Tratamento de efluentes líquidos e sólidos – Segunda Parte

REATORES ANAERÓBIOS

Divididos em dois grupos:

Sistemas convencionais: tanques sépticos, lagoa anaeróbia e

digestores de lodo;

Sistemas de Alta Taxa:

Com crescimento aderido: filtro anaeróbio, reator de leito

expandido/fluidificado;

Com crescimento disperso: reator de manta de lodo (UASB),

reator anaeróbio compartimentado, reator de leito granular expandido

(EGSB) e reatores de dois estágios.

a) lagoa anaeróbia; b) tanque séptico; c) filtro anaeróbio; d)

UASB; e) reator de leito expandido ou fluidificado.

DECANTO DIGESTORES

Precursores do tratamento anaeróbio de esgotos. Ex.: tanque

séptico. Construídos de alvenaria ou concreto, predominam os

mecanismos físicos de sedimentação. Quase não há degradação da matéria

orgânica que precipita.

São bastante empregados em áreas urbanas sem rede coletora

pública de esgoto e em situações onde as vazões geradas são

relativamente pequenas. Devem se localizar no mínimo a 20 m do poço

coletor de água para consumo. Apresentam eficiência da ordem de 40 a

50% (esgoto sanitário, remoção de DBO) e podem ser utilizados em

combinação com filtros anaeróbios.

O dimensionamento dos tanques sépticos é contemplado pela norma

NBR 7229/82.

Esquema para dimensionamento:

Regras:

Circular: h >= 1,10 m ; d >= 1,10 m ; d <= 2h

Retangular: 0,70 m <= b <= 2h ; h >= 1,10 m ; 2 <= L/b <= 4

Se L > 2 m, devem ser construídas duas chaminés de acesso.

B é a largura. L é o comprimento.

A capacidade do tanque séptico obedece a fórmula:

𝑉 = 1000 + 𝑁(𝐶 ∙ 𝑇𝐷𝐻 + 𝑘 ∙ 𝐿𝑓)

N: número de habitantes; C: a produção de esgoto (litros/dia por

habitante); k: o coeficiente de limpeza e temperatura; Lf: produção

de lodo fresco em litros/dia por habitante.

Os valores e constantes acima são normatizados.

O número de unidades deve ser distribuído de modo a não exceder

muito o limite de 10.000 m³. A profundidade é também obtida pela

norma.

FILTRO ANAERÓBIO

Caracteriza-se por ter parte de seu interior preenchido por

material de enchimento inerte o qual permanece estacionário. Na

superfície deste material se forma um filme biológico fixo (biomassa

aderida). O fluxo pode ser ascendente ou descendente (ascendente é

mais fácil gerenciar).

A eficiência para este tratamento se situa na faixa de 70% a

85% e o tempo de detenção hidráulica é da ordem de 9 a 12 horas. O

meio suporte apresenta altura variando entre 0,8 e 1,2 metros (o

valor, por norma, situa-se na faixa de 1,20 m, mas atingem-se

eficiências equivalentes com cerca de metade deste valor). É

importante uma boa distribuição do efluente no reator.

Abaixo, os requisitos para meios suporte de filtro anaeróbio:

Esquemas de filtros anaeróbios:

Tabela 5.1 Requisitos para meios suporte de filtro anaeróbio

Requisito Objetivo

- Ser estruturalmente resistente - Suportar o próprio peso, adicionado ao peso dos sólidos aderidos a sua superfície

- Ser biológica e quimicamente resistente

- Não haver reação entre o leito e os microrganismos

- Ser suficientemente leve - Evitar a necessidade de estruturas pesadas e permitir a construção de filtros relativamente mais altos, o que implica numa redução de área necessária à instalação do sistema

- Possuir grande área específica - Permitir aderência de maior quantidade de sólidos biológicos

- Possuir porosidade elevada - Permitir uma maior área livre disponível para a acumulação de bactérias e para reduzir a possibilidade de colmatação

- Possibilitar colonização acelerada de microrganismos

- Diminuir o tempo de partida do reator

- Apresentar formato não achatado ou liso

- Garantir uma porosidade elevada

- Preço reduzido - Viabilizar o processo, não apenas tecnicamente, mas também economicamente

Fonte: Chernicharo (1995)

Esquema para dimensionamento:

NBR 7229/82:

𝑉 = 1,6 ∙ 𝑄 ∙ 𝑇𝐷𝐻

Para os valores de TDH, são recomendados os mesmos anteriores, no

entanto, utilizando-se como meio suporte o recomendado pela norma

(brita 4), levaria a um super dimensionamento.

Adotado:

Circular: h >= 1,10 m ; d >= 1,10 m ; d <= 2h

Retangular: 0,70 m <= b <= 2h ; h >= 1,10 m ; 2 <= L/b <= 4

Se L > 2 m, devem ser construídas duas chaminés de acesso.

B é a largura. L é o comprimento.

A capacidade do tanque séptico obedece a fórmula:

𝑉ú𝑡𝑖𝑙 = 𝑄 ∙ 𝑇𝐷𝐻

𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑉ú𝑡𝑖𝑙 + 𝑉𝑚𝑒𝑖𝑜𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 =𝑉ú𝑡𝑖𝑙

𝐼𝑉

IV ou índice de vazios é a relação entre o volume dos espaços vazios

existentes num volume de meio suporte. Para brita 4, IV = 0,5; para

anéis plásticos, IV = 0,9; para anéis de bambu, IV = 0,7.

𝐴𝑠𝑢𝑝 =𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

ℎ 𝑚𝑒𝑖𝑜𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 = (ℎ 𝑚𝑒𝑖𝑜𝑠𝑢𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 + 0,2 + 0,3 + 0,3) ∙ 𝐴𝑠𝑢𝑝

Os valores 0,2 , 0,3 e 0,3 são os apresentados no desenho.

REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO (UASB)

UASB: Upflow Anaerobic Sludge Blanket

Pode ser denominado de outras formas (RAFA, DAFA, RALF). Seu

desenvolvimento foi baseado nos resultados observados com os filtros

anaeróbios.

Apresenta fluxo ascendente de efluente, mas não há presença de

meio suporte para a biomassa. Os microorganismos formam flocos ou

grânulos densos suspensos, formando uma camada de lodo (biomassa

dispersa) na qual o fluxo de efluente é obrigado a atravessar.

O tratamento ocorre durante este percurso. O formato geométrico

e o fluxo permitem a formação de grande quantidade de biomassa ativa.

Os sólidos suspensos também são sedimentados no manto de lodo

biológico. A eficiência de remoção se situa na faixa de 70 a 85%.

V asc = 0,5 a 0,7 m/h

Altura = 4,5 a 6 m

TDH = 8 a 12 h

TCO (taxa de carreg. orgânico) = 1 a 2 (kg DBO)/(m³ dia)

Dimensionamento:

Adota-se altura e TDH, verifica-se TCO e V asc.

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟 = 𝑄 ∙ 𝑇𝐷𝐻

𝐴𝑠𝑢𝑝 =𝑉𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑟

ℎ

Verificações:

𝑉𝑎𝑠𝑐 =𝑄

𝐴𝑠𝑢𝑝

𝑇𝐶𝑂 =𝐷𝐵𝑂

𝑇𝐷𝐻

LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

Lagoas naturais ou artificiais há muito tratam o despejo dos

animais e esgotos domésticos de pequenas comunidades. Para este

processo de depuração, são recentes os estudos hidráulico-sanitários.

A aceitação do processo se deve ao baixo custo de construção e

operação, bem como sua simplicidade e considerável eficiência.

Neste processo de tratamento, a matéria orgânica é estabilizada

pela oxidação bacteriológica. Existem inúmeras variantes deste sistema

– que podem ser utilizadas na remoção de matéria orgânica, por

exemplo:

- Lagoas facultativas;

- Sistemas de lagoas anaeróbias seguidas por facultativas;

- Lagoas aeradas facultativas;

- Lagoas aeradas de mistura completa seguida por lagoas de

decantação;

Os organismos patogênicos são removidos em lagoas de maturação.

No Brasil, este sistema é bastante indicado dada a grande

quantidade de área existente, o clima ser favorável, sua operação ser

simples e não requerer praticamente nenhum equipamento.

Eficiência e aplicabilidade das lagoas:

A presença de uma quantidade estável de matéria orgânica

dissolvida garante excelente eficiência no tratamento. No entanto, o

projeto deve ser bastante criterioso, de modo a evitar presença de mau

cheiro, mosquitos e desfavorecimento da estética, os quais comprometem

a opinião pública, uma vez que as lagoas de estabilização abrangem

grandes áreas das comunidades.

Vantagens e desvantagens de cada tipo de sistema:

LAGOAS FACULTATIVAS

São a variante mais simples deste sistema de tratamento. Nele a

TDH fica em torno de 5 a 10 dias e há a presença de algas (produzem

oxigênio por fotossíntese)

Os tempos de detenção, por serem grandes, requerem grandes

áreas para que o tratamento se processe em escalas maiores. Há também

a exigência de que o clima seja favorável (suficientemente quente para

acelerar o processo de degradação de matéria orgânica).

Neste processo, o esgoto é recebido por uma extremidade e

retirado por outra, oposta. Neste percurso, o esgoto passa por três

zonas:

Aeróbia: camada superior – oxidação aeróbia e redução

fotossintética;

Facultativa: camada intermediária – oxigenação aeróbia e

fotossintética;

Anaeróbia: camada do fundo – fermentação anaeróbia.

A sedimentação da matéria orgânica forma o lodo de fundo, que é

convertido posteriormente em gás carbônico, água, metano e outros

compostos. A matéria orgânica não sedimentada é reduzida pela

atividade oxidante aeróbia – o oxigênio é suprido pelas algas (é

importante que haja baixa nebulosidade e grandes períodos de radiação

solar). As algas apresentam-se em grande concentração e fazem com que

o líquido seja predominantemente verde.

Influência da profundidade:

Lagoas mais rasas podem comportar-se totalmente como aeróbias,

por outro lado, elas necessitam de uma área maior e são muito afetadas

pela temperatura do ambiente (podem atingir condições anaeróbias em

períodos quentes). As lagoas profundas, por outro lado, são mais

estáveis.

Fatores ambientais:

Temperatura: relaciona-se com a radiação solar, velocidade de

fotossíntese e metabólica dos organismos;

Vento: favorece a homogeneização da massa líquida e aumentam a

transferência de oxigênio, pode descolar algas;

Radiação solar: interfere diretamente a velocidade da

fotossíntese.

Fatores operacionais:

Tipo de esgoto;

Vazão afluente;

Concentração de DBO/DQO: influencia o comportamento da lagoa –

parâmetro: carga orgânica por área superficial.

Sua eficiência varia entre 70 a 95%.

LAGOAS ANAERÓBIAS

Neste tratamento, as condições devem ser estritamente

anaeróbias. Neste caso, deve ser lançada uma grande carga orgânica

(consumo de oxigênio maior).

São usualmente profundas e sua área pode ser menor. A

eficiência é de cerca de 50 a 60%.

SISTEMA AUSTRALIANO

É o nome dado ao sistema de lagoa anaeróbia seguida de lagoa

facultativa. Este sistema possibilita uma economia de área

substancial, sendo a área total cerca de 2/3 do que seria utilizado se

fosse adotado um único sistema.

LAGOAS DE MATURAÇÃO

Utilizadas ao final de sistemas de lagoas de estabilização.

Almeja-se a redução de coliformes fecais e organismos patogênicos.

Controlam a presença de vírus, bactérias, parasitas e

possibilitam a redução de doenças de veiculação hídrica. São rasas e

apresentam condições inóspitas à sobrevivência dos microorganismos.

Segundo as resoluções, devem remover de 99,9 a 99,99% dos

coliformes fecais presentes no efluente.

SISTEMA DE LODOS ATIVADOS

Amplamente utilizado no tratamento de esgoto. Importante quando

se requer um efluente de grande qualidade e reduzido requisito de

área. É um sistema que apresenta grande índice de mecanização, e

consumo maior de energia elétrica.

O material afluente é tratado pelo contato entre o lodo

orgânico e os microorganismos. Após este contato, o lodo ativado é

retornado ao processo ou levado para um destino final e o esgoto já

tratado segue às demais etapas do tratamento.

Sistema convencional (fluxo contínuo)

As seguintes unidades estão presentes: decantador primário

(remoção dos sólidos orgânicos), tanque de aeração (reator biológico

onde é degradada a matéria orgânica e produzida biomassa) e decantador

secundário (removem-se biossólidos – novas células – e parte delas

retorna ao reator biológico, de fácil floculação e separação)

Neste processo, parte da matéria orgânica é retirada antes do

tanque de aeração, e estabilizada em digestores anaeróbios próprios.

Se o processo é de aeração prolongada, não há decantador

primário e os sólidos orgânicos suspensos são tratados em reator

biológico e maior TDH.

O reator biológico pode ser aerado com diversos equipamentos:

a) Aeradores mecânicos superficiais;

b) Aeradores por difusão de ar.

Sistema de fluxo intermitente (batelada)

Variante do sistema de fluxo contínuo. Neste caso, existe a

incorporação das unidades básicas que formam o anterior, ocorrendo

seqüencialmente em uma única unidade.

Esta forma de tratamento apresenta um reator de mistura

completa onde ocorrem todas as etapas em ciclos de operação de duração

definida, mantendo a biomassa durante todos os ciclos.

Vantagens e desvantagens:

Apresenta grande eficiência de remoção de DBO;

O efluente pode ser nitrificado;

Pode-se remover N e P biologicamente;

A área ocupada é consideravelmente menor;

Geração reduzida de maus odores.

Operação e manutenção requerem mão-de-obra treinada e

qualificada;

O consumo de energia é elevado;

Grande geração de lodo e necessidade de tratamento;

Elevado custo de implantação e operação.

DISPOSIÇÃO CONTROLADA DE ESGOTOS NO SOLO

É uma prática bastante antiga e, de certa forma, bem sucedida

de tratamento e disposição final dos efluentes.

Neste processo, há a filtração e a ação de microorganismos, que

transformam a matéria orgânica em compostos mais simples. O resultado

final é um efluente tratado e um solo revitalizado (compostos

benéficos ao crescimento de plantas e vegetais).

Existem diferentes métodos de utilizar o solo no tratamento de

esgotos: valas de infiltração, sumidouros, valas de filtração, filtros

de areia, alagados, irrigação e escoamento superficial. Para tais,

devem ser observadas características do esgoto (carga, vazão),

climáticas, geológicas, pedogenéticas, vegetais, topográficas e

metodológicas.

Vala de infiltração

Consiste na percolação do efluente no solo. Ocorrem processos

físicos de retenção de sólidos, químicos de adsorção e bioquímicos

(oxidação biológica).

Formada por tubos perfurados envolvidos por pedras britadas

alinhados no interior de valas recobertas com solo de baixa

declividade. O conduto propicia a infiltração sub-superficial.

Aplicadas quando a camada superficial tem melhor capacidade de

infiltração e quando o aqüífero encontra-se a grande profundidade.

No Brasil, o uso de valas de infiltração é normatizado desde

1963 e, geralmente, possibilita a destinação de efluentes de tanques

sépticos.

Sumidouro

Unidade de depuração e disposição do sistema tanque séptico –

filtro anaeróbio. É verticalizado em relação ao anterior. Só é

favorável em regiões onde o aqüífero é profundo.

É um poço (de funcionamento oposto ao de água) escavado no solo

que promove a depuração e disposição final do esgoto no nível sub-

superficial do terreno.

A dificuldade encontra-se em manter as condições aeróbias no

interior do sumidouro; ocorrendo a colmatação e obstrução das

superfícies internas.

Eles devem ser revestidos de alvenaria de tijolos, com juntas

de livres ou de anéis pré-moldados de concreto. Seu interior pode ou

não ter um enchimento de cascalho, coque ou pedra britada. As lajes de

cobertura deverão ser construídas em concreto armado e dotadas de

coluna de exaustão e de abertura de inspeção com tampão de fechamento

hermético.

Seu dimensionamento deve ser realizado em função da capacidade

de absorção do terreno – considerando apenas a área das paredes

laterais como área de infiltração. Deve-se garantir uma distância

mínima de 1,50m entre o fundo do sumidouro e o nível máximo do

aqüífero.

Vala de filtração

Sistema alternativo relativamente recente que baseia-se na

aplicação dos efluentes em um leito de areia.

Em cada vala, são instaladas uma tubulação distribuidora e uma

receptora (níveis distintos). Pelas juntas da tubulação distribuidora,

o liquido atravessa o leito de areia e penetra na tubulação receptora.

É normalmente utilizada como tratamento secundário, após o

material sólido ter sido removido em um sistema tanque séptico.

Apresenta baixo custo e fácil instalação, aplicando-se a locais

urbanos e rurais isolados da rede coletora, ou mesmo onde a

declividade for reduzida.

Terrenos alagados (wetlands)

Podem ser naturais (brejos, várzeas, pântanos, manguezais etc.)

ou construídos.

Os naturais são inundados por cursos d’água em períodos

regulares e duração que permite o desenvolvimento de vegetação. Elas

são o habitat natural de peixes, animais e seres marinhos. Promovem a

renovação de água disponível.

Os alagados construídos imitam a capacidade de degradação de

matéria orgânica e contenção de nutrientes (N e P). Eles são

projetados para utilizar plantas aquáticas em substratos que formam

biofilmes capazes de tratar águas residuárias.

Irrigação

Este método foi sendo utilizado cada vez mais após a II Guerra

Mundial, especialmente pelas necessidades impostas e pelo avanço

tecnológico.

A irrigação foi reconhecida como forma econômica e produtiva de

destinação final de esgotos. Os esgotos sanitários apresentam teores

de macro e micro-nutrientes satisfatórios para a maioria das culturas

e podem eliminar a utilização de fertilizantes comerciais. As águas

residuárias garantem uma capacidade maior de retenção de água pelo

solo e elevam o rendimento das colheitas.

Deve-se apenas proceder um tratamento simples de remoção de

sólidos dos esgotos – por exemplo, pelo gradeamento.

Escoamento superficial

Método de tratamento no qual o esgoto é estabilizado ao escoar

pela superfície de um terreno recoberto por vegetação – gramínea.

É constituído de uma série de rampas uniformes e um sistema de

distribuição de esgotos localiza-se na parte mais alta. O efluente é

distribuído e escoa laminarmente pela superfície vegetal. Sua

disposição final é feita pela evapotranspiração e por meio de uma

calha coletora.

Os vegetais evitam a erosão do solo e fornecem um meio suporte

para o desenvolvimento dos microorganismos. É um método adequado para

ser usado em superfícies de baixa permeabilidade.

É apropriado para o tratamento de esgoto de comunidades rurais

e indústrias sazonais (cítricas e sucro-alcooleiras), proporcionando

tratamento secundário avançado (operação simples e barata).

Além disso, a cobertura vegetal pode ser reaproveitada e usada

comercialmente.

Como desvantagens, podem ser listadas:

- Método limitado pelo clima e pela tolerância da cultura em

relação à água e a declividade do terreno.

- A aplicação pode ser limitada no tempo úmido;

- As taxas de aplicação dependem do tipo de crescimento da

cultura;

- A desinfecção é necessária para o efluente antes da descarga

em um curso d’água.

Parâmetros do projeto:

- Comprimento da rampa: extensão longitudinal da superfície do

solo (sentido do escoamento);

- Declividade do terreno: deve ser entre 2 e 8%. Menores

declividades podem provocar o aparecimento de poças, e de moscas;

- Caracterização do solo: deve ser de baixa permeabilidade

(alterada pela compactação do solo);

- Ciclo de operação: intermitente, de 8 a 12h/d. Deve

apresentar um período seco de 16 a 24h/d.

- Taxa de aplicação: definida como o volume aplicado ao módulo

de tratamento, dividido pelo período de aplicação em horas.