Lodo Ativado Mbb

7/30/2019 Lodo Ativado Mbb

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ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE UM SISTEMA DE LODOS ATIVADOS COM

REATOR DE LEITO MVEL (MBBR)

Bibiana Karina Hernndez Izquierdo

DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAO DOS

PROGRAMAS DE PS-GRADUAO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS

PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM ENGENHARIA

CIVIL.

Aprovada por:

____________________________________________

Prof. Jos Paulo Soares de Azevedo, Ph.D.

____________________________________________

Prof. Eduardo Pacheco Jordo, Dr.Eng

____________________________________________

Prof. Isaac Volschan Junior, D.Sc.

____________________________________________

Prof. Geraldo Lippel SantAnna Junior, Dr.Eng.

____________________________________________

Prof. Pedro Alem Sobrinho, D.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

DEZEMBRO DE 2006


2/131

ii

IZQUIERDO, BIBIANA KARINA HERNNDEZ

Estudo do Comportamento de um Sistema de

Lodos Ativados com Reator de Leito Mvel

[Rio de Janeiro] 2006.

XV, 116 p. 29,7 cm

(COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Civil,

2006)

Dissertao - Universidade Federal do

Rio de Janeiro, COPPE

1. Reator de Leito Mvel (MBBR)

2. Qualidade da gua

3. Lodos Ativados

I. COPPE/UFRJ II. Ttulo ( srie )


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iii

Este trabalho dedicado aos meus pais, Hugo Alberto Hernndez Herdenes e

Guadalupe Izquierdo de Hernndez, meu esposo, Fabio Orlando Surez Castrilln e

a meu filho, Gabriel David Surez Hernndez.


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iv

Agradecimentos

Muitos foram aqueles que contriburam de algum modo para a concluso deste

trabalho. No entanto, algumas pessoas tiveram participao mais significativa nesta

etapa de minha vida, sendo este o momento oportuno para registrar a minha enorme

gratido a elas.

Meu primeiro agradecimento dedicado ao Prof. Eduardo Pacheco Jordo, meu

orientador, pelos conhecimentos transmitidos e pelo acompanhamento na produo da

dissertao. Registro assim minha admirao por seu talento, seu conhecimento e sua

inteligncia. Agradeo tambm ao meu orientador Prof. Jos Paulo Soares de

Azevedo por todas as oportunidades oferecidas ao longo deste perodo de pesquisa.

Gostaria tambm de agradecer de maneira muito especial o Eng. ngelo, diretor da

empresa Ambio Engenharia, que foi um colaborador sempre presente nesta pesquisa.

equipe do LEMA (Laboratrio de Engenharia do Meio Ambiente da Escola

Politcnica da UFRJ) registro minha gratido por toda a dedicao e empenho durante

o desenvolvimento do trabalho experimental.

Ao Laboratrio da FIOCRUZ, em especial ao Wagner, ao Dr. Ernesto Hofer e Dr

Ana Luca Lauria, agradeo pelo comprometimento durante o desenvolvimento do

estudo bacteriolgico. Destaco tambm a Eng Simone Vendramel (Laboratorio de

Poluio das guas PEQ/COPPE), pessoa que me orientou durante o estudo de

protozorios. Ao PROSAB e ao CT-Hidro que colaboraram diretamente para a

realizao da Estao de Tratamento (CETE/EFRJ) e as anlises nesta pesquisa.

Meu reconhecimento aos operadores do Centro Experimental, Paulo Cesar e Marcelo,

que com tanta responsabilidade e dedicao me ajudaram a encarar todos os

problemas apresentados nesta pesquisa. Esses, alm de colegas de trabalho, se

tornaram amigos.

Agradeo aos colegas e funcionrios do LHC e DRHIMA e, em especial, a Iene por

sua colaborao direta neste trabalho e por sua amizade. Deixo por fim minha sincera

gratido a todas as pessoas que convivi durante o mestrado, por colaborarem to

ricamente para minha aprendizagem aqui no Brasil.


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v

Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos

necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)

ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE UM SISTEMA DE LODOS ATIVADOS COM

REATOR DE LEITO MVEL (MBBR)


Dezembro/2006

Orientadores: Jos Paulo Soares de Azevedo

Eduardo Pacheco Jordo

Programa: Engenharia Civil

O presente documento busca comparar a performance de um tratamento de Lodos

Ativados convencional, operando sob condies tpicas, com um Sistema de Lodos

utilizando Leito Mvel, incrementando sua vazo 2.5 vezes a mais da utilizada no

tratamento de Lodos Ativados convencional, no qual se obteve eficincia de remoo

para DQO entre 8893%, para DBO entre 88-94% e para SST entre 88-98%. O meio

suporte usado nesta pesquisa de forma cilndrica, lisa na superfcie e com divises

em sua parte interna. Suas dimenses so 23 mm de dimetro e 25 mm de altura. Amassa especfica de cada meio suporte encontra-se entre 0,99 e 1,00 g/cm3, sua rea

de 0,0222 m2 e rea superficial ou de contacto equivalente a 443,50 m2/m3. O

sistema foi instalado na unidade de lodos ativados do CETE/UFRJ, com vazo varivel

de 0,39 a 0,95 L/s, tendo operado por 13 meses. Com o uso desta tecnologia (MBBR)

foi possvel manter a mesma eficincia com aumento das vazes e com relaes A/M

crescentes desde 0,20 a 1,00 d-1. Pode-se concluir nesta pesquisa que mesmo com o

crescimento da relao A/M aproximadamente de 5 vezes, e da vazo de 2,5 vezes,

manteve-se a mesma eficincia, o que significa grande economia no dimensionamentodo tanque de aerao.


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vi

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

Study of the performance of the activated sludge system with a moving bed biofilmreactor (MBBR).


Dezember/2006

Advisors: Jos Paulo Soares de Azevedo

Eduardo Pacheco Jordo

Department: Civil Engineering

The present dissertation seeks to compare the performance of a standard Activated

Sludge treatment, operating under typical conditions, with that of a Sludge System

using Moving Bed, increasing the original flow rate up to 2.5 times that employed in the

standard activated sludge treatment. The resulting removal efficiencies for COD ranged

from 88 to 93%, that of BOD removal from 88 to 94%, and that of TSS from 88 to 98%.

The engineered plastic media (carriers) adopted in this research are cylindrical, have

smooth surfaces and are baffled inside. They are 23 mm long and 25 mm high. The

density of each carrier lies between 0.99 and 1.00 g/cm3, its area is 0.0222 m2 and its

surface area or equivalent contact area is 443.50 m2/m3. The system was set up in the

activated sludge unity of CETE/UFRJ, with variable flow rate ranging from 0.39 to 0.95

L/s, and was in operation over 13 months. By using this technology (MBBR), it was

possible to keep the same efficiency with increasing flow rates and increasing food-

microorganism rates ranging from 0.20 to 1.00 day-1. It can be concluded, from the

experimental results, that despite the approximately 5 times increase in the food-

microorganism rate and the 2.5 increase in the flow rate, the same efficiency was kept,

which means a substantial saving in the dimensioning of the aeration tank.


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vii

NDICE

1. INTRODUO 01

2. OBJETIVOS 022.1. Objetivo Geral 02

2.2. Objetivos Especficos 02

3. REVISO BIBLIOGRFICA 03

3.1. Legislao Ambiental 03

3.2. Legislaes Ambientais Estaduais 04

3.3. Reator de Leito Mvel 06

3.3.1. Breve histrico da tecnologia MBBR 06

3.3.2. Princpios de funcionamento da tecnologia MBBR 07

3.3.3. Parmetros clssicos operacionais 103.3.3.1. Tempo de deteno hidrulica 10

3.3.3.2. Slidos em suspenso no tanque de aerao 11

3.3.3.3. Matria Orgnica 14

3.3.3.4. Carga Orgnica 15

3.4. Desempenho do Processo MBBR 15

4. METODOLOGIA 18

4.1. Descrio da unidade experimental 18

4.2. Caracterizao da unidade experimental 19

4.2.1. Tratamento preliminar 194.2.2. Reator ou tanque de aerao 21

4.2.3. Decantadores secundrios 21

4.2.4. Sistema de recirculao 23

4.3. Condies operacionais 25

4.3.1. Fase preliminar 25

4.3.2. Fase Experimental 25

4.3.2.1. Fase A 26

4.3.2.2. Fase B 26

4.4. Caracterizao do meio suporte mvel (MBBR) 284.5. Monitoramento da unidade 32

4.5.1. Perodo de monitoramento 32

4.5.2. Sistema de amostragem 32

4.5.3. Parmetros Fsico-Qumicos 33

4.5.4. Clculo do ndice Volumtrico do Lodo (IVL) 33

4.5.5. Clculo de slidos em suspenso no descarte do lodo em excesso 33

4.5.6. Caracterizao da Vazo de Recirculao 34

4.5.7. Parmetros microbiolgicos 34

4.5.8. Anlises Estatsticas 384.6. Padres de Lanamento de Efluentes 39


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viii

5. RESULTADOS E DISCUSSO 40

5.1. Estatstica descritiva 47

5.1.1. Apresentao dos resultados 47

5.1.2. Discusso dos resultados 70

5.2. Slidos em Suspenso Totais e Volteis no Tanque de Aerao 715.2.1. Apresentao dos resultados 71


5.3. Determinao de parmetros no tanque de aerao 74

(A/M, Td, IVL, IL e OD)



5.4. Anlise microbiolgica 78


5.4.1.1. Protozorios e rotferos 785.4.1.2. Bactrias 81


5.4.2.1. Protozorios e rotferos 82

5.4.2.2. Bactrias 82

5.4.2.3. Organismos filamentosos 82

5.5. Anlise de nutrientes 82

5.6. Caracterizao do lodo de descarte 82


5.6.2. Discusso dos resultados 835.7. Recirculao de Lodo 83



5.8. Relao ao atendimento aos padres de lanamento do efluente 84



6. CONCLUSES 86

7. RECOMENDAES 88

8. REFRENAS BIBLIOGRFICAS 89ANEXO A 94

ANEXO B 103


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ix

LISTA DE ABREVIATURAS

A/M Relao Alimento Microrganismo

CETE-Poli/UFRJ Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da EscolaPolitcnica da UFRJ

COT Carbono Orgnico Total (mg/l)

DBO Demanda Bioqumica de Oxignio (mg/l)

DQO Demanda Qumica de Oxignio (mg/l)

DQO a Demanda Qumica de Oxignio do afluente (mg/l)

DBO e Demanda Bioqumica de Oxignio de eflunte (mg/l)

DBO sol Demanda Bioqumica de Oxignio Solvel (mg/l)

DP Desvio Padro

Ho Hipteses Nula

H1 Hipteses Alternativa

IL Idade do Lodo (dia)

IVL ndice Volumtrico do Lodo

MBBR Reator de Leito Mvel (Moving Bed Biofilm Reactor)

OD Oxignio Dissolvido (mg/l)

Q Vazo (m3/s ou L/d)

Qa Vazo do afluente (m3/s ou L/d)

Q Vazo de descarte (m3/s ou L/d)

SD30 Volume do lodo (ml) que se sedimenta num cone graduado de 1L, aps media hora em repouso

So Concentrao de DBO5 afluente (mg/l)

SS Concentrao dos Slidos em Suspenso (mg/l)

SST Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais (mg/l)

SSTA Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais no Tanque de

Aerao(mg/l)


10/131

x

SSTa Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais do afluente

(mg/l)

SSTe Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais do efluente

(mg/l)

SSV Concentrao dos Slidos em Suspenso Volteis (mg/l)

TA Tanque de Aerao

TAmb Temperatura Ambiente

TAS Taxa de Aplicao Superficial

Td Tempo de Deteno Hidrulica (s)

TL Teor de Slidos (mg/l)

V Volume (m3)

Xav Concentrao de Slidos em Suspenso Volteis no Tanque de

Aerao (mg/l)

Xuv Concentrao de Slidos em Suspenso Volteis no Descarte

(mg/l)


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xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 Vantagens e desvantagens do processo de Lodos Ativados.

Tabela 3.2 Condies de sedimentao de lodo segundo valores de IVL.

Tabela 3.3 Eficincia de remoo mnima ou concentrao mxima de matria

orgnica exigida.

Tabela 3.4 Concentraes mximas permitidas para DQO, DBO e SST para

diferentes estados Brasileiros.

Tabela 4.1 Resumo das caractersticas das unidades do CETE Poli/UFRJ.

Tabela 4.2 Caractersticas das Fases A e B

Tabela 4.3 Nomenclatura das fases com relao as diferentes vazes.

Tabela 4.4 Pontos de coleta.

Tabela 4.5 Parmetros analisados nos diferentes pontos de coleta.

Tabela 5.1 Resultados Mdios de concentraes (DQO, DBO e SST) da Fase

Preliminar.

Tabela 5.2 Resultados Mdios de concentraes (DQO, DBO e SST) da Fase A

Tabela 5.3 Resultados Mdios de concentraes (DQO, DBO e SST) da Fase B

Tabela 5.4 Valores mdios, mximos e mnimos de resultados complementares

dentro do Tanque de Aerao.

Tabela 5.5 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de DQO

Tabela 5.6 Estatsticas descritivas das concentraes efluentes de DQO

Tabela 5.7 Estatsticas descritivas das eficincias de DQO

Tabela 5.8 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de DBO

Tabela 5.9 Estatsticas descritivas das concentraes efluentes de DBO

Tabela 5.10 Estatsticas descritivas das eficincias de DBO

Tabela 5.11 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de DBO solvel

Fase II

Tabela 5.12 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de SST

Tabela 5.13 Estatsticas descritivas das concentraes efluentes de SST


12/131

xii

Tabela 5.14 Estatsticas descritivas das eficincias de SST

Tabela 5.15 Resumo das concentraes de DQO e DBO afluentes e efluentes com

MBBR (mg/l)

Tabela 5.16 Clculo da mdia do coeficiente X para cada vazo da Fase BTabela 5.17a Resultados Mdios de SS no tanque de aerao na Fase A

Tabela 5.17b Resultados Mdios de SS no tanque de aerao na Fase B

Tabela 5.18 Clculo da massa de SSTA

Tabela 5.19 Valores mdios de A/M, A/M equivalente e IVL na Fase A e B

Tabela 5.20 Resultados estatsitcos do parmetro A/M e A/M equivalente

Tabela 5.21 Resultados Td

Tabela 5.22 Resumo valores mdios de OD

Tabela 5.23 Resumo da classe predominante de protozorios e rotsfero

Tabela 5.24 Resumo Bactrias detectadas nas anlises microbiolgicas

Tabela 5.25 Anlises tpicas do lodo descartado

Tabela 5.26 Mdias das concentraes (DQO, DBO e SST) e carga orgnica em

cada nas Fases A e BTabela 5.27 Desempenho das unidades segundo diferentes vazes comparadas s

legislaes estaduais.


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xiii

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 Diferentes modelos de meios suportes para uso da tecnologia MBBR

Figura 4.1 Fluxograma da CETE Poli/UFRJ.

Figura 4.2 Fluxograma do processo de Lodos Ativados da CETE Poli/UFRJ.

Figura 4.3a Entrada de esgoto e grade

Figura 4.3b Caixa de areia ou desarenador

Figura 4.4a Tanque de aerao

Figura 4.4b Entrada do esgoto afluente e recirculao no tanque de aerao

Figura 4.5a Decantador vazio

Figura 4.5b Vista geral dos decantadores secundrios

Figura 4.6 Defletor concntrico ou bafle

Figura 4.7a Sada do efluente do decantador

Figura 4.7b Medidor Parshall no decantador secundrio

Figura 4.8a Vista geral do sistema de recirculao

Figura 4.8b Sada da tubulao dos decantadores secundrios

Figura 4.8c Chegada da tubulao a calha de concreto

Figura 4.8d Entrada do lodo a calha de concreto

Figura 4.8e Passagem do lodo pela calha parshall

Figura 4.9a Meio suporte

Figura 4.9b Tanque de 1 m3 preenchido com meio suporte

Figura 4.10a Pesagem do meio suporte com biofilme aderido

Figura 4.10b Meio Suporte na cpsula de porcelana

Figura 4.10c Meio suporte dentro da estufa

Figura 4.10d Meio suporte com biofilme seco

Figura 4.10e Pesagem do meio suporte com biofilme aderido

Figura 4.10f Pesagem do meio suporte sem biofilme

Figura 4.11a Placa de Petri com amostra


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xiv

Figura 4.11b Microscpio Hund Wetzlar

Figura 4.11c Lentes de aumento

Figura 4.12a Cmara de proteo biolgica ( Veco/Bio-protector 09)

Figura 4.12b Placas de petri se semeadura

Figura 4.12c Placas de petri com crescimento de bactrias

Figura 4.12d Centrfuga ( Eppendorf/Centrifuge 5810R)

Figura 5.1 Series Temporais - concentrao afluente-efluente DQO

Figura 5.2 Series Temporais - concentrao efluente DQO

Figura 5.3 Series Temporais - concentrao afluente-efluente DBO

Figura 5.4 Series Temporais - concentrao efluente DBO

Figura 5.5 Series Temporais - concentrao efluente DBO solvel

Figura 5.6 Series Temporais - concentrao afluente-efluente SST

Figura 5.7 Series Temporais - concentrao efluente SST

Figura 5.8 Series Temporais das eficincias DQO

Figura 5.9 Series Temporais das eficincias DBO

Figura 5.10 Series Temporais das eficincias SST

Figura 5.11 Grfico Box-Wiskersda DQO afluente

Figura 5.12 Grfico Box-Wiskersda DQO efluente

Figura 5.13 Grfico Box-Wiskersdas eficincias de DQO

Figura 5.14 Grfico Box-Wiskersda DBO afluente

Figura 5.15 Grfico Box-Wiskersda DBO efluente

Figura 5.16 Grfico Box-Wiskersdas eficincias de DBO

Figura 5.17 Grfico Box-Wiskersda DBO solvel Fase B efluente

Figura 5.18 Grfico Box-Wiskersda SST afluente

Figura 5.19 Grfico Box-Wiskersda SST efluente

Figura 5.20 Grfico Box-Wiskersdas eficincias de SST

Figura 5.21 Porcentagem de remoo mdia, 75% e 90% em relao as fases para

DQO


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xv

Figura 5.22 Porcentagem de remoo mdia, 75% e 90% em relao s fases para

DBO

Figura 5.23 Porcentagem de remoo mdia, 75% e 90% em relao s fases para

SST

Figura 5.24 Serie Temporal do coeficiente X na Fase B

Figura 5.25 Concentrao afluente, mg DBO/l Vs Taxa de Aplicao Orgnica

utilizando o MBBR, g DBOa/m2d

Figura 5.26 Remoo de DQO ( % ) Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR,

g DBOa/m2d

Figura 5.27 Concentrao efluente, mg DBO/l Vs Taxa de Aplicao Orgnica com

MBBR, g DBOa/m2d

Figura 5.28 Remoo de DBO ( % ) Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR,

g DBOa/m2d

Figura 5.29 A/M Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR, g DQOa/m2d

Figura 5.30 A/M Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR, g DBOa/m2d

Figura 5.31 A/M Vs Remoo de DQO

Figura 5.32 A/M Vs Remoo de DBOFigura 5.33 Comparao entre SST e SST equivalentes no Tanque de Aerao com

MBBR

Figura 5.34 Comparao entre SSV e SSV equivalentes no Tanque de Aerao

com MBBR

Figura 5.35 Sries Temporais de IVL nas fases

Figura 5.36 Sries Temporais de A/M (Fase A e B) e A/M equivalente (Fase B)

Figura 5.37 Grfico Box-Wiskersde A/M para as Fases

Figura 5.38 Metazorio: Classe Rotfera

Figura 5.39 Protozorio: Classe Ciliado Penduculado (Epistylis)

Figura 5.40 Protozorio Ameba

Figura 5.41 Protozorio: Ciliados livres Natantes

Figura 5.42 Protozorio: Classe Mastigophora

Figura 5.43 Metazorio: Classe Nematoda


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1

1. INTRODUO

Ao fim do sculo XIX e incio do sculo XX, o estudo do tratamento biolgico de

esgotos estava apenas iniciando, dando-se maior nfase aos processos de filtraobiolgica. Ento, entre 1913 e 1914, surgiu um novo processo de tratamento biolgico

que utilizava biomassa suspensa, chamado Lodos Ativados. Tal tecnologia era capaz

de produzir efluentes claros, lmpidos, sem odor e de alta qualidade.

Esse processo, atualmente adotado em praticamente todo o mundo, evoluiu e

estimulou novas pesquisas que buscavam otimiz-lo com vistas a aumentar sua

capacidade de tratamento e mantendo as eficincias de remoo de matria orgnica

e nutrientes, sem necessidade de se realizarem obras civis nas estaes jimplantadas. Surgiu, ento, na Noruega, a tecnologia denominada Moving Bed Biofilm

Reactor, mais conhecida como MBBR ou Reator de Leito Mvel, empregada h mais

de dez anos nos pases europeus.

Apesar de pesquisas comprovarem o excelente desempenho do MBBR na remoo

de matria orgnica, observa-se que a aplicao do processo ainda incipiente no

Brasil.

O presente trabalho tem como principal objetivo estudar o desempenho dessa

tecnologia, utilizando meios suporte de maiores dimenses que quelas conhecidas

no comrcio internacional, sob condies climticas tpicas e elevada vazo de esgoto

aplicada a uma unidade de lodos ativados existente. A pesquisa desenvolveu-se

segundo duas diferentes fases: (i) caracterizao do processo de Lodos Ativados de

Aerao Prolongada em funcionamento no Centro Experimental de Tratamento de

Esgoto CETE-Poli/UFRJ (Fase I); (ii) implementao da tecnologia MBBR, com a

insero de 10% e 20% de recheio no tanque de aerao do processo de Lodos

Ativados existente e aumento de vazo em at 2,5 vezes quela aplicada na Fase A

(Fase B).

No presente trabalho as denominaes de Reator de Leito Mvel ou MBBR sero

utilizadas como sinnimos para referncia da tecnologia. A utilizao dessa ltima

mais comum, sendo essa sigla reconhecida por estudiosos do mundo inteiro.


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2

2. OBJETIVOS

2.1. Objetivo Geral

Avaliar o desempenho de uma unidade de tratamento de Lodos Ativados utilizando a

tecnologia MBBR quando comparada ao processo de Lodos Ativados de Aerao

Contnua.

2.2. Objetivos Especficos

Avaliar o comportamento de um Sistema de Lodos Ativados de Aerao

Contnua sob uma determinada relao de A/M.

Nas mesmas condies anteriores, avaliar o comportamento do Sistema de

Lodos Ativados aps preenchimento parcial com meio suporte, transformando-

o em Sistema de Leito Mvel (MBBR).

Avaliar o comportamento do Sistema MBBR quando so aplicadas diferentes

vazes, cargas no reator biolgico, crescentes taxas de escoamento superficial

no decantador e diferentes relaes A/M.

Para as condies anteriores, verificar o crescimento microbiolgico, atravs

de observaes preliminares dos principais microrganismos presentes e

eventual intumescimento do lodo (bulking).

Verificar a formao do biofilme no meio suporte e sua influncia no processo

de tratamento.

Comparar os resultados obtidos com os principais parmetros legais de

lanamento nos estados de Rio de Janeiro, So Paulo e Minas Gerais.


18/131

3

3. REVISO BIBLIOGRFICA

3.1 Legislao Ambiental

Por causa da escassez de gua a lei federal n 6938/81 define a POLTICA

NACIONAL DO MEIO AMBIENTE, que discorre sobre o uso racional dos recursos

ambientais.

A POLTICA NACIONAL DO MEIO AMBIENTE est constituda da seguinte maneira:

SISNAMA (SISTEMA NACIONAL DO MEIO AMBIENTE): encarregado de coordenar,

por meio do Sistema Nacional de Informaes sobre o Meio Ambiente (SISNAMA), o

intercmbio de informaes entre os rgos a ele integrados, permitindo a obteno

de subsdios necessrios tomada de decises na rea.

CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente): rgo consultivo e deliberativo do

SISNAMA.

SEMA (Secretaria do Meio Ambiente): rgo de poder executivo que tem como

finalidade planejar, coordenar, supervisionar e executar aes governamentais

relacionadas aos recursos do meio ambiente, visando o fortalecimento da economiado Estado e a melhoria da qualidade de vida de sua populao.

IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renovveis):

rgo executor das leis ambientais no Brasil.

A fiscalizao e o controle dos critrios, normas e padres de qualidade ambiental

cabem aos estados e municpios, atravs dos rgos estaduais ou municipais,

encarregados de aplicar as normas tanto federais como estaduais e municipais; tal o

caso da FEEMA (Fundao Estadual de Engenharia do Meio Ambiente no Rio deJaneiro), da FEAM (Fundao Estadual do Meio Ambiente em Minas Gerais) e outros

organismos.

Os critrios e padres de qualidade da gua so desenvolvidos em funo do uso das

guas. No Brasil, a resoluo CONAMA n 357 de 17/03/05 dispe sobre a

classificao dos corpos dgua e fornece diretrizes ambientais para o seu

enquadramento, bem como estabelece as condies e os padres de lanamento de

efluentes aos corpos receptores.


19/131

4

3.2 Legislaes Ambientais Estaduais

As legislaes ambientais de cada estado permitem estabelecer, em complementao

legislao federal, limites aos parmetros principais que controlam os lanamentos

de efluentes nos diversos corpos dgua. Entre os principais parmetros considerados,

tem-se: DBO, DQO e SST.

Na presente dissertao, alm da legislao do estado do Rio de Janeiro (onde foi

desenvolvido o trabalho) sero mencionadas outras legislaes, como as de Minas

Gerais e So Paulo, estados vizinhos ao Rio de Janeiro e de grande importncia na

rea ambiental.

No estado do Rio de Janeiro encontra-se em vigor a Diretriz DZ-215R-3, que controla

as cargas orgnicas biodegradveis em efluentes lquidos de origem no industrial;essa diretriz estabelece exigncias de controle de poluio das guas enfocadas para

os nveis mnimos de remoo de carga orgnica, baseados em nveis de tecnologia

existentes, independente da capacidade assimilativa dos corpos receptores. Alm

dessas, prev exigncias adicionais sempre que for necessria a compatibilizao dos

lanamentos com os critrios e padres de qualidade de gua, estabelecidos para o

corpo receptor, segundo seus usos benficos e classes que agrupam determinados

usos preponderantes (CONAMA n 357).

A DZ-215R-3 estabelece uma relao para eficincia de remoo mnima ou

concentrao mxima permitida de DBO e SST (RNFT) com a carga orgnica bruta,

como parmetro de lanamento, conforme tabela abaixo.

Tabela 3.1 Eficincia de remoo mnima ou concentrao mxima de matriaorgnica exigida

Concentraes MximasPermitidas

(mg/l)Carga Orgnica Bruta (C)(Kg DBO/dia)

Eficincia Mnima deRemoo

(%) DBO RNFT

C 5 30 180 180

5 < C 25 60 100 100

25 < C 80 80 60 60

C > 80 85 40 40

Fonte: DZ-215.R-3 FEEMA/RJ

O estado de Minas Gerais encontra-se amparado pela Deliberao Normativa COPAMn 10, de 16 de dezembro de 1986, cujo rgo estadual de gesto do meio ambiente -


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FEAM, estabelece normas e padres para qualidade das guas e lanamento de

efluentes nos corpos receptores.

Para os parmetros de maior importncia (DBO, DQO, SST) no presente estudo, a

COPAM N 10 define como valores mximos:

DBO 60 mg/l (Com tolerncia de 80%)

DQO 90 mg/l

SST100 mg/l (diria) ou

60 mg/l (mdia aritmtica mensal)

No estado de So Paulo, encontra-se em vigor o Decreto n 8468 que aprova oregulamento da Lei n 997, de 31 de maio de 1976, supervisionado pela Companhia

Estadual de Tecnologia de Saneamento Bsico e de Defesa do Meio Ambiente

CETESB. Essa lei dispe sobre a preveno e o controle da poluio do meio

ambiente.

O Decreto N 8468 prev concentrao mxima permitida para lanamento de

efluentes em corpos dgua receptores, somente de DBO, cuja concentrao pode ser,

no mximo, de 60mg/l, podendo esse valor ser ultrapassado somente no caso deefluentes de sistema de tratamento de guas residurias que reduzam a DBO em no

mnimo 80%.

Apresenta-se um quadro resumo das concentraes mximas permitidas para

diferentes parmetros, para os estados citados.

Tabela 3.2 Concentraes mximas permitidas para DQO, DBO e SST, para

diferentes estados brasileiros

Concentraes Mximas PermitidasEstado Legislao

DQO (mg/l) DBO (mg/l) SST (mg/l)

RJ DZ-215 - 40 180 (a) 40 180 (a)

MG COPAM n 10 90 (b) 60 (c) 60/100 (d)

SP Decreto 8468 - 60 (e) -

(a) Valor varivel de acordo com a carga orgnica afluente ao sistema de tratamento(b) Concentrao mxima permitida ou eficincia mnima de 90%(c) Concentrao mxima permitida ou eficincia mnima de 85%

(d) 60 mg/l de concentrao mdia aritmtica mensal ou 100 mg/l de concentrao mxima diria(e) Concentrao mxima permitida ou eficincia mnima de 80%


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Existem restries para casos especiais em alguns estados mencionados, a saber:

No Rio de Janeiro para cargas poluidoras de 80 kg DBO/d e uma populao

em torno de 1500 habitantes, a concentrao mxima permitida de DBO de

40 mg/l.

O estado de Minas Gerais prev um limite para DQO fixado em 90 mg/l e, de

acordo com a Deliberao Normativa COPAM n32, de 18 de dezembro de

1998, Artigo 15, alnea h, esse limite para DQO s poder ser ultrapassado

no caso do sistema de tratamento de guas residurias reduzir a carga

poluidora de efluente em, no mnimo, 90%.

Vale mencionar que o Rio de Janeiro o nico estado entre os pesquisados que fixa

os valores de acordo com a carga orgnica bruta, fornecendo dessa forma maior

flexibilidade s empresas envolvidas no tratamento de guas residuais.

3.3 Reator de Leito Mvel (Moving Bed Biofilm Reactor- MBBR)

3.3.1 Breve Histrico da tecnologia MBBR

Em 1988 as autoridades de Controle de Poluio da Noruega recomendaram o

desenvolvimento de um projeto de estaes pequenas de tratamento de esgoto com

grande capacidade de tratamento, baseando-se em processos biolgicos e qumicos.Esse interesse visava aproveitar a maioria das estaes existentes (aproximadamente

70% do total existente), j que elas eram de pequeno porte (leia-se estaes que

tratavam o esgoto para uma populao de 50 a 2000 pessoas).

Tomando o mencionado anteriormente como referncia comea-se a trabalhar com

diferentes cenrios de biofilmes aderidos a um meio suporte no interior do reator.

Esses tratamentos eram combinados com pr-tratamentos de grandes tanques

spticos e ps-tratamento com uso de reagentes qumicos que faziam o papel decoagulantes. Ento, uma companhia da Noruega (Kaldnes Miljoteknologi) desenvolveu

uma tecnologia chamada Reator de Leito Mvel, tambm conhecida como MBBR

(Moving Bed Biofilm Reactor). Esse trabalho contou com a ajuda da Fundao de

Pesquisa Cientfica e Industrial para Cincia e Tecnologia, da Universidade da

Noruega (SINTEF) (RUSTEN et al, 1998); a qual leva em conta a recomendao feita

pela autoridade do estado. Sua experincia foi realizada em 1992, durante o outono,

em duas estaes existentes (ODEGAARD et al, 1993). Os resultados desse trabalho

demonstraram bom desempenho do MBBR, devido principalmente otimizao dacapacidade do reator, aproveitando-se o volume j construdo da unidade. Em relao


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aos nutrientes (N e P) requeria-se maior quantidade de recheio como meio suporte no

reator ou a execuo de outros processos para facilitar a remoo de nutrientes,

como, por exemplo, a f loculao. (OBEGAARD et al, 1993; ODEGAARD, 2006).

3.3.2 Princpio de Funcionamento da Tecnologia MBBRA Tecnologia MBBR pode ser caracterizada como uma variante do processo de Lodos

Ativados. Trata-se, portanto, de um processo biolgico de tratamento de esgoto,

aplicvel para despejos domsticos e industriais. As unidades que fazem parte desse

processo so:

Tanque de aerao ou reator

Tanque de decantao ou decantador

Sistema de recirculao e de descarte do lodo

O Processo de Lodos Ativados consiste em, primeiramente, fazer passar o esgoto

afluente por um tratamento primrio (gradeamento, caixa de areia e decantao

primria) e, depois, submet-lo aerao com lodo ativado produzido em um reator

biolgico. A ocorrero as reaes bioqumicas de degradao da matria orgnica

carboncea e, em algumas condies, da parcela nitrogenada. O tempo de reteno

do reator deve permitir uma relao adequada entre carga orgnica emicroorganismos no tanque de aerao (relao A/M) e uma idade de lodo - tempo de

reteno celular - apropriada. Esse efluente , ento, encaminhado para o decantador

secundrio onde, atravs de sedimentao, sero depositados no fundo os flocos ou

slidos que tero se desenvolvido e floculado no reator.

A maior parte desses slidos ser recirculada para o reator, aumentando a biomassa

no mesmo; esse processo o responsvel pela eficincia do sistema. A outra parte de

slidos sedimentados, denominada lodo em excesso, ser retirada do processo. Oesgoto que verte na superfcie do decantador pela canaleta o efluente j tratado.

Segundo JORDO & PESSOA (2005) o Lodo Ativado o floco produzido no

tratamento do esgoto bruto ou decantado, devido o crescimento de bactrias zooglias

ou outros organismos e a presena de oxignio dissolvido, e acumulado em

concentrao suficiente graas ao retorno de outros flocos previamente formados.


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Vale ressaltar que esse processo apresenta algumas vantagens e desvantagens em

relao a outros processos; dentre as principais, descritas por JORDO & PESSOA

(2005), esto:

Tabela 3.3 Vantagens e desvantagens do processo de Lodos Ativados

VANTAGENS DESVANTAGENS

Maior eficincia no tratamento Operao mais delicada

Maior flexibilidade na operao Necessidade de completo controle delaboratrio

Menor rea ocupada em relao filtraobiolgica e lagoas

Custo maior de operao em relao ao filtrobiolgico

O funcionamento da Tecnologia MBBR consiste em introduzir, no tanque de aerao

de um processo de Lodos Ativados, peas plsticas cilndricas (meios de suporte), que

ficaro flutuando e movimentando-se dentro dele. s peas plsticas ficar aderida

uma biomassa, ou biofilme, que permitir o aumento da massa e da concentrao de

slidos no tanque de aerao, sendo possvel obter-se uma concentrao de slidos

disponveis no tanque de aerao superior que se mantm apenas em suspenso,

permitindo melhor eficincia do processo e utilizando um mesmo volume de reator.

O material utilizado para sua fabricao polietileno, cuja densidade varia de acordo

com o fabricante. Segundo PASTORELLI et al. (1997) a densidade deve ser menor

que 1g/cm3. ODEGAARD et al (1994) prope que as dimenses dos cilindros com

densidade de 0,95 g/cm3 sejam: dimetro entre 10 e 20 mm; largura entre 7 e 30 mm.

Apresentam-se, na figura 3.1, alguns tipos de meio suporte utilizados, atualmente, no

MBBR (ODEGAARD et al, 1993; ODEGAARD et al, 1994; RUSTEN et al, 1998;

ANDREOTTOLA et al, 2000).


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No presente estudo foi usado um meio suporte fabricado pela empresa AMBIO,

detalhado no item 4.4 adiante, cujas dimenses so: 23 mm de dimetro e 25 mm de

altura.

O conceito bsico para a introduo desses pequenos meios suporte no tanque de

aerao obter maior rea de superfcie para o crescimento de biofilme ou biomassa

nessa unidade. Assim, em volumes menores de reator biolgico, aumentar-se-ia a

atividade biolgica e promover-se-ia alto tempo de reteno celular. Desse modo,

facilita-se o aumento da capacidade de remoo de matria orgnica e nitrogenada.

Para saber a quantidade adequada de meios suporte que se deve introduzir no tanque

de aerao, preciso conhecer a superfcie especfica potencial de crescimento do

biofilme, o que depende do tamanho e do desenho da pea. usual referir-se

quantidade de peas a adicionar no tanque de aerao como um percentual do seu

volume. Segundo estudos feitos por ODEGAARD et al (1993); ODEGAARD et al

(1994); RUSTEN et al (1998); ANDREOTTOLA et al(2000), o mximo que deve ser

adicionado em um tanque de aerao 70% do seu volume. ODEGAARD et al(1994)

introduziu em seus estudos 70% de meios suporte no tanque de aerao, sendo a

rea especfica da pea de 500m2/m3, portanto, a rea mxima efetiva especfica de

criao de biofilme de 350m2/m3 de tanque.

O percentual adicionado, em termos de volume do tanque de aerao, e a superfcie

especfica de cada pea, indicam a rea total disponvel para criao do biofilme.

Assim, assume grande importncia a superfcie especfica da pea, sendo usual

Figura 3.1 Diferentes modelos de meio

suporte para uso da tecnologia MBBR


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encontrarem-se valores na faixa de 335 a 350 m2/m3 para 70% do volume

(ODEGAARD, 2006).

Dentre as principais vantagens da tecnologia de Leito Mvel (MBBR) tem-se ento:

Permite o uso de sistemas reduzidos e compactos.

No se observa colmatao das peas, como pode acontecer nos leitos

fixos, evitando saturao do sistema.

Permite a supresso da etapa de recirculao do lodo.

Apresenta menor sensibilidade aos picos de carga hidrulica e orgnica.

Apresenta menor sensibilidade s variaes de pH e de temperatura.

Apresenta menor custo operacional.

Permite a reduo do custo de implantao.

Apresenta-se como soluo para upgradeem ETEs existentes.

3.3.3 Parmetros Clssicos Operacionais

Como a tecnologia MBBR funciona dentro de um processo de Lodos Ativados

Convencional ou de Aerao Prolongada, os parmetros operacionais de controle de

qualidade do efluente so os mesmos, alterando-se, no entanto, suas faixas usuais de

aplicao. Na continuao so mencionados os principais parmetros e os aspectos

interferentes na tecnologia MBBR.

3.3.3.1 Tempo de Deteno Hidrulica (Td)

O tempo de deteno hidrulica a relao entre o volume do reator e a vazo do

esgoto afluente.

Td = V/Q

Onde:

V = volume do reator ou tanque de aerao

Q= vazo afluente


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3.3.3.2 Slidos em Suspenso no Tanque de Aerao (SSTA ou Xa)

O controle dos SSTA de grande importncia j que representa a biomassa no reator

e um parmetro selecionado no projeto para a operao do sistema.

Segundo a Norma ABNT 570, a concentrao de slidos em suspenso no interior dotanque de aerao deve estar compreendida entre 1500 e 6000 mg/l.

Os principais parmetros que sofrem variao no processo de Lodos Ativados esto

descritos a seguir.

Relao Alimento / Microrganismo (A/M)

Essa relao mede a razo entre o alimento presente no esgoto afluente ao reator e

os organismos. um parmetro de grande importncia no controle operacional do

tratamento por lodos ativados, tambm utilizado no dimensionamento desse processo.

A equao para calcular a relao A/M :

A/M = Q.So / (V.Xav)

Onde:

Q = vazo do afluente

So = Concentrao de DBO5 afluente

V = Volume reator

Xav = Concentrao dos SSV no reator

O aumento de Xav tambm influencia esse parmetro, devido ao fato de existir um

aumento de biomassa dentro do tanque, gerando, dessa forma, maior capacidade de

recebimento de substrato e, conseqentemente, beneficiando o aumento da

quantidade de esgoto a tratar.

Segundo a Norma ABNT-570, a relao A/M deve ser encontrada entre 0,07 e 1,1 Kg

DBO5 / Kg SSVTA.d.

Idade do Lodo ou Tempo de Residncia Celular (IL)

Representa o tempo mdio que uma partcula em suspenso permanece sob aerao

(JORDO & PESSOA,2005). Pode ser calculado atravs da relao entre a massa de

slidos no sistema e a massa de slidos retirada do sistema, por unidade de tempo.


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IL = Xav.V / (Xuv.Q)

Onde:

Xav = Concentraes de Slidos em Suspenso Volteis no reator.

V = Volume do reator.

Q = Vazo de descarte.

Xuv = Concentraes de Slidos em Suspenso Volteis no descarte.

Tipicamente o processo de Lodos Ativados convencional tem como valores de IL entre

5 e 15 dias. Estudos apresentados com MBBR por RUSTEN et al(1998) obtiveram IL

at 6,4 dias. Segundo a Norma ABNT 570, a IL deve estar compreendida entre 2 e 40

dias.

Condies Relativas do Lodo

A qualidade do floco formado exerce um papel fundamental no processo de

sedimentao e adensamento no decantador secundrio, porquanto a sedimentao

uma operao fsica de separao de partculas slidas com densidade superior do

lquido circulante. Por tal razo os decantadores secundrios so a ltima unidade do

sistema, j que eles so responsveis por um efluente lmpido, com baixa turbidez emenor concentrao de slidos em suspenso e de DBO, e mesmo de nutrientes

(SPERLING, 1996).

Para fins de controle operacional, os decantadores e o reator devem ser analisados

conjuntamente, visto que as duas unidades so partes integrantes e indissociveis da

etapa biolgica de tratamento.

A concentrao do teor de slidos (TL - teor de lodo) no reator pode ser determinada

atravs do cone Imhoff, que define o volume de lodo (em ml) que sedimenta num cone

graduado de um litro, aps meia hora em repouso (SD30).

Existem alguns ndices de lodo usados como ferramenta de controle do processo e

sedimentabilidade do lodo, com o objetivo de avaliar o seu comportamento na fase

biolgica. O ndice mais usado o ndice Volumtrico do Lodo(IVL), que significa o

volume, em mililitros, ocupados por um grama de lodo aps uma sedimentao de

trinta minutos. Pode ser definido como a razo entre SD30min e sua concentrao no

tanque de aerao.


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IVL = SD30min / Xa

Onde:

SD30min = volume de lodo (em ml) que sedimenta num cone graduado de um litro, aps

meia hora em repouso (mg/l).

Xa = Slidos em suspenso no reator.

Segundo SPERLING (1994a e 1994b), FRES E SPERLING (1995) e FRES (1996),

os diferentes valores do IVL correspondem a diversas condies de sedimentao de

lodo, conforme mostra a tabela 3.4.

Tabela 3.4 Condies de sedimentao de Lodo, segundo valores de IVL

SEDIMENTAO IVL (ml/g)

tima 0 50

Boa 50 100

Mdia 100 200

Ruim 200 300

Pssima > 300

Por outro lado, JORDO & PESSOA (2005) indicam que os valores do IVL entre 40 e

150 ml/g apresentam, geralmente, lodo de boa qualidade e os valores superiores a

200 ml/g indicam menor qualidade do lodo (slidos muito leves); por esse motivo, sua

sedimentao no boa.

Com a tecnologia MBBR o IVL sofreria uma considervel diminuio devido

ocorrncia de uma maior quantidade de slidos no tanque, incluindo a massa aderida,

obtendo dessa forma um menor valor do IVL. No obstante, como o IVL calculado

com a relao entre o volume de slidos que sedimenta no Cone Imhoff ou na proveta

graduada, e a concentrao de SS nesse mesmo cone ou proveta, a concentrao de

slidos a ser tomada no clculo do IVL a de Slidos em Suspenso no tanque de

aerao.


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3.3.3.3 Matria Orgnica

A matria orgnica a principal causa de poluio das guas, devido ao consumo de

oxignio dissolvido pelos microrganismos para realizar, atravs de processos

metablicos, sua degradao.

Existem dois mtodos indiretos para quantific-la: o primeiro atravs da medio de

oxignio usando como parmetros a Demanda Qumica de Oxignio (DQO), a

Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) e Oxignio Dissolvido (OD); o segundo

mtodo atravs da medio de Carbono Orgnico Total (COT).

Os parmetros controladores mais utilizados para verificar a eficincia de remoo de

matria orgnica no processo de Lodos Ativados esto descritos a seguir.

Demanda Qumica de Oxignio (DQO)

Mede o consumo de oxignio ocorrido durante a oxidao qumica da matria

orgnica. Segundo VON SPERLING (1997), a eficincia de remoo para esse

parmetro na modalidade de Lodos Ativados Convencional pode estar entre 85 e 90%

e na modalidade de Aerao Prolongada entre 90 e 95%.

Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO)

Esse parmetro retrata a quantidade de oxignio requerida para estabilizar,

biologicamente, a matria carboncea, a 20C, aps 5 dias. A DBO usada como

parmetro bsico para o dimensionamento de uma estao de tratamento de esgoto.

A DBO efluente total do processo de Lodos Ativados composta pela DBO solvel e

pela DBO particulada ou em suspenso.

Segudo VON SPERLING (1997), a eficincia de remoo para esse parmetro na

modalidade de Lodos Ativados Convencional est entre 85 e 95% e na modalidade de

Aerao Prolongada entre 93 e 98%.

Oxignio Dissolvido (OD)

Tal como no processo de Lodos Ativados Convencional, a aerao cumpre um papel

importante na aplicao da tecnologia MBBR; primeiro por manter em movimento o

meio suporte adicionado no tanque e, segundo, por proporcionar o oxignio

necessrio para manter ativa a biomassa no tanque.


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Segundo a Norma ABNT 570, a concentrao de Oxignio Dissolvido no tanque de

aerao a ser considerada no dimensionamento do equipamento de aerao deve ser

de 1,5 mg/l, nos casos onde a idade do lodo superior a 18 dias, e 2,0 mg/l quando a

idade do lodo for inferior a 18 dias.

3.3.3.4 Carga Orgnica

A Carga Orgnica a concentrao de matria orgnica (DQO ou DBO) multiplicada

pelo volume, por unidade de tempo. Para a tecnologia MBBR, possvel relacionar a

carga orgnica rea de superfcie de contato do meio de suporte. A unidade de

referncia ser carga orgnica dividida pela rea de contato, dada em mg de DQO ou

DBO/m2.d.

3.4 Desempenho do Processo MBBRBORGHEI & HOSSEINI (2004) trabalharam com dois MBBR com volume unitrio igual

a 22 litros, preenchido com meio suporte de densidade e superfcie especfica igual a

0,96 g/cm e 350 m/m, respectivamente. Os tempos de deteno utilizados foram: 8,

12, 16, 20, 24 horas. A maior eficincia de remoo de DQO, equivalente a 96%, foi

obtida para Td de 8 horas. Para as cargas orgnicas volumtricas (COV) aplicadas de

0,044 kg DQO/m3.d e 0,0088 kg DQO/m3.d a eficincia de remoo da DQO foi de

75% e de 96%, respectivamente. A concentrao de OD nesse trabalho manteve-se

em torno de 4,5 mg/l.

WANG et al (2006) utilizou no seu estudo em escala de laboratrio um MBBR de

volume efetivo igual a 13 litros, a uma temperatura controlada entre 18 e 20C. A

razo entre o volume do meio suporte e o volume do reator foi de 50%. A densidade

desses meios suporte estava compreendida entre 0,95 e 0,99 g/cm e sua superfcie

especfica 320 m/m. Durante o trabalho, o Td de 6 horas manteve-se constante; j a

concentrao de OD variou entre 1, 2, 4, 6 mg/l; a DQO entre 145 e 432 mg/l; o pH

entre 6,2 e 7,5 e a relao entre DBO/DQO entre 0,31 e 0,52. Observou-se que aeficincia de remoo de DQO aumentou de 71,3 para 77,1% com o aumento da

concertrao de OD de 2 para 6 mg/l, entretanto, essa eficincia foi de 57,6% quando

a concentrao de OD usada era de 1 mg/l. A COV variou de 1,17 a 1,29 kg DQO/m3d,

para uma concentrao de OD igual a 6 mg/l; para COV igual a 1,29 kg DQO/m 3d

apresentou eficincia de remoo de DQO de 77,1%. A razo entre DBO/DQO ficou

entre 0,07 e 0,15 para concentrao de OD maior que 2 mg/l, ou seja, houve uma

maior biodegradabilidade.


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LUOSTARINEN et al (2006) trabalhou com quatro unidades MBBR, em escala de

laboratrio, com 2 litros cada. Desses reatores apenas um trabalhou de forma

contnua e com a introduo de meio suporte equivalente a 50% do seu volume; o

meio suporte apresentava 150 kg/m de densidade e 500 m/m de superfcie

especfica. O sistema MBBR era precedido de um processo anaerbio de tratamento

composto por um reator UASB seguido de tanque sptico. A vazo de operao foi de

1l/d com Td de 2,4 0,7 horas; o pH variando entre 5,7 e 7,4; nitrognio total de 15

2,6 mg/l; DQO de 57 19 mg/l; DQO dissolvida de 34 12 mg/l, mantendo a

concentrao de OD em torno de 9 mg/l e COV de 0,023 0,027 kg DQO/m3.d.

Obtm-se assim um afluente final com uma mdia de eficincia de remoo de DQO

de 68 % e DQO dissolvida de 57%. Em relao a DBO7 e SST, o efluente manteve-se

menor que 3 mg/l e em torno de 19 mg/l, respectivamente.

JAHREN et al(2002) trabalhou com um MBBR em escala laboratorial, com 8,55 litros,

onde foi introduzida uma razo, entre o volume do meio suporte e o volume do reator

de 11%, de densidade igual a 0,95 g/cm, dimetro 10mm e altura 7mm. A

temperatura foi mantida em 55C, a concentrao de OD ficou entre 2 3 mg/l. Vale

ressaltar que o aparato experimental no continha o decantador secundrio. O estudo

foi realizado com um efluente de empresa de celulose e papel denominado gua

Branca de Polpa Termoqumica. O reator foi inoculado com lodo ativado (36 g de

SSV) de um planta mesoflica que trata gua residuria de uma fbrica de papel. A

relao de SSV/SS do inculo era 0,71.O Td foi diminudo, gradualmente, de 30 h

para 14 h, depois de 70 dias de operao. O pH no reator era 8,0 8,5. Inicialmente, a

COV era de 1,5 2 kg DQO/m3.d, com aumento gradual, at atingir um valor mximo

de 3,8 kg DQO solvel/m3.d (aps 70 dias de operao). A eficincia de remoo de

DQO solvel foi de 60 65% ao longo de todo experimento, atingindo taxas de

degradao de 1,5 2,4 kg DQO solvel/m3.d. Aproximadamente 70% do nitrognio

de afluente e 40 45% do fsforo saram com o efluente. A relao de DQO

solvel/DBO solvel era 2,0 para o afluente e 3,1 para o efluente. A eficincia de

remoo de DBO solvel foi de 74 76%.

O concentrao de SSV no efluente foi de 220 600 mg/L. A quantidade de biomassa

fixa nos meios suporte aumentaram gradualmente at que chegou a um estado fixo de

1200 1600 mg SSV/l aps 78 106 dias de operao. J a quantidade total de

biomassa no reator era 1400 1900 mg SSV/l, sendo que o crescimento fixo

equivaleu a 80 85%. A relao de SSV/SS era de 0,78 no efluente e 0,91 na

biomassa fixa. O crescimento de lodo durante os 107 dias de operao do reator,


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baseado em determinaes de biomassa suspensas no efluente, teve uma mdia de

0,19 g SSV/DQO solvel removida e 0.25 g SS/g DQO solvel removida.

Estudos de RUSTEN et al(1998) mostram que possvel se obter boa qualidade do

efluente na carga da hora pico de at 40 g DQO solvel/m2

.d, mantendo-se aconcentrao de Oxignio Dissolvido acima de 3 mg O2/l. RUSTEN et al (1998)

observou tambm nesse trabalho que o percentual de eficincia de remoo de DBO

fica entre 50 80%, independente da carga orgnica aplicada. As concentraes dos

efluentes para a DBO filtrada mantiveram-se na faixa de 10 30 mg/l para carga

orgnica de at 25 g DBO filtrada/m2.d. O aumento da carga para valores superiores a

esse provocaram uma notvel deteriorao da qualidade do efluente.

A concentrao tipica de biomassa, observada por RUSTEN et al. (1994, 1995a,1998), encontra-se na faixa de 2 5 Kg SS/m3, similar a verificada nos processos de

Lodos Ativados Convencionais.

ODEGAARD (1993 e 1994) obteve eficincias de remoo de DQO total na faixa de

93,3 97,5%. No caso das estaes de Steinsholt (Noruega), a eficincia mdia de

remoo da DQO total foi de 94,4% e no Svarstad de 89%. Quando considerada a

remoo de DBO7, os resultados mdios obtidos foram de: 97,4% para Steinsholt,

98,9% para Tretten e 97,7% para Frya. Os tempos de deteno observados foram

inferiores a 1 hora (ODEGAARD, 2006).

ANDREATTOLA et al (2003), em seu estudo realizado na Itlia, observou que a

capacidade hidrulica pode ser incrementada em at 60% com o uso de MBBR. Desse

modo, possvel diminuir o tempo de deteno hidrulica em relao ao processo de

Lodos Ativados Convencional.


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4. METODOLOGIA

4.1 Descrio da Unidade Experimental

A pesquisa foi desenvolvida no Centro Experimental de Tratamento de Esgoto da

Escola Politcnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (CETE Poli/UFRJ),

localizado no Campus da Cidade Universitria da UFRJ Ilha do Fundo.

O CETE Poli/UFRJ consiste em uma central de operaes, processos e tecnologias

de tratamento de esgotos, tendo como objetivo principal a realizao de pesquisas dos

cursos de graduao e ps-graduao (especializaes, mestrados e doutorados)

voltados engenharia de recursos hdricos, sanitria e ambiental.

Essa central dotada de 13 diferentes unidades, apresentadas na figura 4.1. Na figura

4.2 apresenta-se o fluxograma da unidade experimental utilizada durante essa

pesquisa.

Figura 4.1 Fluxograma do CETE Poli/UFRJ.


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19

Figura 4.2: Fluxograma do Processo de Lodos Ativados da CETE Poli/UFRJ

O CETE Poli/UFRJ encontra-se instalado ao lado da Estao Elevatria da CEDAE

(Companhia Estadual de guas e Esgoto do Rio de Janeiro), que recalca esgotogerado no Campus Universitrio para a ETE-Penha.

4.2 Caracterizao das Unidades Experimentais

4.2.1 Tratamento Preliminar

O tratamento preliminar do CETE Poli/UFRJ comum para todos os processos de

tratamento nele implantados e constitudo por uma grade e por um desarenador,

como se observa na Figura 4.3a e 4.3b

1 Elevatria de esgoto CEDAE RJ (Bomba submersvel de alimentao do CETE Poli/UFRJ)

2 Tratamento preliminar (grade de barras)

3 Tratamento preliminar (desarenador)

4 Elevatria de alimentao do Castelo (bomba submersvel)

5 Castelo (alimenta tanque equalizador e tanque de aerao)

6 Tanque Equalizador

7 Tanque de Aerao8 Decantadores

PC 01 Ponto de coleta 01 (afluente ao CETE Poli/UFRJ)

PC 02 Ponto de coleta 02 (efluente tratado do sistema de lodos ativados)

PC 03 Ponto de coleta 03 (Tanque de Aerao)

PC 04 Ponto de coleta 04 (Recirculao)

14

32

PC 03

PC 01

Esgoto

bruto

8

PC 02

Esgoto

tratado

7

Lodo Mistura Esgoto

Misturado

PC 04

5

6


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20

A grade tem como objetivo a remoo de slidos grosseiros e est localizada a jusante

da elevatria de esgoto bruto e a montante da caixa de areia. O material empregado

para sua confeco fibra de vidro. A grade tem espessura de 0,64 cm (),

comprimento de 5 cm e espaamento de 2,5 cm. Com essas dimenses, pode-se

consider-la como uma grade do tipo mdia. Sua profundidade de 80 cm e sua

limpeza realizada, periodicamente, duas vezes por semana, de forma manual.

O desarenador tem a funo de remover os minerais de maior densidade, evitando,

dessa forma, o comprometimento de diversos equipamentos. A caixa de areia

apresenta as seguintes dimenses: largura de 0,40 m, comprimento de 2,50 m e

profundidade de 1,0 m. Ela est instalada a jusante da grade de barras e sua limpeza

tambm feita manualmente, duas vezes por semana.

Figura 4.3a - Entrada de Esgoto e Grade.

Figura 4.3b - Caixa de Areia ou Desarenador.


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21

Aps a passagem pelo tratamento preliminar, o esgoto encaminhado a uma

elevatria onde se realiza sua mistura com o efluente do tanque equalizador,

composto pela diluio de lodo seco digerido com esgoto. Essa mistura garante que

os esgotos utilizados nos experimentos tenham suas caractersticas prximas quelas

tpicas de esgoto domstico. Na elevatria, encontra-se instalada uma bomba

submersvel ABS 400 com 3450 rpm e capacidade de recalque mxima de 34 m3/h.

Essa bomba recalca o esgoto at uma torre ou castelo responsvel pela alimentao

do tanque de aerao da unidade de Lodos Ativados, mostrado na figura 4.2.

4.2.2 Reator ou Tanque de Aerao

O reator a unidade responsvel por promover a decomposio aerbica do substrato

orgnico solvel do esgoto e pela formao de flocos biolgicos, que, posteriormente,

sero removidos por sedimentao no decantador secundrio. A recirculao desses

slidos eleva a concentrao de biomassa, garantindo assim a eficincia da remoo

da matria orgnica, aqui representada pela DBO e DQO.

O tanque instalado no CETE Poli/UFRJ possui extenso de 4,5 m, largura de 1,5 m

e profundidade de 3,0 m. O sistema de aerao consta de um compressor de ar Omell

(Potencia 2,2 HP) e de uma malha difusora de bolhas finas Sanitaire (20 cermicos

porosos) instalada no fundo do tanque. O tanque pode ser visto nas figuras 4.4a e

4.4b.

4.2.3 Decantadores Secundrios

O efluente do Tanque de Aerao encaminhado para dois decantadores

secundrios, fabricados em fibra de vidro, com superfcie quadrada de 1,70 m de lado

por 2,20 m de altura. Seu formato tronco piramidal apresenta inclinao de paredes,formando um ngulo de 60, como se observa nas figuras 4.5a e 4.5b.

Figura 4.4a Tanque Aerao Figura 4.4b Entrada do Esgoto afluente e derecirculao


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22

A alimentao dos decantadores d-se pela parte superior, atravs de uma tubulao

que se estende at o espelho da gua, onde se instalou um defletor concntrico ou

baffle de 50 cm de altura, minimizando a turbulncia do escoamento. Tal detalhe

pode ser observado na figura 4.6.

Figura 4.6 - Defletor concntrico ou Baffle

A utilizao dos dois decantadores visou atender norma da ABNT NB 570/1990

Projeto de Estao de Esgoto Sanitrio, que recomenda como taxa mxima de

aplicao em um decantador secundrio o valor de 36 m3/m2d. Por considerar esse

valor elevado, Jordo & Pessoa (2005) recomendam a adoo de uma taxa inferior a24 m3/m2d, com vistas obteno de um efluente mais lmpido. Sendo assim, a taxa

mxima adotada nesse trabalho foi 24 m3/m2d, atendendo s duas referncias acima

citadas.

O efluente decantado em cada decantador verte por meio de vertedores triangulares

v-notch, seguindo para uma calha coletora (figura 4.7a), onde se encontra instalado

um medidor tipo Parshall com uma garganta de 1 (2,54 cm), que permite a medio

de vazo dos esgotos tratados (figura 4.7b) em cada um dos decantadores.

Figura 4.5b - Vista Geral dos DecantadoresSecundrios

Figura 4.5a - Decantador Vazio


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23

4.2.4 Sistema de RecirculaoA retirada do lodo do fundo dos decantadores para recirculao feita por meio de um

sistema air-lift, usando o mesmo compressor que proporciona ar ao tanque de

aerao. A vazo aproximada de retirada de cada decantador oscila entre 70 e 100 l/h,

sendo essa operao realizada continuamente.

O lodo recirculado retirado do decantador por meio de tubulaes de PVC ( = 50

mm) e Ferro Fundido ( = 60 mm) e lanado em uma calha de concreto onde se

encontra instalado um medidor de vazo tipo Parshall de garganta de 1 (2,54 cm),seguindo ento para a entrada do tanque de aerao. Esse aparato ilustrado nas

figuras 4.8a a 4.8e.

Figura 4.7a - Sada do efluente doDecantador

Figura 4.7b - Medidor Parshall noDecantador Secundrio


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24

Figura 4.8d - Entrada do Lodo a Calha deConcreto

Figura 4.8e - Passagem do Lodo pela Calha Parshall

Figura 4.8a - Vista Geral do Sistema deRecirculao

Figura 4.8c - Chegada da Tubulao a Calhade Concreto

Figura 4.8b Sada da tubulao


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25

Alm dos sistemas mencionados anteriormente, existe uma tubulao responsvel por

retirar o lodo em excesso depositado no fundo dos decantadores. Esse lodo retirado

por gravidade e levado elevatria da CEDAE atravs de uma tubulao subterrnea

de PVC ( = 100 mm).

A tabela 4.1 apresenta um resumo das principais caractersticas das unidades

descritas anteriormente.

Tabela 4.1 Resumo das caractersticas das unidades do CETE Poli/UFRJ

TratamentoPreliminar

Descrio

Grade Caixa deAreia

Reator ouTanque deAerao

DecantadorSecundrio

Material Concreto ArmadoConcretoArmado Fibra de Vidro

Comprimento (m) 2,5 4,5 1,7

Largura (m) 0,4 1,5 1,7

Altura (m) 0,8 1,0 3,0 2,2

Volume (m3) 0,8 1,0 20,25 2,7

4.3 Condies Operacionais

4.3.1 Fase Preliminar

O objetivo dessa fase foi aclimatar o processo, permitindo a obteno de algumas

informaes caractersticas de operao da unidade. O perodo de coleta ocorreu

entre os dias 08/07/2004 e 13/10/2004, cujas informaes encontram-se apresentadas

no anexo A1.

A periodicidade de coleta foi de uma vez por semana. A vazo de operao foi de 0,45

L/s encaminhada a um decantador secundrio apenas. Os parmetros analisados

foram os slidos volteis no tanque de aerao (Xav), slidos sedimentveis aps 30

minutos de decantao (SD30), ndice volumtrico de lodo (IVL) e DQO.

4.3.2 Fase Experimental

Essa pesquisa foi desenvolvida entre outubro de 2004 at outubro de 2005, dividindo-

se em duas fases operacionais descritas a seguir.


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26

4.3.2.1 Fase A

Teve como objetivo principal operar o sistema como Lodos Ativados Convencional de

Aerao Contnua e caracterizar os parmetros do processo. Seu monitoramento teve

incio no dia 20/10/2004 e estendeu-se at o dia 17/03/2005.

Os principais parmetros analisados foram DQO, DBO5, SST (afluente, efluente,

recirculao e reator), SSV (afluente, efluente, recirculao e reator), DBOsol, SD30.

Adicionalmente, foram determinados parmetros importantes, a saber: idade do lodo

(IL) e relao alimento/microrganismos (A/M). Parmetros como SST e SSV no

descarte foram amostrados a partir do dia 16/02/2005.

Inicialmente, o descarte do lodo era dado s segundas-feiras, quartas, sextas e aos

domingos, s 7 horas e nos outros dias s 13 horas. O volume descartado era de 170litros, uma vez que a concentrao de slidos no tanque de aerao era baixa em

funo das caractersticas operacionais da fase preliminar (cinco descartes dirios e

pequena recirculao). A partir do dia 16/02/05 o descarte passou a ocorrer

diariamente s 13 horas (volume de 170 L), buscando o aumento da concentrao de

slidos no reator.

A vazo de operao inicial foi igual a utilizada na Fase Preliminar (0,45 L/s), obtendo

uma taxa de aplicao superficial no decantador (TAS) de 23 m3/m2d. Aps quatro

dias de operao nessas condies optou-se por diminuir a vazo de operao para

0,39 l/s com o objetivo de diminuir a taxa de aplicao superficial para 20 m3/m2d.

Aps tal alterao observou-se um melhor desempenho do processo, evidenciado por

seus parmetros de controle. Durante a Fase A, a sedimentao secundria fez uso

de apenas um decantador.

No anexo A2 encontram-se os dados de DQO, DBO e SS determinados nessa fase,

juntamente com suas respectivas vazes e os demais parmetros obtidos ou

calculados, respectivamente.

4.3.2.2 Fase B

Essa fase teve como caracterstica a introduo do meio de suporte plstico no

Tanque de Aerao. O incio do monitoramento ocorreu em 03/05/2005, um ms aps

a insero das peas plsticas, garantindo assim a formao de biofilme na sua

superfcie.

O descarte do lodo era feito todos os dias de operao, s 13 horas, exceto algunsdias, nos quais os teores de slidos no tanque abaixavam por causa de problemas


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27

tcnicos. O volume descartado era de 370 L por cada decantador, ou seja, eram

descartados 740 L por dia.

A vazo de operao na Fase B foi de 0,59 L/s, equivalente a 1,5 vezes a vazo da

Fase A (0,39 l/s). Para evitar a elevao excessiva da taxa de aplicao superficial nodecantador, optou-se por empregar dois decantadores secundrios em paralelo. O

volume inicialmente introduzido de peas plsticas foi de 2,0 m3, equivalente a 10% do

volume do tanque de aerao. Aps duas semanas de operao nessas condies,

adicionaram-se mais 2,0 m3 de peas plsticas, operando sob a mesma vazo (0,59

l/s) e mesma TAS (15 m3/m2d). Num segundo momento, adotou-se a vazo de 0,78 l/s

e TAS de 20 m3/m2d como nova condio operacional, cujo monitoramento foi feito por

12 semanas.

Por ltimo testou-se o comportamento do sistema de tratamento para as vazes de

0,88 L/s e 0,95 L/s, com as TAS de 22 m 3/m2d e 24 m3/m2d, respectivamente. As

quantidades do meio suporte suspensas no tanque de aerao foram as mesmas

utilizadas anteriormente.

Os resultados de concentraes de DQO, DBO e SS podem ser observados no anexo

A3. No mesmo anexo apresentam-se os demais parmetros determinados para essa

fase. A tabela 4.2 apresenta um resumo das principais caractersticas das Fases A e

B. A tabela 4.3 apresenta como ser denominada cada fase com relao s mudanas

de vazes, sendo essa a nomenclatura utilizada durante a pesquisa nos grficos e

tabelas.

Tabela 4.2 - Caractersticas das Fases A e B

TAS = Taxa de aplicao superficial %V = Porcentagem de volume do reator

FaseN

AmostrasQ (l/s)

NDecantadores

A/MA/M

equivalenteTAS

m3/m2d%V

NdePeas(und)

Tempo deoperao

(dias)0,45 0,56 23 40,39 0,16 20 21

0,59 0,73 0,36 15 10 40000 60,59 0,52 0,28 15 20 80000 30,78 0,98 0,39 20 20 80000 280,88 0,78 0,35 22 20 80000 80,95 1,00 0,47 24 20 80000 8

- -1

2

-A

B

25

51


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28

Tabela 4.3 Nomenclatura das Fases com relao s diferentes vazes.

4.4 Caracterizao do Meio Suporte Mvel (MBBR)

O meio suporte usado nessa pesquisa foi fabricado e fornecido pela empresa Ambio

Engenharia. Essa pea cilndrica, lisa na superfcie e com divises em sua parteinterna, como mostra a figura 4.9a. Suas dimenses so 23 mm de dimetro e 25 mm

de altura. A densidade de cada meio suporte encontra-se entre 0,99 a 1 g/cm 3, sua

rea de 0,0222 m2 e rea superficial ou de contacto equivalente a 443.50 m2/m3.

Esse ltimo dado foi calculado nessa pesquisa e seus resultados encontram-se no

anexo A5. A determinao da quantidade de peas contidas em 1,0 m3 foi feita com

auxlio de um tanque com esse volume (figura 4.9b). O valor encontrado foi de 20.000

peas por metro cbico.

Figura 4.9a - Meio Suporte

Fase Q (l/s) %V% Vazo

aumentadaA/M

0,45 - - A"0,39 - Q1 A"0,59 10 1,5 Q1 B110,59 20 1,5 Q1 B120,78 20 2,0 Q1 B20,88 20 2,25 Q1 B30,95 20 2,5 Q1 B4

B

A


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29

Procederam-se quatro ensaios com objetivo de estimar a quantidade de biomassa

acumulada no interior das peas. Esses testes foram realizados no Laboratrio de

Engenharia do Meio Ambiente da Poli/UFRJ (LEMA Poli/UFRJ). Os primeiros trs

ensaios seguiram o seguinte protocolo (Figuras 4.10a at 4.10f):

Para cada ensaio tomaram-se 20 peas com biofilme, colocadas

separadamente em cpsulas de porcelana, sendo devidamente pesadas emuma balana analtica eletrnica (Quimis/RS232). O peso mdio da pea sem

biofilme definido como P1.

Levaram-se essas cpsulas para a estufa (Quimis/Q-317B) a uma temperatura

de 103C, por no mnimo uma hora, de forma a permitir a evaporao do

lquido.

Deixaram-se as amostras esfriarem por 40 minutos para, a seguir, serem

pesadas novamente, obtendo assim P2.

A diferena entre os pesos P1 e P2 determinou a massa de slidos retidos em

cada pea = P total.

A partir desses resultados determinou-se uma mdia para cada ensaio e uma

mdia geral; essa foi ento utilizada na determinao de SS aderida pea em

cada fase da Fase B, como est apresentada na tabela 5.18, no captulo 5.

Figura 4.9b - Tanque de 1 mpreenchido com Meio Suporte


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30

Figura 4.10a - Pesagem do Meio Suporte

com biofilme aderido

Figura 4.10c - Meio Suporte dentro daEstufa

Figura 4.10d - Meio Suporte com biofilmeseco

Figura 4.10f - Pesagem do Meio Suportesem biofilme

Figura 4.10e - Pesagem do MeioSuporte com biofilme aderido

Figura 4.10b - Meio Suporte na

cpsula de porcelana


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31

No captulo 5, a tabela 5.18 formada por dez colunas. O significado de cada coluna

explicado a seguir:

Coluna 1: Indica a Fase de clculo.

Coluna 2: Indica a Quantidade de Slidos em Suspenso Total aderidos s peas.

Considera-se esse valor constante, pois o ensaio feito para esse clculo foi realizado

durante uma fase da pesquisa.

Coluna 3: Indica a rea de contato da pea. Esse valor tambm constante durante a

pesquisa, pois as peas so iguais.

Coluna 4: Indica as Gramas de Slidos em Suspenso por metro quadrado. Calcula-se

esse valor baseando-se na relao existente entre a quantidade de SST aderidos pea e a rea de contato da pea.

Coluna 5: Indica o Nmero de pea. Esse valor calculado com dados subministrados

pela empresa fabricante, segundo a qual, por cada metro quadrado, existem 20000

peas. Durante essa fase trabalha-se com dois (40000 peas) e quatro (80000 peas)

metros quadrados.

Coluna 6: Indica a Massa Aderida, a qual se calcula ao multiplicar a coluna 2 (SST

aderidos s peas) com a 5 (Nmero de peas).

Coluna 7: Indica os Slidos em Suspenso no Tanque de Aerao, clculo obtido no

laboratrio pela mdia para cada fase.

Coluna 8: Indica a Massa em Suspenso no Tanque de Aerao. Calcula-se esse

valor ao multiplicar a coluna 7 (SSTA) pelo volume do tanque de aerao.

Coluna 9: Indica a Massa Total, a qual se calcula com a somatria entre a coluna 6

(massa aderida pea) e a coluna 8 (massa em suspenso no tanque de aerao).

Coluna 10: Indica os Slidos em Suspenso Totais Equivalentes; valor calculado pela

relao entre a coluna 9 (massa total) e o volume do tanque de aerao.


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32

4.5 Monitoramento da Unidade

4.5.1 Perodo de Monitoramento

Como foi mencionado anteriormente, o monitoramento foi feito de outubro de 2004 at

outubro de 2005. As amostragens foram do tipo amostra composta, de 8h da manhat 15h da tarde.

Na Fase A, eram realizadas duas amostragens semanais, ocorridas s quartas-feiras

e quintas-feiras. Esse procedimento estendeu-se at fevereiro de 2005. A partir de

maro de 2005 as coletas passaram a ocorrer tambm s teras-feiras, totalizando

trs amostragens semanais.

A Fase B, iniciada em maio de 2005, procedeu s coletas s teras-feiras, quartas-

feiras e quintas-feiras. Esporadicamente algumas coletas foram realizadas s

segundas-feiras.

4.5.2 Sistema de Amostragem

Os pontos de coleta de amostras e os parmetros de controle foram escolhidos de

modo a melhor monitorar o desempenho da unidade. Esses pontos esto identificados

na figura 4.2 e descritos na tabela 4.4, abaixo.

Tabela 4.4 - Pontos de Coleta.

1. A coleta composta foi feita de hora em hora, comeando s 8 horas e terminando s 15 horas, com freqncia de 3a 4 vezes por semana.

2. OD foi feito s 15 horas, diariamente.

3. A coleta simples foi do tipo pontual, realizada no horrio da manh (8-9 h) com freqncia de 4 vezes por semana.

DQODBO5

SS

DQO

DBO5SS

TurbidezpHSS

OD 2

SD30

P04 Recirculao SS Simples

Anlise Fsico-Qumico

DecantadorSecundrio

P02

P01

Ponto LocalForma de

Coleta

TanqueEqualizador Composta

1

Composta

P03Reator ouTanque deAerao

Simples 3


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33

4.5.3 Parmetros Fsicos Qumicos

Os parmetros analisados durante a pesquisa foram determinados no LEMA

Poli/UFRJ, segundo o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater

(WEF,1998) e encontram-se listados na tabela 4.5, juntamente com os respectivos

pontos de coleta.

Tabela 4.5. Parmetros analisados nos diferentes pontos de coleta.

ParmetroLugar de

Coleta Analise RealizadoP01P02P01 TotaisP02 SolvelP01

P02P03P04

OD* P03 Oxignio dissolvidoTurbidez** P04 Turbidez

Temp P03 C

Quantidade de lodosedimentado (ml) em um litro

de amostra aps 30 min

(Cone Imhoff)

SD30*** P03

Totais

Volteis

DQO Totais

DBO

SS

* OD foi determinado com auxlio de um Oxmetro Tipo OX1/SET - marca SCHOTT, com eletrodo e cabo flexvel. Esseparmetro foi medido em trs diferentes pontos na vertical do tanque de aerao: superfcie (a 2,50 m do fundo), mdio(1,25 m do fundo) e fundo (0,50 m do fundo).

** Turbidez foi medida com auxlio de dois aparelhos: Turbidmetro Nefelomtrico (OBBERCO-HELLIGE) determinao de campo, e Datalogin Porttil Spectrofotometro (unidade em FAU) determinao de laboratrio. NoAnexo A4 encontra-se uma curva que trabalha a equivalncia desse parmetro medido no campo com o medido nolaboratrio.

*** Esse parmetro foi determinado no campo com auxlio do Cone Imhoff.

4.5.4 Clculo do ndice Volumtrico do Lodo (IVL)

Embora tradicionalmente o ensaio de IVL seja feito com proveta graduada de 1000 ml,

nessa pesquisa utiliza-se Cone Imhoff de 1000 ml com decantao de 30 minutos,

tomando-se essas medidas para o clculo IVL atravs da equao 3.4. No se prev

resultados dspares.

4.5.5 Clculo de Slidos em Suspenso no Descarte do Lodo em Excesso

Para fazer tal avaliao, optou-se por conduzir o lodo acumulado nos dois

decantadores ao poo de suco da CETE Poli/UFRJ por meio das tubulaes

intercomunicantes. No tanque (de fibra de vidro) com dimenses conhecidas e vazias


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34

no momento do ensaio, tornou-se possvel medir o volume descartado atravs da

altura de lmina lquida de lodo.

Para permitir a limpeza da tubulao, nenhuma coleta foi realizada nos primeiros 30

segundos de teste. Aps esse intervalo de tempo as amostragens foram realizadasaps 30 segundos, 50 segundos e 60 segundos. Os resultados obtidos encontram-se

na tabela 5.25 do captulo 5.

4.5.6 Caracterizao da Vazo de Recirculao

Para determinar a vazo de recirculao ao reator foram realizados dois ensaios

diferentes. O primeiro consistiu em tomar o tempo requerido pelo lodo recirculado para

preencher um recipiente de volume conhecido. O ponto de monitoramento foi na sada

da tubulao que liga o fundo dos decantadores calha Parshall, precedente aotanque de aerao. Com esses valores calculou-se a vazo de recirculao. O

segundo recurso utilizado foi o controle peridico da vazo de recirculao, medida

diretamente na calha Parshall instalada a montante do tanque de aerao. Os

resultados encontrados encontram-se resumidos no anexo A.6.

4.5.7 Parmetros Microbiolgicos

As anlises microbiolgicas foram realizadas pelo Laboratrio de Controle de Poluio

de guas COPPE (Protozorios) e pelo Laboratrio de Zoonoses Bacterianas doDepartamento de Bacteriologia (IOC/FIOCRUZ), com o objetivo de identificar os

microrganismos predominantes no tanque de aerao e no meio suporte.

Microscopia de Protozorios e outros

A identificao dos protozorios predominantes foi realizada em trs diferentes

amostras, que apresentaram resultados semelhantes. O protocolo de anlises,

mostrado nas figuras 4.11a at 4.11c, est descrito a seguir:

Coletou-se em um frasco o esgoto do tanque de aerao, juntamente com

vrias peas de meio suporte;

Foi adicionada, em duas diferentes placas de Petri, uma gota de esgoto e

biomassa removida do meio suporte;

As duas placas foram levadas ao microscpio Hund Wetzlar H500, cujo

aumento usado foi de 100 e 400 vezes, possibilitando assim a identificao dos

protozorios.


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35

A identificao de protozorios e metazorios utilizou como referncia a classificao

proposta pelo manual da CETESB (1989), presente no anexo A.7 e A.8.

Bacterioscopia pelo Mtodo de Gram

As anlises para identificao das bactrias predominantes foram realizadas noIOC/FIOCRUZ. Para tanto foram coletadas 10 amostras, no perodo de operao da

Fase II, sob as vazes de 0,88 L/s e 0,95 L/s. A metodologia de ensaio dividiu-se em

duas etapas, descritas a seguir.

a. Coleta

Foram coletadas as amostras em dois frascos de 120 ml e num swab esterilizado

(meio de Carry & Blair). No primeiro frasco foi armazenado esgoto do tanque de

Figura 4.11a - Placa de Petri comamostra

Figura 4.11b - Microscpio Hund

Wetzlar H500

Figura 4.11c - Lentes de Aumento


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36

aerao e no segundo esgoto, acrescido de meio suporte. A biomassa aderida ao

meio suporte foi previamente raspada e depositada nesse ltimo frasco.

b. Atividades Laboratoriais

Os procedimentos adotados em laboratrio foram:

O contedo coletado foi distribudo em tubos com volumes idnticos (40 ml)

dentro de uma cmara de proteo biolgica (Veco/Bio-protector09) e

centrifugada a 3500 rpm por 30 minutos a uma temperatura de 4 C

(Eppendorf/Centrifuge5810R). Feita a centrifugao eliminou-se o lquido

excedente em cada tubo;

Dos tubos com os sedimentos (frascos 1 e 2) e do swab, fez-se a semeadurapor esgotamento com ala bacteriolgica em placas de Petri, utilizando trs

diferentes meios: Agar Mac Conkey (recomendado para identificao de

membros das famlias Esterobacterincesee de Baciliosde Gram-positivo no

fermentadores), Agar Nutrientes 0001 (recomendado como meio de cultivo

geral para a maior parte de microrganismos menos exigentes) e Agar

Cetrimide (recomendado como meio seletivo para Psedomonas e afins);

Aps a semeadura dos meios, feita em duplicata, as placas foram encubadasa 37C e a temperatura ambiente (28 30C) por um perodo entre 24 a 48

horas;

As colnias desenvolvidas nos diferentes meios foram selecionadas a partir

de suas caractersticas morfolgicas. Aquelas predominantes foram

inoculadas em um meio de triagem (Costa & Vrnin) e incubadas a 37C por

24 horas. Esse meio de triagem fornece as informaes sobre o

comportamento bioqumico das colnias isoladas, tais como: aes sobre alactose e/ou sacarose, hidrlise da uria, mobilidade e produo de H2S;

A leitura do comportamento fisiolgico das bactrias no meio de triagem

permitiu uma identificao presuntiva (anexo A9).


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As figuras 4.12a at 4.12d mostram os aparelhos e materiais usados IOC/FIOCRUZ

para esse estudo.

Figura 4.11a - Cmara de proteo

biolgica (Veco/Bio-protector09)

Figura 4.11b - Placas de Petri sem

semeadura

Figura 4.11c - Placas de Petri com crescimento de bactrias

Figura 4.11d - Centrfuga (Eppendorf/Centrifuge5810R)


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4.5.8 Anlises Estatsticas

Apresenta-se um resumo das estatsticas descritivas das concentraes (DQO, DBO e

SST) afluentes e efluentes da Fase A e da Fase B e as eficincias de suas respectivas

concentraes, com seus respectivos grficos Box and Wiskers (grficos obtidosmediante as planilhas de Von Sperling) dos resultados das tabelas anteriores. Os

grficos ilustram a eficincia de remoo das concentraes mdias, com 75% e com

90% percentil (DQO, DBO e SST) para cada vazo usada nessa pesquisa.

Para a Fase B, necessrio:

Aplicar, para esses mesmos parmetros (DQO, DBO e SST), a prova de

Kolmogorov, o que indica a normalidade dos dados no afluente, efluente e

eficincia. Essa informao encontrada utilizando como ferramenta um

programa de estatstica (SPSS). necessrio formular duas hipteses:

Ho = Dados que se ajustam a uma distribuio normal

H1 = Dados que no se ajustam a uma distribuio normal

Aceitando Ho quando o valor de P for superior a 0.05 e rejeitando caso contrrio,

obtm-se uma confiabilidade de 95% nos resultados.

Se o resultado apresentar normalidade nas amostras do afluente e efluente, ento o

estudo de comparao entre vazes far-se- com eficincia.

Achar a anlise de varincia para testar se existem diferenas significativas entre

as mdias dos parmetros DQO, DBO e SST, utilizando ANOVA (anlises de

varincia). Para essa anlise tomam-se as seguintes hipteses:

Ho = no existem diferenas significativas entre as mdias

H1 = existem diferenas significativas entre as mdias

Aceita-se Ho quando o valor de significncia superior a 0.05, caso contrrio

aceita-se H1, com uma confiabilidade de 95% nos resultados.

A Prova de T-Student feita para verificar qual o melhor comportamento dentre

as vazes testadas nessa pesquisa. Para a aplicao dessa prova toma-se como

referncia a nomenclatura utilizada na tabela 4.3 desse captulo, utilizando como

B1 os valores B11 e B12 juntos. Essa prova aplicada para as concentraes


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(DQO, DBO e SST), para suas eficincias e para comparar os parmetros

anteriormente mencionados com os parmetros de lanamento das legislaes de

RJ, SP e MG.

No caso da avaliao das mdias considera-se o seguinte:

Ho = no existem diferenas significativas entre as mdias (1 = 2)

H1 = existem diferenas significativas entre as mdias (1 2)

4.6 Padres de Lanamento de Efluente

Para a anlise dos padres de lanamento de efluentes lquidos foram considerados

os instrumentos legais vigentes nos Estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e So

Paulo, que so respectivamente: Diretriz FEEMA-RJ DZ.215-R.3, Deliberao

FEAMMG COPAM n 10 e CETESB-SP Decreto n 8.468.

A DZ.215-R.3 (RJ) estabelece diretriz de controle da carga orgnica biodegradvel em

efluentes lquidos de origem no industrial, definindo concentraes mximas de DBO

e SST efluentes e eficincia mnima de remoo de matria orgnica em funo da

carga orgnica afluente unidade de tratamento. Os valores estabelecidos por essa

normativa so: (1) para carga orgnica afluente superior a 80 kgDBO/dia, a

concentrao mxima de DBO e SST deve ser de 40 mg/l; (2) para carga orgnicaafluente entre 25 kgDBO/dia e 80 kgDBO/dia, a concentrao mxima de DBO e SST

deve ser de 60 mg/l.

A Deliberao Normativa FEAM-MG COPAM n 10 estabelece normas e padres para

qualidade das guas e lanamento de efluentes nas colees de gua impondo

concentraes efluentes mximas de DBO e SST de 60mg/l e de DQO de 90mg/l

(esse limite poder ser ultrapassado no caso do sistema de tratamento reduzir a carga

poluidora de efluente em no mnimo 90%).

O Decreto n 8.468 da CETESB-SP regulamenta a Lei n 997, que dispe sobre a

preveno e o controle da poluio do meio ambiente e prev concentraes efluentes

mximas de DBO de 60mg/l.


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5. RESULTADOS E DISCUSSO

Nessa pesquisa foram analisados os seguintes parmetros:

DQO, DBO, SST, SSV (concentraes, eficincias de remoo) no afluente ao

tanque de aerao e no efluente do decantador secundrio.

DBO solvel no efluente do decantador secundrio na Fase B.

Slidos em Suspenso no tanque de aerao (SSTA) e slidos em suspenso

volteis no tanque de aerao (SSVTA).

Slidos em suspenso aderidos a peas (meio suporte) no interior do tanquede aerao.

Slidos sedimentveis aps 30 minutos no Cone Imhoff.

Oxignio dissolvido no interior do tanque de aerao.

Microbiologia (observada na Fase B).

pH, turbidez e temperatura do afluente ao tanque de aerao.

Teor de Slidos do lodo descartado.

Foi tambm avaliado o atendimento aos padres de lanamento dos efluentes lquidos

nos estados de Rio de Janeiro, Minas Gerais e So Paulo.

Cada item compreende duas partes:

Apresentao dos resultados obtidos.

Discusso dos resultados apresentados.

A tabela 5.1 indica os resultados mdios no afluente, efluente e porcentagem de

remoo das concentraes de DQO, DBO, SST e dentro do Tanque de Aerao da

Fase Preliminar. No anexo B1 tem-se uma amostra de todos os valores com os quais

as mdias foram calculadas.


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Tabela 5.1: Resultados mdios de Concentraes (DBO, DQO e SST) da FasePreliminar.

Afluente Efluente % Afluente Efluente % Afluente Efluente % SST SSV

Mdia 461 134 70 210 55 73 250 30 86 3118 2256Fase com Q= 0,45 l/s

DQO DBO SST Tanque Aerao

A tabela 5.2 apresenta os resultados mdios no afluente, efluente e porcentagem de

remoo das concentraes de DQO, DBO e SST da Fase A, operando sob condies

convencionais do processo de lodos ativados. O anexo B2 apresenta uma amostra de

todos os valores usados para o clculo das mdias.

Tabela 5.2: Resultados mdios de Concentraes (DBO, DQO e SST) da Fase A

Afluente Efluente % Afluente Efluente % Afluente Efluente %

Mdia 409 54 87 128 30 77 272 46 76

Mdia 531 92 81 168 26 84 385 33 91

Fase A" (Q= 0,45 l/s)

Fase A (Q= 0,39 l/s )

DQO (mg/l) DBO (mg/l) SST (mg/l)

A tabela 5.3 apresenta os resultados mdios no afluente, efluente e porcentagem de

remoo das concentraes de DQO, DBO e SST da Fase B, utilizando a tecnologia

MBBR. No anexo B3 tem-se uma amostra de todos os valores a partir dos quais as

mdias foram calculadas.

Tabela 5.3: Resultados mdias de Concentraes (DQO, DBO, DBOsol e SST) da

Fase BDBOsol mg/l

Afluente Efluente % Afluente Efluente % Efluente Afluente Efluente %

Mdia 406 37 91 145 16 89 7 427 9 98

Mdia 491 26 93 227 11 94 6 443 28 93

Mdia 527 55 88 215 23 89 10 386 35 89

Mdia 434 48 88 155 20 87 10 349 35 88

Mdia 559 63 88 246 28 88 17 500 29 93

DQO mg/l DBO mg/l SST mg/l

Fase B4 (Q= 0,95 l/s 20%V)

Fase B11 (Q= 0,59 l/s 10%V)

Fase B12 (Q= 0,59 l/s 20%V)

Fase B2 (Q= 0,78 l/s 20%V)

Fase B3 (Q= 0,88 l/s 20%V)

Em relao aos resultados complementares, mostram-se, atravs da tabela 5.4, osvalores mdios, mximos e mnimos que foram verificados durante a pesquisa no caso

de pH, temperatura (C) e turbidez (nefelometrico / FAU), dados obtidos dentro do

Tanque de Aerao. No anexo B4 tem-se uma amostra de todos os valores de onde

as mdias foram calculadas.


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Tabela 5.4: Valores mdios, mximos e mnimos de resultados complementaresdentro do Tanque de Aerao.

Valores pHTemperatura

(C) Nefelomtrico FAU

Mdia 6,58 26,9 47 85Mximo 8,03 33,1 784 1224Mnimo 5,33 20,4 7 24

Turbidez

Vale recordar que a nomenclatura utilizada durante a pesquisa nos grficos e tabelas

a mesma mencionada na tabela 4.3 do captulo da metodologia. Na Fase A, tem-se:

A a vazo de 0,45 l/s e A a v

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