Apostila: Tratamento de efluentes Agroindústrias Cláudia Figueiredo Garrido Cabanellas

I FMG – Campus Bambuí

Apostila Tratamento de Efluentes Líquidos

Professora: Cláudia Figueiredo Garrido Cabanellas

Bambuí – MG 2009

CAPITULO 1

QUALIDADE DA ÁGUA

Inúmeros fatores interferem na qualidade da água. Para as água subterrâneas, a composição química é altamente dependente da litologia do local do aqüífero, uma vez que o tempo de exposição da água à rocha é muito maior do que o das águas superficiais. A água que se infiltra e não retorna à superfície por evapotranspiração, percola até o aqüífero. Os movimentos de água no solo são bastante lentos e reações de solução, precipitação, adsorção e troca iônica ocorrem nos filmes que a água forma com superfícies minerais. Durante a percolação, a água atravessa a zona não saturada e, durante este movimento pode apresentar teores de soluto superiores aos do aqüífero, e a variação da qualidade da água, com a profundidade é função da litologia das diversas camadas que a água atravessa. Variações temporais da concentração encontrada no aqüífero são muito pouco freqüentes, visto que o movimento da água é muito lento.

A contaminação de águas subterrâneas é um fenômeno muito mais preocupante que a das águas superficiais, visto que estas rapidamente se renovam e recuperam uma vez que cessou o lançamento de efluentes com substâncias poluidoras. No caso de lençóis subterrâneos, pode ser tão demorada a recuperação da qualidade da água, que o aqüífero é considerado perdido.

A precipitação normalmente contém quantidades diminutas de sílica e outros minerais, assim como gases dissolvidos como, por exemplo, o dióxido de carbono, dióxido de enxofre, nitrogênio e oxigênio os quais estão presentes no ar e carreados quando a precipitação ocorre. Como conseqüência a maioria das precipitações tem pH menor que 7 (ácida) e a água é corrosiva. Ao alcançar a terra, a água pode dissolver os ácidos orgânicos presentes nos humos, e materiais similares, que aumentam a propriedade de corrosão. Enquanto a água está percolando as rochas, minerais são removidos do solo, formando sais que ficam em solução. A quantidade e características destes sais dependem da composição química da água, da estrutura química e mineralógica das rochas encontradas, da temperatura, pressão e duração do contato.

Todos os elementos praticamente podem estar presentes em águas. Nas subterrâneas, o conteúdo mineral irá variar de aqüífero para aqüífero e de lugar para lugar num mesmo aqüífero. Os mais comumente encontrados estão listados na Tabela 1.

Tabela 1 - Constituintes químicos mais encontrados em águas subterrâneasCátion AnionCálcio, Magnésio, Sódio, Potássio e Ferro

Bicarbonato, sulfato, cloreto, nitrato, fluoreto, sílica.

Elementos e compostos que são encontrados menos freqüentemente são: boro, manganês, chumbo, arsênio, selênio, bário, cobre, zinco, sulfeto de hidrogênio, metano e outros.

A qualidade de água pode ser obtida pelo IQA (índice de qualidade da água) que relaciona a presença e a quantidade de 9 parâmetros considerados relevantes para a avaliação da qualidade das águas, tendo como determinante principal a utilização das mesmas para abastecimento público.

O Índice de Qualidade da Água (IQA) foi criado em 1970 pela National Sanitation Foundation NSF, dos Estados Unidos através de uma pesquisa entre profissionais da área ambiental. Foi elegida uma lista de 9 parâmetros que melhor representassem a qualidade de água de um recurso hídrico. Através

desses parâmetros foram criadas curvas de importância, e obtidos os pesos respectivos para cada um.

Curvas Médias de Variação de Qualidade das Águas

Figura 1– Curvas de variação da qualidade das águas. Fonte: CETESB (2007).

O IQA é calculado pelo produtório ponderado das qualidades de água correspondentes aos parâmetros: temperatura da amostra, pH, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (5 dias, 20ºC), coliformes termotolerantes, nitrogênio total, fósforo total, resíduo total e turbidez.A seguinte fórmula é utilizada:

  onde:

IQA : Índice de Qualidade das Águas, um número entre 0 e 100;qi : qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100, obtido da respectiva "curva média de variação de qualidade", em função de sua concentração ou medida ewi : peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 1, atribuído em função da sua importância para a conformação global de qualidade, sendo que:

 

  em que:n : número de parâmetros que entram no cálculo do IQA.

No caso de não se dispor do valor de algum dos 9 parâmetros, o cálculo do IQA é inviabilizado.

A tabela 2 apresenta os valores dos pesos de cada parâmetro para o calculo do IQA.Tabela 2. Pesos dos parâmetros utilizados no IQA

Nº Parâmetro Unidade Peso (w)01 Oxigênio Dissolvido % saturação 0,1702 Coliformes Fecais NMP/100ml 0,1503 pH - 0,1204 DBO5 mg O2/L 0,1005 Nitrogênio Total mg N/L 0,1006 Fósforo Total mg P/L 0,1007 Turbidez UNT 0,0808 Sólidos Totais mg/L 0,0809 Temperatura de desvio mg O2/L 0,10Fonte: Cetesb (1979)A partir do cálculo efetuado, pode-se determinar a qualidade das águas

brutas, que é indicada pelo IQA, variando numa escala de 0 a 100, conforme tabela 3 a seguir.

Tabela 3 – Índice de qualidade de água  Classificação Escala

Ótima 80 ≤ IQA ≤100Boa 52 ≤IQA ≤ 79Regular 37 ≤IQA ≤ 51Ruim 20 ≤ IQA ≤ 36Péssima IQA ≤19

Fonte : CETESB, 1993

REQUISITOS BÁSICOS DE QUALIDADE DA ÁGUA POTÁVEL SEGUNDO A LEGISLAÇÃO

São inúmeras as leis que estabelecem os padrões de qualidade da água. Os padrões de potabilidade são estabelecidos na Portaria do Ministério da Saúde, No 36, de 19 de janeiro de 1990 (em anexo). Esta Portaria estabelece sobre características físicas, organolépticas e químicas. Basicamente estabelece os valores máximos permitidos (VMP) das diferentes características. Este é o valor máximo que a característica pode ter para que a água seja considerada potável.

PADRÕES DE LANÇAMENTO

Segundo Mees (2006), os resíduos quando gerenciados de forma incorreta vêm a contaminar as águas, o solo e a atmosfera, essas formas de poluição afetam substancialmente a saúde dos seres vivos. Portanto antes de serem descartados num corpo d’água ou dispostos no solo, os efluentes líquidos devem passar por análises de teores dos analíticos presentes nos mesmos (sulfatos, cloretos, nitratos, etc.) para que eles se ajustem às normas preconizadas na legislação vigente.

Os efluentes líquidos, após tratamento e lançamento nos corpos de água receptores, devem atender aos limites máximos ou mínimos. No Brasil, a Resolução CONAMA n.º357 de março de 2005 dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como

estabelece as condições e padrões lançamento de efluentes, e dá outras providências. Os padrões de qualidade das águas referem-se ao corpo receptor, e os de lançamento expressos no Capitulo IV da referida resolução, referem-se ao lançamento de efluentes.

Esta Resolução 357/2005 pode ser obtida no site do ministério do Meio Ambiente, http://www.mma.gov.br/conama/res/res05/res35705.pdf. Os órgãos ambientais estaduais podem adotar os mesmos padrões da Resolução CONAMA 357/2005, complementá-los ou eventualmente aplicar padrões mais restritivos.

CARACTERÍSTICAS QUANTITATIVAS E QUALITATIVAS

A poluição das águas é a adição de substâncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dela são feitos. Existem duas formas de poluição num corpo d’água, a poluição pontual, onde, os poluentes chegam ao corpo d’água de forma concentrada no espaço e a difusa, na qual, os poluentes atingem o corpo d’água de forma distribuída na sua extensão (VON SPERLING, 1996).

Para avaliação da carga poluidora dos efluentes industriais e esgotos sanitários, são necessárias medições de vazão e coleta de amostras para análise de diversos parâmetros que representam à carga orgânica e a carga tóxica dos efluentes (GIORDANO, 1999).

De acordo com VON SPERLING (1996) a avaliação do impacto da poluição é necessária à quantificação das cargas poluidoras, sendo necessário levantamento de campo na área de estudo, incluindo amostragem dos poluentes, análise de laboratório, medição de vazão e outros.

Carga PoluidoraEsgotos IndustriaisCarga = concentração x vazãoCarga (kg/d) = concentração (Kg/m3) x vazão (m3/dia)

Esgotos DomésticosCarga = população x carga per capitaCarga (kg/d) = população (hab) x carga per capita (Kg/hab.dia)

Esgotos IndustriaisCarga = contribuição por unidade produzida x produçãoCarga(kg/d) = contribuição por unid. produzida (Kg/unid) x produção

(unid/dia)

ConcentraçãoEsgotos Industriais

Concentração (mg L-1 ou g m-3) =

Esgotos Domésticos

Concentração (g m-3) =

Equivalente Populacional (EP)

Um importante parâmetro caracterizador dos despejos industriais é o equivalente populacional. O EP é a quantidade de população humana necessária para produzir a mesma carga poluidora.

E.P =

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.

O valor usualmente utilizado é o de 54g DBO/hab.dia aconselhado pela NB-570 da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.

Tabela 5: Equivalente populacional:

Indústria Unidade de produção

Equivalente populacional

Conservas(frutas e legumes) 1 tonelada 500Açúcar de cana 1 tonelada de açúcar 50Laticínio sem queijaria 1000 l de leite 20 – 70Laticínio com queijaria 1000 l de leite 90 – 700Margarina 1 tonelada 500Matadouros 1 boi / 2,5 porcos 70 – 200Destilação de álcool 1 tonelada 4000Cervejaria 1 m3 150 – 350Refrigerantes 1 m3 50 – 100Vinho 1 m3 5Algodão 1 tonelada 2800Tinturaria 1 tonelada 2000 – 3500Curtume 1 tonelada de pele 1000 – 3500Sapatos 1000 pares 300Fabricação de papel 1 tonelada 100 – 300Tinta 1 empregado 20Sabão 1 tonelada 1000Refinaria de petróleo 1 barril (1171) 1PVC 1 tonelada 200Fundição 1 tonelada 100 – 300Laminação 1 tonelada 30 – 200

Fonte: Sperling, M. V.(1996)

Tabela 6: Equivalentes populacionais

Indústria Unidade Equivalente Populacional

Lacticínio sem queijaria 1000 litros de leite 25 – 70Lacticínio com queijaria 1000 litros de leite 45 – 230

Matadouro 2,5 porcos 20 – 2001 tonelada 130 – 400

Curral 1 vaca 5 – 10Chiqueiro 1 porco 3

Granja avícola 1 galinha 0,12 – 0,25Silo de ração 1 tonelada de ração 4 – 11 / dia

Ou total 200 – 650

Autoclave de Batatas 1 tonelada de batatas 25 – 50Piscicultura 100 kg de trutas 80

Usina de Açúcar 1 tonelada de beterraba 45 –70Maltaria 1 tonelada de cereais 10 –100

Cervejaria 1000 l de cerveja 150 – 350Destilaria 1000 l cereais 2000 – 3500

Amidonaria 1 tonelada de milho ou trigo

500 – 900

Indústria vinícola 1000 l de vinho 100 – 1401 há de vinhedo 35 – 60

Curtume 1 tonelada de pele 1000 – 3500Lanifício 1 tonelada de lã 2000 – 4500

Alvejamento de Tecidos 1 tonelada do produto 1000 – 3500Tint.c/ corantes

Sulfurados1 tonelada do produto 2000 – 3000

Indústria de Linho 1 tonelada de linho bruto

700 – 1000

Celulose ao sulfito 1 tonelada de celulose 3500 – 5500Pasta mecânica ao Papel 1 tonelada de madeira 45 – 70

Fábrica de papel 1 tonelada de papel 200 – 900Lã sintética 1 tonelada de lã

sintética300 – 450

Lavanderia 1 tonelada de roupa 350 – 900Vazamento de óleo

mineral1 tonelada de óleo 11000

Aterro sanitário de lixo 1 há de área 45

Fonte : Karl e Klaus R. Imhoff (1986)Como pode-se perceber os valores das tabelas tabelas 5 e 6 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 chamado de emissão zero, onde através de um banco de resíduos todo o material inaproveitado passe a ser matéria prima para outras indústrias.

Quando não se dispõe de dados de volume ou vazão gerada, pode-se estimar esses valores utilizando-se de dados de consumo de água no processo. (MATOS, 2007).

As características qualitativas são: pH, turbidez, DBO, DQO, OD, acidez alcalinidade, dureza, etc.

PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA

Temperatura e calor específicoTemperatura é a medição da intensidade de calor, que pode ser :

transferência de calor por radiação, condução ou convecção (origem natural), despejos industriais (origem antropogênica). A temperatura é medida em °C.

O aumento da temperatura influência processos biológicos, reações químicas e bioquímicas aumentando as taxas de reações que ocorrem na água e reduz a solubilidade dos gases dissolvidos. A solubilidade dos gases decresce e a dos sais minerais aumenta. A temperatura também influencia a reprodução dos microorganismos, pois estes apresentam faixa ótima de temperatura para

reprodução. A elevação de temperatura aumenta a taxa de transferência de gases ocasionando mau cheiro em águas residuárias.

As águas subterrâneas têm uma amplitude térmica pequena, isto é, sua temperatura não é influenciada pelas mudanças da temperatura atmosférica. Exceções são os aqüíferos freáticos pouco profundos. Em profundidades maiores a temperatura da água é influenciada pelo grau geotérmico local (em média 1ºC a cada 30 m).

DensidadeA densidade da água varia com a temperatura e pressão e em aqüíferos

profundos a variação da densidade, com a temperatura é responsável por padrões de circulação característicos.

CorA cor de uma água é conseqüência de substâncias dissolvidas e colóides.

A cor pode ser de origem natural devido a presença de ferro e/ou manganês, ou devido a decomposição da matéria orgânica (ácidos húmicos e fúlvicos), ou ainda ter origem antropogênica, resíduos industriais (Tinturas, tecelagem, produção de papel) ou esgoto domestico.

A cor de origem natural não representa risco direto a saúde, no entanto a cloração da água contendo matéria orgânica dissolvida pode gerar produtos potencialmente cancerígenos, como por exemplo trihalometanos. Já a de origem industrial pode ou não ser tóxica dependendo da sua fonte.

A medida da cor de uma água é feita com o padrão de platina-cobalto, denominada unidade de Hazen (uH), ou com discos de vidro corados calibrados com a solução de platina-cobalto.

Águas naturais possuem cor que varia entre 0 e 200 unidades pois, a cima disso, já seriam água de brejo ou pântano com altos teores de matéria orgânica dissolvida. O VMP para cor em água potável é 5. Em geral as águas subterrâneas apresentam valores de cor inferiores a 5mg de platina.

A cor pode ser dividida em cor aparente e cor verdadeira. Na cor aparente pode estar incluída uma parcela devida a turbidez da água. Quando a turbidez é removida obtemos a cor verdadeira.

No tratamento de efluentes águas com cor inferior a 5uH normalmente dispensam coagulação química e valores acima de 25 uH deve se fazer a coagulação química seguida de filtração.

Odor e saborOdor e sabor são duas características difíceis de ser determinadas na

água, já que dependem exclusivamente, da sensibilidade dos sentidos humanos. Em geral as águas subterrâneas são desprovidas de odor.

O sabor e odor quando de origem natural estão relacionados a material orgânico em decomposição, microrganismos ou gases dissolvidos. Algumas fontes termais podem exalar cheiro de ovo podre devido ao seu conteúdo de H2S (gás sulfídrico). O sabor e odor de origem antropogênica são provenientes de lançamento de esgotos domésticos e indutriais.

A legislação exige apenas que as águas de abastecimento estejam virtualmente livres de substâncias que causem odor ou sabor.

TurbidezTurbidez é a medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar uma

certa quantidade de água. A turbidez é causada por matérias sólidas em suspensão (silte, argila, colóides, matéria orgânica, etc.). A turbidez é medida através do turbidímetro, comparando-se o espalhamento de um feixe de luz ao

passar pela amostra com o espalhamento de um feixe de igual intensidade ao passar por uma suspensão padrão. Quanto maior o espalhamento maior será a turbidez. Os valores são expressos em Unidade Nefelométrica de Turbidez (UNT) ou ainda em uT unidade de Turbidez.

Segundo a OMS (Organização Mundial da Saúde), o limite máximo de turbidez em água potável deve ser 5 UNT.

As águas subterrâneas normalmente não apresentam problemas devido ao excesso de turbidez. Em alguns casos, águas ricas em íons Fe, podem apresentar uma elevação de sua turbidez quando entram em contato com o oxigênio do ar, devido a oxidação do ferro. Apesar da turbidez de origem natural não ter inconvenientes sanitários diretos, tem aspecto estético desagradável e os sólidos em suspensão podem servir de substrato para os microrganismos patogênicos, diminuindo a eficiência do processo de desinfecção.

A turbidez de origem antropogênica esta relacionada a despejos domésticos e industriais, microrganismos e erosão. Tem importância sanitária visto que pode estar associada a compostos tóxicos e microrganismos patogênicos.

A turbidez reduz a penetração da luz reduzindo a capacidade de fotossíntese e conseqüentemente de oxigênio dissolvido na água.

Sólidos Com exceção dos gases dissolvidos, todas impurezas da água contribuem

para a carga de sólidos presentes nos corpos de água. Os sólidos são classificados de acordo com o tamanho e características químicas.

Quanto ao tamanho podem ser classificados em sedimentáveis, em suspensão, colóides e dissolvidos. Na prática a separação é feita apenas em dois grupos: em suspensão e dissolvidos. Os em suspensão dividem-se em sedimentáveis, que se depositam se a água é deixada descansar por uma hora, e os não sedimentáveis. Os sólidos dissolvidos incluem os colóides e os sólidos realmente dissolvidos. Segundo o padrão de potabilidade da OMS, o limite máximo permissível de STD na água é de 1000 mg/L.

Quanto à característica química os sólidos podem ser classificados em voláteis e fixos. Sólidos voláteis são os que volatilizam a temperaturas inferiores a 65o C, são orgânicos, enquanto que os fixos são os inorgânicos. A concentração dos sólidos dissolvidos dão uma idéia do desgaste das rochas por intemperismo. As águas subterrâneas em geral não possuem sólidos em suspensão e quando um poço está produzindo água com significativo teor de sólidos em suspensão é geralmente como conseqüência de mal dimensionamento do filtro ou do pré-filtro.

ST = SST + SDT = SSV + SSF + SDV + SDF = SVT + SFT;SVT = SSV + SDV e SFT = SSF + SDF;SST = SSV + SSF e SDT = SDV + SDF

Condutividade ElétricaOs sais dissolvidos e ionizados presentes na água transformam-na num

eletrólito capaz de conduzir a corrente elétrica. Quanto maior for à quantidade de íons dissolvidos, maior será a condutividade elétrica da água. Como há uma relação de proporcionalidade entre o teor de sais dissolvidos e a condutividade elétrica, podemos estimar o teor de sais pela medida de condutividade de uma água.

A medida é feita através de condutivímetro e a unidade usada é o MHO (inverso de OHM, unidade de resistência). Como a condutividade aumenta com a temperatura, usa-se 25ºC como temperatura padrão, sendo necessário fazer a correção da medida em função da temperatura se o condutivímetro não o fizer automaticamente. Para as águas subterrâneas as medidas de condutividade são dadas em microMHO/cm.

No Sistema Internacional de Unidades, adotado pelo Brasil, a unidade de condutância é siemens, abreviando-se S (maiúsculo). Para as águas subterrâneas o correto seria nos referirmos a microsiemens por centímetro (S/cm).

A relação linear entre condutividade e sólidos em suspensão pode ser aproximada por :

onde : EC condutividade elétrica em microsiemens/cm; Ci concentração do íon i na solução expressa em mg/L e f i é o fator de condutividade para a espécie. A Tabela 4 apresenta o valor deste fator para algumas espécies.

Tabela 4 - Fator de condutividade de alguns íonsÍon f (por mg/L)

Sólidos Totais (ST)

Sólidos Dissolvidos Totais ( SDT)Sólidos Suspenso Totais (SST)

Sólidos Suspensos

Voláteis (SSV)

Sólidos Suspenso Fixos (SSF)

Sólidos Dissolvido Voláteis (SDV)

Sólidos Dissolvidos Fixos (SDF)

Sólidos Voláteis Totais (SVT) Sólidos Fixos Totais (SFT)

Ca++ 2.60Mg++ 3.82

K+ 1.84Na+ 2.13

HCO3- 0.715

CO3-- 2.81

Cl- 2.14SO4

-- 1.54NO3

- 1.15

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

A legislação estabelece valores máximos permitidos (VMP) para as diversas substâncias em água potável. Estes valores normalmente são expressos em ppm (parte por milhão), mg/L ou g/mL. O soluto é freqüentemente expresso em peso, ou seja, percentagem em peso ou miligrama por litro.

Oxigênio dissolvido (OD)Todos os organismos vivos dependem de uma forma ou de outra do

oxigênio para manter os processos metabólicos de produção de energia e reprodução. Organismos aeróbios durante a estabilização da matéria orgânica utilizam o oxigênio no seu processo respiratório. O oxigênio é muito solúvel em água variando a solubilidade entre 14,6 mg/L a 0o C até 7,6 mg/L a 30o C, dependendo da pressão e dos sais dissolvidos. Em águas poluídas a concentração de oxigênio é menor que em águas naturais.

Nos corpos de água a medida de OD é vital para manutenção das condições oxidantes (aeróbicas) para degradar matéria orgânica e para manter, por exemplo, o fósforo no sedimento dos lagos e reservatórios.

A determinação do oxigênio dissolvido é de fundamental importância para avaliar as condições naturais da água e detectar impactos ambientais como eutrofização e poluição orgânica.

Demanda química de oxigênio (DQO)A demanda química mede a quantidade de material passível de oxidação.

É importante porque a oxidação química não esta sujeita a tantas variáveis quanto a oxidação biológica; na substâncias muito tóxicas a oxidação química pode ser a única forma de determinar a quantidade de material orgânico. A medida é feita através da quantidade de dicromato de potássio oxidado pela amostra após digestão com ácido sulfúrico.

Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)A demanda bioquímica de oxigênio é definida como a quantidade de

oxigênio requerida pelos microorganismos aeróbicos para estabilizar a matéria orgânica biodegradável proveniente de despejo doméstico, industrial, efluentes, estações de tratamento, água poluída, e outros. A matéria orgânica biodegradável serve como fonte de energia e alimento para os microorganismos que a decompõem. O teste DBO mede a matéria orgânica decomponível e dá, portanto uma medida da poluição característica. Assim o teste serve como medida da carga orgânica (biodegradável poluidora); para a verificação do grau de autodepuração dos cursos de água; controle do processo de tratamento da matéria orgânica.A medida pode feita através da comparação do DBO antes e após incubação.

Dureza

Dureza é um parâmetro característico da qualidade de águas de abastecimento industrial e doméstico. Quase toda a dureza da água é provocada pela presença de sais de cálcio e de magnésio (bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos) encontrados em solução. Assim, os principais íons causadores de dureza são cálcio e magnésio tendo um papel secundário o zinco e o estrôncio. Algumas vezes, alumínio e ferro férrico são considerados como contribuintes da dureza.

A dureza é definida como a dificuldade de uma água em dissolver (fazer espuma) pelo efeito do cálcio, magnésio e outros elementos como Fe, Mn, Cu, Ba etc. A dureza pode ser expressa como dureza temporária, permanente e total.

A dureza total da água compõe-se de duas partes: dureza temporária e dureza permanente.

Dureza temporária ou de carbonatos: É devida aos íons de cálcio e de magnésio que sob aquecimento se combinam com íons bicarbonato e carbonatos, podendo ser eliminada por fervura.

Dureza permanente: É devida aos íons de cálcio e magnésio que se combinam com sulfato, cloretos, nitratos e outros, dando origem a compostos solúveis que não podem ser retirados pelo aquecimento.

Dureza total: É a soma da dureza temporária com a permanente. A dureza é expressa em miligrama por litro (mg/L) ou miliequivalente por litro (meq/L) de CaCO3 (carbonato de cálcio) independentemente dos íons que a estejam causando.

A dureza é determinada através da titulação dos íons Ca++ e Mg++ com EDTA utilizando eriocromo T como indicador em pH 10.

AlcalinidadeÉ a medida total, das substâncias presentes numa água, capazes de

neutralizarem ácidos. Em águas subterrâneas a alcalinidade é devida principalmente aos carbonatos e bicarbonatos e, secundariamente, aos íons hidróxidos, silicatos, boratos, fosfatos e amônia.

Águas que percolam rochas calcárias (calcita = CaCO3) geralmente possuem alcalinidade elevada. A alcalinidade total de uma água é expressa em mg/L de CaCO3.

Fonte: www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/alc.htm -

pHÉ a medida da concentração de íons H+ na água. O balanço dos íons

hidrogênio e hidróxido (OH-) determina quão ácida ou básica ela é. Na água quimicamente pura os íons H+ estão em equilíbrio com os íons OH- e seu pH é neutro, ou seja, igual a 7. Os principais fatores que determinam o pH da água são o gás carbônico dissolvido e a alcalinidade. O pH das águas subterrâneas varia geralmente entre 5,5 e 8,5.

Segundo METCALF & EDDY (2003) a faixa de concentração adequada para a existência de vida é muito estreita e crítica, tipicamente 6 a 9. Despejos com concentração inadequada do íon H+ são difíceis de serem tratados por métodos biológicos.

Os organismos aquáticos estão adaptados a condições de neutralidade, caso ocorra alterações bruscas do pH de uma água podem acarretar o desaparecimento dos seres presentes na mesma (DERÍSIO, 2000).

Constituintes Iônicos

Devido à formação geológica e a percolação da água nesta, as águas subterrâneas tendem a ser mais ricas em sais dissolvidos do que as águas superficiais. As quantidades presentes refletem não somente os substratos rochosos percolados, mas variam também em função do comportamento geoquímico dos compostos químicos envolvidos.

CálcioO teor de cálcio nas águas subterrâneas varia, de uma forma geral, de 10

a 100mg/L. As principais fontes de cálcio são os plagioclásios cálcicos, calcita, dolomita, apatita, entre outros. O carbonato de cálcio é muito pouco solúvel em água pura. O cálcio ocorre nas águas na forma de bicarbonato e sua solubilidade está em função da quantidade de gás carbônico dissolvido. A quantidade de CO 2

dissolvida depende da temperatura e da pressão, que são, portanto, fatores que vão determinar a solubilidade do bicarbonato de cálcio.

Cloretos O cloro está presente em teores inferiores a 100mg/L. Forma compostos

muito solúveis e tende a se enriquecer, junto com o sódio, a partir das zonas de recarga das águas subterrâneas. Teores anômalos são indicadores de contaminação por água do mar, e por aterros sanitários.

FerroÉ um elemento persistentemente presente em quase todas as águas

subterrâneas em teores abaixo de 0,3mg/L. Suas fontes são minerais escuros (máficos) portadores de Fe: magnetita, biotita, pirita, piroxênios, anfibólios. Em virtude de afinidades geoquímicas quase sempre é acompanhado pelo Manganês. O ferro no estado ferroso (Fe²+) forma compostos solúveis, principalmente hidróxidos. Em ambientes oxidantes o Fe²+ passa a Fe³+ dando origem ao hidróxido férrico, que é insolúvel e se precipita, tingindo fortemente a água.

FlúorO flúor é um elemento que ocorre naturalmente e em pequenas

quantidades nas águas naturais (0,1 a 2,0mg/L). É produto do intemperismo de minerais no qual é elemento principal ou secundário: fluorita, apatita, flúor-apatita, turmalina, topázio e mica. O flúor liberado pelo intemperismo destes minerais passa para as soluções aquosas supergênicas na forma do íon fluoreto, de alta mobilidade. Diversamente de outros halogênios ele pode formar complexos estáveis com elementos como Al, Fe, B e Ca. Desta forma no ciclo geoquímico o flúor pode ser removido das águas pela coprecitação com óxidos secundários de Fe, podendo também ser complexado tanto com o Fe como com o Al na forma de fosfatos.

Segundo a Organização Mundial da Saúde o teor de flúor estabelecido como ótimo na água potável varia entre 0,7 a 1,2mg/L, segundo as médias de temperaturas anuais (18 ° C=1,2mg/L, 19-26 ° C=0,9mg/L, 27 ° C=07mg/L).

FósforoConforme VON SPERLNG (1996) e METCALF & EDDY (2003), nas águas, o

fósforo se apresenta nas seguintes formas:a) Ortofosfatos: são diretamente disponíveis para o metabolismo biológico, sem necessidade de conversões a formas mais simples. As principais fontes dessa forma são: o solo, detergentes, fertilizantes, despejos industriais e esgotos domésticos. As formas dos ortofosfatos se apresentarem nas águas variam de acordo com o pH. Tais incluem PO4

3-, HPO42-, H2PO4

-, H3PO4.

b) Polifosfatos: são moléculas mais complexas com dois átomos ou mais de fósforo. Os polifosfatos se transformam em ortofosfatos por hidrólise em solução aquosa, esta hidrólise é geralmente lenta.

c) Fósforo orgânico: é normalmente de menor importância nos esgotos domésticos típicos, mas nos despejos industriais e no lodo proveniente do tratamento pode ser significativo. Nos sistemas de tratamento e nos corpos receptores sofre conversão em ortofosfatos. Em sistemas de tratamentos, os organismos responsáveis pela remoção do fósforo são as cianobactérias, o que possibilita o consorciamento de dois ou mais tipos de tratamentos biológicos (LORA, 2000).

VON SPERLNG (1996) complementa que a importância do fósforo associa-se principalmente nos seguintes aspectos:

É um nutriente essencial para o crescimento dos microorganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica, para o crescimento de algas e plantas aquáticas, podendo com isso, em certas condições, conduzir a fenômenos de eutrofização em lagos e represas.

O fósforo, de maneira análoga ao nitrogênio, pode eventualmente apresentar carência em alguns despejos, sendo portanto necessária a sua reposição, que se da basicamente pela adição de produtos químicos fosfatados ou a mistura de esgoto sanitário (BRAILE & CAVALCANTI, 1993).

MagnésioO magnésio é um elemento cujo comportamento geoquímico é muito

parecido com o do cálcio e, em linhas gerais, acompanha este elemento. Diferentemente do cálcio, contudo, forma sais mais solúveis. Os minerais mais comuns fornecedores de magnésio para as águas subterrâneas são: biotita, anfibólios e piroxênios. Em região de rochas carbonáticas, o mineral dolomita é um importante fornecedor de Mg. Nas águas subterrâneas ocorre com teores entre 1 e 40mg/L. O magnésio, depois do cálcio, é o principal responsável pela dureza das águas.

ManganêsÉ um elemento que acompanha o ferro em virtude de seu comportamento

geoquímico. Ocorre em teores abaixo de 0,2mg/L, quase sempre como óxido de manganês bivalente, que se oxida em presença do ar, dando origem a precipitados negros.

Nitrogênio

Segundo VON SPERLING (1996) o nitrogênio é um componente de grande importância em termos da geração e do próprio controle da poluição das águas, devido principalmente aos seguintes aspectos:

a) Poluição das águasÉ um elemento indispensável para o crescimento das algas, podendo por

isso, sob certas condições, conduzir lagos e represas a eutrofização;No processo de conversão da amônia (NH3) a nitrito (NO2

-) e este a nitrato (NO3

-), implica num consumo de oxigênio do corpo receptor;Na forma de amônia (NH3) livre é diretamente tóxico para os peixes.b) Tratamento de esgotosÉ um elemento indispensável para o crescimento dos microorganismos

responsáveis pelo tratamento do esgoto;No processo de conversão da amônia (NH3) a nitrito (NO2

-) e este a nitrato (NO3

-), que eventualmente ocorram em estações de tratamento, implicam num consumo de oxigênio e alcalinidade.

Em despejos orgânicos o nitrogênio aparece combinado em quatro tipos de compostos: amoniacais, orgânicos, sais nítricos e sais nitrosos. A determinação do nitrogênio total é feita determinando-se os teores de cada uma dessas frações.

Para tratamento não há necessidade da determinação de N2 (gasoso), pois este é inerte no tocante aos processos de tratamento (BRAILE & CAVALCANTI, 1993)

Nos esgotos brutos a forma predominante do nitrogênio são o nitrogênio orgânico e a amônia (NH3). Portanto, se houver predominância no determinado ponto de coleta, das formas reduzidas de N (Nitrogênio orgânico e amônia) significa que o foco de poluição se encontra próximo (poluição recente) e se prevalecer às formas oxidadas (nitritos e nitratos) significa que as descargas dos despejos encontram-se distantes (poluição remota) (MATOS, 2008).

As águas naturais, em geral, contém nitratos em solução e, além disso, principalmente tratando-se de águas que recebem esgotos, podem conter quantidades variáveis de compostos mais complexos, ou menos oxidados, tais como: compostos orgânicos quaternários, amônia e nitritos.

Nas águas subterrâneas os nitratos ocorrem em teores em geral abaixo de 5mg/L. Nitritos e amônia são ausentes, pois são rapidamente convertidos a nitrato pelas bactérias. Pequeno teor de nitrito e amônia é sinal de poluição orgânica recente. Segundo o padrão de potabilidade da OMS, uma água não deve ter mais do que 10mg/L de NO3

-.

No sistema digestivo o nitrato é transformado em nitrosaminas, que são substâncias carcinógenas. Crianças com menos de três meses de idade possuem, em seu aparelho digestivo, bactérias que reduzem o nitrato a nitrito, este se liga muito fortemente a moléculas de hemoglobina, impedindo-as de transportarem oxigênio para as células do organismo. A deficiência em oxigênio leva a danos neurológicos permanentes, dificuldade de respiração (falta de ar) e em casos mais sérios à morte por asfixia. Aos seis meses de idade a concentração de ácido hidroclórico aumenta no estômago, matando as bactérias redutoras de nitrato.

PotássioO potássio é um elemento químico abundante na crosta terrestre, mas

ocorre em pequena quantidade nas águas subterrâneas, pois é facilmente fixado pelas argilas e intensivamente consumido pelos vegetais. Nas águas subterrâneas seu teor médio é inferior a 10mg/L, sendo mais freqüente valores entre 1 e 5mg/L.

SódioO sódio é um elemento químico quase sempre presente nas águas

subterrâneas. Seus principais minerais fonte (feldspatos plagioclásios) são pouco resistentes aos processos intempéricos, principalmente os químicos. Os sais formados nestes processos são muito solúveis. Nas águas subterrâneas o teor de sódio varia entre 0,1 e 100mg/L, sendo que há um enriquecimento gradativo deste metal a partir das zonas de recarga. A quantidade de sódio presente na água é um elemento limitante de seu uso na agricultura. Em aqüíferos litorâneos, a presença de sódio na água poderá estar relacionada à intrusão da água do mar. Segundo a OMS, o valor máximo recomendável de sódio na água potável é 200mg/L.

CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS

Os microorganismos decompositores, apresentam grande importância relacionada com os ciclos biológicos nos corpos de água. A degradabilidade dos compostos, isto é, dos constituintes químicos da matéria viva, constitui uma regra geral na natureza, impedindo o acúmulo de detritos ou corpos já mortos nos ecossistemas, além de garantir a restituição de elementos constituintes ao meio, permitindo a formação de organismos novos, num processo cíclico contínuo denominado reciclagem.

A legislação relativa a águas potáveis estabelece o VMP para características biológicas. Especificamente estabelece a ausência de coliformes fecais, que são todos os bacilos gram-negativos, aeróbicos ou anaeróbicos facultativos, não formadores de esporos, oxidase-negativa, capazes de crescer na presença de sais biliares ou outros compostos ativos.

CAPITULO 2

EFLUENTE

A palavra efluentes significa "o que flui para fora de ...". Após a utilização das águas, diversos resíduos são incorporados alterando lhes as suas características físicas e químicas, gerando assim os efluentes líquidos.

Efluentes são geralmente produtos líquidos ou gasosos produzidos por indústrias ou resultante dos esgotos domésticos urbanos, que são lançados no meio ambiente.

Antes de definir qual o tipo de tratamento deve submeter determinado efluente é necessário o conhecimento prévio das suas características.

Portanto deve-se observar:

Características qualitativas e quantitativas do efluente Objetivos do tratamento Nível do tratamento Estudos de impacto ambiental no corpo receptor

TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

O tratamento de efluentes visa a redução do potencial poluidor causando assim menor impacto com o seu lançamento no meio ambiente. Segundo a

Legislação Ambiental toda indústria ou geradora de efluente é responsável pelo tratamento do mesmo antes de descartá-lo ao ambiente.

Os tratamentos são classificados em três grupos distintos de processo: Processos Biológicos; Processos Físicos; Processos Físico-químicos.

Geralmente esses grupos não atuam isoladamente, e o processo mais adequado ao tratamento do efluente deve ser definido a partir de alguns itens, como:

Características do efluentes a ser tratado; Atendimento as exigências legais; Área disponível; Custo envolvido.

As análises de: Sólidos Totais, Temperatura, Cor, Odor , Turbidez, DQO, DBO, pH, OD, são algumas das que podem nos auxiliar na escolha do melhor tratamento para determinado efluente.

Existem algumas relações que devem ser observadas na escolha do sistema de tratamento a ser utilizado. Entre elas temos:

a) Indicação de tratamento biológico ou físico – químico:Segundo MACEDO (2001) por meio da relação DQO/DBO5 é possível de

definir o processo de tratamento a ser utilizado. Pois a relação DQO/DBO esta relacionada com a biodegradabilidade do despejo, sendo que quando mais próximo de 1 estiver esta relação maior será a biodegradabilidade do despejo pela ação de microrganismos (tratamento biológico).

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

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. 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.

PROCESSOS DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

Para GRADY et al. (1999) o objetivo do tratamento de águas residuárias é remover poluentes, que quando lançados, podem prejudicar o ambiente aquático.

Ao se decidir pelo processo a ser empregado no tratamento de resíduos líquidos, deve-se em primeiro lugar levar em conta às condições do corpo receptor, sendo necessário também se certificar da eficiência de cada processo unitário e de seu custo, bem como do grau de tratamento necessário de acordo com os padrões das águas receptoras (IMHOFF & IMHOFF, 1996).

Processos Físicos

Os métodos físicos visam à remoção de sólidos flutuantes de dimensões relativamente grandes, de sólidos em suspensão (SS), sólidos sedimentáveis (SP), areias, óleos e gorduras.

São utilizados para este fim os seguintes equipamentos: Grades; Peneiras simples ou rotativas; Caixas de areia Tanque de remoção de óleos e graxas; Decantadores; Filtros.

Processos Químicos e Físico-químicos

Os processos químicos e físico-químicos, podem ser utilizados para remover material coloidal, cor e turbidez, odor, ácidos, álcalis, metais pesados e óleos. Além disso, os reagentes químicos são utilizados para neutralizar ácidos ou álcalis.

Os métodos químicos a remoção ou conversão de contaminantes ocorre pela adição de produtos químicos ou devido a reações químicas. A neutralização de despejos industriais pode ser necessária, não só para se evitar o lançamento de águas ácidas ou alcalinas no corpo receptor, mas, também, como medida necessária para a proteção do tratamento à jusante, caso seja aplicado tratamento biológico.

Em linha gerais, os principais reagentes químicos utilizados para neutralização são os seguintes:

Efluente alcalino: Ácido Sulfúrico (H3SO4 ), Ácido Clorídrico (HCl), Dióxido de Carbono (CO2).

Efluente Ácido: Lama de Cal, Calcário, Carbonato de Sódio, Soda Caustica

Substâncias químicas também podem ser utilizadas no tratamento de efluentes para coagulação e posterior decantação. Entre estas substancias temos: sulfato de alumínio, cloreto férrico, sulfato ferroso. Há ainda a desinfecção onde se utiliza derivados de cloro para o tratamento da água.

Exemplos: Precipitação; Neutralização; Adsorção; Desinfecção.

Processos BiológicosSão os processos que dependem dos microorganismos para a redução da

carga orgânica dos efluentes. Os microrganismos existentes nos tratamentos biológicos irão se desenvolver em função da respiração e da alimentação, que é a relação entre a quantidade de carga orgânica presente no efluente pela quantidade de microorganismo existente.

O processo biológico visa à remoção de contaminante por meio da atividade biológica, sendo reproduzido em escala de tempo e área os fenômenos de auto depuração que ocorrem na natureza.

O processo biológico tem como princípio utilizar a matéria orgânica dissolvida ou em suspensão como substrato para atuação de microrganismos tais como bactérias, fungos e protozoários, que a transformam em gases, água e novos microrganismos (Giordano, 2005).

Nos processos biológicos, os microrganismos transformam a matéria orgânica existente na forma de sólidos em suspensão e sólidos dissolvidos em compostos simples como água, gás carbônico e sais minerais.

Os processos biológicos são classificados em função da fonte de oxigênio, em aeróbios e anaeróbios, sendo que os microrganismos que se utilizam do oxigênio disponível no ar são chamados de aeróbios e os que se utilizam do oxigênio presente nos compostos que serão degradados são chamados de anaeróbios.

Nos processos aeróbios, a estabilização dos efluentes é realizada por microrganismos aeróbios e facultativos.

Exemplos: lodos ativados filtro biológico lagoa de estabilização aeróbia

Nos processos anaeróbios, os microrganismos atuantes são os facultativos e os anaeróbios, portanto a decomposição da matéria orgânica e/ou inorgânica é conseguida na ausência de oxigênio. Sua principal aplicação é a digestão de despejos industriais de alta carga orgânica e lodos de esgotos concentrados.

Exemplos: Lagoas anaeróbias Biodigestores Filtros anaeróbios (fossa séptica)

Disposição de efluentes no solo

A disposição de efluentes no solo possui aspectos positivos e negativos que devem ser avaliados quando da escolha deste processo de tratamento. Com a disposição de efluentes no solo pode ocorrer o lançamento indireto, pelo carreamento de solo e poluentes por escoamento superficial.

Os aspectos positivos da disposição de efluentes no solo: enriquecimento das águas superficiais com a introdução de nutrientes como nitrogênio e fósforo que são indispensáveis para o desenvolvimento do fitoplancton, que é a base da cadeia alimentar no meio aquático. O aumento do fitoplancton desencadeia um desenvolvimento em toda cadeia alimentar aquática inclusive de microrganismos que degradam o material orgânico presente no efluente.

Ainda como aspecto positivo temos: melhoria das características físicas (massa especifica, porosidade, estrutura e estabilidade dos agregados, aeração drenagem, retenção de água e consistência) (Matos et al., 2008).

Aspectos negativos da disposição de efluentes no solo: eutrofização, o excesso de nutrientes provenientes do lançamento efluentes no solo pode acarretar um crescimento excessivo da vegetação aquática impedindo a passagem de luz reduzindo o processo de fotossíntese, ao mesmo tempo ocorre o desenvolvimento do zooplancton de organismos aeróbios e anaeróbios, este desequilíbrio no meio aquático culmina com a eutrofização. O selamento superficial, poluição de águas superficiais e subterrâneas, são outros aspectos negativos da disposição de efluentes no solo.

Os principais mecanismos de remoção de poluentes de águas residuárias no solo são: físicos (sedimentação, filtração, radiação, volatilização e desidratação), químicos (oxidação, precipitação, adsorção específica, adsorção em sítios de troca e complexação/ quelação pela matéria orgânica), biológicos (biodegradação, predação e assimilação por plantas e animais).

Os efluentes de agroindústria e domésticos são geralmente ricos em macro e micronutrientes essenciais ao desenvolvimento de vegetais e animais, o mecanismo biológico disponibiliza os nutrientes pela mineralização do material orgânico disponibiliza N, P, S, Ca, Mg, Zn, Cu, Mn e Fe. Considera-se que o K não esteja associado ao material orgânico.

Principais métodos de disposição de efluentes no solo: Infiltração-percolação; Infiltração com drenagem subsuperficial; Escoamento superficial; Fertirrigação.

Fatores limitantes para a aplicação: Infiltração-percolação:

Capacidade de infiltração de água no solo; Qualidade das águas subterrâneas.

Escoamento superficial: Carga orgânica e salinidade do solo; Fitotoxidade para as plantas.

Fertirrigação: Nutrientes; Salinidade; Fitotoxidade; Metais pesados.

OBS: a análise do fator limitante é usada para estabelecer a área requerida e o programa de monitoramento. O monitoramento vai determinar quando a aplicação deve cessar.

NÍVEIS DE TRATAMENTO.

Segundo Mota (2000), os processos de tratamento de esgoto podem ser agrupados nos seguintes níveis:

Tratamento preliminarNo tratamento preliminar emprega principalmente processos físico-

químicos, tem o objetivo de remover das águas residuárias os sólidos grosseiros em suspensão, com granulometria superior a 0,25mm. O tratamento preliminar deve, quando possível, remover os materiais sólidos facilmente sedimentáveis como areia, farelo e outros.

Remoção de sólidos grosseiros (grade ou peneira)Remoção de areia (caixa de areia)Remoção de óleos e graxas (caixa de gordura)

Tratamento Primário:São sistemas utilizados principalmente para a remoção dos sólidos em

suspensão. Empregam-se equipamentos com tempos de retenção maiores do que nos empregados tratamento preliminar.

Decantação de sólidos – lodo (decantador primário)Digestão do lodo (digestor)Secagem do lodo (leitos de secagem, adensamento, desidratação).

Tratamento secundário:Os efluentes, após os tratamentos preliminar e primário, ainda contêm

sólidos dissolvidos, como a matéria orgânica (carboidratos, proteínas e lipídeos) e também sólidos suspensos finos.

Os processos mais econômicos para a remoção desses componentes, são os biológicos, nos quais os microrganismos transformam a matéria orgânica em CO2, CH4, novos microrganismos e outros compostos.

Eliminação de microrganismos patogênicos (desinfecção)Decantadores secundários nos sistemas de lodos ativadosDecantadores finais nos sistemas de filtros biológicosDecantadores finais nos sistemas de reatores anaeróbios de manta de lodoLagoas de sedimentação, após lagoas aeradas de mistura completa]

Tratamento terciário:O tratamento terciário é utilizado para obtenção de um efluente de melhor

qualidade, com remoção de nutrientes, metais pesados, compostos não biodegradáveis, microrganismos patogênicos.

Segundo VITORATO, (2004), emprega-se este tipo de tratamento, quando o esgoto deve ser lançado em rios e represas, que necessitam de um alto grau de tratamento, impedir a eutrofização, ou quando se deseja o reuso da água, principalmente nas indústrias. Existem vários sistemas que permitem chegar a este nível de tratamento, como:

Filtro biológicoBiodisco,Lagoas de polimentoFitodepuraçãoCarvão ativoOsmose inversa, etc.

Eficiência de remoçãoO grau, porcentagem ou eficiência de remoção de determinado poluente no

tratamento ou em uma etapa do mesmo é dado pela fórmula:

Onde:E – eficiência de remoção (%)Co – concentração afluente do poluente (mg/l)Ce – concentração efluente do poluente (mg/l)

1Quadro 1- Características dos principais níveis de tratamento dos esgotos

ITEMNIVEL DE TRATAMENTO

PRELIMINAR PRIMÁRIO SECUNDÁRIO

Poluentes removidos

Sólidos grosseiros

Sólidos sedimentáveis

DBO em suspensão

Sólidos não sedimentáveis

DBO em suspensão fina DBO solúvel Nutrientes

(parcialmente) Patogênicos

(parcialmente)Eficiência de remoção

-

SS: 60-70% DBO: 30-40% Coliformes: 30-

40%

DBO: 60 a 99% Coliformes: 60 a 99% Nutrientes: 10 a 50%

Mecanismo de tratamento predominante

Físico Físico Biológico

Cumpre o padrão de Lançamento?1

Não Não Usualmente sim

Aplicação Montante de elevatória

Etapa inicial do tratamento

Tratamento parcial

Etapa intermediaria de tratamento mais complexo

Tratamento mais completo para matéria orgânica e sólidos em suspensão (para nutrientes e coliformes, com adaptação ou inclusão de etapas especificas).

1Padrão de lançamento tal como expresso na legislação. O órgão ambiental poderá autorizar outros valores para o lançamento, caso estudos ambientais demonstrem que o corpo receptor continuará enquadrado dentro da sua classe.

CAPITULO 3

1

E = Co- Ce

. 100Co

GRADEAMENTO

O gradeamento tem como objetivo a retenção dos sólidos de maior dimensão, capazes de causar entupimento e aspecto desagradável nas unidades subseqüentes do sistema de tratamento. As grades e peneiras podem ser de limpeza mecânica ou manual. No gradeamento o espaçamento entre barras varia normalmente entre 0,5 a 2 cm, para as peneiras o espaçamento varia de 0,5 a 2 mm.

OBS: Peneiras utilizadas para efluentes gordurosos ou com a presença de óleos minerais deve-se utilizar as peneiras com limpeza mecanizada por escovas.

INCLINAÇÃO DAS BARRAS

- Limpeza Manual (rastelo): 30º a 45º com a horizontal;- Limpeza Mecânica: 45º a 90º com a horizontal, (comum 60º).

Existem grades instaladas verticalmente, no entanto, as grades inclinadas têm apresentado melhor rendimento, uma vez que a inclinação evita que o material arrastado pelo ancinho de limpeza se desprenda com facilidade e retorne ao canal de chegada (afluente).

LIMPEZA DO EQUIPAMENTO E DISPOSIÇÃO DO MATERIAL RETIDO

O material retido no gradeamento deve ser removido tão rapidamente quanto possível e armazenado em depósitos próprios em condições de permitir as seguintes operações subseqüentes: drenagem parcial do líquido agregado ao material grosseiro; fácil transporte ou transbordo para depósitos maiores, apropriados para esta função; e cobertura com a finalidade de evitar a proliferação de vetores.

Com relação ao material removido, no caso do tratamento de esgotos sanitários, normalmente o destino é a incineração ou aterro sanitário. Em pequenas instalações o material poderá ser enterrado com um recobrimento mínimo de 30 a 40 cm de terra para evitar maus odores e permitir a ação das bactérias, nas grandes instalações com remoção mecanizada recomenda-se a incineração, digestão ou trituração (neste caso com retorno aos esgotos).

No caso do gradeamento aplicado ao tratamento de efluentes líquidos industriais o destino do material retido dependerá da natureza do material retido, podendo ser encaminhado para compostagem ou biodigestão no caso de resíduos agroindustriais, etc.

DIMENSIONAMENTO (DACACH, 1991 E JORDÃO E PESSÔA, 1995)

Para dimensionamento das barras deve-se escolher previamente o seu formato (mais comum retangular), dimensão, espaçamento e tipo de barra.

A velocidade adequada através das barras deve ser entre 0,40 m/s e 0,75 m/s. Esses valores devem ser verificados para vazões mínima, média e máxima. Velocidades abaixo de 0,40 m/s podem proporcionar deposição de areia no canal da grade, enquanto velocidades acima de 0,75 m/s desfavorecem a retenção do material grosseiro.

Uma vez determinados, o formato, a seção transversal e o espaçamento das barras da grade, calcula-se a largura do canal, uma vez que a altura da

lâmina d’água é determinada pelo nível de água da unidade subseqüente e pela perda de carga na grade.

As grades são geralmente de seção retangular, cujos espaçamentos estão apresentados na tabela a seguir.

TIPOESPAÇAMENTO

Polegadas CentímetrosGrosseiras Acima de 1 ½ 4,0 a 10,0

Médias 3/4 a 1 ½ 2,0 a 4,0Pequenas (finas) 3/8 a ¾ 1,0 a 2,0

Fonte: AZEVEDO NETTO et al. (1973) apud JORDÃO & PESSOA (1995).Grades grosseiras - utilizadas para retenção de sólidos grosseiros antes de

instalações de bombas, turbinas, etc.Grades medias – utilizadas na entrada das ETESGrades finas – utilizadas para reduzir escumas em tanques de digestão,

para proteção de filtros lentos e os equipamentos de dosagem, etc.)

TIPO DE GRADESEÇÃO

mm x mm Pol. X pol.Grosseiras 10 x 50 3/8 a 2Grosseiras 10 x 60 3/8 a 2 ½Grosseiras 13 x 40 1/2 a 1 ½Grosseiras 13 x 50 1/2 x 2

Médias 8 x 50 5/16 a 2Médias 10 x 40 3/8 x 1 ½Médias 10 x 50 3/8 x 2

Pequenas 6 x 40 1/4 x 1 ½Pequenas 8 x 40 5/16 x 1 ½Pequenas 10 x 40 3/8 x 1 ½

Fonte: AZEVEDO NETTO e HESS (1970) apud JORDÃO & PESSOA (1995).

CálculosCanal de AproximaçãoÁrea (canal aproximação)

A = Q/vQ = vazão em m3/s; v= velocidade – canal de aproximação (V = 0,7 a 1,0 m/s) usual 0,8 m/s;A= área em m2

Largura Recomendada (canal aproximação)Usualmente considera-se a relação b ≥3 e que h não seja maior que 0,5m

(usualmente considera-se b = 5h ou b = 6h).A = b x h

Seção de Escoamento: verificar dados de acordo com o tipo de grade em tabela (valores de a, t e E)

Área útilAu = Qmáx /v

Au = área útil (área entre as barras), em m2 ;Qmáx = vazão em m3/s; v = = velocidade de escoamento (v = 0,4 a 0,75 m/s) usual 0,6 m/s;

Seção do canalS = Au / E

S = Au / (a/ a+t)S = b x h (usualmente b = 6h)

E = eficiência.S = área do canal até o nível d’água (seção de escoamento), em m2 ;a = espaçamento entre as barras, em m;t = espessura da barra;

Área da barrasAbarras = S – Au

Número de barras (n)n = b / a+t

ouÁrea das Barras = A 1 barra x nS – Au = t x h x n

Perda de cargaA determinação da perda de carga na grade de barras deverá considerar

principalmente, o modelo selecionado, o tipo de operação de limpeza, localização e detalhes construtivos. Unidade mecanizada tem a perda de carga fornecida pelo fabricante. Há varias formulas propostas, porém pouco sentido prático, pois correspondem as condições de barras limpas.Um exemplo: Formula de METCALF & EDDY (1981).

Hf = 1,43 (V2 – v2 ) / 2gHf = perda de carga, m;V = velocidade entre as barras, m/s;v = velocidade a montante da grade, m/s;g = aceleração da gravidade, 9,8 m/s2.

A tabela a seguir é representada para facilidade de cálculo para eficiência das grades de dimensões usuais. No entanto, com emprego da equação também podemos determinar a eficiência para várias situações. E = a/a+t Para grades do tipo mecanizadas, deve-se levar em conta para efeito de dimensionamento, a largura, aquela está condicionada ao tipo padronizado de equipamento e geralmente compreendida entre 0,60 e 3,60 m. Para altura, temos fabricação de 3,00 a 12,00 m.

Espessura dasBarras (t)

Eficiência: Valores de “E”

a = 3/4 “(1,94 cm)

a = 1“(2,54 cm)

a = 1 ¼ “(3,18 cm)

a = 1 ½ “ (3,81 cm)

1/4” (0,64 cm) 0,750 0,800 0,834 0,8695/16” (0,79 cm) 0,730 0,768 0,803 0,8333/8” (0,95 cm) 0,677 0,728 0,770 0,8007/16” (1,11cm) 0,632 0,696 0,741 0,7841/2” (1,27 cm) 0,600 0,677 0,715 0,755

F

oto 1 – (A) Peneira fina , (B) Peneira de limpeza mecanizadaExercício 1 - Calcule a grade ou peneira necessária para o tratamento preliminar de um efluente com: vazão de 1500 m3d-1 , temperatura de 23°C, DBO = 1500 mgL-1, Ntotal = 55 mg L-1,N-NH+

4 = 25 mg L-1,K = 15 mg L-1, Na = 30 mg L-1, sabe-se ainda que as partículas sólidas deste efluente tem dimensões variando de de 1mm a 5 cm.

CAIXA DE AREIA OU DESARENADORES

A caixa de areia ou desarenadores tem a finalidade de reter os sólidos facilmente decantáveis (particulado grosseiro e de elevada massa específica);

inorgânico areia, pedrisco, cascalho, etc;orgânico grãos, restos de frutas, cascas, pedaços de ossos, etc.As caixas de areia têm a finalidade de minimizar impactos nos corpos

receptores como o assoreamento, evitar a abrasão e entupimento nos equipamentos, bombas, orifícios, sifões e tubulações.

Pode ser o primeiro e único tratamento quando a disposição e feita no solo ou lançamento ao mar.

Critérios de projeto:Forma de separação: gravidade ou centrifugaçãoRemoção dos sólidos: manual ou mecanizada (raspadores, bombas

centrífugas, parafuso “sem fim”, air lift, caçambas transportadoras, etc).Seção: retangular, quadrada ou circular.

DIMENSIONAMENTO

Objetivo: sedimentar partículas de 0,1 a 0,4 mmVelocidade horizontal: 0,25 ≤ Vh ≤ 0,35 m s-1

Velocidades superiores ocasionam o arraste de partículas e inferiores odores desagradáveis. O dispositivo controlador da velocidade pode ser o vertedor ou a calha Parshall.

NB-570/1990 da ABNT: Projeto para remoção mínima de 95% em massa das partículas de areia

(ρ= 2,65 g cm-3) Ø ≥ 0,2 mm, vs = 0,02 m s-1

Vazão de dimensionamento = vazão máxima afluente.Recomenda-se:o limpeza mecanizada para Q > 250 L s-1

o Pelo menos duas unidades instaladas (reserva para manutenção)o Taxa de escoamento superficial de 600 a 1300 m3 m-2 d-1

(A)(B)

o Seção transversal mínima de 0,20 m de profundidade por 0,20 m de largura (para limpeza manual 0,30 m)

A seção transversal de uma caixa de areia é calculada como sendo a relação entre a vazão do despejo pela velocidade linear.

DIMENSIONAMENTO (DACACH, 1991 E NUNES, 2001)

Para caixas tipo Canal – fluxo horizontal (mais comum)

Velocidade de escoamentoSão dimensionadas de modo que se tenha velocidade nos canais no

intervalo de 0,15 a 0,40m/s, sendo recomendado o valor de 0,30m/s, e deve-se manter uma variação de +/- 20% (NUNES, 2001). Velocidades inferiores a 0,15m/s provocam deposição excessiva de partículas orgânicas, e velocidades superiores a 0,40 m/s propiciam a saída de areia nociva.

Velocidade de sedimentaçãoA tabela a seguir apresenta valores práticos para velocidade critica de

sedimentação em função do tamanho das partículas, para grãos de areia de peso específico de 2,65 g/cm3 a 20°C, em água tranqüila.

Tamanho das partículas (mm) Velocidade (cm/s) Velocidade (m/s)1,0 10,0 0,1000,5 5,0 0,0500,3 4,3 0,0430,2 2,4 0,0240,1 0,9 0,009

Fonte: AZEVEDO NETO e HESS (1970) apud JORDÃO & PESSOA (1995)

Principio de funcionamento

O esgoto, ao deslocar-se horizontalmente na caixa de areia, deve ter velocidade de 0,30 m/s, enquanto as partículas de areia com 0,2mm de diâmetro e de 2,65 g/cm3 de peso específico devem encontrar condições para depositar-se no fundo. Como no esgoto em repouso a 20°C as partículas de areia com tamanho de 0,2mm decantam com velocidade aproximada de 2,0 cm/s. Para que todas as partículas de 0,2mm se depositem, basta que a partícula situada em condição mais desfavorável possa depositar-se. A situação mais desfavorável é a da partícula que se encontra na superfície líquida e na extremidade de montante da caixa de areia.

O tempo que a partícula de 0,2mm leva para atingir o fundo da caixa e o que ela leva para percorrer toda a extensão da caixa de areia é igual. Em decorrência, para uma caixa de areia de altura útil H, o seu comprimento é definido segundo a proporção L / H = V / v .

V

v

L

H

ComprimentoL = comprimento de caixa, m.H = altura de lâmina d’água, mV = velocidade de escoamento horizontal (0,15 a 0,40), usual 0,30m/sv = 2cm/s = 0,02m/s (velocidade de sedimentação da partícula desejada).

Pela igualdade de triângulos:

L / H = V / v ou L = V / v x H

Para valores usuais V = 0,30 m/s e v = 0,02 m/s

L = V / v x HL = 0,30 / 0,02 x H

L = 15 x H

Dando-se um acréscimo de 66% (Para compensar efeitos de turbulência)

L = 25 x H

Largura da caixa (b)Calculada em função da lâmina de água (H) e de forma a garantir a

velocidade desejada (0,30 m/s), aplicando a equação da continuidade (Q = S x V) se a seção da caixa for retangular S = b x H.

Adotar b ≥ 3 H ( adotar b = 4 a 5H)Para projeto: Hprojeto x 4 (coeficiente de segurança)Taxa de AplicaçãoÉ a relação entre a vazão dos esgotos (Q) e a área da planta da caixa de

areia (A) e é fisicamente igual a velocidade de sedimentação da partícula de determinado tamanho.

NUNES (2001) recomenda uma taxa de aplicação na faixa de 600 a 1200 m3/m2.dia. Caso a taxa fique fora do intervalo permissível, recomenda-se variar o valor da velocidade.

Controle de velocidadeUmas das principais dificuldades no projeto e na operação das caixas de

areias esta em conseguir manter a velocidade desejada com a variação da vazão (Q). Para se contornar esta dificuldade usa-se projetar uma seção de controle, a jusante da caixa de areia, que faça com que a altura da lamina d água varie de acordo com a vazão, mantendo assim aproximadamente constante a velocidade do fluxo na câmara de sedimentação.

As seções de controle normalmente utilizadas são: os vertedores proporcionais – tipo Sutro, calhas tipo Parshall e calhas tipo Palmer Bowlus.Exemplo para uma Q= 0,01157 m3s-1 e v= 0,3 ms-1

Exercício 2- Calcule a grade ou peneira necessária para o tratamento preliminar de um efluente com: vazão de 1500 m3d-1 , temperatura de 23°C, DBO = 1500 mgL-1, Ntotal = 55 mg L-1,N-NH+

4 = 25 mg L-1,K = 15 mg L-1, Na = 30 mg L-1, sabe-se ainda que as partículas sólidas deste efluente tem dimensões variando de de 1mm a 5 cm.

Caixa de gordura ou tanque retentor de óleo

A caixa de gordura ou tanque retentor de óleo, remoção de óleos e gorduras livres presentes nos despejos, estes formam uma escuma de aspecto de efeito estético desagradável, além de prejudicar seriamente o tratamento biológico. Devido à densidade de óleos e gorduras (0.8 g ml -1) ser menor que a da água (1 g ml-1), ocorre à ascensão dos mesmos, o tempo de detenção tem influência na agregação das partículas e esta relacionada à velocidade de ascensão.

Óleos e gorduras recuperados são muitas vezes de valor para outras industrias.

DimensionamentoTempo de detenção = 3 a 5 minutos, aumentando com a vazão.v= velocidade de ascensão entre 1 – 15 (m h-1)

Q= m3 h-1 v= m h-1

A flutuação de substâncias mais densas que a água também pode ser

obtida insuflando-se ar comprimido (flotação). A flotação é empregada no tratamento de alguns despejos industriais como, por exemplo, na recuperação de óleos emulsionados, fibras de papel, lanolina de águas residuárias de laticínios, etc.

Exemplo:

Decantadores

Na decantação se verifica a deposição de matéria em suspensão, pela ação da gravidade. Este processo consiste em tornar as águas que carregam materiais em suspensão, mais lentos, provocando a decantação.

Isso ocorre no decantador que é geralmente um tanque retangular com pontos de descarga. Em uma E.T.A. convencional os decantadores são horizontais simples que tem boa profundidade e volume, onde se retém a água por longo tempo, necessário para a deposição dos flocos. Em algumas cidades podem-se observar decantadores verticais que tem um menor tempo de retenção da água, porém são necessários equipamentos como módulos tubulares que dificultam a saída dos flocos.

A decantação é o preparo para a filtração, quanto melhor for a decantação, melhor será a filtração. Para tanto a cor da água deve ser baixa 5 a 10 no máximo e o decantador deve remover 90%, pelo menos, da turbidez encontrada na água bruta. Os decantadores são unidades das estações de tratamento que proporcionam a remoção dos sólidos sedimentáveis. Podem ser divididos em dispositivos que são enchidos intermitentemente (por cargas) ou com fluxo constante.

Os decantadores mais simples são as Lagoas de Decantação, em que o lodo acumulado no fundo pode ou não ser removido. A remoção pode ser feita por bombas após tempo suficiente (alguns meses) para a estabilização do material (meio anaeróbio).

Decantadores primários tem o objetivo de remover material particulado suspenso.

Decantadores secundários, remoção de flocos biológicos ou coagulados.

OBS: em alguns casos pode ser a etapa final do tratamento; tanques sépticos são decantadores.

• Tipos de sedimentação

Sedimentação discreta – As partículas sedimentam-se, mantendo a sua identidade, ou seja, não se aglutinam. Desta forma, são conservadas as suas propriedades físicas, tais como forma, tamanho e densidade.

Exemplo: caixa de areia

Dimensionamento

Segundo a Lei de Stokes, a velocidade de sedimentação discreta de uma partícula (vs) em fluxo laminar é dada por:

Onde:Vs =velocidade de sedimentação da partícula (m s-1)g = aceleração da gravidade (m s-2)ν = viscosidade cinemática da água ( m2 s-1)ρs = densidade da partícula ( kg m-3)ρl = densidade da partícula ( kg m-3)d = diâmetro da partícula (m) A viscosidade cinemática e a densidade da água são função da

temperatura, porém, a variação da densidade da água, dentro da faixa usual de temperatura, pode ser considerada, em termos práticos desprezível, sendo

adotado o valor de 1000 kg m-3, já a viscosidade sofre maior influência, pode ser vista no quadro 2.

Quadro 2 – Viscosidade cinemática da água em função da temperatura T(oC) 0 5 10 15 20 25 30 35 40ν( m2 s-

1)1,7910-6

1,5210-6

1,3110-6

1,1510-6

1,0110-6

0,9010-6

0,8010-6

0,7310-6

0,6610-6

O tempo gasto para a particular atingir o fundo é dado por: ts = H vs

Caso se deseje remover partículas com velocidade de sedimentação iguais ou inferiores a vs, e conhecendo-se a vazão de água a ser tratada Q, obtém-sea área superficial necessária através da relação: As= Q

vs

OBS: A remoção de partículas discretas depende apenas da área superficial(A) e não da altura (H) e do tempo (t).

Sedimentação floculenta – sedimentação primária e secundária, em sistema de lodo ativado. As partículas se aglomeram à medida que sedimentam, portanto ocorre alterações nas características iniciais da partícula com o aumento dos flocos.

• Tipos de decantadores

1) RetangularRelação comprimento/ largura = 3:1 a 5:1Profundidade de 2,0 a 2,5 m.Declividade de 6 a 8% em direção ao poço de lodo.Calhas vertedoras em até 2/3 do comprimento do tanque.

2) Circulares Diâmetro de 10 a 60 m.Profundidade de 2,0 a 3,0 m.Declividade em torno de 8% em direção ao poço de lodo (60 – 160 mm m –1)Vantagens do decantador circular- Menor custo de equipamentos- Menor custo de manutenção- Fluxo afluente radial (do centro para a borda) favorecendo o remanso- Maior comprimento da calha coletora por volume de efluente Maior equalização do fluxo

Dimensionamento

Taxa de aplicação superficial:

• 15 a 35 m3 m-2 d-1, preferencialmente < 25 m3 m-2 d-1

• Metcalf & Eddy (1991):Decantadores primários seguidos de tratamento secundário 32 - 48 m3

m-2 d-1

Decantadores primários com retorno de lodo ativado 24 - 34 m3 m-2 d-1

Taxa de aplicação de sólidos: 3 – 6 kg m-2h-1

Taxa da calha vertedora: 140 a 189 m3 m-1 d-1

• Profundidade do tanque (da superfície do liquido até o ponto mais alto no fundo): circular (2.0 a 3,0 m); retangular (2,0 a 2,5 m).

• Tempo de detenção hidráulica: 1,5 a 2,5 (preferencialmente 2 h)

Dimensionamento

Em que:Ta = taxa de aplicação (m3 m-2 d-1)Tcv= taxa da calha vertedora (m3 m-2 d-1)Q = vazão (m3 h-1)A = área superficial (m2)

Lv = comprimento total do vertedor (m)Considerações da ABNT NB-570/1990- Vazão maior que 250 L.s-1 deve-se optar por mais de um decantador;- Tubulação de remoção do lodo ø≥150 mm e declividade mínima de 3%.- Poço de acumulação de lodo deve ter paredes com inclinação menor que

0,75 :1 e base inferior de no mínimo 0,60m.- Decantadores com remoção mecanizada do lodo: Dispositivo de remoção:Retangular V < 20 mm s-1

Circular V < 40 mm s-1

Profundidade da lamina d’água maior ou igual a 2,0 m; Relação das dimensões:Retangular: L : h ≥ 4:1 B : h ≥ 2:1 e L: B ≥ 2:1Vh< 50 mm s-1

- Decantadores sem remoção mecanizada do lodo: Profundidade da lâmina d’água maior ou igual a 0,50m Diâmetro nos circulares deve ser menor que 7,0 m; Largura menor que 5,0 m nos retangulares.Disposição de lodo e escuma O lodo e a escuma coletados nos decantadores devem ser conduzidos

aos biodigestores e posteriormente, a aterros sanitários ou dispostos no solo.

Sedimentação zonal – decantadores secundários

Eficiência de RemoçãoSólidos sedimentáveis (SP) – 75%Sólidos em Suspensão(SS) – 50 –70%DBO – 25 – 40%

O decantador pode ser dividido em quatro zonas: - Zona de turbilhonamento: É a zona situada na entrada da água,

observa-se nesta zona uma certa agitação onde a localização das partículas é variável.

- Zona de decantação; Nesta zona não há agitação e as partículas avançam e descem lentamente.

- Zona de ascensão: Os flocos que não alcançam a zona de repouso seguem o movimento da água e aumentam a velocidade.

- Zona de repouso: É onde se acumula o lodo. Esta zona não sofre influencia da corrente de água do decantador em condições normais de operação.

Manejo dos decantadores Manter a vazão o mais constante possível; Manter os vertedores efluentes sempre limpos, evitando perturbações na

operação tais: lodo flutuando decomposição no fundo remoção do lodo com maior freqüência; líquido muito escuro é sinal de que está ocorrendo digestão anaeróbia, deve-se portanto diminuir o tempo de detenção ou remover o lodo com maior freqüência;

Manter vertedores nivelados para evitar curto-circuito; Remover continuamente o lodo: automática (mecânica) ou com uso de

bombas de sucção; Encaminhar a escuma para os digestores; O decantador deve ser lavado quando a camada de lodo tornar-se muito

espessa, ou quando em processos descontínuos se iniciar a fermentação.

Exemplo: Calcular a velocidade de sedimentação de um grão de areia e as dimensões do decantador, tendo-se os seguintes dados:diâmetro do grão: d = 0,7 mmdensidade da areia:ρs = 2650 kg/m3densidade do líquido: ρl = 1000 kg/m3temperatura do líquido: T = 25°CSolução:Para a temperatura de 25°C, a viscosidade cinemática da água é O,90x10-6 m2/s.O diâmetro da partícula é O,7x1O-3 m. Pela Equação 3.1, tem-se:

FlotaçãoA 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

F1

Partícula sedimentando

Agregação ar partícula

F1

F2 F2

Floco menos denso

Fr

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;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;

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.

FiltrosA filtração consiste em fazer a água passar por substâncias porosas

capazes de reter e remover algumas de suas impurezas. Como meio poroso, emprega-se em geral a areia sustentada por camadas

de seixos, sob as quais existe um sistema de drenos. Com isso podemos verificar: remoção de materiais em suspensão e substâncias coloidais; redução de bactérias presentes; alteração das características da água;

Durante a filtração ocorrem os seguintes fenômenos: ação mecânica de coar; sedimentação de partículas sobre grãos de areia; floculação de partículas, que estava em formação, pelo aumento da possibilidade de contato entre elas; formação de partículas gelatinosas na areia, promovida por microorganismos que aí se desenvolvem (filtro lento).

Os filtros podem ser classificados de acordo com sua velocidade ou sua pressão.

Pela velocidade de filtração: Filtros lentos: funcionam com taxa média de 4 m3/m2/dia; Filtros rápidos: funcionam com taxa média de 120m3/m2/dia. Pela pressão:De pressão: fechados, metálicos, nos quais a água é aplicada sobre

pressão (usado em piscinas e industrias); De gravidade: os mais comuns. Os filtros rápidos ou de gravidade são usados para a filtração de grandes

volumes de água previamente coagulada. Tem forma retangular. São lavados com água tratada introduzida de baixo para cima. São constituídos de caixa de concreto com um sistema de canalização central (manifold) e laterais , coberto com pedregulhos em várias camadas e diâmetros e que suportam a camada (areia grossa) e a camada de areia preparada.

Na lavagem, a areia que constitui o leito filtrante deverá ser posta em suspensão ou expansão na água. A velocidade ascensional da água deverá ser suficiente para expandir a areia, mas insuficiente para carrega-la para a calha de coleta de água de lavagem. A lavagem e feita quando a entrada de água é maior que a saída provocando o acúmulo de água no filtro (afogamento). Porém, isso pode variar de acordo com as condições de funcionamento da ETA como a turbidez da água bruta e decantada.

No processo de filtração biológica, o despejo líquido é aspergido sobre o meio filtrante (leito de material granular: areia, cascalho, antracito ou plástico). O filtro biológico consiste de um leito filtrante de meio altamente permeável onde os microrganismos são afixadas, e através do qual o despejo liquido é percolado, permitindo o crescimento bacteriano na superfície do material de enchimento, na forma de película fixa.

Os filtros biológicos são sistemas aeróbios, pois o ar circula nos espaços vazios entre as pedras, fornecendo o oxigênio para a respiração dos microrganismos. A ventilação é usualmente natural.

O líquido escoa rapidamente pelo meio suporte. No entanto, a matéria orgânica é absorvida pela película microbiana, ficando retida um tempo suficiente para sua estabilização.

O meio filtrante tem profundidade média:Pedra – 3 metrosPlástico – > 6 metrosO filtro biológico normalmente é circular, sendo o despejo líquido distribuído

sobre a parte superior do leito por meio de braços rotativos. O efluente sai por uma camada de drenos, juntamente com sólidos biológicos. O material orgânico presente no despejo é degradado por uma população de microrganismos afixada no meio filtrante.

A comunidade biológica no filtro consiste essencialmente de protistas – incluindo bactérias aeróbias, anaeróbias e facultativas, fungos, algas e protozoários – além de animais superiores como vermes, insetos, larvas e lesmas.

Os filtros têm como objetivo remover sólidos em suspensão (SS), sólidos dissolvidos (SD) e coliformes fecais (CF), quando for o caso. Por meio da filtração podemos minimizar problemas de entupimento de bombas, tubulações e emissores. Há remoção de partículas ou flocos com diâmetro maior que o diâmetro dos poros do material filtrante, no entanto, sua principal função não é filtrar, uma vez que o diâmetro das pedras utilizado é de alguns centímetros, ou seja, permitindo um grande espaço de vazios, ineficiente para o ato de peneiramento. A função do meio é tão somente a de fornecer suporte para a formação da película microbiana.

À medida que a biomassa cresce na superfície das pedras, o espaço vazio tende a diminuir, fazendo com que a velocidade de escoamento nos poros aumente. Ao atingir um determinado valor, esta velocidade causa cisalhamento, que desaloja parte do material aderido. Esta é a forma natural de controle da

população microbiana no meio. O lodo desalojado deve ser removido nos decantadores secundários, de forma a diminuir o nível de sólidos em suspensão no efluente final.

Filtros Biológicos de Baixa carga – DBO menor, disponibilidade de alimento menor, o que resulta numa estabilização parcial do lodo e maior eficiência do sistema na remoção da DBO.

Filtros Biológicos de Alta carga – DBO maior, menor área, em contra partida, tem pequena redução na eficiência de remoção da matéria orgânica, e não há estabilização do lodo no filtro, recirculação do efluente.

Biodiscos –são utilizados no tratamento de esgoto de pequenas comunidades, boa eficiência de remoção da DBO, embora apresente por vezes sinais de instabilidade, custo de implantação elevado.

Filtro anaeróbio apresenta alguma similaridade conceitual com os filtros biológicos aeróbios: em ambos os casos, a biomassa cresce aderida a um meio suporte, usualmente pedra. No entanto o filtro anaeróbico apresenta algumas importantes diferenças:

- o fluxo do líquido é ascendente, ou seja, a entrada é na parte inferior do filtro, e a saída na parte superior.

- o filtro trabalha afogado, ou seja, os espaços vazios são preenchidos com líquido.

- a carga de DBO aplicada por unidade de volume é bastante elevada, o que garante as condições anaeróbias e repercute na redução de volume do reator.

- a unidade é fechadaTipos de filtros

Quanto à forma de operação* operação descontinua dos filtros maior purificação e maior estabilidade no

tratamento, entretanto não há regras para intermitência da operação do sistema;

- contínuos (uso seguidamente por vários dias);- intermitentes

Quanto ao tipo de líquido a ser tratado*água a ser potabilizada – filtros de areia rápidos ou lentos*esgoto domestico – filtros de areia ou orgânicos*águas residuárias ricas em material orgânico – filtros orgânicos

Quanto ao tipo de material filtrante*O meio filtrante ideal é o que proporciona maior eficiência na remoção de

sólidos e que possa ser facilmente substituído e disposto no meio.- materiais inorgânicos: quartzo, antracito, pó de pedra,

ilmenita, vidro moído, escória de alto formo, minérios metálicos, etc.

- materiais orgânicos: casca de arroz, casca de frutos do cafeeiro, o bagaço de cana-de-açúcar, o sabugo de milho, a serragem de madeira, casca de coco, capim picado, etc.

Quanto a velocidade de filtração*filtros rápidos – turbidez da água não deve exceder a 10 utn*filtros lentos – águas submetidas ao processo de clarificação (floculação

química) anteriormente.

Quanto a direção do fluxo * Ascendente

* Descendente * Laterais

Dimensionamento do filtro aeróbioDiâmetro do material filtranteFiltros rápidos: 0,45 a 0,55 mm e coeficiente de uniformidade (CUM) de 1,2

a 1,7.Filtros lentos: 0,25 a 0,35 mm e CUM <3Filtros intermitentes: 0,2 a 0,5 mm e CUM de 2 a 5.Taxa de aplicação:Muito altas: maior vazão tratada com menor eficiência na remoção de

poluentes e tendência em carrear flocos retidos.Muito baixas: menor vazão tratada com maior eficiência na depuração do

líquido.Filtros rápidos: 120 até 1200 m.d-1, normalmente entre 240 e 360 m d-1.Filtros lentos: 3 a 6 m d-1 taxa de aplicação 5 m d-1 para intervalos de 4 dias

de operação do filtro com esgoto doméstico.Filtros intermitentes: 0,07 a 0,25 m d-1 com duas aplicações por dia.Altura da coluna filtrante (quanto maior a granulométrica do material, maior

deve ser a altura do filtro)Filtros rápidos de 60 a 70 cm.Filtros lentos de 30 a 120 cm.Filtros intermitentes de 46 a 76 cm.Dreno do efluente dos filtros – dreno de 30 cm, constituído por brita de 6 a

50 mm (50 mm de ø < 6 mm; 5 cm de 6 mm < ø < 25 mm e 20 cm de brita 25 mm< ø < 50 mm) e tubo perfurado.

Dimensionamento do filtro anaeróbioLeito filtrante: altura mínima de 1,2 m (constante para qualquer volume)Granulometria do material : 0,04 e 0,07 m (brita Nº 4)Profundidade útil: 1,8 m para qualquer volume de filtro.

Volume útil: V= 1,60 N C TEm que :V – volume útil do filtro , LN – número de unidades de contribuição (população equivalente), unid.C – contribuição de despejos (L unid-1d-1)T – tempo de detenção (d)

Seção horizontal (S)= V/ 1,8Ømin = 0,95 m ou Lmin = 0,85 m, no caso de tanque prismáticoØ ou L não deve exceder a 3 X h = 5,4 mCarga hidrostática mínima de 1 kPa (0,10 m) ou seja, diferença de nível

entre a saída do efluente do tanque e a superfície do filtro deve ser de , no mínimo ; 0,10 m.

Fundo falso com aberturas de 0,03 m, espaçados de 0,15 m entre si.

Eficiência de RemoçãoDBO e SS: remoções superiores a 88 – 90 % para o esgoto doméstico.Remoção aumenta com o uso de agentes coagulantes Filtros lentos: maior eficiência na remoção de DBO, SS e bactérias.

Manejo dos filtros de areia

Com o uso há gradativa obstrução dos poros do leito filtrante e aumento da perda de carga é necessário a troca do material filtrante (no caso de alguns filtros lentos) ou a retrolavagem (no caso de filtros rápidos).

Filtros lentos e intermitentes exigem “amadurecimento” para maior eficiência.

Filtros lentos: troca de material quando a perda de carga alcança de 1 a 2 mca.

Filtros intermitentes: tempo de uso depende da temperatura do material a ser filtrado, quantidade da água, quantidade de matéria orgânica presente e incidência luminosa.

Remoção e substituição da camada superficial de 5 a 7,5 cm de areia em filtros intermitentes.