população de 10000
habitantes, que terá seu efluente líquido tratado por processo anaeróbio.
30. O que fazer com o gás metano?
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Referências Bibliográficas.
01. NB-570/ABNT (1990). Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário.
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
02. CAMPOS, J.R. (1990). Alternativas para Tratamento de Esgotos Sanitários.
Consórcio Intermunicipal das bacias dos rios Piracicaba e Capivari. 03
03. NB-7229/ABNT (1993). Projeto, construções e operação de sistemas de tanques
sépticos. Associação Brasileira de Normas Técnicas
04. FORESTI, E. (1998) – “Notas da aula de Processos e Operações em Tratamento
de Resíduos SHS-705”, Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola
de Engenharia de São Carlos.
05. IMHOFF, K. R. (1986) – Manual de Tratamento de Águas Residuárias. São
Paulo.
06. METCALF & EDDY (1979) – “Wastewater engineering – treatment, disposal,
reuse”2nd ed. New York. McGraw-Hill, p. 920.
07. NUNES, J.A. (1996) - Tratamento Físico Químico de Águas Residuárias
Industriais. 2ª edição Editora J. Andrade.
08. TSUTIYA, M. J. & SOBRINHO, P. A. (1999) – Coleta e transporte de esgoto
sanitário. 1ª Edição: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
09. SPERLING, M. V. (1996) – Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de
esgotos. 1ª edição: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental;
Universidade Federal de Minas Gerais.
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11. MARÇAL, E. J (1997) – Estudo de Autodepuração de esgotos sanitários:
Relatório realizado na SANASA – Campinas como parte do trabalho de despoluição
de córregos urbanos.
12. NB-569/ABNT (1989) – Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário:
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
13. FORTES, J., CUNHA, C. (1994). Influência das águas continentais sobre as regiões
costeiras: Enfoque da legislação atual. Qualidade de águas continentais no
Mercosul. ABRH publicação n º 2, dez. 1994. 420p.
14. REALI M. A. (1991). - Concepção e Avaliação de um Sistema Compacto para
Tratamento de Águas de Abastecimento Utilizando Processo de Flotação por
Ar Dissolvido e Filtração com Taxa. Declinante. Tese de Doutorado EESC -USP
1991.
15. CAMPOS, J. R. (1998) – “Notas da aula de Tratamento de Águas Residuárias”,
Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola de Engenharia de São
Carlos.
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3. Hidráulica e Cinética dos Reatores:
3.1 Introdução:
Foi visto até o momento, uma introdução ao tratamento do esgoto. Foi verificado
como quantificar, caracterizar e preparar o esgoto para o tratamento final.
Antes de entrarmos nos projetos de estações de tratamento de esgoto é necessário
que o aluno conheça fundamentos de hidráulica e cinética dos reatores.
A hidráulica é exaustivamente vista no curso de engenharia civil. Já, cinética dos
reatores é estudada no curso de engenharia química e devido aos processos serem
biológicos são, portanto, abordados nos cursos de biologia.
O capítulo 3 dará ênfase ao balanço de massa, à cinética e hidráulica dos reatores.
O capítulo 4 abrangerá os processos biológicos.
O item 3.1.1 será apenas uma revisão das principais fórmulas químicas,
necessárias para o dimensionamento de algumas unidades do tratamento de esgoto.
3.1.1 Concentração das Soluções:
-
Percentagem em massa (Pm):
Pm = 100 * m1 / m ;
-
Titulação (T):
T = m1 / m;
Curso de Tratamento de Esgoto
m1 = massa do soluto;
m = massa da solução;
m = massa do soluto + massa do solvente.
m1 = massa do soluto;
m = massa da solução;
m = massa do soluto + a massa do solvente.
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-
Percentagem em volume (Cv):
Cv = 100 * m1 / V ;
-
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m1 = massa do soluto;
V = volume da solução;
V = volume do soluto + volume do solvente.
Concentração comum (C):
C = m1 / V ;
m1 = massa do soluto;
V = volume da solução;
V = volume do soluto + volume do solvente.
- Concentração Molar ou Molaridade (Cm):
Cm = m / (V*M);
-
m = massa do soluto em gramas;
V = volume da solução;
M = mol do solvente.
Concentração Normal ou Normalidade (Cn):
Cn = M / ( V * E);
m = massa do soluto em gramas;
V = volume da solução;
E = equivalente grama.
3.1.2 Estequiometria:
Sob o ponto de vista da seleção de processos e projeto de reatores a serem
utilizados, os principais fatores a serem considerados são:
- Controle da estequiometria;
- A taxa da reação ou velocidade da reação;
A estequiometria de uma reação é definida como o número de moles das
substâncias que entram num determinado reator e o número de moles das substâncias
produzidas na reação.
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A estequiometria envolve a aplicação do princípio de conservação de massa,
como ilustrado no exemplo:
Exemplo: Oxidação da Glicose
A glicose é representada pela fórmula empírica C6H12O6. Se o composto pode ser
oxidado a CO2 e H2O, demonstre a ocorrência de conservação de massa na reação.
Solução: a) Balanço do coeficiente da equação de conversão
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
b) Demonstração de balanço de massa
massa de reagentes: C6H12O6 + 6 O2
massa de produtos: 6 CO2 + 6 H2O
C = 12;
H = 1; O = 16;
C6H12O6 = (6x12) + (12x1) + (6x16) = 180g
6 O2
= 12x6
= 192g
massa de reagentes
372g OK
6 CO2
= (6x12) + (12x16)
= 264g
6 H2O
= (12x1) + (6x16)
= 108g
massa de produtos
372g OK
Generalizando a estequeometria de uma reação, esta pode ser representada pela equação:
→ pP + qQ + rR...
aA + bB + cC +....
onde:
A, B, C, ... = espécies reagentes;
P, Q, R, ... = espécies produzidas;
a, b, c, ... . p, q, r, ... = coeficientes estequeométricos;
Fixando-se a quantidade de massa por mol de cada reagente e produto envolvido,
além do sinal negativo para cada coeficiente estequeométrico dos reagentes e positivo
para cada coeficiente dos produtos, a equação pode ser rearranjada:
aA + bB + cC + ... + pP + qQ + rR = 0
Aplicando-se ao exemplo, tem-se:
(-1mol)(180g/mol)+(-6moles)(32g/mol)+(6moles)(44g/mol)+(6moles)(18g/mol) = 0;
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3.2 Tempo de Detenção Hidráulico:
A eficiência de unidades de tratamento de águas residuárias depende de vários
fatores, diretamente relacionados às operações e processos, que nelas devem ocorrer.
Por exemplo, a eficiência de remoção de partículas em decantadores depende da
relação entre a velocidade de sedimentação dessas partículas e a taxa de escoamento
superficial do líquido. A eficiência de unidades onde ocorrem processos químicos
depende, dentre outros fatores, das propriedades químicas dos reagentes, das
características físico-químicas do fluído a ser tratado, do tempo de reação e das
características dos produtos formados. A eficiência de processos biológicos depende
similarmente, da natureza e composição dos substratos presentes no afluente, das
características e concentração da biomassa presente nos reatores, das condições
ambientais tais como pH, temperatura, presença de nutrientes, tempo de contato entre
substrato e biomassa e dos fenômenos que governam o transporte de substrato às células.
Em geral, os parâmetros utilizados no dimensionamento de unidades de
tratamento são obtidos empiricamente, através de pesquisas experimentais em escala de
laboratório piloto e protótipo; ou através da experiência acumulada com a operação de
unidades em escala natural.
Um dos parâmetros mais importantes no dimensionamento dessas unidades é o
tempo médio de detenção hidráulica (TDH). Conceitualmente o TDH representa o tempo
médio de permanência das moléculas de água em uma unidade de tratamento, alimentada
continuamente. Se a vazão Q (afluente e efluente) e o volume (V) são constantes, o TDH
pode ser calculado como:
TDH = V / Q;
Q
V
Q
T = V / Q;
T = dias;
V = M3;
Q = M3/dia.
A proporção de moléculas de água que permanecem na unidade por tempo t,
maior ou menor que TDH teórico, indicam a existência de curto circuito e zona morta.
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3.3 Curto Circuito.
Curto circuito é a passagem do fluxo por um caminho preferencial, formando
locais com TDH muito elevado, e locais com TDH muito baixo.
Zona Morta
Zona Morta
Zona Morta
Zona Morta
Reator com curto-circuito
Reator sem curto-circuito
As Zonas Mortas são os locais com TDH maior que o ideal e os Curto Circuitos
são os locais de TDH menor que o ideal.
Quanto maior for o volume de zonas mortas, curtos-circuitos e canais
preferenciais, maior será a fração de moléculas que permanecem na unidade, durante
tempo (t) diferente do TDH. Nessas condições, dependendo do objetivo da unidade, os
processos e operações esperados podem não ser eficientes. Para muitas das unidades de
tratamento, a conseqüência desse fato é a queda significativa de rendimento, ou mesmo o
colapso do processo no caso de alguns reatores biológicos.
O comportamento hidrodinâmico de uma unidade alimentada com fluido em
regime permanente depende, essencialmente, de suas características geométricas e dos
dispositivos de entrada e saída.
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-
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Principal causa de curto circuito e zona morta:
As principais causas de curto circuito e zonas mortas são a má distribuição da
entrada e da saída e da forma geométrica dos reatores.
Zona Morta
Lagoa com grande curto-circuito
Lagoa com pequeno curto-circuito
Lagoa com mínimo curto-circuito
O estudo da hidrodinâmica das unidades de tratamento permite verificar, a
existência e quantificação dos volumes de zonas mortas e curtos circuitos. É possível,
também, obter curvas de distribuição dos TDH na unidade, isto é, conhecer a fração do
líquido efluente que permanece na unidade, para cada tempo de detenção, a partir de (t =
0).
A aplicação mais importante, no entanto, refere-se ao uso das curvas de
distribuição do tempo de retenção (DTR), no aperfeiçoamento do projeto de unidades de
tratamento, de maneira a diminuir o volume de zonas mortas, curtos circuitos e correntes
preferenciais, proporcionando um aproveitamento melhor do volume útil dessas unidades.
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3.4 Uso de traçadores em estudos hidrodinâmicos;
Traçadores são substâncias (por exemplo, o NaCl), cuja presença no líquido pode
ser detectada com precisão e cujas características permanecem inalteradas na unidade de
tratamento, durante a realização dos ensaios em que são utilizadas.
Os fenômenos de adsorção e reações químicas envolvendo o traçador, não podem
ocorrer durante o ensaio. Verifica-se, a resposta na saída, de reatores ideais frente à
alimentação com traçadores.
Uma determinada substância pode ser um excelente traçador para uma
determinada unidade e inadequado para outras. Assim, cuidados especiais devem ser
tomados na escolha do traçador para estudos hidrodinâmicos de unidades de tratamento
biológico ou físico-químico, pois fenômenos tais como, adsorção no lodo ou no meio
suporte (quando existentes), e reações químicas ou bioquímicas envolvendo o traçador,
não podem ocorrer durante o ensaio.
Em geral, o traçador ideal possui as seguintes propriedades:
- É facilmente miscível no líquido e não altera significativamente, as
características do escoamento do fluido na unidade, nem suas propriedades, tais como,
densidade, viscosidade, temperatura, etc.
- Não afeta a velocidade das reações químicas que ocorrem na unidade, nem
provoca inibição ou toxicidade na biomassa presente em unidades de tratamento
biológico, não alterando a velocidade ou as taxas das reações bioquímicas.
- Em reatores heterogêneos e multifásicos, como é a maioria dos reatores
biológicos, o traçador não se transfere de uma fase para outra durante o ensaio.
A escolha do traçador apropriado não é tarefa fácil, principalmente para unidade
de tratamento biológico, sendo, a adsorção pela biomassa, um dos problemas sérios a ser
enfrentado durante o ensaio. Em reatores de leito fixo, a difusão do traçador no leito
poderá alterar as respostas do reator, modificando as curvas de Distribuição do Tempo de
Retenção (DTR).
Os ensaios com traçadores são do tipo estímulo-resposta, isto é, adiciona-se
quantidade conhecida de traçador no líquido afluente, no início do ensaio e mede-se
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continuamente, ou em intervalos de tempo regular, a concentração do traçador no
efluente. Conhece-se, portanto, a massa total de traçador adicionada e sua concentração
inicial. Obtém-se como resposta, a concentração do traçador no efluente, em função do
tempo transcorrido desde o início do ensaio. Obtidas as condições de escoamento
permanente, o traçador pode ser injetado de duas maneiras:
- na forma instantânea, que consiste em adicionar-se pequeno volume da solução
de traçador, em intervalo de tempo muito curto, na entrada da unidade, passando-se a
medir sua concentração na saída;
- na forma contínua, que consiste em alimentar a unidade durante período de
tempo pelo menos três vezes maior que o TDH, com afluente contendo concentração
conhecida do traçador, medindo-se sua concentração na saída a partir do início do teste.
a)
tubular
b)
mistura completa
C
C
Co
c)
fluxo arbitrário
C
Co
to
t
Co
to
t
to
t
alimentação do traçador de forma contínua
d)
to
e)
t
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to
t
alimentação instantânea do traçador
f)
to
t
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3.5 Hidráulica dos Reatores.
3.5.1 Reator Tipo Batelada:
O reator seqüencial de batelada é aquele que não apresenta entrada e saída de
vazão, durante sua reação.
Os reatores do tipo batelada têm seu fluxo intermitente, ou seja, após seu
enchimento, fecha-se os registros de entrada e de saída; sendo assim, não há fluxo dentro
do reator, por um determinado período.
Os reatores seqüenciais de batelada podem ser aeróbios ou anaeróbios, e possuem
mistura completa, ou seja, a concentração de qualquer parâmetro deve ser igual em
qualquer ponto do reator.
Os reatores com bactérias aeróbias apresentam várias denominações, entre elas
LAB (Lodos Ativados por Batelada), SBR (Sequencial Batch Reactor) ou RSB (Reator
Sequencial de Batelada).
Os reatores com bactérias anaeróbias têm as seguintes denominações: ASBR
(Anaerobic Sequencial Batch Reactor) e RASB (Reator Anaeróbio Sequencial de
Batelada).
O reator seqüencial de batelada tem a grande vantagem de não possuir curtocircuito e de diminuir muito a possibilidade de zonas mortas, caso sejam bem projetados.
1
2
Enchimento
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3
Reação
4
Sedimentação
Descarte
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3.5.2 Reator com Fluxo Tubular:
A reação no reator processa-se com vazão de entrada não nula e igual a vazão de
saída. O tempo de detenção das partículas é igual ao tempo de detenção hidráulico. São
reatores com largura desprezível, quando comparadas ao seu comprimento.
Os reatores tubulares apresentam a dispersão longitudinal igual a zero, ou seja,
uma gotícula de água ou uma partícula caminham dentro do reator, em sentido totalmente
linear.
Fluxo contínuo ou tubular
Fluxo disperso
Os reatores tubulares têm outras denominações: PFR (Plug Flow Reactor).
Posteriormente será visto, que reatores com fluxo tubular tem eficiência melhor do que
reatores de mistura completa, tendo os dois, o mesmo tempo de detenção hidráulico.
Reatores Tubulares
Curso de Tratamento de Esgoto
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3.5.3. Reator de Mistura Completa e Fluxo Contínuo:
Reator de mistura completa é aquele em que seu conteúdo está em completa e
perfeita homogeneização e mistura, dentro de um tanque de limites bem definidos.
Os parâmetros dentro dos reatores devem ser iguais em qualquer ponto a ser
coletado. Portanto, a concentração de saída deve ser igual a concentração dentro do
reator.
Os reatores de mistura completa, geralmente apresentam formato quadrado ou
circular. Outra denominação dada a este reator pode ser: CFSTR (Contínuos Flow Slugde
mixture Total Reactor).
A vazão de entrada é diferente de zero e igual a de saída.
Os reatores biológicos para tratamento de processos aeróbios denominados lodos
ativados são considerados reatores de mistura completa e fluxo contínuo.
Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = Q5 = Q6
Q1
Q5
Q3
Q2
Q4
Reator de Mistura Completa e Fluxo Contínuo
Decantador
Decantador 1
CFSTR
Lodos Ativados Convencional
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3.5.4 Reator de Leito Fixo:
São reatores preenchidos com determinado tipo de meio físico, tais como: rocha,
cerâmica, plástico, com a finalidade de ser material suporte para os microrganismos
presentes dentro do reator. Na ausência destes materiais, o biofilme presente seria
arrastado para o efluente e consequentemente o reator perderia eficiência.
Os vazios existentes entre o material suporte são locais de alta concentração de
biomassa, formando grânulos de bactérias, que também consomem a matéria orgânica.
Os Filtros Biológicos Aeróbios e Anaeróbios são exemplos de reatores de leito
fixo.
Reator de Leito Fixo
3.5.5 Reator de Leito Expandido:
Trata-se de um reator similar ao de leito fixo, porém, o material do leito mantémse em expansão pela velocidade ascensional do fluído. Neste tipo de reator, a velocidade
de expansão das partículas é obtida através da recirculação do efluente.
Reator de Leito Expandido
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4. Balanço de Massa:
Balanço de massa consiste na quantificação dos materiais que entram, saem e
acumulam-se, num sistema de limites definidos. O balanço de massa baseia-se na lei de
conservação de massa, onde nada é criado ou destruído e sim transformado. A expressão
de um balanço de massa é desenvolvida sobre um volume de controle fechado e possui
termos para entrada, saída, geração e acumulação de materiais dentro do volume em que
a reação se processa. A expressão geral de um balanço de massa é:
Acúmulo = Entrada – Saída + Geração;
Apesar de não adotarmos exemplos no nosso sistema de ensino, para o estudo de
balanço de massa daremos exemplos práticos para facilitar a visualização, já, que este é
um assunto um tanto quanto complexo.
Para entendermos o que é o balanço de massa, basta contar-mos para onde vai e
de onde vem a massa a ser calculada. Para isso matematicamente podemos definir
acúmulo como:
Acúmulo = Entrada – Saída;
O acúmulo nada mais é, do quê o balanço de massa: Exemplo 1: se numa boate
entraram 100 pessoas entre as 19:00 e 20:00 horas e saíram 80 pessoas no mesmo
horário. Pode-se então afirmar, que o balanço de massa das 19:00 as 20:00 horas nesta
boate foi o acúmulo de 20 pessoas.
Acontece, que este exemplo é muito simples e poderia servir para controle de
sistemas mais complexos, para isso usou-se o tempo como fator estimativo.
Exemplo 2: Numa Rodoviária entram 1000 pessoas por hora, durante a manhã e
saem somente 800 por hora no mesmo período. Portanto, em 4 horas quantas pessoas
estariam acumuladas dentro da rodoviária?
Acúmulo = Entrada – Saída = 1000 x 4 - 800 x 4 = 4000 – 3200 = 800 pessoas estarão
acumuladas dentro da rodoviária.
Este exemplo, ainda é muito simplificado, pois existem outros parâmetros a serem
analisados em outros tipos de situação.
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Em locais onde nascem e morrem pessoas, podem ser adicionados na formulação
matemática os parâmetros de consumo e geração.
Acúmulo = Entrada – Saída + Geração – Consumo;
A geração seriam as pessoas que estão nascendo e o consumo seriam as pessoas
que estão morrendo.
Exemplo 3: Num hospital entraram 1000 pessoas, saíram 800 pessoas, nasceram
30 e morreram 100, num único dia. Portanto: Acúmulo = 1000 – 800 + 30 – 100 = 130.
Portanto, 130 pessoas permanecem durante a noite dentro do hospital.
Para bactérias presentes num reator, pode-se fazer uma formulação similar ao
exemplo dado para o hospital.
Pode-se formular o balanço de massa de forma mais complexa possível, através
da seguinte expressão matemática:
DC / dt . ∆V = Q . Co - Q . C + r V ;
V : volume;
C: concentração em massa;
Q: vazão;
DC / dt : Variação da concentração no tempo;
r: taxa de geração.
A taxa de geração “r” será definida, através de processos que envolvem reações
químicas.
- Processos que envolvem reações químicas:
O que diferencia um bom operador de estações de tratamento de esgoto é a sua
capacidade de entender o balanço de massa nos reatores, seus processos químicos e seus
processos biológicos.
Até o capítulo 2 somente haviam sido estudadas as operações físicas, que são de
fácil compreensão. A partir do capítulo 3, estudaremos os processos que transformam a
matéria orgânica, possibilitando sua remoção.
É importante perceber que a cinética que ocorre durante a operação de uma
estação de tratamento de esgoto, não é constante, ou seja, a cinética de primeira ordem
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que é igual a r = K . C tem o valor de r variando a cada segundo, pois sabe-se, que a
concentração do esgoto na entrada da estação de tratamento de esgoto varia a todo
momento. Para operação das estações de tratamento de esgoto seria ideal, considerar
estas variações, no entanto, a modelação matemática fica um tanto quanto complexa. Para
realização dos projetos fica mais fácil, já que se pode adotar parâmetros médios na
entrada e saída dos reatores.
A modelação matemática de um sistema pode ser considerada, para duas
condições, uma na qual a concentração não varia durante o tempo (estado estacionário),
onde não há mais acúmulos de compostos no sistema. Esta condição é mais usada para a
elaboração de projetos. A outra condição é o estado dinâmico, na qual a concentração
varia durante o tempo (estado dinâmico). O estado dinâmico tem sido muito utilizado
para a operação de ETEs, pois apesar de sua complexibilidade matemática, com o avanço
da computação, tornou-se possível está operação.
O estudo da taxa da reação é denominado no tratamento de esgoto, de cinética dos
reatores.
5. Cinética dos Reatores
A geração e o consumo, mostrados no balanço de massa, são determinados
através de ensaios cinéticos realizados em laboratório. Estes parâmetros cinéticos são
denominados de cinética dos reatores, mas os mesmos são usados para reservatórios
naturais, lagos de estabilização e qualquer outro fenômeno que tenha uma geração ou
consumo de massa.
A taxa ou velocidade com que uma reação química acontece é de grande
importância em todas as fases do gerenciamento da qualidade da água. Como exemplo,
pode-se colocar que o projeto de um processo de tratamento deve permitir a ocorrência da
reação processada, em período adequado à taxa de ocorrência da mesma e os reagentes
deverão encontrar-se na relação estequeométrica exata ou em excesso.
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- Classificação das reações segundo a velocidade:
As reações podem ser instantâneas, momentâneas ou lentas. O Conceito de
arrhenius: “As partículas que colidem, reagem somente quando elas possuem quantidade
de energia maior ou pelo menos igual a um certo mínimo de energia exigido para cada
reação”.
Este tipo de energia recebe o nome de Energia de Ativação, e este valor pode ser
diminuído, se for adicionado catalisador na reação.
Fatores que influenciam na velocidade da reação:
Concentração: Com o aumento do número de partículas aumenta-se o número de
colisões.
- Classificação das reações segundo a fase:
Na natureza existem duas classificações principais para as reações: homogêneas
e heterogêneas.
Reações Homogêneas:
São reações que ocorrem numa única fase (líquida, sólida ou gasosa).
Nas reações homogêneas os reagentes são distribuídos continuamente, mas não
necessariamente de forma uniforme, por todo o fluído.
As reações homogêneas podem ser inversíveis ou reversíveis:
Exemplo de reação simples inversível:
A→P
A+A→P
aA + bB → P
Exemplo de reação múltipla inversível:
A → B (paralelas)
C
A → B → C ( em série ou consecutivos);
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Exemplo de reação reversível:
A ↔B
A+B↔C+D
Obs.: Estas reações são muito importantes para o entendimento dos processos anaeróbios.
Reações Heterogêneas:
São reações que ocorrem na interface, entre fases diferentes. Reações
heterogêneas típicas ocorrem entre um ou mais elementos, presentes em sítios
específicos, como os da superfície de uma resina trocadora de íons. Reações que
necessitam da presença de catalisadores em fase sólida, também são consideradas
heterogêneas.
Essas reações são de maior dificuldade de compreensão e estudo, devido ao
número de estágios interrelacionados que são envolvidos.
Constante de velocidade e ordem das reações
A velocidade “vi” é o termo utilizado, para descrever o desaparecimento
ou formação de uma substância particular ou espécie química.
Para reações homogêneas, a unidade de “vi” é expressa em nºde moles (ou
massa) por unidade de volume e tempo (mol / l . t), e para reações heterogêneas, em nº
de moles / área . tempo (mol / m2 . t). Os reagentes possuem velocidade negativa e os
produtos positiva.
Sob temperatura constante, observa-se que a velocidade é função da concentração
de reagentes. Como exemplo, têm-se:
aA + bB → cC + dD
A velocidade é definida como:
vi : mol / l . t;
k : constante de velocidade;
vi = K [A]α[B]β, onde:
[ ] : concentração molar em mol / l;
α, β : expoentes empíricos.
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As constantes α e β são utilizadas para definir a ordem da reação, com relação aos
reagentes individuais A e B, respectivamente. Geralmente α = a e β = b. Os expoentes α
e β são usualmente, iguais a zero, um ou dois. Entretanto, valores fracionários são
observados esporadicamente. Num exemplo, caso a velocidade de uma reação particular
seja dada por vi = K [ A ]2 [ B ], a reação é dita de segunda ordem em relação ao reagente
A e de primeira ordem em relação ao B. Em termos globais, a ordem da reação é 3 (
terceira ordem).
Nota-se, que a constante de velocidade da reação é função da ordem da reação.
Se esta é homogênea e de ordem zero (nula), o coeficiente K possui unidade de moles /
volume x Tempo (mol; / l3 . t); para ordem 1 e 2, as unidades passam a assumir os
valores de (t-1) e ( l3 / mol . t), respectivamente.
As ordens das reações existentes e usuais no tratamento de esgoto são:
- Reação de ordem zero: A taxa de reação é independente da concentração.
- Reação de ordem 1 : A taxa de reação é proporcional à concentração.
- Reação de ordem 2 : A taxa de reação é proporcional ao quadrado da concentração.
- Reação de Monod : é a mais correta, principalmente para processos anaeróbios.
r = taxa da reação;
r = k CN onde:
k = constante da reação;
C = concentração do reagente;
n = ordem da reação.
n=0
→
reação de ordem zero;
n=1
→
reação de primeira ordem;
n=2
→
reação de segunda ordem.
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5.1 Balanço de Massa em Reator de Mistura Completa:
Acumulo = Entra – Sai + geração – consumo
ou
dc/dt . V = Q . Co – Q . C – r . V
para reação de ordem zero e estado estacionário:
dc/dt = 0
e
r=K
0 . V = Q . Co – Q . C – K . V, como V = Q . TDH;
0 = Q . Co – Q . C – K . TDH . Q, cortando-se a vazão nos dois lados da equação, tem-se:
C + TDH . K = Co;
C = Co - K . TDH ou
TDH = (Co – C) / K.
para reação de 1 ª ordem e estado estacionário:
dc/dt = 0
e
r=K.C
0 . V = Q . Co – Q . C – K . C . V, como V = Q . TDH;
0 = Q . Co – Q . C – K . C . TDH . Q;
Q . C ( 1 + TDH ) = Q . Co, cortando-se a vazão nos dois lados da equação, tem-se:
C = Co / ( 1 + k * TDH) ou
TDH = 1/K . ((Co / C ) – 1).
para reação de 2 ª ordem e estado estacionário:
dc/dt = 0
e
r = K . C 2;
0 . V = Q . Co – Q . C – K . C2 . V, como V = Q . TDH;
0 = Q . Co – Q . C – K . C2 . TDH . Q; corta-se a vazão de todas as expressões;
Co = C – K . C2 . TDH
TDH = (Co – C) / K . C2.
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5.2 Balanço de Massa em Reator de Mistura Completa em série:
para reação de ordem zero e estado estacionário:
dc/dt = 0, n = número de reatores em série
e
r=K
0 . V = Q . Cn-1– Q . Cn – K . V/n, como V = Q . TDH;
Q.Cn-1 = Q.Cn + K . TDH/ n . Q, cortando-se a vazão nos dois lados da equação, tem-se:
Cn + (TDH . K / n) = Cn-1, então, Cn = Cn-1 - (K . TDH / n), mas;
Cn-1 = Cn-2 - (K . TDH / n), então, Cn = Cn-2 - (K . TDH / n) - (K . TDH / n);
Cn = Cn-2 – (2 K . TDH / n) → Cn = Cn-n – n K . TDH / n;
Cn = Co – K . TDH;
TDH = (Co – Cn) / K.
para reação de 1 ª ordem e estado estacionário:
dc/dt = 0, n = número de reatores em série
e
r=K.C
0 . V = Q . Cn-1– Q . Cn – K Cn . V/n, como V = Q . TDH;
Q.Cn-1=Q.Cn+ K.Cn .TDH/ n . Q, cortando-se a vazão nos dois lados da equação, tem-se:
Cn + (TDH . Cn . K / n) = Cn-1, então Cn = Cn-1 / (1 + K . TDH / n ) mas;
Cn-1 = Cn-2 / ( 1 + K . TDH / n), então, Cn = Cn-2 / (( 1 + K . TDH / n) (1 + K . TDH / n));
Cn = Cn-2 / (1 + K . TDH / n)2;
Cn = Cn-n / ( 1 + K . TDH / n)n;
Cn = Co / ( 1 + K . TDH/ n)n;
TDH = n/k (( Co / Cn)1/n – 1).
para reação de 2 ª ordem e estado estacionário:
dc/dt = 0, n = número de reatores em série
e
r = K . C2 ;
K.Cn2 = (n / TDH) (Cn-1 – Cn) / TDH, através de expressões matemáticas chega-se a:
TDH = (n / K . Cn2 ) ( Cn-1 – Cn).
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5.3 Balanço de Massa em Reatores com Fluxo Tubular:
para reação de ordem zero e estado estacionário:
dc/dt = 0
e
r=K
dC / d(TDH) = r → dC / d(TDH) = -K;
integrando-se dC de Co a C e d(TDH) de zero a TDH obtém-se:
C – Co = -k . TDH portanto
TDH = ( Co – C ) / k.
para reação de 1ª ordem e estado estacionário:
dc/dt = 0,
e
r = K . C.
dC / d(TDH) = r ;
dC / d(TDH) = -k.C → integrando-se dC de Co a C e d(TDH) de zero a TDH →
C = Co . e-k.TDH ou;
TDH = - (1/K) ln (C – Co).
para reação de 2ª ordem e estado estacionário:
dc/dt = 0
e
r = K . C2
dc / d(TDH) = - K.C2 → integrando-se dC de Co a C e d(TDH) de zero a TDH →
1 / Co – 1 / C = - K . C2;
C = Co / ( 1 + K . TDH . Co) ou;
TDH = (1 / K) . ( (1 / C) – (1 / Co)).
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6. Relembrando:
O tratamento de esgotos pode ser separado em processo e operação. A operação
consiste na fase física do tratamento, como a decantação e sedimentação. Já os processos
são as fases química e biológica, como a digestão e desinfecção.
Podem também ser classificados como tratamento preliminar, primário,
secundário e terciário.
Para o tratamento preliminar, onde remove-se apenas os sólidos grosseiros,
gorduras e sólidos sedimentáveis (areia), os tipos de tratamento mais comuns são o
gradeamento, seguido de caixas de areia e de gordura, tendo também a possibilidade do
uso de flotadores ( indicado no caso de alta taxa de gordura).
O tratamento primário consiste na remoção de sólidos sedimentáveis através de
operações físicas. A tendência continua sendo os decantadores primários e os
floculadores. Deve-se lembrar que esta fase é de fundamental importância, pois, além de
apresentar baixo custo, reduz bastante as impurezas contidas no esgoto.
O tratamento secundário (biológico), consiste na remoção de matéria orgânica e
consequentemente na diminuição da DBO, os tipos mais conhecidos são:
a. Lagoa Facultativa
O uso da lagoa facultativa é uma solução simples e de baixo custo, isto quando se
dispõe de área com topografia adequada e custo acessível. Esta técnica exige o uso de
tratamento preliminar, provido de grade e desarenador.
Esta é uma alternativa simples para a construção, e que exige operação mínima,
sem qualquer necessidade de se contratar operador especializado.
b. Sistema Australiano de Lagoas
Consiste numa lagoa anaeróbia, seguida de uma lagoa facultativa. É uma das
melhores soluções técnicas, mas esbarra no problema de necessitar de uma grande área
para sua implantação.
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Na lagoa anaeróbia ocorre a retenção e a digestão anaeróbia do material
sedimentável e na facultativa ocorre predominantemente a degradação dos contaminantes
solúveis e contidos em partículas suspensas muito pequenas.
O lodo retido e digerido na primeira lagoa tem de ser removido em intervalos que
geralmente variam de 2 a 5 anos. Na primeira, predomina o processo anaeróbio e na
segunda o aeróbio, onde atribui-se às algas, a função da produção do oxigênio consumido
pelas bactérias
c. Lagoa Aerada
Esta diminui a necessidade de grande área, mas em conseqüência da utilização de
aeradores, aumenta o seu custo de operação.
A lagoa aerada quando procedida de decantador primário, pode ter o tempo de
detenção menor, porém, quando somente se usa grade e caixa de areia, normalmente é
empregado um tempo de detenção hidráulico maior.
Na aeração há produção de lodo biológico, que tem de ser removido antes do
lançamento dos efluentes no corpo receptor. Por este motivo emprega-se uma segunda
lagoa que tem como função a retenção e digestão desse resíduo.
d. Lodos Ativados
Lodos ativados baseia-se em processo biológico aeróbio e parte do princípio que
deve ser evitada a fuga descontrolada de bactérias ativas, produzidas no sistema e que,
deve-se recircular de modo a se manter a maior concentração possível de microrganismos
ativos no reator aerado.
Os microrganismos produzem flocos que podem ser removidos facilmente por
sedimentação em decantador secundário (ou flotador por ar dissolvido). Parte do lodo
secundário é descartada para tratamento e destino final.
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e. Filtro Biológico Aeróbio
O filtro biológico configura-se em um reator denominado de leito fixo e filme
fixo, ou seja, os microrganismos são mantidos aderidos a um material suporte, que
constitui o recheio da unidade.
Basicamente, o filtro biológico aeróbio é composto por um leito de pedras ou de
materiais inertes, com forma, tamanho e interstícios adequados, que permitam a livre
circulação natural de ar, sobre o qual dispositivos de distribuição lançam os esgotos
sanitários que percolam por entre as peças que constituem o referido recheio.
Enquanto o líquido percola através do leito, ocorre o contato entre os materiais a
serem degradados e os organismos que se compõem o biofilme aderido ao suporte. É
obrigatório, o uso de decantador primário e secundário. Em certos casos promove-se a
recirculação do efluente do decantador secundário.
f. Tratamento Eletrolítico
Essa alternativa explora os fenômenos físicos e químicos que ocorrem em cubas
eletrolíticas, possibilitando a ocorrência várias reações de oxi-redução, além de liberação
de gases, da migração de íons, da flotação, da corrosão dos eletrodos, e das reações
secundárias. O conjunto dessas ações leva a formação de lodo, sendo este separado do
líquido, através da flotação ou decantação.
g. Biodigestores Anaeróbios
Os Biodigestores Anaeróbios são ótimas opções para o tratamento de águas
residuárias, pois sabe-se que os processos anaeróbios são mais econômicos em sua
operação, pois não necessitam de aeradores, produzem menos lodo e não requerem
grande espaço. Quanto a confiabilidade, ainda não são totalmente aceitos, em razão do
pequeno número de reatores existentes; no entanto, pesquisas mostram resultados
estimulantes, além de não existir nenhum dado que impeça a utilização destes processos
em tratamento de esgoto sanitário.
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h. Fossas Sépticas
As Fossas Sépticas são unidades de escoamento horizontal e contínua, que realiza
a separação de sólidos, decompondo-os anaerobiamente. A fossa séptica não é um
simples decantador ou digestor, mas sim, uma unidade que realiza simultaneamente
várias funções como: decantação e digestão de sólidos em suspensão, que irá formar o
lodo, sendo este acumulado na parte inferior, ocorrerá a flotação e uma retenção de
materiais mais leves e flotáveis como: óleos e graxas, que formarão uma escuma na parte
superior. Os microrganismos existentes serão anaeróbios e ocorrerá a digestão do lodo,
com produção de gases.
i. Tanque Imhoff
Os tanques Imhoff possuem funções idênticas às unidades de tratamento primário,
apresentado no mesmo tanque, a decantação e digestão de sólidos, funcionando como se
fossem unidades separadas. Apresenta grandes vantagens em relação as Fossas Sépticas,
devido a ausência de partículas de lodo no efluente, a não ser em operações anormais. O
efluente líquido apresenta geralmente eficiência variando com as seguintes reduções:
sólidos suspensos (50 - 70%), remoção de DBO (30 - 50 %). Seus principais problemas
referem-se a grande quantidade de sólidos flutuantes e acumulação de escuma.
j. Filtro Anaeróbio
O filtro anaeróbio é constituído essencialmente por um tanque com recheios de
pedras, peças cerâmicas de material sintético ou de outros materiais que servem de
suporte para microrganismos. Nos interstícios do leito do reator também evoluem flocos
ou grânulos, que possuem elevada participação de microrganismos que atuam na
degradação dos contaminantes da água residuária.
Filtros biológicos em boas condições de funcionamento podem apresentar
eficiência elevada de remoção de DQO e não exigem unidade de decantação
complementar, pois nesses casos, o teor de sólidos no efluente é bastante baixo e os
resíduos arrastados pela água apresentam aspecto semelhante ao de pequenas partículas
de carvão suspensas em líquido bastante clarificado.
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É muito importante, que o efluente a ser tratado apresente teores de sólidos
suspensos e de óleos e graxas, relativamente baixos. O uso do filtro anaeróbio conforme o
nível de conhecimento que se dispõe atualmente, é uma excelente solução para pequenas
comunidades.
k. Reator de Contato Anaeróbio
O reator de contato anaeróbio possui semelhanças com o lodos ativados, porém os
microrganismos são anaeróbios, há mistura, aquecimento e tanque de equalização. Seu
tempo de detenção é de 24 horas, e com a recirculação do lodo, o tempo de detenção
hidráulico é menor que o tempo de retenção celular. Apresenta alta qualidade depuradora.
l. UASB
O Reator Anaeróbio de Manta de Lodo (UASB) é uma unidade de fluxo
ascendente, que possibilita o transporte das águas residuárias através de uma região que
apresenta elevada concentração de microrganismos anaeróbios.
O Reator deve ter seu afluente criteriosamente distribuído junto ao fundo, de
maneira que ocorra o contato adequado entre os microrganismos e o substrato. O reator
oferece condições para que grande quantidade de lodo biológico fique retida no interior
do mesmo em decorrência das características hidráulicas do escoamento e também da
natureza desse material que apresenta boas características de sedimentação, sendo esta a
conseqüência dos fatores físicos e bioquímicos que estimulam a floculação e a
granulação.
Na parte superior do reator existe um dispositivo destinado à sedimentação de
sólidos e à separação das fases sólido - líquido - gasoso. Esse dispositivo é de
fundamental importância, pois é responsável pelo retorno do lodo e consequentemente,
pela garantia do alto tempo de detenção celular do processo.
m. Cloração
Apesar de somente em 1880 ter sido demonstrado, que determinadas bactérias
eram a causa de doenças específicas, desde 1832 dispõe-se de informações sobre a
utilização de soluções de cloro na desinfecção de hospitais e também ampla utilização
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durante a grande epidemia de cólera, ocorrida na Europa em 1831. Na Inglaterra, em
1879, Wilian Soper usou óxido de cloro para o tratamento de fezes de pacientes
portadores de febre tifóide, antes da disposição no esgoto.
Em escala de projeto, a primeira utilização do cloro como agente desinfetante de
esgotos sanitários foi realizada em Hamburgo (Alemanha), em 1893. Desde então, o uso
do cloro em águas residuárias teve um crescimento vertiginoso, em decorrência do
desenvolvimento de técnicas apropriadas. Em 1958, nos Estados Unidos, servindo a uma
população de mais de 38 milhões, empregaram esse método de desinfecção (Campos,
1990)
O cloro pode ser usado no tratamento de águas residuárias para uma série de
outras finalidades além da desinfecção, dentre os quais, o controle do odor, remoção de
DBO, controle de proliferação de moscas, destruição de cianetos e fenois e remoção de
nitrogênio.
O uso do cloro tem como problema, a produção de compostos de cloro que podem
provocar danos à vida aquática.
n. Radiação Ultravioleta
A radiação ultravioleta é gerada a partir de lâmpadas de baixa pressão de vapor de
mercúrio, que emitem a maior parte de sua energia (85 a 90 %) no comprimento de onda
de 253,7 nm, que é efetiva na inativação de microrganismos.
O esgoto é exposto à radiação ultravioleta, por tempo de 1 minuto, obtendo-se
com isso, eficiência elevada na remoção de microrganismos patogênicos. Nesse caso, os
custos são superiores ao do emprego do cloro, porém muito inferiores àqueles
correspondentes à utilização de ozônio (outro processo para desinfecção de esgotos).
As dosagens de radiação ultravioleta normalmente empregadas na inativação de
microrganismos em esgotos sanitários são tão pequenas, podendo-se dizer que seus
efeitos sobre as substâncias químicas presentes no efluente é insignificante, em relação a
formação de novas substâncias, através de reações fotoquímicas.
O uso da radiação ultravioleta tem sido muito estudado nos países desenvolvidos.
No Brasil, sabe-se que a Escola de Engenharia de São Carlos tem uma linha de pesquisa,
com resultados estimulantes.
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O. Lagoas de Maturação
São utilizadas, como tratamento complementar de efluentes secundários. Devem
ser dimensionadas com taxas de carregamento orgânico muito inferior às empregadas
para dimensionamento de lagoas facultativas.
Normalmente, se empregam duas lagoas em série, com profundidade variando
entre 1 e 1,5 metros, com função de melhorar a qualidade do efluente e de possibilitar
maior eficiência na remoção de patogênicos.
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7.0 Exercícios:
1. Dissolveu-se sulfato de alumínio em água, obtendo-se 1000 ml de solução a 10% em
volume. Determinar a massa de sulfato de alumínio dissolvido.
2. Dissolveu-se sulfato de alumínio em 180g de água, obtendo-se uma solução 10% em
massa. Determinar a massa de sulfato de alumínio dissolvida.
3. Adicionou-se 4,9g de ácido sulfúrico em 5 litros de água. Determinar a concentração
molar. Considerar desprezível o acréscimo de volume.
4. Adicionou-se em água 49g de ácido sulfúrico, formando 2 litros de solução.
Determinar a concentração normal da solução.
4. Qual o significado de tempo de detenção hidráulico?
5. O que é Curto-Circuito, Zona Morta e Caminho preferencial?
6. Qual é a importância do uso de traçadores, no dimensionamento de uma estação de
tratamento de esgoto?
7. Quais os principais tipos de reatores utilizados para o tratamento de águas residuárias?
8. Explique o balanço de massa de um reator.
9. Diferencie estado estacionário de dinâmico.
10. Quais são os principais tipos de reações utilizadas no tratamento de esgoto?
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11. Supondo-se a seguinte reação aA + bB = cC + dD :
Experiências
1ª
2ª
3ª
[A] mols
[B] mols
1,0
2,0
1,0
Determinar a ordem da reação.
Velocidade
Mols / l x min
1,0
1,0
4,0
0,5
0,5
1,0
12. Supondo-se a seguinte reação aA + bB = cC + dD :
Experiências
[A] mols
[B] mols
1ª
1,0
2ª
1,0
3ª
2,0
Determinar a ordem da reação.
Velocidade
Mols / l x min
1,0
2,0
8,0
0,5
1,0
0,5
13. Determinar a equação da velocidade da reação elementar: N2 + 3H2 → 2NH3.
14. Um reator batelada é usado para determinar o coeficiente padrão para a seguinte
equação paralela:
1
A
2
B
C
Se as reações são classificadas como sendo de 1 ª ordem, use os dados abaixo para
determinar K1, K2 e [C]
T (Min)
[A] (mol / l)
[B] (mol / l)
0
1
0
2
0,55
0,3
4
0,30
0,47
15. A tabela abaixo mostra dados da reação
8
0,09
0,61
16
0,01
0,66
A → B usando um reator de escala
laboratorial. Determine a ordem da reação e o valor da constante da reação:
Tempo (min) 0
[A] (mol / l) 50
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1
35,6
2
25,8
3
19,5
4
12,8
6
7,3
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16. NH3 é um constituinte muito comum em águas residuárias, e muitas vezes reage com
ácido hipocloroso em solução, para formar monocloro-amido. A constante K encontrada
experimentalmente foi de 5,1 x 106 l / mol x s a 25 º C, a reação é a seguinte:
NH3 + HClO → NH2Cl + H2O
Com base nesses dados, responda:
a) Qual a ordem total da reação?
b) Qual o decréscimo percentual de “v” se a concentração dos reagentes diminui 50 % ?
c) Determinar o valor de K, se as concentrações forem expressas em mg / l.
17. Determinar a ordem da reação:
T (min)
0
[A] (mol/l) 1,3
5
1,08
10
0,9
15
0,75
20
0,62
25
0,52
30
0,43
18. Determinar a ordem e a constante da reação:
Experiências
1
2
3
Inicial[E] (Mol / l)
0,0167
0,0569
0,0569
Inicial[F] (Mol / l)
0,234
0,234
0,361
Inicial(-dE/dT) (Mol / l x min)
3,61 x 0,01
4,20 x 0,01
4,20 x 0,01
19. Determinar a ordem e a constante da reação:
Experiências
1
2
3
4
Inicial[E] (Mol / l)
1,3
2,6
3,9
0,891
Inicial (- dE / dT) Mol / l x min
0,0478
0,0956
0,0143
0,0328
20 . Comparar reatores PFR, CFSTR e CFSTR em série, para reações de ordem nula,
primeira ordem e segunda ordem.
21 . Compare no estado estacionário, o volume requerido para remoção de 98% de
esgoto, se a reação é uma r = -k C?:
a) um reator CFSTR;
b) seis reatores em série do tipo CFSTR;
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c) um PFR.
22. Um reator que funciona como um PFR é para ser usado para retirar a DBO removível. A
constante de reação pode ser dada por:
rDBOu = k . DBOu / ( K + DBOu)
onde: k = 0,12 g/m3.s; K = 30 g/m3 , DBOu(o) = 150 g/m3 e a vazão é de 0,5 m3/s.
Determine o volume do reator para que o efluente tenha um valor de DBOu = 20 g/m3.
23. A concentração de DBOu de um rio entrando no primeiro dos dois lagos conectados em
série é igual a 20 g/m3, a reação é de 1a ordem com coeficiente K = 0,35 d-1 e cada lago é
considerado como um CFSTR. Determine o valor da DBOu na saída de cada lago. No estado
estacionário, o rio tem uma vazão de 4000 m3/ dia, e os volumes dos lagos são de 20000 e
12000 m3 respectivamente.
24. Estime a redução de bactérias, durante a passagem de esgoto que inicialmente continha 10
organismos/ml, por 3 lagoas em série. O volume das 3 lagoas são 10000, 20000 e 60000 m3
respectivamente. A vazão é de 1000 m3/dia e é considerado no estado estacionário com reação
de 1a ordem e considerado próximo a um CFSTR.
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8. Bibliografias consultadas:
01. NB-570/ABNT (1990). Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário.
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
02. CAMPOS, J.R. (1990). Alternativas para Tratamento de Esgotos Sanitários.
Consórcio Intermunicipal das bacias dos rios Piracicaba e Capivari. 03
03. NB-7229/ABNT (1993). Projeto, construções e operação de sistemas de tanques
sépticos. Associação Brasileira de Normas Técnicas
04. FORESTI, E.(1998) – “Notas da aula de Processos e Operações em Tratamento
de Resíduos SHS-705”, Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola
de Engenharia de São Carlos.
05. IMHOFF, K. R. (1986) – Manual de Tratamento de Águas Residuárias. São
Paulo.
06. METCALF & EDDY (1979) – “Wastewater engineering – treatment, disposal,
reuse”2nd ed.. New York. McGraw-Hill, p. 920.
07. NUNES, J.A. (1996) - Tratamento Físico Químico de Águas Residuárias
Industriais. 2ª edição Editora J. Andrade.
08. TSUTIYA, M. J. & SOBRINHO, P. A. (1999) – Coleta e transporte de esgoto
sanitário. 1ª Edição: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
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09. SPERLING, M. V. (1996) – Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de
esgotos. 1ª edição: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental;
Universidade Federal de Minas Gerais.
12. MARÇAL, E. J (1997) – Estudo de Autodepuração de esgotos sanitários:
Relatório realizado na SANASA – Campinas como parte do trabalho de despoluição
de córregos urbanos.
11. NB-569/ABNT (1989) – Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário:
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
14. FORTES, J., CUNHA, C. (1994). Influência das águas continentais sobre as
regiões costeiras: Enfoque da legislação atual. Qualidade de águas continentais no
Mercosul. ABRH publicação n º 2, dez. 1994. 420p.
13. REALI M. A. (1991). - Concepção e Avaliação de um Sistema Compacto para
Tratamento de Águas de Abastecimento Utilizando Processo de Flotação por
Ar Dissolvido e Filtração com Taxa. Declinante. Tese de Doutorado EESC -USP
1991.
14. CAMPOS, J. R. (1998) – “Notas da aula de Tratamento de Águas Residuárias”,
Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola de Engenharia de São
Carlos.
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4. Fundamentos do tratamento biológico.
4.1 Noções de ecologia.
Ecologia: é a ciência que estuda as condições de existência dos seres vivos.
Biomassa: é a associação de seres vivos, formando uma quantidade de matéria viva, com
volume e superfície definidas.
Biótipo: é o conjunto de condições necessárias para favorecer o habitat de uma
determinada biomassa.
Ecossistema: são longos processos de adaptação entre as espécies e o meio. São dotados
de transformação, evolução e regularização. Dentro de certos limites podem resistir a
modificações nas condições de vida.
Cadeia alimentar: Trata-se de um ecossistema que compreende um certo número de
níveis tróficos.
Níveis tróficos: produtores primários, consumidores de 1 ª ordem, consumidores de 2 ª
ordem e decompositores.
Produtores primários: São os organismos autótrofos, capazes de fabricar e acumular
energia potencial, em forma química das matérias orgânicas que sintetizam.
Consumidores de 1 ª ordem: São heterótrofos que se alimentam dos produtores
autótrofos.
Consumidores de 2 ª ordem: São heterótrofos carnívoros, que se alimentam de outros
heterótrofos.
Decompositores: Correspondem ao término da cadeia. São microrganismos e bactérias
que decompõem a matéria orgânica.
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4.2 Noções de biologia.
Os seres vivos são formados por um elevado grau de organização de átomos nas
moléculas e destas entre si, com a capacidade de agir sobre o meio, de maneira a
transformar substâncias estranhas à sua natureza em substâncias constituintes à sua
estrutura. Os seres vivos são separados em 3 reinos: animau, vegetal e protista, mas
podem ser classificados pelas suas propriedades de nutrição, crescimento, reprodução e
irritabilidade.
O reino animal pode ser caracterizado principalmente, pela grande atividade
locomotora e pela nutrição heterotrófica (ingestão obrigatória de compostos orgânicos);
O reino vegetal é caracterizado por seres fixados por raízes, com coloração verde,
produtores de matéria orgânica e O2 e consumidores de CO2. Entretanto, há exceções,
como as algas. Estas apesar de possuírem celulose e pigmento verde, apresentam
locomoção através de flagelos;
O reino protista é caracterizado por seres unicelulares, que podem viver
agrupados ou não.
Obs.: Alguns biólogos consideram o reino protista, inserido ao reino vegetal.
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SERES VIVOS
nutrição
crescimento
animais
reprodução
vegetais
aeróbios
irritabilidade
protistas
anaeróbios
Algumas classificações dadas aos seres vivos
Classificação quanto às formas de alimentação:
Digestão heterotrófica: Organismos que necessitam de substâncias altamente complexas
na sua dieta.
Digestão autotrófica: Organismos que sintetizam seu próprio alimento, ou seja,
sintetizam moléculas de elevada estrutura, a partir de moléculas de baixa energia.
Digestão típica dos vegetais, sendo as principais fontes de energia, a luz e as reações
químicas.
Classificação quanto a fonte de Energia:
Autotróficos:
Luz : Os organismos clorofilados utilizam a luz para transformar substâncias de
estrutura
simples,
em
compostos
orgânicos,
sendo
assim,
denominados
fotossintetizantes.
673 kCAL
6 CO2 + 12 H2O
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CLOROFILA
C6H12O6 + 6 H2O + 6O2
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O oxigênio liberado na fotossíntese é parcialmente usado para a respiração vegetal
e o restante é liberado para o meio.
Para o meio aquático, não é suficiente somente o O2 proveniente do contato do ar
com a superfície aquática, muitas vezes é necessário que existam vegetais subaquáticos,
que produzam oxigênio para a respiração dos peixes e outros tipos de vida animau.
Reações químicas: As bactérias e algas nutrem-se através de reações químicas, não
necessitando obrigatoriamente de energia solar. O maior exemplo de bactérias
quimiossintetizantes são as encontradas no solo e nas águas. As bactérias nitrificantes são
um dos exemplos, onde a amônia é oxidada a nitritos e estes a nitratos.
NH4 + 1 ½ O2
2H + H2O + NO2 + 66 KCAL
Transformação de nitrito para nitrato libera-se 17 Kcal:
NO2 + ½ O2
NO3 + 17 kcal
Essas bactérias têm importância econômica como agentes nitrificadores do solo
ou podem ser também causadores do enriquecimento da água de nitritos e nitratos a partir
da amônia.
Nitrosomonas e nitrobacter são os principais grupos de bactérias responsáveis
pelo processo chamado de nitrificação.
Heterotróficos:
Tem como principais fontes nutricionais os aminoácidos, gorduras e açúcares.
Através de ação mecânica, as substâncias se transformam em matéria pastosa, iniciandose assim, a digestão química que promove a redução das partículas, através da
fragmentação das moléculas mais complexas em outras mais simples e menores, capazes
de atravessar o aparelho digestivo e penetrar no sangue ou nas células.
Os elementos químicos responsáveis pela redução das partículas são as enzimas
ou fermentos digestivos. A digestão é feita em duas etapas, uma ácida (Ex: estômago), e
outra alcalina (ex.: intestino).
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Classificação segundo a respiração:
A respiração é fonte de energia, para que os animais possam realizar movimentos
e outras reações.
Respiração aeróbia: ocorre conforme a equação abaixo. A transformação de glicose em
gás carbônico e água depende da presença de oxigênio. Este fenômeno ocorre nos
animais, através do pulmão ou das brânquias. Já os vegetais não necessitam de órgãos,
pois retiram O2 da própria célula fotossintetizante.
A transformação de material em energia se faz de maneira oposta à da
fotossíntese:
C6H12O6 + 6O2
6 CO2 + 6 H2O + 673 Kcal
A obtenção de glicose pelos organismos vivos é realizada por um dos três
processos de nutrição: fotossíntese, quimiossíntese ou nutrição heterotrófica, já o
oxigênio é obtido através da fotossíntese, que ocorre nos vegetais.
Respiração anaeróbia: é realizada através da retirada de átomos de oxigênio das
moléculas orgânicas, por qualquer substância, excluindo-se o O2.
C6H12O6
2 CO2 + 2C2H3OH + 34,4 Kcal
A denominação de fermentação para a respiração anaeróbia nem sempre é muito
aceita, visto que muitas vezes este processo se realiza com a respiração aeróbia.
Em geral há desprendimento de gás carbônico e acúmulo de álcool etílico no
interior das células. Além do álcool, podem formar-se ácidos orgânicos.
Respiração facultativa: Alguns habitantes podem variar sua respiração entre aeróbia e
anaeróbia.
Eles
podem
inclusive
ter
uma
respiração
intramolecular.
Esses
microrganismos são importantes, principalmente para o reconhecimento de ambientes
pobres em oxigênio como por exemplo, nas águas que recebem despejos ou esgoto
doméstico, ou ainda, para reconhecer a condição vigente no fundo de lagos e rios.
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Conseqüência da respiração para o ambiente aquático:
Os processos oxidativos podem causar forte depressão na curva de oxigênio de
um rio. Microrganismos, animais, bem como vegetais heterotróficos, quando proliferam
em grande número, podem reduzir o oxigênio dissolvido da massa d’água até quase a
zero. É lógico que a proliferação destes dependem das fontes de alimento, ou seja, M.O.
Portanto, a disposição de M.O. em excesso no meio está diretamente ligado ao consumo
de O2. Em outras palavras a demanda de oxigênio de um rio é na realidade uma demanda
respiratória, uma vez que a oxidação desse material é realizada exclusivamente por via
enzimática.
Outra conseqüência da presença de M.O. no meio aquático é o aumento da
concentração de CO2, e a conseqüente diminuição do pH.
Em meio aquático com muitas plantas são observados durante o dia o aumento do
pH pela produção de O2 e durante a noite a diminuição do pH pela produção de CO2, pois
neste horário eles só consomem o O2.
Noite : Só ocorre respiração : consumo de O2;
Dia : Fotossíntese > respiração : Produção de O2;
Essas variações bruscas são observadas nas lagoas de estabilização.
- Comparação entre a respiração aeróbia e anaeróbia:
O calor liberado na equação do processo anaeróbio é cerca de 5% da energia
liberada em aerobiose. Como é provável que a ordem de magnitude da energia necessária
para a fabricação de novas células seja a mesma em ambos os casos, se chega a conclusão
de que , no campo bacteriano, é muito mais econômico buscar a energia vital em
processos aeróbios, que em processos anaeróbios. Em outras palavras a multiplicação
celular será muito mais abundante no primeiro caso do que no segundo e como
conseqüência, o processo de degradação, será muito mais rápido supondo-se a igualdade
dos restantes das condições.
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Tabela 4.1 - Principais doadores e receptores de elétrons em ambiente aeróbio e
anaeróbio adaptado de METCALF & EDDY (1991).
Ambiente
Aeróbio
Doador de
elétrons
composto
Orgânico
Receptor de
elétrons
oxigênio
NH4+
oxigênio
nitrificação
composto
orgânico
NO3-
desnitrificação
composto
orgânico
oxidação aeróbia
metabolismo aeróbio
oxigênio ou NO3- Remoção biológica de
Anaeróbio
Fósforo
H2 e Acetato
SO4
H2
-
Processo
2-
CO2
redução de sulfato
metanogênico
O Ciclo da Vida:
1. Vegetais (autotróficos) transformam minerais em M.O.;
2. Heterotróficos (bactérias-fungos) transformam M.O. em minerais;
M. O. vegetal ou
animau
Amônia ,
carbonato e CO2
Fonte para os
organismos
autótrofos
microrganismo
s
Animais e vegetais
Fonte de energia
dos
heterotróficos
O ciclo da vida
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Anabolismo: síntese de matéria viva.
Catabolismo: degradação de matéria nutritiva.
Metabolismo: é a soma dos processos físicos e químicos pelos quais os seres são
mantidos e produzidos (Alimento + energia = manutenção e reprodução).
-
Bactérias:
São microrganismos unicelulares que podem viver isolados ou agrupados.
Reproduzem-se por simples divisão celular ou pela formação de esporos. Podem ser
autótrofas ou heterótrofas e podem ser aeróbias, anaeróbias ou facultativas.
As bactérias do grupo “Coli, habitam o intestino humano e de outros
homeotermos onde vivem, sem causar nenhum dano ao hospedeiro. São, entretanto, de
grande valor para o sanitarista, uma vez que a sua presença na água indica a
contaminação desta por fezes ou esgoto doméstico.
A grande importância sanitária das bactérias coliformes está na sua presença
obrigatória em toda a fonte contaminada por despejos domésticos. Admite-se que toda
a água que contenha mais de 1 ou 2 bacilos do grupo “Coli” em cada 100 cm3 pode
conter também bactérias patogênicas, sendo impróprias para consumo, sem
desinfecção prévia.
-
Algas:
São organismos de estrutura simples e diferem-se das bactérias por apresentarem
núcleo celular e reprodução sexuada (a não ser as algas azuis).
As algas azuis são células envolvidas por bainha mucilaginosa, que dá pequena
aparência gelatinosa, que se forma na superfície de reservatórios de água. Essa bainha
serve de abrigo para bactérias, inclusive coliformes, que ali se protegem da ação do cloro,
aplicado para desinfecção. Recentemente tem sido evidenciada nos heterocistos a
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presença de enzimas responsáveis pela fixação de nitrogênio diretamente do ar. Isso vem
explicar a prioridade que tem, algumas cianofíceas (algas azuis), de desenvolver-se em
ambiente pobre em nitrogênio, mas rico em outros nutrientes, o que assume particular
importância no estudo do fenômeno de eutrofização.
As algas verdes geralmente encontradas em água doce, inclusive nas de
abastecimento, são dotadas de flagelos para locomoção.
Podem aparecer as algas vermelhas ou douradas, sendo estes casos um pouco mais
raros.
-
Analogia entre a vida humana e os microorganismos:
Algumas semelhanças podem ser verificadas entre a vida existente dentro de um
reator de tratamento de esgotos, e uma população de uma cidade.
Quando a quantidade de comida para uma determinada população for abundante, as
pessoas vão se reproduzir, consequentemente a população aumentará, até o ponto que
comece a faltar comida. Neste momento, caso não exista outro meio de alimentação, as
pessoas mais fracas vão se alimentando cada vez menos, até que morram. Alguns
humanos (canibais) podem inclusive se alimentar de outros na falta de alimento,
principalmente no caso de fome. Numa cidade equilibrada, não faltará alimentação para a
população, e nem se jogará fora, pois a população vai crescer de acordo com a
alimentação disponível.
A população não deve ser nem muito jovem, e também não deve ser muito velha. Se a
população for muito velha, existirão muitas pessoas aposentadas sem trabalhar, e poucas
trabalhando. Se a população for muito jovem ocorrerão problemas semelhantes, portanto,
a população deve crescer de acordo com a quantidade de alimento disponível.
Todo ser vivo precisa de um tempo de adaptação, ou seja, caso uma família de
comilões mude sua alimentação e resolva trocar a feijoada por jiló como exemplo, sem
dúvida a quantidade que esta família come será reduzida. Percebe-se então que é
importante a afinidade entre o substrato e os microrganismos. Se a quantidade de
substrato que chega é maior que a taxa de crescimento populacional, então é importante
verificar se não é necessário optar por uma outra população, mais adaptável a este
substrato.
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4.3 Noções de Bacteriologia.
A fermentação compreende reações químicas produzidas na natureza, através de
microrganismos. A seguir serão demonstrados alguns tipos de fermentações ocorridas no
tratamento de esgoto.
-
Fermentação alcoólica:
Consiste no desdobramento de açúcares em álcool e ácido carbônico. Os organismos
que provocam estas reações são Saccharomyces e Aspergillus. Trata-se de um processo
que ocorre em local aerado.
C6H12O6 → 2 C2H6O + 2 CO2
-
Fermentação acética:
É a transformação de álcool em ácido acético, por influência da Acetobacter aceti em
meio aerado.
C2H6O + O2 → C2H4O2 + H2O
-
Fermentação Láctica:
É a transformação de açúcares em ácido láctico, através da influência da bactéria
bacillus lacticus em meio aeróbio.
C12H22O11 + H2O → 2 C6H12O6 = 4 C3H6O3
-
Fermentação butírica:
É a transformação de matéria orgânica complexa, em ácido butírico.
C6H12O6 → 2 CO2 + 2 H2 + C4H8O2
( fermentação anaeróbia)
C2H6O + C4H4O2 → C4H8O2 + H2O ( fermentação anaeróbia )
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Fermentação fórmica:
É a transformação de açúcares em metano. É conseqüência da fermentação butírica.
C6H12O6 → 3 CH4 + 3 CO2 (fermentação anaeróbia)
Obs.: todas estas fermentações serão detalhadas nos capítulos seguintes.
4.4 Principais microrganismos presentes no tratamento de esgoto.
Tabela 4.2 - Principais gêneros de bactérias encontradas no processo de lodos ativados e
suas respectivas funções ( HORAN, 1990).
GÊNEROS
Pseudomonas
FUNÇÕES
Remove carboidratos e promove desnitrificação.
Zooglea
Formação de flocos
Bacillus
Degradação de Proteínas.
Athrobacter
Degradação de Carboidratos.
Microthrix
Degradação de Gorduras, crescimento filamentoso.
Nocardia
Crescimento filamentoso, formação de espuma e escuma.
Acinetobacter
Remoção de Fósforo.
Nitrosomonas
Nitrificação.
Nitrobacter
Nitrificação
Achromobacter
Desnitrificação.
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Tabela 4.3 - Agrupamento de organismos de diversos gêneros presentes em sistemas de
lodos ativados (VAZOLLÉR et al., 1989).
GRANDES GRUPOS
Classe Ciliata
a) ciliados livres-natantes
b) ciliados pedunculados
c) ciliados livres, predadores do
floco
Classe Mastigophora - flagelados
Classe Sarcodina - amebas
Classe Rotífera - rotíferos
Classe Nematoda - nematóides
Filo Anelida - anelídeos
GÊNEROS FREQÜENTES
Paramecium, Colpidium, Litonotus,
Trachelophyllum, Amphileptus,
Chilodonella
Vorticella, Operculária, Epstylis,
Charchesium
e as suctórias Acineta e Podophrya.
Aspidisca, Euplotes, Stylonychia, Oxytricha.
Bodo, Cercobodo, Mona sp, Oicomona sp,
Euglena sp, Cercomona sp, Peranema
Amoeba, Arcella, Actinophrys,
Vanhlkampfi,
Astramoeba, Difflugia, Cochliopodium.
Philodina, Rotaria, Epidhanes.
Rhabditis
Aelosoma
Tabela 4.4 - Microrganismos indicadores das condições de depuração em sistemas de
lodos ativados (VAZOLLÉR et al., 1989).
MICRORGANISMOS
CARACTERÍSTICAS DO PROCESSO
Predominância de flagelados e rizópodes Lodo jovem característico de início de
Predominância de flagelados
Predominância de ciliados pedunculares
e livres
Presença de Arcella (rizópode com teca)
Presença de Aspidisca costata
(ciliado livre)
Presença de Trachelophyllum (ciliado
livre)
Presença de Vorticella microstoma
(ciliado pedunculado) e baixa
concentração de ciliados livres
Predominância de anelídeos do gênero
Aelosoma
Predominância de filamentos
operação ou TRC* baixo
Deficiência de aeração, má depuração e
sobrecarga orgânica
Boas condições de depuração
Boa depuração
Nitrificação
TRC* alto
Efluente de má qualidade
Excesso de oxigênio dissolvido
Intumescimento do lodo ou bulking
Filamentoso **
(*) Tempo de retenção celular, dia.
(**) Para caracterizar o intumescimento do lodo é necessário avaliar os flocos.
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N º de
micror.
bactérias
Ciliados livres
Ciliados fixos
Flagelados
Alta carga
rotíferos
Carga
convencional
Tempo
Baixa carga
Predominância relativa entre os microrganismos aeróbios
Como demonstrado no quadro acima, existe a predominância de algumas
bactérias em relação a carga orgânica aplicada. Quanto maior o tempo de contato entre as
bactérias e o esgoto, maior a possibilidade de aparecimento de rotíferos, já se o tempo de
contato for pequeno, ocorrerá a predominância de flagelados.
Devemos lembrar que existem outros fatores que podem interferir na massa
bacteriana, sendo esses:
-
Concentração de matéria orgânica presente no substrato;
-
Quantidade de oxigênio presente dentro do reator;
-
Características físico-químicas do afluente (temperatura, pH, alcalinidade, etc.)
-
Carga orgânica aplicada;
-
Carga hidráulica aplicada.
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4. 5. Crescimento Bacteriano.
Caso seja colocado num reator tipo batelada, um pequeno número de bactérias, e
este mesmo reator sejam alimentados com substrato suficiente para o crescimento das
bactérias, deve-se conseguir a curva de crescimento bacteriano demonstrada no gráfico
abaixo.
Nº de células
Síntese
1
2
endogenia
3
4
tempo
1. Adaptação: é uma fase de adaptação enzimática das bactérias ao novo substrato;
2. Crescimento rápido ou crescimento exponencial: Na fase de crescimento rápido as
células se dividem com uma taxa constante. Há excesso de substrato no meio, fazendo
com que o crescimento das bactérias não tenha o substrato como fator limitante de
crescimento;
3. Crescimento estacionário: O numero de células se mantém constante, devido a
morte de algumas células, ocasionada pela falta de alimentação;
4. Crescimento negativo: A falta de alimentação é agravante e a morte das células é
muito superior à divisão celular, causando com isso uma diminuição no número de
células dentro do reator.
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4.6 Cinética da degradação biológica.
Conforme estudado no capítulo 3, toda estação de tratamento de esgoto tem o seu
balanço de massa dado por: acúmulo = entrada – saída + geração – consumo. O acúmulo,
a entrada e a saída são facilmente controlados. A geração e o consumo são mais difíceis
de serem avaliados.
Uma das principais modelagens matemáticas aceitas no tratamento de esgoto e usada por
um grande número de projetistas é a equação de Monod, para a geração e consumo dentro
dos reatores.
A taxa específica de crescimento de microrganismos, proposta por Monod
foi:
µ = Taxa específica de crescimento bacteriano;
µ = µm . S / (ks + S), onde:
µm = Taxa de crescimento bacteriano máxima;
S = Quantidade de substrato na solução;
Ks = Constante de aumento de substrato.
Sendo
dx/dt = crescimento bacteriano;
µ = ( dx / dt) / X, onde:
µ = Taxa específica de crescimento bacteriano;
X = N º de microrganismos.
Percebe-se, que a taxa específica de crescimento, depende da taxa de crescimento
bacteriano máxima, da constante de aumento de substrato e da quantidade de substrato
presente no reator.
Conforme gráfico seguinte, o parâmetro Ks é determinado no ponto médio do
eixo das ordenadas, onde encontra-se o valor µm/2. Prolongando-se o gráfico para o eixo
das coordenadas obtêm-se o valor de Ks.
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µ
µm
µm/2
ks
S
A taxa de utilização de substrato, pode ser expressa pôr:
q = Taxa de utilização de substrato;
q = ds/dt / X, onde:
ds / dt = Variação de substrato pelo tempo;
X = N º de microrganismos.
Num sistema microbiano para tratamento de esgotos, a distribuição de células não
é igual em relação ao seu crescimento. Melhor explicando: existem células que
envelhecem mais rapidamente, outras que se duplicam mais rapidamente, sendo que no
sistema existem várias espécies com diferentes características.
Quando existe a falta de substrato, uma parcela das células são consumidas por
outras para a obtenção de energia necessária para a sua própria manutenção. Por este
motivo, a taxa de crescimento teve que ser melhor definida. Deve-se considerar um
decréscimo na massa celular (consumo) que é chamado de decaimento endógeno.
Em sistemas contínuos, deve-se subtrair de µ, o coeficiente de respiração
endógena, obtendo-se:
µ = µm . ( S / (ks + S)) - b, onde:
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b = Decaimento endógeno
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Kd = Coeficiente de decaimento endógeno;
b = Kd . X onde:
X = N º de microrganismos.
A relação entre a taxa de crescimento bacteriano e a taxa de utilização de
substrato pode ser dada pelo parâmetro Y.
Y = ∆x / ∆s, onde:
Y = Relação de microrganismos / substrato;
∆x = Variação de microrganismos;
∆s = Variação de substrato.
Um valor alto para Y significa que o crescimento de bactérias é maior que a
quantidade de substrato que chega no reator.
Um valor baixo para Y significa que o crescimento bacteriano é pequeno, em
relação a quantidade de substrato que chega no reator.
Y pode ser representado por:
Y = µ / q = Bactérias / substratos;
se µ = µmax . S / (ks + S );
então Y . q = Y . qmax . S / ( ks + S );
concluindo-se que q = qmax . S / ( ks + S ).
Sabendo-se que:
µ = (dx / dt) / X = Y (ds / dt) / X – b;
vem:
1 / θc = Y (ds / dt) / X – b;
Obtém-se:
µ = 1 / θc = Y. q – b;
Os parâmetros Y e b são facilmente obtidos da literatura ou por meio de ensaios
específicos.
Para processos aeróbios, y varia de 0,05 a 0,1 e b de 0,01 a 0,05 d-1.
Os parâmetros qmáx e taxa de utilização específica do substrato, são
extremamente variáveis, dependendo de fatores nem sempre conhecidos. O mesmo
ocorre com KS. Portanto, para cada tipo de sistema, devem-se obter os parâmetros
específicos que irão depender das características do reator, das características do
substrato e das características da biomassa.
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4.7 Balanço de massa de bactérias e substrato em um reator sem recirculação:
r.: Acumulo = entrada – saída + geração;
V . dX / dt = Q . X0 – Q . X + V . (dX / dt)r
DX / dt = zero; X0 = zero.
Situação de equilíbrio:
0 = - Q . X + V (µm . X . S / (ks + S) - Kd . X);
Q . X = V (µm . X . S / (ks + S) - Kd . X);
Q / V = µm . S / (ks + S) - Kd ;
1 / TDH = µm . S / (ks + S) - Kd ;
Acumulo
=
entrada
=
Massa de
substratos
que
entram
–
saída
-
Massa de
substratos
o que
saem
+
geração
+
Acréscimo de
substrato
gerado
-
consumo;
-
Decréscimo de
substrato
utilizado
Ou melhor:
Variação de
massa de
substrato no
reator
V . (ds / dt)
=
Q .S0
–
Q.S
+
0
-
V . [K.X.S/(Ks+S)];
Ds / dt = zero; (reator em estado estacionário)
Situação de equilíbrio:
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0 = Q (S0 – S) - V . [ K . X . S / (Ks + S)];
S0 – S = TDH [ K. X. S / (Ks + S) ];
Sabemos que 1 / TDH = µm . S / (ks + S) - Kd ;
1 / TDH + kd = µm . S / (ks + S);
(1 / µm ) . [( 1 / TDH) + kd ] = S / ( ks + S), substituindo-se na equação So – S tem-se;
S0 – S = ( TDH . K . X . / µm ) . ( 1 / TDH) + kd ];
S0 – S = X . 1 / Y . ( 1 + TDH . kd );
X = [( So – S) . Y] / (1 + TDH . Kd)
O fundamento sobre um reator CFSTR sem recirculação é que o tempo de
detenção hidráulico é igual ao tempo de detenção celular. Portanto, a equação X = (S0 –
S) . Y / ( 1 + TDH . kd) é válida sem problemas e o TDH pode ser considerado igual ao
θ c.
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4.8 Balanço de massa de um reator com recirculação do lodo.
Acumulo
=
entrada
–
saída
+
geração
-
consumo;
Ou melhor
Variação de
massa de
substrato no
reator
=
Massa de
substratos
que
entram
-
Massa de
substratos
o que
saem
+
Acréscimo de
substrato
gerado
-
Decréscimo de
substrato
utilizado
V . (dX / dt) = (Q . S0 + Qr . S) – ((Q – Qw). S) - V . [K.X.S/(Ks+S)];
DX / dt = zero; (reator em estado estacionário)
Desenvolvendo-se a equação chega-se a:
X = {[( So – S) x Y] / (1 + θc x Kd)}x (θc / TDH);
O fundamento sobre um reator de CFSTR com recirculação é que o tempo de
detenção hidráulico é menor que o tempo de detenção celular.
Percebe-se que a equação acima é para reator com recirculação de lodo. Sem a
recirculação de lodo o TDH é igual ao θc, portanto tem-se:
X = {[( So – S) . Y] / (1 + θc . Kd)} . (θc / TDH);
X = {[( So – S) . Y] / (1 + TDH . Kd)} . (TDH / TDH);
X = {[( So – S) . Y] / (1 + TDH . Kd)} Sem recirculação
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4.9 Parâmetros determinantes no projeto de unidades de tratamento biológico.
Os processos biológicos são os mais econômicos dentre os utilizáveis na remoção
de matéria orgânica. Por esse motivo, são amplamente utilizados no tratamento de
efluentes líquidos.
Além da remoção de matéria orgânica, os processos biológicos podem ser
aplicados para a oxidação de compostos reduzidos como nitrogênio amoniacal e sulfetos,
bem como na redução de nitratos (desnitrificação) e de sulfatos.
Na tabela seguinte são mostradas as principais aplicações dos processos
biológicos e seus subprodutos.
Tabela 4.5 - Principais aplicações dos processos biológicos no tratamento de águas
residuárias.
TIPO
Efluentes Líquidos
Efluentes Líquidos
Efluentes Líquidos
Efluentes Líquidos
SUBSTRATO
Matéria Orgânica
Matéria Orgânica
NH3 - NH4
NO-2, NO-3, SO2-4
PROCESSO
Aeróbio
Anaeróbio
Aeróbio
Anaeróbio
SUBPRODUTOS
CO2, SO42-, NH-3, NH+4, NO2, NO-3
CO2, CH4, NH-3NH+4, S2NO-2, NO-3
N2, H2S, NH-3NH+4
A tabela acima mostra que apenas os processos aeróbios são capazes de produzir
compostos estáveis que consomem oxigênio. Como no processo de nitrificação e
remoção de sulfeto para sulfato, que só pode ocorrem com a presença abundante de
oxigênio.
A desvantagem dos processos aeróbios é a necessidade de fornecimento de
oxigênio ao meio, través de equipamentos que consomem energia.
Considera-se, também, como desvantagem dos processos aeróbios, o excesso de
lodo biológico produzido, que deve ser descartado diariamente. Este excesso de lodo
produzido, expresso em Sólidos Suspensos Voláteis, é cerca de cinco a dez vezes
superiores, àquele produzido por processos anaeróbios.
Em função das vantagens e desvantagens de ambos os processos, a tendência atual
é de se utilizarem sistemas mistos, que contém unidades anaeróbias e aeróbias em série.
Este estudo será amplamente abordado no capítulo 12.
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4.10 Parâmetros utilizados nos processos biológicos:
- Tempo de Retenção Celular ou Idade do Lodo (θc)
A eficiência dos processos biológicos depende de θc. O valor da concentração de
substratos efluente (S) em sistemas de mistura completa pode ser diretamente relacionado
com o ·c, conhecendo-se os valores dos parâmetros cinéticos do processo.
Valores usuais:
Processos aeróbios - Lodos Ativados - θc > 5 d;
Lagoas Aeradas - θc > 3 a 5 d;
Processos anaeróbios - θc > 20 d.
-
Taxa de Produção de Excesso de Lodo Expresso em SSV.
∆X = massa de SSV produzida por dia;
∆S = massa de substrato removida por dia;
X = concentração de SSV no sistema.
∆X = y . ∆S - b
Ou
∆X = yobs . ∆S
onde
yobs = y ( 1 + b . θc)
- Taxa de Carregamento Orgânico Volumétrico (Cov)
COV = ∆S/ V
em kgDBO (ou DQO) por m3 por dia
Os valores usuais de COV para diferentes tipos de sistemas estão demonstrados
na tabela seguinte.
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- Tempo de Detenção Hidráulica (TDH).
Os valores usuais, de TDH para diferentes tipos de sistemas estão
apresentados na tabela abaixo.
Tabela 4.6 - Valores usuais de COV e TDH para diferentes tipos de sistemas.
Sistemas Aeróbios
Lodos Ativados
Convencional
Mistura Completa
Estabilização por Contato
Aeração Prolongada
Aeração Escalonada
Oxigênio Puro
Lagoas Aeradas
Sistemas Anaeróbios
Reator Anaeróbio de Manta Lodo
Filtro Anaeróbio
Contato Anaeróbio
Lagoas Anaeróbias
COV (kg DBO / m3 . dia)
TDH (h)
0,3 - 0,6
0,8 - 2,0
1,0 - 1,2
0,1 - 0,4
0,6 - 1,0
1,6 - 3,3
0,01 - 0,06
COV
5 – 10
<5
<5
< 0,5
1,0 – 8,0
3,0 – 5,0
1,5 – 3,0
18 – 36
3,0 – 5,0
1,0 – 3,0
72 – 120
TDH (h)
6 – 16
8 – 18
8 – 24
> 72
Como pode-se observar o processo tipo lodos ativados convencional, necessita de
um menor tempo de detenção hidráulico. Considerando o reator sem recirculação,
percebe-se que o Tempo de permanência entre as bactérias e o substrato é suficiente se
for igual ao TDH. Os sistemas convencionais não propiciam a endogenia das bactérias,
ou seja, não ocorre a falta de alimento, ocasionado um crescimento maior do lodo. Outro
problema do sistema de lodos ativados convencional é formação de um lodo ainda não
mineralizado, necessitando-se de uma posterior digestão e estabilização do mesmo.
O lodo ativado por aeração prolongada, tem o TDH muito alto, propiciando no
aumento do tamanho dos reatores. Por outro lado, o lodo já sai totalmente estabilizado,
devido ao grande tempo de contato entre o substrato e os microorganismos, não
necessitando de digestores de lodo. Este grande tempo de contato leva também a um
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grande gasto de energia, já que estas bactérias são aeróbias e necessitam de oxigênio para
sua reprodução.
Os reatores anaeróbios têm a grande vantagem de não necessitarem de aparelhos
mecânicos, tanto para mistura como para a aeração. O lodo também já sai estabilizado e
os tamanhos dos reatores são pequenos devido ao pequeno TDH médio requeridos. Os
processos anaeróbios são muito vantajosos para efluentes com carga orgânica
volumétrica muito alta. O tempo de duplicação dos microrganismos anaeróbios é muito
mais lento do que os aeróbios, este é um dos motivos da menor geração de lodo.
- Relação F/M (Food to Microorganisms).
A relação F/M é expressa em Kg DBO (ou DQO) por Kg de SSV presente no
sistema por dia.
Para processos aeróbios em geral, a relação F/M deve situar-se entre 0,3 a 0,6.
Para sistemas aeróbios de alta taxa, F/M pode variar de 0,4 a 1,5 e para sistemas com
oxigênio puro, F/M varia de 0,25 a 1,0.
Sistemas anaeróbios são operados com relação F/M na faixa de 0,2 a 1,0.
– Índice Volumétrico de lodo (IVL).
O índice volumétrico de lodo é expresso em ml/g e informa a capacidade de
sedimentação do lodo. É extremamente importante para os sistemas de lodos ativados,
freqüentemente sujeitos ao fenômeno de “bulking”, caracterizado pela formação de lodo
volumoso e pouco denso.
O IVL é definido como o volume ocupado por 1 g de lodo após decantação de 30
minutos. O IVL é calculado através da seguinte fórmula:
IVL = Índice volumétrico de lodo (ml/g)
IVL = (H30 x 106) / (Ho . SS), onde;
H30 = Altura da interface após 30 minutos (m);
Ho = Altura da interface no instante 0 (m);
SS = Concentração de sólidos em suspensão(mg/l);
106 = Conversão de mg em g, e de 1 em ml.
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Valores usuais do IVL são:
• Processos Aeróbios - 70 a 120 (ml/g);
• Processos Anaeróbios - 40 – 80 (ml/).
Em geral, a relação F/M e IVL estão intimamente relacionadas, principalmente
nos processos de lodos ativados. Nesse caso, valores de F/M fora da faixa de 0,3 a 0,6
freqüentemente provocam valores de IVL superiores a 100 ml/g.
-
Formação de Lodo:
Numa estação de tratamento de esgoto, os resíduos sólidos que devem ser dispostos
adequadamente são provenientes do sistema de gradeamento, das caixas de areia, das
escumas formadas em todos os tanques, do lodo biológico e do lodo estabilizado.
Para o processo de lodos ativados convencional, deve-se adicionar o tratamento do
lodo, alterando o fluxograma das estações de tratamento de esgoto. O tratamento de lodo
completo deve seguir os seguintes passos:
Adensamento do lodo: Trata-se de remover a umidade do lodo, pode ser feito através
de secagem ao sol, filtros prensas, adensamento por gravidade e etc. Tem o principal
objetivo a diminuição do volume de lodo, diminuindo-se os volumes dos tanques de
estabilização do lodo.
Outra fase do tratamento é a estabilização do lodo, através de sua digestão, ou seja, a
remoção de matéria orgânica existente. O lodo estabilizado deve possuir pequena
quantidade de sólidos voláteis.
Após a estabilização deve-se fazer a desidratação do lodo para diminuir ainda mais o
volume de lodo a ser transportado.
Os sistemas de aeração prolongada não geram tanto lodo quanto os sistemas de lodos
ativados convencionais. E também, não necessitam da fase de estabilização do lodo.
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Princípios da aeração:
Os sistemas de aeração têm dupla finalidade. A primeira é a de disponibilizar
oxigênio suficiente para as necessidades dos microrganismos aeróbios, e a segunda é de
provocar uma agitação e uma homogeneidade suficiente para que ocorra uma mistura
completa em reatores tipo lodos ativados. Como visto no capítulo 3, reatores de mistura
completa, não devem possuir curto circuito, sendo assim, necessita-se de uma correta
aeração para ocorrer uma completa mistura e homogeneização dos reatores.
Fundamentalmente existem dois tipos de aeração: Aeração por ar difuso e aeração
superficial ou mecânica.
A aeração por ar difuso deve ser utilizada sempre que os reatores tiverem uma
profundidade maior do que 3 metros. Somente assim será conseguida a mistura e
oxigenação de todo o reator. O sistema é composto por difusores submersos no líquido,
tubulações distribuidoras de ar, tubulações de transporte de ar e sopradores. O ar é
introduzido próximo ao fundo do tanque, e o oxigênio é transferido ao meio líquido à
medida que a bolha se eleva à superfície.
Os principais sistemas de aeração por ar difuso podem ser classificados segundo a
porosidade do difusor, e segundo o tamanho da bolha produzida:
-
Difusor poroso: Prato, disco, domo e tubo (bolha fina);
-
Difusor não poroso: Tubos perfurados ou com rachaduras (bolha grossa);
O diâmetro das bolhas finas é inferior a 3 mm e o da bolha grossa deve ser superior a
6 mm. Quanto menor o tamanho da bolha, maior a área superficial disponível para a
transferência de gases, ou seja, maior a eficiência de oxigenação. Portanto sistemas com
bolhas finas são mais eficientes.
Os difusores porosos têm sua eficiência diminuída pela colmatação de seus poros. A
colmatação pode ocorrer internamente devido a impurezas no ar ou externamente devido
ao crescimento bacteriano na superfície dos difusores.
Outro problema é o custo de implantação dos sistemas de bolhas finas, pois os
difusores cerâmicos são na sua grande maioria importados.
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As bolhas grossas não têm o problema de colmatação, devido as mesmas serem
geradas em tubos perfurados, bocais e injetores. Tem baixo custo de manutenção e de
implantação. Filtros de ar não são necessários. A baixa transferência de oxigênio e
elevados requisitos de energia são as principais desvantagens.
A aeração superficial tem várias modalidades:
Aeradores de eixo vertical com baixa rotação, de eixo vertical com alta rotação, de
eixo horizontal de baixa potência, aeradores fixos e aeradores flutuantes.
Quando deseja-se que o sistema opere em mistura completa, os seguintes
parâmetros devem ser definidos:
• Sistemas com Ar Difuso: 20 a 30 kw/1000m2.
• Sistemas com Aeradores: 15 a 30 kw/1000m3.
- Necessidade de Oxigênio em Sistemas de Lodos Ativados e Lagoas Aeradas.
Teoricamente, a quantidade de oxigênio a ser suprida ao sistema deve ser
equivalente à quantidade consumida na oxidação da matéria orgânica. Se a concentração
de matéria orgânica é expressa em DBO, calcula-se inicialmente, a quantidade de
oxigênio necessária para suprir a demanda, a partir do cálculo da carga orgânica (CO)
removida por dia.
CO = Q (So -S) em kg DBO (DQO).d-1 onde, Q é a vazão de projeto; So é a
concentração de DBO afluente e S é a concentração de DBO efluente. Em geral, adota-se
a necessidade de O2 como sendo 1,5 a 2,0 x CO.
- Fornecimento de Oxigênio em Sistemas de Lodos Ativados e Lagoas Aeradas.
Para sistemas de aeração que utilizam aeradores superficiais, a quantidade de
oxigênio a ser fornecida é função da potência instalada. Pode-se aplicar a seguinte
relação:
N= No [(β Co – Cl)/Cs].1,024 t – 20.∝;
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N = taxa de transferência de oxigênio > 2;
No = taxa de transferência de O2 para a água a 20°°C,
β = fator de correção da salinidade = 1,0;
Co = concentração de saturação na operação;
CS = concentração de O2, nas condições de operação;
CL = saturação de O2 na água a 20°°C e 1 atm;
∝ = fator de correção para esgotos, 0,8 a 0,85.
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Características dos principais sistemas biológicos para tratamento de esgoto:
Sistemas de tratamento
DBO
N
P
Lodos Ativados convencional Bom Médio Ruim
Aeração Prolongada
Ótimo Bom Ruim
Lagoa Aerada
Médio Médio Médio
Reator UASB
Médio Ruim Ruim
TDH
Médio
Ruim
Ruim
Bom
Custo
Ruim
Ruim
Bom
Bom
Lodo Energia
Ruim
Ruim
médio Ruim
Bom
Médio
Bom
Bom
Está tabela será mais detalhada em capítulos posteriores, mas desde já, deve-se
perceber que os sistemas anaeróbios não são chamativos pela grande eficiência, já que o
mesmo não é bom para remoção de DBO, N e F. Por outro lado, em todos os aspectos
econômicos, como TDH (tamanho do reator), Custo de implantação, formação de lodo e
gastos com energia para aeração ele recebe conceito bom.
Definitivamente os reatores anaeróbios são econômicos e devem ser utilizados
como tratamento biológico, principalmente para altas cargas orgânicas. Para o esgoto
doméstico ou esgotos ricos em nitrogênio o mesmo deve receber um pós – tratamento, já
que o processo de nitrificação biológica só ocorre na presença de oxigênio.
Entre os reatores aeróbios, a aeração prolongada é a que consegue a melhor
eficiência na remoção de carbono e amônia, mas perde para os outros sistemas em TDH,
custo de implantação e gastos com energia elétrica. A aeração prolongada tem a
vantagem de formar um lodo já estabilizado, mas mesmo assim tem uma geração de lodo
muito maior do que os reatores anaeróbios.
Com baixa carga orgânica existem reatores anaeróbios que ficam até 2 anos sem
remoção de lodo. Esta vantagem causa o problema da grande demora para a partida dos
reatores anaeróbios , que costumam demorar até 6 meses para chegar em sua eficiência
estável.
Os reatores anaeróbios seguidos de lagoas aeradas tem sido ótima opções de
tratamento de esgoto sanitário. Através deste sistema consegue-se eficiência média
sempre acima de 80% na remoção de matéria orgânica, e consegue-se manter o nível de
amônia sempre abaixo dos 5 mg/l exigidos pela CETESB.
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4. Revisão:
Para que exista o desenvolvimento tecnológico sem que ocorra uma depreciação do
meio ambiente são necessárias algumas medidas:
a) As características do meio ambiente devem ser conhecidas para a determinação de
suas vocações e susceptibilidades;
b) O conhecimento do empreendimento e suas fontes impactantes;
c) Uma análise ambiental;
d) Determinação de medidas mitigadoras;
e) Determinação de medidas compensatórias;
f) Monitoramento.
Para a caracterização do meio devem ser destacados aspectos físicos, biológicos,
sociais e econômicos.
Dentre os aspectos físicos, destacam-se os recursos hídricos, a hidrogeologia, a
pedologia, a geomorfologia, a geologia e o clima. Nos aspectos biológicos devem ser
consideradas as estruturas bióticas. Socialmente, deve-se considerar as tradições, culturas
e rotinas adotadas pela população atingida. Deve-se considerar a identificação da região
em estudo, através de uma visão histórica das comunidades envolvidas, o perfil
econômico da região em estudo, o perfil político institucional, com informações dos
poderes legislativo, judiciário e executivo, as organizações sociais existentes e atuações.
Tendências atuais diferenciam crescimento de desenvolvimento. Os países do
Norte são desenvolvidos e pararam de crescer, já os países do hemisfério sul continuam
crescendo aceleradamente e se desenvolvendo de forma lenta.
Com uma visão ambiental, e sabendo-se das limitações dos recursos naturais, o
desenvolvimento sustentável objetiva o aumento da qualidade de vida, sem causar danos
ao homem e ao meio ambiente.
Para desenvolver-se sem causar danos a biosfera, é necessário uma política
ambiental, ocasionada por um sistema de gestão ambiental.
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Tanto qualitativamente, quanto quantitativamente, os rios possuem um limite de
uso, para que não ocorra um desequilíbrio no seu ecossistema. Os sistemas de gestão de
recursos hídricos visam manter este equilíbrio, ou pelo menos, um mínimo de qualidade
desejado pelo homem.
A cobrança pelo uso da água é um instrumento da economia ecológica que
interfere economicamente no empreendimento. Restringindo a oferta da água, mais cara
será seu preço, limitando economicamente com isso, o aumento de empreendimentos em
locais com escassez de água.
A venda de bônus ou o direito de outorga limita a quantidade de poluentes que se
pode despejar no rio, ou a quantidade de água que se pode captar. Tem a vantagem de ser
facilmente monitorado e a desvantagem de abrir a possibilidade de leilão pelos bônus da
água, como ocorre com nossos minerais no DNPM.
Existem várias linhas políticas manifestadas em relação ao uso da água.
Polêmicas como a desigualdade econômica entre regiões, o pagamento de dividas
ambientais para quem enriqueceu as custas do meio ambiente, o direito de instalação de
firmas em locais onde já existam outras firmas são algumas polemicas levantadas nas
discussões políticas realizadas no congresso nacional.
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Exercícios:
01. Defina ecologia?
02. Escreva o que você entende por biomassa.
03. Defina Biótipo.
04. Defina Ecossistema.
05. Defina cadeia alimentar.
06. Defina Níveis tróficos.
07. Defina Produtores Primários.
08. Defina Consumidores de 1 ª ordem.
09. Defina Consumidores de 2 ª ordem.
10. Defina Decompositores.
11. Defina seres heterótrofos.
12. Defina seres Autótrofos.
13. Exemplifique a cinética biológica de um reator de mistura completa sem
recirculação?
14. Faça para um reator de mistura completa com recirculação?
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15. Calcular a concentração de sólidos em suspensão a ser atingida, em condições
estacionárias, num reator CFSTR sem recirculação.
16. Calcular a concentração de sólidos biológicos no reator, para as seguintes condições:
a) sistema sem recirculação TDH = θc = 5 dias; b) sistema com recirculação TDH = 0,25
dias e θc = 5 dias.
Dados: Y = 0,6; Kd = 0,07 1/d; S0 = 300 mg/l; S = 15 mg/l;
17. Calcular o tempo de detenção hidráulico e a idade do lodo no sistema de tratamento
sem decantação e sem recirculação de sólidos:
dados: V = 9000 m3 ; Q = 3000 m3/ dia; S0 = 350 mg/l; S = 9,1 mg / l; µmax = 3,0 d-1; Ks
= 60 mg/l; Kd = 0,06 d-1.
18. Dimensionar uma reator biológico pelo sistema de lodos ativados. Considerar o reator
como um CFSTR, vazão a ser tratada de 0,25 m3/s de esgoto sedimentável tendo DBO5
de 250 mg/l. O efluente deve Ter DBO5 de 20 mg/l no máximo.
Dados: SSV do afluente = 0; no reator SSV / SS = 0,8; retorno de lodo de 10000 mg/l de
SS; θc = 10 dias; efluente contém 22 mg/l de sólidos biológicos dos quais 65 % são
biodegradáveis; DBO5 = 0,68 DBOu ; esgoto contém nutrientes em quantidade suficiente.
19. Tendo-se um lodos Ativados convencional, com operação de 10 dias para o tempo de
detenção celular, volume de 8000 m3 e concentração de SSV de 3000 mg/l determine: a)
taxa de produção de lodo; b) a Vazão de descarte de lodo do reator; c) a vazão de
descarte do lodo da linha de recirculação.
20. Explique as vantagens e desvantagens dos vários tipos de aeradores existentes.
21. Defina IVL? Qual a sua importância para o tratamento de esgoto.
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22. Quais são as formas de o TDH ser igual ao θc.
23. Quais são as formas de o θc ser maior que o TDH.
24. Qual a importância da formação dos comitês de bacias hidrográficas.
25. Quais são os principais tipos de reatores existentes no tratamento de esgoto.
Assinale a alternativa correta.
26. O melhor reator para que ocorra o processo de nitrificação é:
( ) Reator UASB
( ) Aeração Prolongada
27. Qual é o reator que tem a maior dimensão para tratar o mesmo esgoto sanitário:
( ) Reator UASB
( ) Aeração Prolongada
28. Qual o reator que forma mais lodo:
( ) Reator UASB
( ) Aeração Prolongada
29. Qual reator tem a maior dimensão para tratar o mesmo esgoto sanitário:
( ) Lodos Ativado Convencional
( ) Aeração Prolongada
30. Qual sistema gasta mais energia:
( ) Lodos Ativados convencional
( ) Aeração Prolongada
31. Qual sistema é mais eficiente:
( ) Lodos Ativados Convencional
( ) Aeração Prolongada
32.O melhor reator para que ocorra o processo de nitrificação é:
( ) Lodos Ativados Convencional
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( ) Aeração Prolongada
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33. Qual é o reator que tem a maior dimensão para tratar o mesmo esgoto sanitário:
( ) Lagoas Aeradas
( ) Aeração Prolongada
34. Qual o reator que forma mais lodo:
( ) Lodos Ativados Convencional
( ) Aeração Prolongada
35. Qual reator tem a maior dimensão para tratar o mesmo esgoto sanitário:
( ) UASB
( ) Lodos Ativados
36. Qual sistema gasta mais energia:
( ) Lodos Ativados convencional
( ) UASB
37. Qual sistema é mais eficiente:
( ) Lodos Ativados Convencional
( ) UASB
38. Explique Índice Volumétrico de Lodo.
39. Explique a relação F/M.
40. O que é o “Bulking” nos sistemas de lodos ativados.
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Capítulo 5: Tratamento Anaeróbio.
Em 1776 Alessandro Volta, físico Italiano, descobriu o “ar combustível”, formado
em sedimentos no fundo de lagos e rios. Oitenta anos mais tarde Reiset detectou a
formação de metano em estrumeiras e propôs o estudo desse tipo de manejo de resíduos
para explicar o processo de decomposição anaeróbia.
Bechamp, em 1868, concluiu que o gás metano é formado por microrganismos.
Sendo que em 1875, Popoff , investigou a formação de metano a partir de vários
substratos.
Em 1890, Van Senus verificou que a decomposição anaeróbia era feita por vários
microrganismos e Omeliansui isolou organismos que produziam hidrogênio, ácido
acético e butírico, a partir da celulose. Deduziu também que o metano seria produzido a
partir da redução do gás carbônico por hidrogênio.
4 H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O
Em 1910, Sohngen verificou que a fermentação de materiais orgânicos produzem
compostos reduzidos como hidrogênio, ácido acético e gás carbônico. Demonstrou
também que ocorre a redução de CO2 para a formação de metano e assumiu que o ácido
acético é descarbonizado para fermentação de metano. Essa hipótese, hoje considerada
correta, permaneceu em controvérsia por várias décadas.
Em 1914, Thum e Reichle concluíram que o processo se dava em duas fases:
ácida e metânica. Em 1916, Imhoff, denominou de digestão ácida e digestão metânica as
fases do processo.
Em 1940, Barker isolou a Methano Bacterium Omelianski que oxida etanol,, a
acetato, a metano. Em 1948, Buswell e Sollo, utilizando
14
C provaram que o metano
vindo do acetato não ocorre através de redução de CO2.
Em 1956 Jerris verificou que 70% do metano produzido vinha do acetato. Em
1967 Briant publicou que existem 2 espécies de bactérias que convertem a metano. Uma
pela via do acetato e outra pelo hidrogênio.
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5.1 A microbiologia da digestão anaeróbia:
De uma forma simplificada, o processo anaeróbio ocorre em quatro etapas. Na
primeira etapa, a matéria orgânica complexa é transformada em compostos mais simples
como ácidos graxos, amino ácidos e açucares, pela ação dos microrganismos hidrolíticos.
Na segunda etapa as bactérias acidogênicas transformam os ácidos e açucares em
compostos mais simples como ácidos graxos de cadeia curta, ácido acético, H2 e CO2 .
Na terceira etapa, estes produtos são transformados principalmente em ácido
acético, H2 e CO2, pela ação das bactérias acetogênicas.
Por fim, na última etapa, os microrganismos metanogênicos transformam esses
substratos em CH4 e CO2.
- As bactérias hidrolíticas:
O primeiro passo na digestão anaeróbia é a hidrólise dos polímeros de cadeia
longa que é feita pelas bactérias hidrolíticas. Os principais compostos a serem
hidrolisados são a celulose, as proteínas e os lipídios.
A celulose é um polímero de cadeia longa, facilmente degradado por bactérias
aeróbias, mas nos processos anaeróbios as bactérias aeróbias não sobrevivem, sendo
então a hidrólise mais dificultada. Um bom número de protozoários também contribuem
para a fermentação da celulose. As bactérias celulósicas, podem entrar no esgoto através
da fezes humana e principalmente de animais como o cavalo, o boi e o porco.
O pH ótimo para a sobrevivência destas bactérias é de cerca de 6 e a temperatura
ótima é 45oC.
A fase de hidrólise compreende também a Liguinina, que compreende de 20% a
30% da biomassa. É geralmente resistente à degradação anaeróbia, deve estar numa
temperatura e pH altos e é parcialmente solubilizada e transformada em pequenas
compostos que são facilmente digeridos para metano e CO2.
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Pectina é um grupo complexo de polissacarídios. Os lipídios consistem de
glicerina de cadeia - longa de ácidos carbônicos. As proteínas são cerca de 50% do total
da biomassa.
Percebe-se que a hidrólise é um passo limitante para a conversão de matéria
orgânica em metano. Os produtos das reações hidrolíticas são fermentados e depois
transformados em metanos. A tabela 1 mostra o produto da fermentação das principais
bactérias hidrolíticas.
Tabela 1: bactérias envolvidas na fase hidrolítica da digestão anaeróbia.
Organismos
Origem
Substrato
Produtos
Bacteroides Succinogenes
Rumem
Celulose
F, A, S
Bacteroides Fibrisolvens
Rumem
Celulose
F, L, H2, CO2
Bacteroides Ruminicola
Rumem
Hemicelulose
F,B,L,H2,CO2
Ruminococcus flavefaciens
Rumem
Celulose
F,A,B,L,M,H2,CO2
Neocallimastix Frontalis
Rumem
Celulose
F,A,L,S,M
Rumem Spirochetes
Rumem
Pectina
F,A,S,M
Lachnospira Multiparus
Rumem
Pectina
F,A,L,M,E,H2,CO2
Acetivibrio Cellulolyticus
Digester
Celulose
A,E,H2,CO2
Clostridium Thermocellum
Digester
Celulose
A,E,H2,CO2
Clostridium Papyrosolvens
Sedimento
Celulose
F,A,L,E
Clostridium Butyricum
Sedimento
Pectina
A,B,M,E,H2,CO2
F = Formol, A = Acetato, P = Propianato, B= butirato, S = Sucinato, l\L = lactado,
M = metanol, E = Etanol, IP = Isopropanol.
Fonte: Chynoweth, D. P. e Isaacson R.(1987)
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- As bactérias transicionais:
A bactéria transicional transforma a matéria orgânica solúvel produzida pela
bactéria hidrolítica em substrato para metanogênese. Acetato no efluente pode ser
metabolizado diretamente pela bactéria metanogênica, independente de iterações
catabólicas com outras bactérias. Alguns substratos são hidrolisados para amino - ácidos
que podem ser usados com carbono servindo de energia para reações fermentativas.
A bactéria fermentativa na digestão anaeróbia converte material orgânico solúvel
para ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico, H2 e CO2. Alguns produtos das
bactérias fermentativas como acetato e H2, podem ser metabolizados diretamente pela
bactéria metanogênica, mas outros como ácidos propiônicos e ácidos butírico não podem
ser digeridos diretamente.
Segundo Chynoweth & Isaacson (1987), uma porção do acetato é sintetizado para
H2 e CO2 na digestão e uma pequena parte para ácido propiônico, ácido acético e ácido
butírico. Outros estudos indicam que culturas mistas produzem ácidos voláteis do H2 e
CO2 ou do metanol.
- As bactérias acidogênicas:
Os açúcares e aminoácidos são absorvidos pelos organismos acidogênicos e
fermentados intracelularmente a ácidos graxos de cadeias mais curtas, como ácido
propiônico, butírico, além de CO2, H2 e acetato. As vias bioquímicas pelos quais o
substrato é fermentado, e a natureza do produto(tipo de ácido volátil produzido)
dependerão, principalmente, do tipo de substrato e da pressão parcial de hidrogênio.
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- As bactérias acetogênicas:
As bactérias acetogênicas desempenham um importante papel entre a acidogênese
e a metanogênese. Bactérias acetogênicas, produtoras de hidrogênio são capazes de
converter ácidos graxos com mais de 2 carbonos a ácidos acéticos, CO2, H2 que são os
substratos para as bactérias metanogênicas.
- As bactérias metanogênicas:
As bactérias metanogênicas são o final do processo de decomposição anaeróbia
da biomassa. Metano é o produto final da mineralização da digestão anaeróbia. Como
contraste a bactéria aeróbia metaboliza através da oxidação dos polímeros para CO2 e
H2O.
As bactérias metanogênicas podem utilizar ácido fórmico e acético, além de
metanol, metilamina, H2 e CO2 para a produção de metano. Cerca de 70 % do metano
produzido pelas bactérias metanogênicas provém do acetato.
As reações bioquímicas desse grupo de bactérias contribuem para a redução da
pressão parcial de hidrogênio, viabilizando as etapas anteriores do processo de
degradação anaeróbia.
A formação de metano como produto final do processo depende da existência de
populações com funções distintas , e em proporções tais que permitam a manutenção do
fluxo de substratos e energia sob controle.
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Tabela 2. Bactérias metanogênicas e seus respectivos substratos.
Espécies
Methanobacterium formicicum DSM 863
Methanobacterium thermoautrophicum
Methanobacterium bryantii M. O. H.
Methanobacterium wolfei DSM2970
Methanobacterium uliginosum P2St
Methanobacterium alcaliphilum WeN4
Methanobrevbacter ruminantium M1
Methanobrevbacter smithii PS
Methanobrevbacter arboriphilicus DH1
Methanothermus fervidus DSM 2088
Methanococcus vannielii DSM 1224
Methanococcus Methanobacterium voltae PS
Methanococcus thermolihotrophicus DSM 2095
Methanococcus maripaludis JJ
Methanococcus jannaschii JAL-1
Methanococcus halophilus INMIZ - 7982
Methanospirillun hungatei JF1
Methanomicrobium mobile BP
Espécies
Methanomicrobium paynteri G - 2000
Methanogenium cariaci JR1
Methanogenium marisnigri JR1
Methanogenium thermophilicum CR1
Methanogenium aggregans MSt
Methanogenium bourgense MS2
Methanosarcina barkeri MS
Methanosarcina mazei S-6
Methanosarcina aceitivorans C2A
Methanosarcina thermophila TM-1
Methanoplanus limicola DSM 2279
Methanococcoides methylutens TMA – 10
Methanolobus tindarius Tindari 3
Methanothrix soehngenii Opfikon
Methanothrix concilii GP6
Methanosphaera stadmanae MCB-3
Substratos
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
Methanol
H2-CO2
H2-CO2
Substrato
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2
H2-CO2, methanol e acetato
Methanol e acetato
H2-CO2, methanol e acetato
Methanol e acetato
H2-CO2
Methanol
Methanol
Acetato
Acetato
Methanol plus H2
Fonte: Chynoweth, D. P. e Isaacson R.(1987)
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Figura 1. O ciclo do carbono
O2
CO2
fotossíntese
Carbono
Processo Aeróbio
Processo
Respiração
O2
CO2 +
Carbono
H2 + CO2
CH4 + CO2
Ácidos
Orgânicos,
H3COOH
Fonte: Chynoweth, D. P. e Isaacson R.(1987).
Figura 2. Reações Metanogênicas.
1. Hidrogênio: 4 H2 + CO2 → CH4 + 2 H2O;
2. Acetato : 4 CH3COOH → CH4 + CO2;
3. Formol : 4 CH3OH → 3 CH4 + CO2 + 2 H2O;
4. Metamos: 4 CH3OH → 3 CH4 + CO2 + 2 H2O;
5. Trimetilanina : 4 (CH3)3N + 6 H2O → 9 CH4 + 3 CO2 + 4 NH3;
6. Dimetilanina : 2 (CH3)2NH+ 2 H2O → 3 CH4 + CO2 + 2 NH3;
7. Monometilanina : 4 (CH3)NH2 + 2 H2O → 3 CH4 + CO2 + 4 NH3.
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FIGURA 3 : Balanço da digestão anaeróbia
MATERIAL ORGÂNICO EM SUSPENSÃO
PROTEÍNAS, CARBOIDRATOS E LIPÍDIOS
21
5
40
39
HIDRÓLISE
34
AMINO ÁCIDOS ,
AÇUCARES
ÁCIDOS GRAX0S
66
3
ACIDOGÊNESE
PRODUTOS
INTERMEDIÁRIOS
PROPIANATO, BUTIRATO,
ETC
2
1
3
ACETATO
ACETOGÊNESE
2
2
8
1
?
70
11
HIDROGÊNIO
30
METANOGÊNESE
METANO
fonte: LETTINGA e HAANDEL (1994)
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Figura 4 :Estágios do processo de digestão anaeróbia.
ESTÁGIO
GRUPO
DE
MICRORGANISMOS
SOLUBILIZAÇÃO
lipídios
proteínas
↓
carboidratos
↓
↓
ac. graxos amino ácido
açucares
ACIDOGÊNICOS
↓↓
ACIDOGÊNESE
HIDROLÍTICO
ac. graxos de cadeia curta + H2 + CO2
( prop., butírico, acético )
↓
ACETOGÊNESE
ácido acético
+ H2
↓
METANOGÊNESE
CH4 + CO2
+ CO2
ACETOGÊNICOS
↓
CH4
METANOGÊNICOS
Fonte: Sam-Soon, P.A.L.N.S.et al., 1987, apud Oliva L. C. H. V.,(1992).
5.2 A Termodinâmica da digestão anaeróbia.
O conhecimento
da
acetogênese foi significativamente ampliado
pelo
entendimento dos aspectos termodinâmicos envolvidos, tendo resultado na elucidação de
alguns mecanismos de auto – controle do processo.
O estudo das trocas de energia que ocorrem em reatores anaeróbios é difícil não
apenas porque o processo e por si só complexo; mas, também, pela dificuldade de se
medirem os produtos finais e intermediários que se apresentam em concentrações muito
baixas. Assim, as considerações sobre a termodinâmica do processo se restringem à
análise da variação da energia livre padrão das principais reações.
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No quadro 1 apresentam-se algumas relações redox importantes no processo de digestão
anaeróbia.
Quadro 1: Reações importantes nos processos anaeróbios:
Oxidações (doadoras elétrons )
Propionato → acetato
Butirato
→ acetato
Etanol
→ acetato
Lactato
→ acetato
Acetato
→ metano
Reduções (recebe elétrons)
HCO3→ acetato
HCO3→ metano
Sulfato
→ sulfeto
Sulfato
→ sulfeto
Nitrato
→ amônia
Nitrato
→ amônia
Nitrato
→ nitrogênio
CH3CH2COO- + 3 H2O → CH3COO- + H+ + HCO3- + H2
CH3CH2CH2COO- + 2 H2O → 2 CH3COO- + H+ + 2 H2
CH3CH2OH + H2O → CH3COO- + H+ + 2 H2
CH3CHOHCOO- + H2O → CH3COO- + HCO-3 + H + 2H2
CH3COO- + H2O → HCO3- + CH4
∆ G0, kJ
+ 76,1
+ 48,1
+ 9,6
- 4,2
- 31
2 HCO3- + 4 H2 + H+ → CH3COO- + 4 H2O
HCO3- + 4 H2 + H → CH4 + 3 H2O
SO42- + 4 H2 + H+ → HS- + 4 H2O
SO42- + CH3COO- + H+ → 2 HCO3- + H2S
NO3- + 4 H2 + 2H+ → NH4+ + 3 H2O
NO3- + 4 H2 + 2H+ → NH4+ + 3 H2O
2 NO3- + 5 H2 + 2 H+ → N2 + 6 H2O
- 104,6
-135,6
-151,9
-59,9
-559,9
-511,4
-1120,5
O quadro 1 mostra claramente que, em sua maioria, as reações bioquímicas
acetogênicas são termodinamicamente desfavoráveis ( ∆Go > 0) nas condições padrão.
Isto é, caso as espécies químicas indicadas à direita estejam presentes nas concentrações
indicadas pela reação, ela se dá no sentido de formar as espécies químicas à esquerda.
Como a metanogênese depende da disponibilidade de acetato, é importante que o
equilíbrio das reações acetogênicas seja deslocado para a direita, o que é conseguido com
a remoção contínua de H2, através das reações recebedoras de elétrons.
Os cálculos termodinâmicos, associados a essas reações, estão ilustrados na fig. 5
e indicam que a oxidação de ácido propiônico a acetato ( linha 1 ) torna-se
termodinamicamente favorável à pressão parcial de H2 menor que 10-4 atm, enquanto que
a oxidação de ácido butírico torna-se favorável a pressão parcial de H2 igual ou menor
que 10-3 atm. Similarmente, a oxidação de etanol e lactato ( linhas 3 e 4) é inibida à
pressão parcial de H2 próxima a 1 atm ( Harper e Pohland, 1986).
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A avaliação da energia livre das reações possíveis de ocorrer no meio informa não
só sobre a viabilidade e condições em que ocorrem, mas, também, indicam quais reações,
dentre as que utilizam o mesmo substrato, são mais favoráveis, estabelecendo
ordenamento hierárquico entre elas, em função dos valores de ∆G0. Assim, entre duas
reações do mesmo substrato, a de menor ∆G0 deverá prevalecer. Embora outros fatores
ambientais possam influir no processo como um todo, essa ordem hierárquica tem sido
confirmada experimentalmente para a maioria das reações mostradas no quadro 1.
Observa-se, por exemplo, que a redução de sulfato a sulfeto ( linha 7) é mais
favorável que a metanogênese do bicarbonato. Pode-se constatar, também que, para
pressões de H2 acima de 10-4 atm, a respiração metanogênica do bicarbonato é mais
favorável que a metanogênese a partir do acetato (linha 9). Verifica-se, ainda que, do
ponto de vista termodinâmico, a redução de sulfato a partir do acetato ( linha 10 ) é mais
favorável que a metanogênese acetoclástica. Cabe ressaltar, no entanto, que essa
preferência, amplamente reportada em ambientes marinhos, não tem sido confirmada em
experimentos com reatores de bancada ( Rinzena e Lettinga, 1986; Callado e Foresti,
1992). A redução de sulfato por H2 ( linha 7) é mais favorável que a oxidação do acetato
pelas BRS ( linha 10), para pressões de H2 acima de 10-4 atm, com os demais reagentes
nas concentrações indicadas.
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5.3 A digestão anaeróbia
A digestão anaeróbia é um processo fermentativo que tem como finalidade a
remoção de matéria orgânica, a formação de biogás e a produção de biofertilizantes mais
ricos em nutrientes, portanto é uma alternativa atraente para alguns casos de esgoto
industrial e esgoto sanitário.
Uma das dificuldades encontradas inicialmente era o
desconhecimento dos fatores que influenciavam a digestão anaeróbia.
A dificuldade atual a ser superada na aplicação da digestão anaeróbia para à
estabilização de águas residuárias , é alcançar a alta retenção da biomassa ativa no reator
anaeróbio, usando-se meios simples e baratos.
Como um método de tratamento de águas residuárias, a digestão anaeróbia
oferece um número de vantagens significantes sobre os sistemas de tratamento aeróbios
convencionais disponíveis atualmente.
-
Vantagens:
•Baixa produção de lodo biológico,
•Dispensa energia para aeração,
•Há produção de metano,
•Há pequena necessidade de nutrientes,
• O lodo pode ser preservado ativo durante meses sem alimentação,
• O processo pode trabalhar com altas e baixas taxas orgânicas,
- Desvantagens:
•Nem sempre atende a legislação;
• A partida dos reatores pode ser lenta devido as bactérias metanogênicas;
• Falta de tradição em sua aplicação.
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5.4. Os fatores que influenciam a digestão anaeróbia.
Segundo Souza(1983), os principais fatores que prejudicam a digestão anaeróbia
são o desequilíbrio entre os microrganismos, o aumento repentino da carga orgânica, o
grau de contato entre as bactérias e o esgoto, a mudança de temperatura e a influência de
compostos tóxicos
pH e ALCALINIDADE:
O pH e alcalinidade de bicarbonato são fatores relacionados. Segundo
Foresti(1993), o pH ótimo para a digestão anaeróbia é de 6.8 - 7.5, mas o processo ainda
continua bem sucedido num limite de 6.0 - 8.0, embora numa taxa mais baixa. O
principal fator de tamponamento num digestor é o sistema gás-carbonico/bicarbonato.
Uma quantidade adequada de alcalinidade de bicarbonato deveria sempre estar disponível
para prevenir uma queda de pH abaixo de 6.0 devido à rápida formação de ácidos voláteis
do material orgânico complexo e devido à metanogênese retardada (como por exemplo o
resultado de uma queda de temperatura).
Os ácidos voláteis não dissociados, que penetram na membrana celular mais
facilmente , são a forma tóxica, porque uma vez dentro da célula, diminuirão o pH
como um resultado de sua dissociação.
Resultados
publicados(Letinga,1980),
indicam
que
certos
metanogêneses,
particularmente aqueles degradantes de ácido acético, podem adaptar-se de um certo
modo a valores de pH mais baixos.
Deveria ser reconhecido que na digestão de ácidos voláteis neutralizados uma
quantia de substâncias de alcalinidade de bicarbonato é sempre produzida, ao passo que
na produção de ácidos o inverso é verdadeiro. Por exemplo, em culturas de fermento do
metanol, baixos valores de pH podem ser tolerados desde que o metanol seja degradado
diretamente e não via formação intermediária de ácidos.
Ao examinar o efeito do pH na estabilidade dos processos de tratamento
anaeróbio deveria ser enfatizado que as restrições mencionadas acima aplicam-se apenas
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ao pH do líquido misturado no digestor, e não ao pH do afluente. Resultados obtidos com
água residuária, mostram que valores de pH baixos no afluente podem ser tolerados..
Obviamente o processo deveria ser estritamente controlado em se tratando de resíduos
ácidos, em particular medidas de pH devem ser feitos na parte inferior do reator, perto da
entrada alimentadora. Para prevenir riscos de transtornos no pH é benéfico aplicar com
freqüência recirculação efluente.
Os principais indicadores de distúrbios nos processos anaeróbios são o aumento
na concentração de ácidos voláteis, aumento da porcentagem de CO2 no biogás,
diminuição do pH, diminuição na produção total de gás e diminuição na eficiência do
processo.
A importância da alcalinidade é manter o sistema sempre em equilíbrio, para que
não varie o pH mesmo com a produção de H+. A alcalinidade total de um sistema é a
soma das alcalinidades devida ao bicarbonato (AB) e aos próprios ácidos voláteis (AV):
AT = AB + 0,85 x 0,833 x AV onde 0,85 é a porcentagem de ácidos voláteis que são
detectados, e 0,833 é o fator de transformação de CH3COOH para CaCO3. O nitrogênio
amoniacal, em concentrações elevadas, contribui para a formação de alcalinidade, então
ajuda também na estabilização do processo. Para o ajuste do pH é necessário que se
adicione cal até se atingir o pH entre 6,8 e 7,0(Souza, M.E.,1980).
Segundo Foresti (1993), o pH varia menos quando ocorre mudanças na
alcalinidade a altas concentrações de CaCO3, conforme tabela abaixo.
Verifica-se que para altas concentrações de CaCO3 ( > que 2000mg/l) o pH
ótimo (entre 6,8 e 7,0) só é atingido com uma produção muito grande de CO2, indicando
que a metanogênese não esta ideal, e que a concentração de bicarbonato deve variar entre
250 mg/l e 1000 mg/l ( figura 6).
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FIGURA 6: A importância do bicarbonato no efeito do tamponamento.
% CO2
50
6
6,2
40
6,4
6,6
30
6,8
7,0
7,2
20
7,4
7,6
7,8
8,0
10
250
500
1000
2500
5000
8,2
10000
8,4
25000
Mg / l de CaCO3
fonte : Foresti, E. (1993)
TEMPO DE DETENÇÃO CELULAR:
Nos processos anaeróbios a eficiência do contato entre as bactérias e a matéria
orgânica esta no material de enchimento e no seu índice de vazios que serve de suporte
para as bactérias sem permitir seu acarreamento.
Com um grande tempo de detenção celular supostamente a biomassa não está
sendo utilizada em sua capacidade máxima:
se U = DS/DT , θc = DX/DT ,
X
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DX
1 = Y . U - Kd
θc
e
DS/DT = K
X
S
;
Ks + S
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(1)
(2)
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(3)
(4)
então percebe-se que pela equação 3, quanto maior o θc menor será a taxa de utilização
do substrato ( U ) e que aumentando o substrato ( S ) a taxa de utilização ( U ) aumenta
também (equação 4). Esta hipótese explica porquê as variações nas concentrações
afluentes do substrato So provocam flutuações pouco significativas na concentração do
efluente.
TEMPERATURA:
Outro fator preocupante é o da temperatura, as bactérias metanogênicas são
bastante sensíveis a variações, especialmente a elevações de temperatura. O processo
pode ocorrer nas faixas mesofílica (15°C a 45°C ) ou termofílica (50°C a 65°C). Na
verdade as temperaturas ótimas são de 35°C a 37°C para mesofílicas e 57°C a 62°C
para as termofílicas.
Trabalhar em temperatura ótima parece ser vantajoso quando se tem compostos
tóxicos, pois segundo Souza, M. E.(1984) " ensaios realizados em escala piloto, com lodo
de esgoto contendo elevadas concentrações de compostos tóxicos, parecem indicar que a
digestão anaeróbia resiste mais a cargas de choque de compostos tóxicos, quando a
temperatura está mais próxima da temperatura ótima".
Temperatura: Três limites de temperatura podem ser distinguidos no tratamento
anaeróbio:
• termofílica, 50 - 65°C, e às vezes até mais alta,
• mesofílica, 20 -40°C,
• psicrofílica 0 - 20°C.
Será evidente que os limites exatos de temperatura não podem ser fornecidos, e
existem informações pouco relevantes para os limites termofílicos e psicrofílicos. De
longe obteve-se o mais completo corpo de dados
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para digestão sob condições
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mesofílicas, mas há algum potencial para processos sob condições psicrofílicas,
particularmente para dissolver formas de resíduos.
Em vista da baixa taxa de hidrólise em temperaturas abaixo de 15 - 20°C, este
potencial não parecia aplicar-se à matéria orgânica complexa (não dissolvida). Digestão
termofílica poderia comprovar ser uma opção interessante para uma digestão mais rápida
da matéria orgânica complexa, mas ainda assim há pouca experiência prática nesta faixa
de temperatura. Os resultados obtidos em novas pesquisas, indicam que o aumento de
ácido propiônico representa um fator limitante na iniciação dos processos de digestão
termofílica. Além do mais o processo parece estar mais propenso a não dar certo sob
condições termofílicas comparada com condições mesofílicas(Souza,1984).
Com respeito à dependência da temperatura de culturas mesofílicas, dados
existentes indicam que mesmo em temperaturas tão baixas quanto 10 - 15°C ocorre uma
considerável atividade metanogênica . Entretanto, em vista da acentuada queda da taxa de
organismos mesofílicos em temperaturas acima de 42°C, deveriam ser evitados choques
de temperatura acima de 42°C, particularmente se eles durarem mais do que um dia. A
despeito das taxas lentas de hidrólise em temperaturas mais baixas, o potencial do
tratamento anaeróbio, mesmo para esgotos mais complexos, não deveria ser subestimado
porque existe uma certa adaptação de bactérias às condições psicrofílicas que pode
ocorrer depois de um tempo.(Lettinga,1980)
Deveria ser lembrado que processos de lodos ativados de taxa baixa possuem
carregamento orgânico menor que 0.5kg DQO.m -3.dia-1. Resultados (Lettinga,1980) de
experimentos UASB em planta piloto com águas residuárias ao natural mostraram que
pode-se alcançar remoções de DQO eficazes (60 - 80%) com taxas de carregamento
orgânico de até 1.5kg DQO.m -3.dia-1 em temperaturas tão baixas quanto 7 - 10°C.
Os sistemas de tratamento anaeróbio podem tolerar flutuações acentuadas na
temperatura num raio de 10 - 42°C, desde que essas flutuações não iniciem condições
adversas. Ambos os processos de digestão termofílica e psicrofílica combinam um
número de vantagens e desvantagens sobre os processos de digestão mesofílica.
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5.5 A toxicidade nos processos anaeróbios:
Segundo Foresti, E. (1993) "durante décadas difundiu-se o conceito errôneo de
que os processos anaeróbios seriam extremamente sensíveis a cargas tóxicas que
provocariam a 'morte' da biota, e, consequentemente, o colapso dos reatores, na seguinte
seqüência de eventos: exposição das metano-bactérias a agentes tóxicos, acúmulo
gradativo de ácidos voláteis e abaixamento do pH”.
Os compostos tóxicos podem ter diferentes efeitos sobre as bactérias, podem ser
bactericida quando as bactérias não se adaptam a determinadas concentrações do tóxico e
bacterostático quando se adaptam a determinadas concentrações de tóxico. Veremos na
figura 7 o efeito do produto tóxico quando for bacterostático.
FIGURA 7: Gráfico produção de metano X tempo, com a aplicação de produto
tóxico de efeito bacterostático.
PRODUÇÃO DE
PRODUTOS TÓXICOS
METANO
CURVA DE RECUPERAÇÃO
PRODUTOS TÓXICOS
DIAS
FONTE: Foresti (1993).
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A forma da curva de recuperação é similar a fornecida pela equação de oxigênio
dissolvido em rios submetidos à poluentes orgânicos.
Gt : A e-k1 t + B e k2 t
Gt : produção de metano;
A e B : constantes empíricas;
t : tempo após a adição de tóxico;
k1 e k2 : constantes;
k1 : taxa de toxicidade;
k2 : taxa de recuperação ou adaptação.
Além da aclimatação, outra maneira de combater os compostos tóxicos é o
antagonismo, onde produtos tóxicos são anulados na presença de outros. Como exemplo
o Sódio e Potássio que se anulam, diminuindo o efeito tóxico dos dois. Precipitação
através do sulfeto é a maneira de combater os metais pesados.
As metanos bactérias apresentam taxas de crescimento baixo e utilizam apenas uma
pequena fração da DQO para a síntese celular. Portanto, caso o tóxico seja realmente
bactericida, o período de reajuste pode ser demorado.
Segundo Foresti,E.(1993), " Recentes estudos em laboratório mostram que o
efeito da grande maioria dos tóxicos sobre as metanos-bactérias é bacterostáticos nas
concentrações em que ocorrem normalmente".
A população anaeróbia tem grande capacidade de adaptação a cargas tóxicas, mas
é necessário um tempo de adaptação para que seu funcionamento seja normal.. Em
populações não adaptadas, as características tem seguido o mesmo padrão:
a- decréscimo da produção de metano
b- recuperação do reator que volta rapidamente a exibir o mesmo desempenho da fase
anterior à exposição de tóxicos.
c- o tempo em que o reator perde capacidade é proporcional à concentração de tóxicos
adicionados.
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É importante salientar que populações adaptadas podem ser submetidas a
concentrações tóxicas muito maior que as não adaptadas.
A seguir algumas concentrações aceitáveis pelas bactérias metanogênicas.
Nitratos: Inibição para concentrações > que 50 mg de N / L;
Mac Carty - 1964
Cianetos: Inibição a partir de 40 mg / L;
Yang - 1980
Fenóis:
Inibição a partir de 700 mg / L;
Neufeld - 1980
Metais Alcalinos:
Concentração
mg / L
Cátions
Estimulante
Pouco inibitório
Sódio
100 - 200
3500 - 5500
8000
Potássio
200 - 400
2500 - 4500
12000
Cálcio
100 - 200
2500 - 4500
8000
75 - 150
1000 - 1500
3000
Magnésio
Muito inibitório
Mac Carty - 1964
Metais Pesados : toxicidade apenas para materiais solúveis.
Mac Carty - 1964
Nitrogênio Amoniacal: inibição a partir de 5000 mg / L.
Velsen - 1979
Oxigênio: inibição a partir de 1300 mg/ L.
Fillds - 1971
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5.6 Tipos de biodigestores anaeróbios;
Os biodigestores convencionais são reatores anaeróbios que normalmente
recebem o lodo decantado de decantadores primários e secundários.
São sistemas
destinados ao tratamento da fase sólida, com as finalidades de eliminação de maus
odores e transformação do material em um lodo menos instável e com menor teor de
umidade, de destruir ou reduzir a níveis previamente estabelecidos os microorganismos
patogênicos, estabilizar total ou parcialmente
as substâncias instáveis e a matéria
orgânica presente nos lodos frescos, reduzir o volume de lodo através dos fenômenos de
liquefação, gaseificação e adensamento e permitir o uso do lodo, quando este estiver
estabilizado convenientemente, como fonte de Húmus ou condicionador de solo para fins
agrícolas.
As fossas sépticas: são unidades de escoamento horizontal e contínua, que realiza
a separação de sólidos, decompondo-os anaerobiamente. A fossa séptica não é um
simples decantador e digestor, mas é uma unidade que realiza simultaneamente várias
funções como: decantação e digestão de sólidos em suspensão que irá formar o lodo que
irá se acumular na parte inferior, ocorrerá a flotação e uma retenção de materiais mais
leves e flotáveis como: óleos e graxas que formarão uma escuma na parte superior, os
microorganismos existentes serão anaeróbios e ocorrerá a digestão do lodo com produção
de gases.
Os tanques Imhoff tem as finalidades idênticas às unidades de tratamento
primário, possuindo no mesmo tanque as principais finalidades daquele tratamento, ou
seja, decantação ou digestão de sólidos. funciona como se fossem unidades separadas.
Apresenta grandes vantagens em relação as fossas sépticas devido a ausência de
partículas de lodo no efluente, a não ser em operações anormais. O efluente líquido
apresenta geralmente eficiência variando com as seguinte reduções: sólidos suspensos( 50
- 70%), remoção de DBO( 30 - 50 %). Tem como principais problemas uma grande
quantidade de sólidos flutuantes e acumulação de escuma.
O reator de contato anaeróbio: tem semelhanças com lodos ativados, só que os
microrganismos são anaeróbios, há mistura, aquecimento e tanque de equalização, seu
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tempo de detenção é de 24 horas, com reciclo o tempo de detenção hidráulico é menor
que o tempo de retenção celular e tem alta qualidade depuradora.
O filtro anaeróbio tem como principais características seu fluxo ser ascendente,
não ter mistura, pode haver aquecimento, tempo de detenção hidráulico costuma ser
próximo de 24 horas, os microorganismos podem se manter por longos períodos,
dificuldade de remoção de sólidos suspensos.
O Reator Anaeróbio de Manta de Lodo (UASB) é uma unidade de fluxo
ascendente que possibilita o transporte das águas residuárias através de uma região que
apresenta elevada concentração de microrganismos anaeróbios.
O reator deve ter seu afluente criteriosamente distribuído junto ao fundo, de
maneira que ocorra o contato adequado entre os microrganismos e o substrato. O reator
oferece condições para que grande quantidade de lodo biológico fique retida no interior
do mesmo em decorrência das características hidráulicas do escoamento e também da
natureza desse material que apresenta boas características de sedimentação , esta é
conseqüente dos fatores físicos e bioquímicos que estimulam a floculação e a granulação.
Na parte superior do reator existe um dispositivo destinado à sedimentação de
sólidos e à separação das fases sólido - líquido - gasoso. Esse dispositivo é de
fundamental importância pois é responsável pelo retorno do lodo e consequentemente
pela garantia do alto tempo de detenção celular do processo.
5.7. O UASB:
5. 7. 1 O estado da arte na Europa:
O tratamento anaeróbio na Europa, tem se desenvolvido muito. De 1977 a 1983 os
digestores anaeróbios aumentaram de 20 para 500 unidades(industriais e agrícolas).
Nestes últimos anos a indústria química começa a aceitar a tecnologia anaeróbia, embora
cautelosamente.
Com a crise de energia de 1974 iniciou-se busca de alternativas de energia. A
esse respeito sabia-se que a fermentação da matéria orgânica produz biogás. Nos anos 70
a preocupação com a energia foi acoplada a um segundo conceito, o desenvolvimento
do conhecimento de ciências biológicas, com isto, os antigos digestores anaeróbios
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poderiam ser alterados, transformando-se em reatores de alto
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desempenho, com o
primeiro objetivo a produção de gás e com segundo de diminuir a poluição causada.
A produção de gás permitia que durante o período de altos preços de energia o
reembolso investido era de 5 a 10 anos. No momento, os preços dos combustíveis, estão
mais baixos, sendo o reembolso de 15 a 20 anos.
Existe uma configuração em Bavel, Holanda. Um UASB é operado com esgoto
doméstico numa taxa de 10 Kg DQO / m3 d., com uma remoção de DQO de 80 a 90%.
Na indústria alimentícia, a digestão anaeróbia tem sido aceita vagarosamente
como uma técnica confiável. Já na indústria química, a digestão anaeróbia ganha
aceitação apenas recentemente. Atualmente se focaliza o fenômeno da formação de
grânulos , a remoção de sulfato e na degradação e detoxificação anaeróbia das
substâncias químicas.
No presente, está claro que o Reator UASB é o tipo mais predominante para o
tratamento anaeróbio de esgoto. Há poucos relatórios publicados declarando que esta
tecnologia não é aceita para um esgoto específico.
5. 7. 2 A eficiência do UASB:
Como um método de tratamento de águas residuárias, a digestão anaeróbia
oferece um número de vantagens significantes sobre os sistemas de tratamento aeróbios
convencionais disponíveis atualmente.
- Vantagens
• Baixa produção de lodo biológico,
• Dispensa energia para aeração,
• Há produção de metano,
• Há pequena necessidade de nutrientes,
• O lodo pode ser preservado ativo durante meses sem alimentação,
• O processo pode trabalhar com altas e baixas taxas orgânicas,
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- Desvantagens
• A digestão anaeróbia pode ser sensível na presença de compostos CHCL3, CCL4 e CN

• O período de partida para reatores pode ser relativamente demorado devido a
baixa taxa de crescimento celular das bactérias metanogênicas,
• Falta de tradição em sua aplicação;
• Não promove a nitrificação.
A maior dificuldade a ser superada na aplicação da digestão anaeróbia para à
estabilização de águas residuárias , é alcançar a alta retenção da biomassa ativa no reator
anaeróbio, usando-se meios simples e baratos. Este problema tem sido amplamente
solucionado com o desenvolvimento do reator anaeróbio de manta de lodo(UASB) .
As idéias básicas sustentando o conceito UASB são:
• o lodo anaeróbio possui características de sedimentabilidade excelentes, uma
vez que condições favoráveis para o crescimento de bactérias e floculação do
lodo são mantidas,
• A manta de lodo deve resistir às altas forças da mistura, isto é não deve haver
dispersão das partículas da manta de lodo em grande quantidade,
• o desgaste das partículas desprendidas da manta de lodo pode ser minimizado
criando-se uma zona inativa dentro do reator, e instalando um dispositivo na
parte superior do reator que force a sedimentação das mesmas,
Para a operação satisfatória do dispositivo , deve ser efetuada uma separação
eficaz dos gases aprisionados e retidos do lodo, e o sistema deve promover o retorno do
lodo assentado de volta ao compartimento do digestor. Para atingir uma separação eficaz,
a área da superfície da interface (superfície comum entre dois corpos) dos gás líquido no
coletor de gás deveria ser dimensionada para que as bolhas de gás retidas nos flocos de
lodo possam escapar facilmente.
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O potencial dos processos anaeróbios para tratamento de esgotos sanitários é
certamente maior do que é geralmente aceito hoje em dia. Também, o processo é
aplicável mesmo em temperaturas consideravelmente abaixo de 35o, sendo muito
favorável para climas tropicais.
Como mencionado , um dos principais problemas no processo UASB pode ser o
longo período de tempo envolvido na partida:
• o processo deveria ser iniciado com uma carga de lodo de aproximadamente
0.05 kg DQO.kg SSV-1.dia-1,
• o carregamento orgânico aplicado no reator não deveria variar repentinamente,
• as condições de meio ambiente para o crescimento deveriam ser ótimas,
Na maioria dos tipos de esgoto, um lodo com uma boa assentabilidade e atividade
específica razoavelmente alta (0.75 kg DQO.kg SSV-1.dia-1) se desenvolverá dentro de
um período de 6 a 12 semanas, e então cargas de até 10 kg. DQO.m -3.dia-1 podem então
ser aplicadas(Lettinga, 1980). Um ótimo início é essencial para desenvolver um lodo com
as características requeridas, especialmente no que diz respeito às suas propriedades de
sedimentação. Uma das principais características do processo UASB é que, com tempo,
um lodo granular se desenvolverá tendo uma boa sedimentação.
Estudos extensivos (Lettinga,1980) são realizados em laboratórios para elucidar
o mecanismo da formação de grânulos. Pelo menos dois tipos de grânulos podem ser
cultivados:
• um grânulo composto de bactérias com forma de bastão
• um grânulo composto de bactérias fibrosas,
Ambos os tipos de grânulos tem uma atividade específica alta, excedendo 1.5 kg
DQO.kg SSV-1.dia-1) até 30°C, e uma alta assentabilidade. Fatores importantes no
processo de granulação são:
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• a condição para crescimento, especialmente para aqueles organismos que
granulam facilmente,
• condições de floculação para o lodo devem ser favoráveis:
O UASB é um processo bom para selecionar os organismos adequados para
granulação do lodo semeado, permitindo que os materiais mais pesados e mais ásperos
acumulem dentro do sistema, e os organismos fibrosos purificados. Uma vez que o
processo de granulação ocorre, cada vez menos problemas serão encontrados na retenção
da biomassa desde que gradativamente tornem-se mais pesados e maiores em tamanho.
Também, a medida que os grânulos preliminares acumulam-se nas regiões mais baixas do
reator, perto da entrada de alimentação, o crescimento das bactérias presentes nos
grânulos é favorecido em relação ao das bactérias dispersas na parte superior do reator,
devido à falta de substrato em cima(Lettinga,1980).
5.7.3 Fatores ambientais importantes no tratamento de águas residuárias pelo
UASB.
Requisitos necessários para nutrimento: Um desempenho ótimo dos processos de
tratamento biológicos requer a presença e disponibilidade de todos nutrientes essenciais
para o crescimento bacteriano (N,P,S, traços) em quantias apropriadas.
Toxicidade: Obviamente, um conhecimento adequado no que diz respeito a
concentrações tóxicas deveria ser utilizado para a maioria dos componentes relevantes.
Entretanto, ao estudar toxicidade generalizações radicais têm sido feitas com freqüência
na literatura de quantia limitada de dados experimentais. Isto é particularmente
verdadeiro para o efeito da salinidade. Em experiências com resíduos descobriu-se que
concentrações de NaC1 significantemente altas podiam ser mais toleradas do que preditas
com base nos dados da literatura para culturas de enriquecimento de acetato. Os
resultados obtidos mostram que um processo de digestão estável e altamente ativo
poderia ser mantido a 10g Na+ /1 e ainda mais alto, ao passo que afirma-se que Na+ seja
tóxico numa concentração de 8g/1 . O problema é o tempo que deveria ser permitido para
capacitar os organismos a se adaptarem ao novo ambiente. Na interpretação dos dados de
algumas literaturas este fato não é considerado.
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Evidência clara da importância da adaptação tem sido obtida particularmente
para o efeito NH4+, para o qual um valor tóxico para culturas não adaptadas de 3g/1 ter
sido registrado. Em experiências de digestão com resíduos de suínos descobriu-se que a
digestão estável é possível numa concentração excedente à 3g NH4+ -N/1 . A adaptação
também ocorre para outros compostos (Lettinga,1980).
Organismos metanogênicos não se aclimatam significantemente aos compostos
como CHC14, CHC13, CH2C12 etc., que são extremamente tóxicos mesmo em
concentrações baixas . Medidas a serem tomadas em tratamentos como esgoto contendo
componentes clorinatados transitórios poderiam ser a de estabilizar o esgoto antes da
digestão anaeróbia(Souza,1984).
Um outro componente tóxico que causa problemas é o formol. Embora menos
tóxico do que CN e CHC13 etc., o formol pode ocorrer em alguns esgotos em
concentrações altas o suficiente para causar um sério transtorno ao sistema anaeróbio. O
formol mata os organismos, e uma vez que a concentração for tal, que a taxa de morte das
bactérias exceda o crescimento delas, o processo passa por um transtorno irreversível,
que é difícil de retificar uma vez que os organismos anaeróbios parecem ser incapazes de
adaptar-se a este componente.
A mesma coisa é verdadeira para o sulfito, embora neste caso a adaptação da
metanogênese seja possível. Além do mais, organismos específicos (redutores de sulfato)
podem reduzir SO3 2-, tornando os sistemas de tratamento anaeróbio resistentes para
concentrações altas de SO3 2-. Obviamente a redução de SO3 2- e outras contendo
componentes S resulta na formação de H2S, um composto que é apenas moderadamente
tóxico
apesar
de
ser
particularmente
incômodo
devido
ao
seu
acentuado
odor(Souza,1984).
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5.7.4 A Importância dos parâmetros envolvidos no processo.
À parte os vários fatores ambientais, a digestão anaeróbia é também afetada por
um número de outros fatores tais como os carregamentos orgânicos e hidráulicos
aplicados, intensidade das mistura mecânica, e as características de alimentação.
• Cargas Orgânicas e Hidráulicas
Duas situações extremas podem ser consideradas: subcarregamento e
supercarregamento.
Supercarregamento em sistemas de tratamento, principalmente de esgoto
dissolvido, resultará numa queda de eficiência dos mesmos, provavelmente devido à
inibição temporária da metanogêneses pelos ácidos voláteis acumulados.
No tratamento de esgoto não dissolvido supercarregado também resultará numa
acumulação de alimentação de sólidos suspensos, e consequentemente numa acentuada
queda na capacidade de metanogênese no lodo, uma fraca decomposição dos
componentes e um fraco grau de estabilização dos sólidos.
O efeito do subcarregamento é muito menos drástico, desde que a temperatura
do digestor não seja mantida a uma temperatura acima de 25°C por um extenso período
(meses, por exemplo). Segundo Lettinga(1980), descobriu-se que o lodo anaeróbio pode
ser preservado sem alimentação por vários meses e mesmo anos sem qualquer perda
dramática na atividade metanogênica específica, isto se a temperatura for mantida abaixo
de 15°C.
As cargas orgânicas e hidráulicas são fatores inter-relacionados à concentração
do esgoto a ser tratado. A carga hidráulica se tornará apenas num fator limitante no
tratamento de esgoto de baixa concentração, ao passo que para o esgoto de concentração
média e alta a carga orgânica é sempre fator limitante.
O principal efeito das cargas hidráulicas muito altas é a queda na eficiência do
tratamento devido os contatos curtos demais . Além do mais o desgaste da massa
bacteriana viável pode ultrapassar o crescimento desta, levando o digestor ao colapso.
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• Mistura
Mistura mecânica pode às vezes ser requisitada para prevenir a montagem de
uma camada de espuma, e também para prevenir curto-circuito (canalização) na manta de
lodo de uma reator UASB, ou seja efetuar o contato desejado entre o lodo e a água de
esgoto ao ser tratada. A agitação pode ser efetuada pelo recirculação do gás, recirculação
de lodo ou pela mistura mecânica.
No entanto, como foi mencionado anteriormente, uma das principais idéias
sustentando o conceito do UASB é evitar qualquer mistura mecânica no digestor, ou
conserva-lo no mínimo para manter uma assentabilidade satisfatória do lodo. Além do
mais a agitação mecânica afeta adversamente a partida da digestão.
• Características da alimentação.
Uma importante consideração ao aplicar a digestão anaeróbia ao tratamento de
águas e esgoto é se os poluentes orgânicos estão ou não presentes numa forma dissolvida
. Como mencionado anteriormente, um acúmulo significante de alimento na manta de
lodo pode ocorrer num tratamento de esgoto contendo uma apreciável fração de material
insolúvel, e este acúmulo depende da assentabilidade e características de floculação deste
material, a carga aplicada, é importante na biodegradabilidade da matéria orgânica.
5.7.5. Operação do reator
Para uma operação prática é essencial que o processo de tratamento de águas
residuárias aplicado seja um processo estável, mesmo sob condições sub-ótimas.
Geralmente os processos de tratamento anaeróbio encontram essa condição, embora
devesse sempre ser lembrado que organismos anaeróbios podem ser bastante sensíveis a
uma variedade de fatores, e que o tratamento anaeróbio é essencialmente um método de
tratamento secundário. Obviamente os problemas mais sérios são encontrados nos
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tratamentos de esgotos contendo componentes tóxicos. Todos os métodos deveriam ser
aplicados para prevenir que problemas ocorram, por exemplo despejo dos componentes
tóxicos voláteis; aplicação de uma fase separadora de gênese ácida para converter o
componente nocivo em um componente menos nocivo, e, adições químicas que
neutralizassem os compostos existentes.
Segundo Lettinga(1980), no caso onde altas concentrações de formol estão
presentes, o esgoto pode ser tratado com Ca(OH)2 ou NaOH em temperaturas elevadas
(90 - 100°) para converter o formol em uma mistura de açúcares (com Ca(OH)2) ou em
ácido fórmico e metanol (como NaOH). Como este esgoto é descarregado em altas
temperaturas, tal método de pré-tratamento poderia ser viável. Entretanto, se a
temperatura do esgoto for relativamente baixa alguma outra solução deve ser encontrada.
Em vista da sensibilidade dos organismos anaeróbios, é evidente que os
processos de tratamento deveriam ser devidamente controlados, como por exemplo:
•.medida dos valores DQO do afluente,
•.medida da produção de gases. Pode ser benéfico controlar a carga volumétrica
(isto é a taxa de fluxo do afluente) baseando-se na taxa da produção de gás,
•.medida da composição de gases, que pode ser copulada com o fornecimento de
álcali,
•.medida da concentração de ácidos voláteis na solução efluente,
•.medida da concentração de sólidos suspensos no efluente,
•.medida da altura da manta de lodo,
•.pH do afluente, e em particular, o pH na parte inferior do reator. A medida do
pH deveria ser acoplada com o fornecimento de álcali para o afluente.
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5.8 O filtro anaeróbio.
Baseando-se em trabalhos de Coulter et al (1995), o filtro anaeróbio foi
reintroduzido por Young e McCarty (1969). Até agora o sistema é utilizado
principalmente para tratamento de águas residuárias industriais. O filtro anaeróbio foi o
primeiro tratamento anaeróbio que demonstrou viabilidade técnica de se aplicar cargas
elevadas.
No filtro anaeróbio o lodo é imobilizado pela sua agregação a corpos de
enchimento que se encontram no mesmo. A água residuária escoa pelos vazios entre os
corpos. Sendo que quanto maior os vazios no reator melhor será o tratamento. É
importante que os vazios não sejam muito pequenos para que não ocorra o entupimento
dos mesmos. Esta dimensão depende da natureza da água residuária (concentração de
sólidos em suspensão)
Filtros biológicos em boas condições de funcionamento podem apresentar
eficiência elevada de remoção de DQO e não exigem unidade de decantação
complementar, pois nesses casos o teor de sólidos no efluente é bastante baixo e os
resíduos arrastados pela água apresentam aspecto semelhante ao de pequenas partículas
de carvão suspensas em líquido bastante clarificado.
É muito importante que o efluente a tratar tenha teores de sólidos suspensos e de
óleos e graxas relativamente baixos. O uso do filtro anaeróbio conforme o nível de
conhecimento que se dispõe atualmente, é uma excelente solução para pequenas
comunidades.
O filtro anaeróbio é um processo de tratamento de esgotos, na qual bactérias
anaeróbias fazem a digestão da matéria orgânica existente. Suas principais características
são que o fluxo é ascendente, sendo a entrada por baixo e a saída pela parte alta,
internamente é dividido em duas camadas, sendo as duas afogadas.
A camada inferior é vazia, e a superior suporta o recheio, a separação destas duas
camadas é chamada de fundo falso. Os recheios tem a função de meio de suporte de
microrganismos, dando sustentação para estes crescerem e se aglutinarem sem que se
desloquem para fora do reator. Os tipos de recheios mais usuais são as britas 4 e os anéis
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plásticos, sendo o segundo mais eficiente e mais caro. Estuda-se o uso de bambu, que é
um material mais leve que o anel, mais barato e de boa eficiência.
O fundo falso deve ter furos igualmente distribuídos para que não ocorra zonas de
maior concentração ou até mesmo o curto circuito (figura 8).
Figura 8: Detalhe do Fundo Falso de um Filtro Anaeróbio.
0,03
0,15
metros
metros
cada
Fonte: NBR 7229 / 1982
De acordo com a NBR 7229 / 1982 a altura da primeira camada deve ser da ordem de
0,20 até 0,50 metros, a camada de recheio deve ter altura de 0,60 até 1,20 metros, acima
destas medidas a remoção praticamente não aumenta. Pela pequena altura, as unidades
podem ser executadas facilmente, as paredes podem ser totalmente em alvenaria (
paredes de um tijolo), com armadura bastante reduzida. Neste caso deve-se fazer
impermeabilização interna e externa. A limpeza das unidades pode ser efetuada
facilmente através de descarga de fundo e da eventual remoção manual de algas da
superfície do leito e do dispositivo de coleta de efluentes.
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FIGURA 9 : Esquema do Fluxo de um Filtro Anaeróbio.
SAÍDA
CAMADA
COM
RECHEIO
0,60 ATÉ 1,20
0,20 ATÉ 0,50
ENTRADA
D
Fonte: NBR 7229 / 1982
Para o dimensionamento da área de um filtro anaeróbio (figura 9) o principal
parâmetro é o θh (tempo de detenção hidráulico), que deve ser maior que 8 horas, sendo
indicado pela NBR 7229 / 1982 o valor de 1 dia. Os parâmetros de projeto devem ser
adotados de acordo com as exigências ambientais.
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Exemplo de dimensionamento de um Filtro Anaeróbio:
Adota-se:
θh = 8 horas;
H1 = 1 metros;
H2 = 0,3 metros;
θh = volume de vazios (V) / vazão (Q);
V = p x Vtotal,
sendo p = 0,75 para o bambu;
p = 0,90 para anéis plástico;
p = 0,50 para brita 4;
V = 0,90 x H1 x π x D^2 / 4
→ V = 0,90 x 1 x π x D^2 / 4 ;
θh = 0,90 x π x D^2 / 4 x 1,245 m^3/dia → 1/3 dias = 0,90 x π x D^2 / 4 x 1,245;
1 x 1,245 x 4 / 0,90 x 3 x π = D^2 ;
D = 0,766 metros
As vantagens do filtro anaeróbio podem ser:
• Ausência de gastos com aeração;
• Aplicação para resíduos com qualquer concentração;
• Flexibilidade operacional;
• Baixa produção de lodo ( já estabilizado );
• Possibilidade de ficar longo tempo sem alimentação;
• Fácil construção pela pequena altura necessária.
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Indústrias indicadas para o uso do Filtro Anaeróbio:
• Usinas de açúcar e álcool;
• Águas de lavagem de garrafa;
• Matadouros e frigoríficos;
• Laticínios;
• Cítricos;
• Curtumes;
• Indústria alimentícia;
• Indústria farmacêutica;
• Indústria química;
• Coqueria;
• Indústria petroquímica;
• Cervejarias;
• Indústria têxtil;
5.8.1 O fluxo:
POLPRASERT e HOANG (1983) publicaram que o FA pode ser considerado um
reator de filme fixo. Esta afirmação baseia-se no fato de que a remoção de substrato está
associada primeiramente ao crescimento de biofilmes presos à superfície do meio e em
seus espaços vazios.
VAN DER BERG e LENTZ (1985) compararam 2 tipos de Filtros Anaeróbios: de
fluxo ascendente e de fluxo descendente. Trabalhando com um TDC estimado entre 8 e
15 dias atingiram remoções de até 93 %. As principais diferenças associadas à mudança
de fluxo foram a capacidade de funcionar como reator de filme fixo no sistema de fluxo
descendente e como leito fluidizado ou expandido na metade inferior do reator no sistema
de fluxo ascendente.
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KENNEDY e DROSTE (1986) num estudo da aplicação do Filtro Anaeróbio no
tratamento de esgotos
ricos em carboidratos concluíram que não havia gradiente
significativo de remoção dos parâmetros DQO e ácidos voláteis considerando a altura do
reator. A alta concentração da biomassa faz com que o Filtro anaeróbio opere mais como
um reator CFSTR de crescimento suspenso que um reator de filme fixo, assemelhando-se
a um reator de manta de lodo, contrapondo-se ao modelo de fluxo a pistão ( plug-flow )
proposto por YOUNG E McCARTY ( 1969)”.
SHAFIE e BLOODGOOD (1973) estudaram o comportamento de um sistema
onde seis filtros anaeróbios eram colocados em série. O objetivo era atingir condições
ótimas para as diversas comunidades de microrganismos envolvidos no processo. Este
foi um dos primeiros trabalhos no qual se pensou na separação da digestão anaeróbia em
fases. Foram localizados ácidos voláteis em todos os reatores, embora houvesse uma
acentuado diminuição na sua concentração em relação do primeiro com o sexto.
5.8.2 Os recheios utilizados:
YONG e McCARTY (1969) publicaram um trabalho pioneiro sobre o processo de
tratamento denominado de Filtro Anaeróbio, onde o crescimento da biomassa ficava
retido a um meio constituído de britas onde o fluxo de esgoto era obrigado a passar. Os
propulsores do processo ressaltaram ainda, a capacidade do FA em aceitar altas cargas
orgânicas instantâneas, sem alterar a qualidade do efluente.
O estudo de recheio de bambu para filtros anaeróbios é muito atual, apesar de ser
uma excelente solução para o problema de tratamento de esgoto, existem poucas
publicações sobre o assunto. Um dos trabalhos publicados neste assunto foram os dos
pesquisadores Tritt, Zadrazil, Menge - Hartmann and Schwarz.
Segundo Tritt et.al. (1993), quando usa-se material sintético para a fixação de
matéria orgânica os resultados são positivos em termos de purificação, mas esbarra no
problema dos altos custos. Por este motivo o uso de material sintético pode se tornar
inviável em países do terceiro mundo, pois além do custo de aquisição, necessita-se do
transporte, já que nos países do terceiro mundo dificilmente eles são fabricados.
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O bambu pode ser um material alternativo, porquê sua distribuição é vasta e o seu
preço sem transporte é na média 13 vezes menor do que o material sintético. O trabalho
realizado por Tritt et.al (1993), mostra com sucesso o uso do bambu como material
suporte de filtros anaeróbios, principalmente pela quantidade de índices de vazios e na
retenção da biomassa. O estudo mostrou que antes de transportar os troncos são tratados
com pesticidas (Bromomethane). Neles são especificados data, dimensões, espécie e
demais dados para a sua caracterização.
Os troncos de bambu são serrados com espessura de 2,5-cm aproximadamente e
colocados dentro do reator. Os reatores foram carregados com esgoto doméstico, o pH foi
mantido entre 7,4 e 7,9 , o fluxo era ascendente com uma carga de 1 a 4 Kg / m3. d. e a
temperatura do substrato constante em 37 ° C .
A duração do experimento foi de 2 anos, e verificou-se que tanto as espessuras
das paredes dos anéis de bambu como o comprimento são sujeitos a mudanças.
Comparado com os valores do início do experimento, os resultados de compressão até o
final do experimento foram abaixo de 21 %. Durante os primeiros 6 meses 11 % da
massa seca foi perdida, mas o resto do experimento mostrou que a perda foi de 15 % no
total de 2 anos de experimento, ou seja o material se estabiliza, sendo viável o seu uso
durando muito tempo.
O outro trabalho publicado foi a tese de mestrado do eng.° civil Luiz Carlos Costa
Couto, que comparou a eficiência da remoção de matéria orgânica em três reatores
idênticos com diferentes tipos de recheio: bambu, anel plástico e brita 4, sendo que o
bambu teve um rendimento tão bom quanto os outros recheios, verificou-se que a
remoção variou entre 60% e 80 %.
Vale observar que o experimento foi feito apenas durante 30 semanas,
necessitando-se de um maior tempo para se analisar uma ligação entre o envelhecimento
do material com a respectiva eficiência na remoção. O estudo mostrou que para um
tempo de detenção menor que 8 horas existe uma lavagem do reator, diminuindo muito o
seu rendimento, já quando se aumentou para 12 e para 24 horas o rendimento do filtro
não aumentou, mostrando-se de 8 horas até 12 horas o tempo de detenção hidráulico
ideal.
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5.8.3 A microbiologia:
KURODA et al. ( 1988) com a utilização de três substratos diferentes: ácido
acético , mistura ácida de glucose e peptona, em reatores tipo Filtro Anaeróbio com um
tempo de detenção hidráulico de 20 (vinte) dias, estudaram o processo de formação de
biomassa e o dividiram em três fases: indução, onde as bactérias aderem ao meio suporte,
tem um período aproximado de 14 a 20 dias; acumulação, é caracterizado pela fase de
crescimento logaritmo do biofilme, que termina quando se atinge a espessura crítica
ocorrendo
a descamação
da biomassa; balanço dinâmico, quando a velocidade de
desprendimento é igual a velocidade de formação no biofilme. A quantidade de biofilme
varia conforme as características do suporte.
5.8.4 A eficiência:
Daltro, J. F. & Povinelli, J.(1989) verificou que ao operar um filtro com 1,86
metros de altura e outro com 0,67 metros, a eficiência praticamente não mudou,
concluindo-se que a altura do filtro não é limitante, sendo importante preocupar-se mais
com outros fatores. Suas recomendações foram para que se estudasse a hidráulica, o
material de enchimento e os inóculos para a partida.
5.9 Comentários conclusivos:
Detalhes de projeto, dados operacionais e dimensionamento serão vistos com
maiores detalhes na apostila 9.
Todos os dados desta apostila foram tirados de anotações e material da disciplina
ministrada pelo professor Eugênio Foresti, portanto não necessitam de revisão
bibliográfica.
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5.10. Questionário:
1. Quais os principais indicadores de distúrbios nos processos anaeróbios e quais suas
principais causas?
2. Descreva a seqüência de eventos no desbalanceamento de reatores causados por
sobrecarga orgânica. É possível recuperar o reator sem a necessidade de nova partida?
Em que estágio? Porque?
3. Quais as vantagens dos sistema anaeróbios em comparação com os aeróbios?
4. Qual é a relação entre sulfetos e metais pesados em processos anaeróbios?
5. Qual é os principais parâmetros operacionais?
6. Descreva o funcionamento de um reator UASB?
7. Descreva o funcionamento de um Filtro Anaeróbio?
8. As bactéria acetogênicas produtoras de hidrogênio tem seu metabolismo regulado
pela pressão parcial de H2. Justifique a afirmativa utilizando conceitos de
termodinâmica química e transferência de hidrogênio inter – espécies.
9. Em qual situação a redução de sulfato pode favorecer a metanogênese? Por quê?
10. Em artigo recente sobre o controle de processos anaeróbios, os autores propões o
monitoramento do pH como estratégico para ações corretivas. Comente sobre essa
proposta.
11. Justifique a necessidade de pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios em
comente sobre a utilização de processos biológicos nesta etapa?
12. Comente sobre a influência do Tempo de detenção celular na estabilidade de reatores
anaeróbios submetidos a cargas de choque?
13. O requerimento de nutrientes nos processos anaeróbios é menor que nos aeróbios.
Comente esta afirmação.
14. Descreva um grânulo anaeróbio.
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5.11. Bibliografias consultadas:
01. NB-570/ABNT (1990). Projeto de estações de tratamento de esgoto sanitário.
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
02. CAMPOS, J.R. (1990). Alternativas para Tratamento de Esgotos Sanitários.
Consórcio Intermunicipal das bacias dos rios Piracicaba e Capivari. 03
03. NB-7229/ABNT (1993). Projeto, construções e operação de sistemas de tanques
sépticos. Associação Brasileira de Normas Técnicas
04. FORESTI, E. (1998) – “Notas da aula de Processos e Operações em Tratamento
de Resíduos SHS-705”, Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola
de Engenharia de São Carlos.
05. IMHOFF, K. R. (1986) – Manual de Tratamento de Águas Residuárias. São Paulo.
06. METCALF & EDDY (1979) – “Wastewater engineering – treatment, disposal,
reuse”2nd ed. New York. McGraw-Hill, p. 920.
07. NUNES, J.A. (1996) - Tratamento Físico Químico de Águas Residuárias
Industriais. 2ª edição Editora J. Andrade.
08. TSUTIYA, M. J. & SOBRINHO, P. A. (1999) – Coleta e transporte de esgoto
sanitário. 1ª Edição: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
09. SPERLING, M. V. (1996) – Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de
esgotos. 1ª edição: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental;
Universidade Federal de Minas Gerais.
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9. MARÇAL, E. J (1997) – Estudo de Autodepuração de esgotos sanitários:
Relatório realizado na SANASA – Campinas como parte do trabalho de despoluição
de córregos urbanos.
11. NB-569/ABNT (1989) – Projeto de estações elevatórias de esgoto sanitário:
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
12. FORTES, J., CUNHA, C. (1994). Influência das águas continentais sobre as
regiões costeiras: Enfoque da legislação atual. Qualidade de águas continentais no
Mercosul. ABRH publicação n º 2, dez. 1994. 420p.
13. REALI M. A. (1991). - Concepção e Avaliação de um Sistema Compacto para
Tratamento de Águas de Abastecimento Utilizando Processo de Flotação por
Ar Dissolvido e Filtração com Taxa. Declinante. Tese de Doutorado EESC-USP
1991.
14. CAMPOS, J. R. (1998) – “Notas da aula de Tratamento de Águas Residuárias”,
Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento na Escola de Engenharia de São Carlos.
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