Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Biotecnologia
Tratamento Biológico de
Efluentes
DISPOSIÇÃO FINAL DE RESÍDUOS
# em corpos d’água
# na rede pública de esgotos
# no solo
# no mar
# em poços profundos
Legislação Ambiental Federal
Legislação Ambiental dos Estados e Municípios
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS
www.abnt.org.br
Normas ABNT:
NBR 9896 – Poluição das águas
NBR 9800 – Critérios para lançamento de efluentes líquidos
industriais no sistema coletor público de esgoto sanitário
NBR 9897 – Planejamento de amostragem de efluentes líquidos
e corpos receptores
NBR 9898 – Preservação e técnicas de amostragem de efluentes
líquidos e corpos receptores
FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia de Meio Ambiente
Normas FEEMA
NT – 202.R-10 – Critérios e padrões de lançamento de efluentes
líquidos
DZ - 205-R-05 – Diretriz de controle de carga orgânica em
efluentes líquidos de origem industrial
DZ – 215-R-01 – Diretriz de controle de carga biodegradável em
efluentes líquidos de origem não industrial
ANA – AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUAS
www.ana.gov.br
Regula o uso das águas dos rios lagos de domínio da União
TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
Principais causas e características poluentes das águas residuárias:
- Matéria orgânica ⇒ redução da DBO
- Compostos tóxicos ⇒ metais pesados, cianetos, sulfatos, etc
- Sais inorgânicos de Ca e Mg
- Nutrientes (N e P) ⇒ eutrofização
- Microrganismos patogênicos
- pH, temperatura
- Óleos, graxas, espumas ⇒ interferem na reoxigenação
Medida da quantidade de matéria orgânica
ALPHA – Standard methods for the examination of water and
wastewater. 25 th ed. American Publish Health Association, 1998.
DBO: quantidade de oxigênio requerida por unidade de
resíduo, para estabilização da matéria orgânica biodegradável
(normalmente medida após 5 dias de incubação a 20oC através
de organismos vivos ou de suas enzimas).
É geralmente expressa em mg O2 consumido/L de água
residuária.
Analisadores de DBO
DQO: quantidade de oxigênio necessária para oxidação da
matéria orgânica da amostra através de dicromato de potássio
em meio ácido na presença de catalisadores.
DQO
=2
DBO
COT:
carbono
instrumentais.
orgânico
total,
medido
por
métodos
Fases do tratamento de águas residuárias:
TRATAMENTO
PRIMÁRIO
TRATAMENTO
SECUNDÁRIO
TRATAMENTO
TERCIÁRIO
Gradeamento
Lagoas
Troca iônica
Câmara de areia
Lodos ativados
Carvão ativado
Sedimentação primária
Filtro biológico
Filtração
Flotação
Digestão anaeróbia
Coagulação
Fases do tratamento de águas residuárias:
Tratamento aeróbio
Requisitos para o sucesso do tratamento aeróbio:
 pH 6-8
 DBO:N:P = 100:5:1
 O2 > 2 mg L
-1
Principais processos aeróbios aplicáveis aos resíduos industriais:
 Lodos ativados
 Filtros biológicos
 Lagoas aeróbias
Tratamento aeróbio
LODOS ATIVADOS
Sistema no qual uma massa biológica cresce e flocula, sendo
continuamente recirculada e colocada em contato com a matéria
orgânica do despejo líquido na presença de oxigênio puro, ou
através de aeradores mecânicos de superfície.
Tratamento aeróbio
Microrganismos presentes no lodo:
“Bulking”⇐
Sphaerotilus,
Beggiatoa, Thiothirx,
Lecicothrix,
Geotrichum
⇒ Pseudomonas,
Zooglea,
Achromobacter,
Flavobacterium,
Nocardia,
Mycobacterium
+
Nitrosomonas,
Nitrobacter
Estequiometria:
Oxidação e síntese:
COHNS + O2 + nutrientes
Matéria
orgânica
→ O2 + NH3 + C5H7NO2 + outros prods finais
celulas
novas
Fase endógena:
C5H7NO2 + 5O2 → 5 CO2 + 2H2O + NH3 + energia
celulas
113
1
160
1.42
Tratamento aeróbio
Parâmetros de dimensionamento dos tratamentos com lodos:
- Cargas orgânicas ⇒ Kg DBO/Kg SSTA . dia
SSTA – sólidos suspensos no tanque de aeração
0,05 Kg DBO/Kg SSTA.dia (em casos de aeração prolongada)
1 a 2 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos ativados de alta capacidade)
0,3 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos de capacidade convencional)
Tempo de retenção nos tanques de aeração: 4-8 horas
3-5 dias
Tratamento aeróbio
FILTROS BIOLÓGICOS
Sistema constituído de um leito de material ao qual os microrganismos aderem e através do qual o efluente é percolado, após
ser distribuído sobre o topo do leito por um distribuidor rotativo
geralmente acionado pela reação do jato do líquido.
Tratamento aeróbio
Filtros biológicos
Microrganismos: predominância de bactérias,
seguidas pelos protozoários, micrometazoários e fungos.
Obs: ambientes aeróbio e anaeróbio
Tratamento aeróbio
Filtro biológico
Tratamento aeróbio
Considerações sobre os materiais de enchimento:
• elevado volume de vazios
• elevada área superficial
• estruturalmente forte para suportar o próprio peso + peso
limo
• ser leve para reduzir custos das obras civis e construções
mais altas e que ocupem menor espaço
• biológica e quimicamente inerte
• baixo custo por unidade de BOD removida
* Pedra britada, pedregulho, sabugo de milho, materiais sintéticos
(geralmente plástico)
Tipo de material de enchimento
A recirculação quando realizada:
• promove retorno dos microrganismos ativos
• a matéria orgânica entra em contato com o material ativo mais
de uma vez
• diluição de concentração da matéria orgânica afluente
• aumento da taxa de aplicação hidráulica sem alteração sensível
na taxa de aplicação orgânica
• regularização na vazão de alimentação
* Taxa de recirculação = vazão de recirculação/vazão de alimentação
Deve variar de 0,5 a 4,0
Tratamento aeróbio
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Grandes tanques de pequena profundidade definidos por diques
de terra
As águas são tratadas por processos inteiramente naturais,
envolvendo principalmente bactérias e algas
As algas tem o papel de fornecedores de oxigênio para as
bactérias para a degradação da matéria orgânica
Tratamento aeróbio
Luz
Algas
(fotossíntese)
CO2
Sais minerais
O2
Bactérias
(respiração)
Águas residuárias
Tratamento aeróbio/ facultativo/ anaeróbio
Classificação das lagoas de estabilização
•
Lagoas fotossintéticas
Pouco profundas (0,3 a 0,5m)
Projetadas para águas residuárias pré-decantadas
Utiliza cargas de 7 a 14 DBO/m3 dia
•
Lagoas facultativas
Profundidade (0,1 a 2,0m)
Condições aeróbias próximas á superfície
Decomposição anaeróbia dos sólidos no fundo
Utiliza cargas de 9 a 21 DBO/m3 dia
•
Lagoas anaeróbias
Pouco profundas (0,3 a 0,5m)
Projetadas para cargas orgânicas relativamente elevadas
Usadas no pré-tratamento de águas residuárias
Geralmente seguidas de lagoas facultativas
Utiliza cargas de 100 a 400 DBO/m3 dia
Tratamento aeróbio/facultativo
LAGOAS AERADAS
Seguidas de um sistema de separação de sólidos (decantação),
fornecem uma eficiência de remoção de DBO bastante elevada,
mesmo a baixas idades de lodo.
Ocupa uma área da ordem de 1 a 10% da necessária para
lagoas de estabilização fotossintética.
Lagoa aerada
Tratamento anaeróbio
DIGESTÃO ANAERÓBIA (Tanques sépticos e Biodigestores)
• Fermentação bacteriana com conseqüente degradação da
matéria orgânica complexa em metano e gás carbônico
• Metade séc XIX – utilização para tratamento de esgoto doméstico
• Século XX – digestores para produção de gás metano a partir de
esterco / desenvolvimento de biodigestores e equipamentos
auxiliares
Tempo de
retenção
30-60 dias
Características da digestão anaeróbia
Processo mais lento que o aeróbio, exigindo maiores tempos de
retenção
Fase limitante - formação de metano
Condições para as bactérias metanogênicas: 35-37 oC e 57-59
o
C
pH ~ 7,0
Tratamento anaeróbio
Bactérias facultativas
e anaeróbias
Clostridium sp, Peptococcus
anaerobus,
Bifidobacterium sp,
Lactobacillus, Actinomyces,
Escherichia coli
Bactérias metanogênicas
Methanobacterium, Methanocillus,
Methanococcus, Methanosarcina
Tratamento anaeróbio
Tipos de biodigestores
Tempo de
retenção
~15 dias
TIPO DE TRATAMENTO
FILTRO BIOLÓGICO
LODO ATIVADO
LAGOA AERADA
APLICAÇÃO
CARGA
REQUERIMENTOS
ADICIONAIS
esgoto sanitário e
despejos industriais
250 - 700g DBO/m3.dia
decantador primário
esgoto sanitário e
despejos industriais
180 -3600g DBO/m3.dia
são raras
100 a 300g DBO/m3.dia
decantador primário
ausência de
recirculação de lodo
decantador secundário
(recirculação)
decantador primário
decantador secundário
(recirculação)
esgoto sanitário e
despejos industriais
LAGOA ANAERÓBIA
esgoto sanitário e
despejos industriais
< 20g resíduo seco/litro
geralmente em
associação anaeróbiaaeróbia
TANQUES SÉPTICOS
esgoto sanitário
(pequenas residencias
ou aglomerados
urbanos)
< 20g resíduo seco/litro
recirculação do
efluente com ou sem
decantação
> 50g resíduo seco/litro
recirculação do
efluente com ou sem
decantação
BIODIGESTORES
alguns despejos
industriais para
infiltração em solo
esgoto sanitário e
despejos industriais
Tratamento anaeróbio
Produção de biogás
Tratamento anaeróbio
Produção de biogás
TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUO SÓLIDO (Composto)
Os processos aeróbios e anaeróbios ocorrem sucessivamente
• Fase aeróbia:
pH ácido, 35oC (degradação carboidratos simples)
pH ácido, 60-65oC (decomposição de proteínas)
pH alcalino, 70-75oC (menor ação microbiológica, perda N)
pH alcalino, 37oC (degradação celulose e carboidratos resistentes)
• Fase anaeróbia:
Desenvolvimento de bactérias produtoras de ácidos e metânicas
Formação do composto
Compostagem
Processo anaeróbio
Em desuso: atração de moscas e roedores
mal odor
“chorume”
Tratamento aeróbio
Compostagem
Tratamento aeróbio
Compostagem
Fatores limitantes:
• Umidade: 40 – 70%
• Temperatura: 35-70 oC
• Relação Carbono/Nitrogênio: 30:1 a 50:1
Tipos de digestores
Tratamento aeróbio
Processo Bangalore (INDORE)
Usa valas no solo, revolvimento manual. Tempo de retenção de 120 a
180 dias. Usado na Índia.
Processo Bioestabilizador DANO
Cilindro rotatório com ligeira inclinação, com aeração forçada. Digestão
de 1 a 5 dias. Muito usado na Europa.
Processo Earp - Thomas
Silo com oito compartimentos dispostos verticalmente. Braços móveis
fazem os resíduos cairem de um andar para o outro, sendo o ar insuflado
de baixo para cima. Usa inóculo patenteado. Digestão de 2 a 3 dias. Seu
uso é frequente na Alemanha, Suiça, Itália, Grécia.
Tipos de digestores
Tratamento aeróbio
Processo Metro
Possuem separação e recuperação de materiais, duas etapas de redução
de tamanho por medio de moinhos de martelo e sistema de adição de
lodos. Usado nos EUA.
Processo Prat
Consiste em uma série de câmaras donde se deposita o resíduo,
dispositivo para introdução de ar e durante a fermentação se adiciona
uma solução de sulfato de sódio e carbonato de cálcio a fim de garantir a
manutenção da relação carbono/ nitrogenio, umidade e pH. Há plantas na
frança e Inglaterra.
Processo Beccari
A fermentação é inicialmente aeróbia, em compartimentos fechados. En
seguida se provoca uma ventilação forçada para estimular o crescimiento
de bactérias aeróbias.
Reactores de 20 a 200 m3. Leva 45 dias.