Lagoa de sedimentação (ou decantação)

O efluente de uma lagoa aerada requer alguma forma de estágio de sedimentação antes que seja descarregado para um curso d’água. Embora este possa ser um tanque de sedimentação convencional, é usual descarregar em mais de um tanque, dependendo da qualidade requerida para o efluente final. Quando é empregado um tanque de sedimentação convencional, tanto o efluente como o lodo terá um elevado teor de agente patogênico. Os sólidos sedimentáveis das lagoas aeradas devem, idealmente, ser submetidos a uma digestão anaeróbia ou colocados em leitos de secagem de lodo até que tenha se estabilizado (HORAN, 1990).

A sedimentação por gravidade envolve a contenção de águas residuais por um período de tempo suficiente para permitir que alguns ou todos os materiais em suspensão sedimentem ou flutuem à superfície das águas residuais. A matéria flotada pode ser retirada pela superfície e o efluente decantado para descarga ou para mais tratamento. A lagoa pode ter um fundo cônico de modo que o lodo possa ser removido por meio de uma válvula. Grandes tanques de decantação podem ser construídos de modo que permita a remoção dos lodos com drenagem periódica (CHEREMISINOFF, 1996).

Segundo Von Sperling (1996), a sedimentação é uma operação física de separação de partículas sólidas com densidade superior à do liquido circundante. Em um tanque em que a velocidade de fluxo da água é bem baixa, as partículas tendem a ir para o fundo sob a influência da gravidade. O líquido sobrenadante torna-se, em

consequência, clarificado, enquanto as partículas no fundo formam uma camada de lodo, e são removidas conjuntamente com ele.

Para Jordão e Pessoa (1975), a sedimentação é a operação unitária pela qual a capacidade de carreamento e de erosão da água é diminuída, até que as partículas em suspensão sedimentem pela ação da gravidade e não possam ser novamente suspensas pela ação erosiva.

Segundo Horan (1990), o processo que ocorre no tanque de sedimentação pode ser definido como a remoção de partículas sólidas em suspensão por sedimentação pela gravidade. Em tratamento de esgotos, a sedimentação de partículas é explorada nos desarenadores, sedimentação primária e sedimentação secundária.

De acordo com Lin (2014), a sedimentação é a operação mais antiga e mais usada em unidades de tratamento de água e esgoto. No tratamento de águas residuais, a sedimentação é usada para remover ambos os materiais inorgânicos e orgânicos que são sedimentáveis em condições de fluxo contínuo.

Na maior parte das aplicações, o principal objetivo de um tanque de sedimentação é de se produzir um efluente clarificado, ou seja, com baixas concentrações de sólidos em suspensão. No entanto, é também frequente a situação que se deseja obter, concomitantemente, um lodo adensado, para facilitar o seu posterior tratamento (VON SPERLING, 1996).

Uma ampla variedade de sólidos é encontrada no esgoto, que apresenta uma variedade de tamanhos e densidades de partículas. Algumas dessas partículas não mudam suas propriedades durante a sedimentação (partículas discretas), enquanto que outras se aglomeram e floculam, portanto sofrem grandes mudanças em suas propriedades de sedimentação (partículas floculentas) (HORAN, 1990).

Com base na concentração de sólidos, tamanho e interação das partículas, existem quatro tipos de sedimentação que podem ocorrer em operações de decantação de águas residuais. As quatro categorias são discreta, floculenta, impedida (também chamado de zona) e compressão (VON SPERLING, 1996). Segundo Horan (1990), essas categorias podem ocorrer independentemente durante o processo de sedimentação, mas também ocorrem simultaneamente.

A sedimentação discreta refere-se à sedimentação das partículas em suspensão de com baixa concentração de sólidos com aceleração da gravidade constante. As partículas sedimentam-se individualmente, e não há nenhuma interação significativa com partículas vizinhas. Já a sedimentação floculenta refere-se a partículas em suspensão diluídas que se aglomeram, ou floculam, aumentando sua massa e sedimentando a uma taxa mais rápida (METCALF e EDDY, 2003).

A sedimentação impedida ou zona refere-se à concentração intermediária de partículas em suspensão, em que as forças entre as partículas são suficientes para impedir a sedimentação das partículas vizinhas, tendo que permanecer em posições fixas em relação umas as outras, precipitando na forma de uma unidade de massa de partículas. Uma interface se desenvolve entre líquido-sólidos no topo da massa em sedimentação. E a sedimentação de compressão refere-se à sedimentação no qual a concentração das partículas é tão elevada que uma estrutura é formada, e a sedimentação pode ocorrer apenas por compressão dessa estrutura. A compressão ocorre devido ao peso das partículas, que são constantemente adicionadas à estrutura por sedimentação a partir do líquido sobrenadante (METCALF e EDDY, 2003).

Como exemplos de aplicação e ocorrência dos quatro tipos de sedimentação de partículas tem-se caixa de areia (discreta); decantadores primários, parte superior dos decantadores secundários e flocos químicos no tratamento físico-químico (floculenta); decantadores secundários (zona); fundo de decantadores secundários e adensadores por gravidade (compressão) (VON SPERLING, 1996). A lagoa de sedimentação classifica- se como um decantador secundário, pois se encontra após o tratamento biológico do esgoto. A Figura 3.4 apresenta um desenho esquemático das regiões de sedimentação por suspensões concentradas.

Figura 3.4: Desenho esquemático das regiões de sedimentação por suspensões concentradas. Fonte: LIN (2014).

Os tempos de detenção nas lagoas de decantação são baixos, da ordem de 2 dias, porém é suficiente para uma eficiente remoção dos sólidos em suspensão produzidos na lagoa aerada. O acúmulo de lodo é reduzido sendo necessária a remoção a cada 1 a 5 anos, dependendo da característica do esgoto (VON SPERLING, 2002).

Segundo Horan (1990), decantadores secundários devem fornecer duas funções: boa clarificação resultando em uma baixa concentração de sólidos no efluente e um alto espessamento do lodo de fundo. Ambos os critérios devem ser considerados nos cálculos de projeto. Observa-se geralmente que espessamento é o mais crítico, mas, apesar disso os conceitos de projeto que se relacionam a funções de espessamento são menos familiares do que as que dizem respeito às clarificações.

As características de construção de lagoas aeradas mecanicamente são simples e, em muitos aspectos, semelhantes à de lagoas de estabilização de algas. Lagoas aeradas permitem certa flexibilidade no projeto, que vai desde unidades simples, do tipo facultativa, até mais eficazes e compactas, empregando reciclo de sólidos, mas

mantendo a sua simplicidade de construção e operação. Seu projeto pode ser manipulado de forma a otimizar tanto requisitos de terra ou de energia, ou para os custos gerais, como desejado, através da adoção de combinações de diferentes tipos de lagoas aeradas e outras unidades (ARCEIVALA e ASOLEKAR, 2007).

A área requerida para este sistema é a menor dentre as variantes de lagoas de estabilização. O efluente desta lagoa não tem qualidade adequada para ser lançado direto ao corpo d’água, devido a presença de elevados teores de sólidos em suspensão, fazendo-se necessário o uso de lagoas de decantação em seguida às lagoas aeradas de mistura completa (VON SPERLING, 2002).

Existem vários exemplos do uso com êxito de lagoas aeradas para o tratamento de efluentes domésticos, municipais e industriais. As lagoas aeradas têm sido amplamente utilizadas pela indústria de celulose e papel, por processamento de alimentos, petroquímica e outras indústrias. Há vários casos de lagoas de algas sobrecarregadas que foram convertidas, com sucesso, em lagoas aeradas mecanicamente, a fim de melhorar a qualidade do efluente final (ARCEIVALA e ASOLEKAR, 2007).

3.4. METAIS

Os metais são os elementos mais abundantes no planeta, a maioria deles tem grande importância como recursos minerais, mas as suas disponibilidades e utilização variam muito com o tipo de metal. Segundo Manahan (2013), os metais exibem uma ampla variedade de propriedades e aplicações, sendo obtidos de diversos compostos. Em alguns casos, dois ou mais compostos são fontes minerais significativas de um mesmo metal. Normalmente esses compostos são óxidos ou sulfetos. A Tabela 3.7 lista os principais metais, suas propriedades, usos e fontes mais comuns.

Tabela 3.7: Recursos mundiais de alguns metais.

Metais Propriedadesa Principais usos Minérios, aspectos relativos a recursosb Alumínio pf 660°C; ge 2,70; maleável, dúctil, bom condutor elétrico

Produtos metálicos como automóveis, aeronaves, equipamentos elétricos, linhas de transmissão elétrica Bauxita contendo 35-55% Al2O3, jazidas grandes no mundo Cobre pf 1803°C; ge 8,96; dúctil, maleável, excelente condutor elétrico Condutores elétricos, ligas, compostos

químicos, muitos outros usos

Ocorre em pequenas porcentagens como sulfetos, óxidos e carbonatos; algumas jazidas nos Estados Unidos Cromo pf 1903°C; ge 7,14; duro, prateado Galvanização, aço inoxidável, ligas resistentes ao desgaste para ferramentas de corte, compostos

químicos como cromatos

Cromita, um mineral com teores de óxido contendo Cr, Mg, Fe; maioria das jazidas na África do Sul, em Zimbábue e na Rússia

Chumbo pf 327°C; ge 11,35; prateado

Quinto metal mais utilizado, baterias, compostos químicos; emprego na gasolina, em pigmentos e munições proibido por conta de questões ambientais

Principal fonte é a galena, PbS; jazidas limitadas nos Estados Unidos, grandes o bastante apenas para demanda; uma grande parcela é obtida de metais reciclados Ferro pf 1535°C; ge 7,86; aparência prateado quando na forma pura (raro)

Metal de maior produção no mundo, normalmente como aço, material muito elástico contendo 0,3 – 1,7% C; entra em muitas ligas especializadas

Ocorre como hematita (Fe2O3), goetita (Fe2O3.H2O) e magnetita (Fe3O4); jazidas abundantes em todo o mundo Manganês pf 1244°C; ge 7,3; duro, frágil, branco acinzentado Aniquilador de enxofre e oxigênio no aço, fabricação de ligas, pilhas secas, aditivo da gasolina, compostos químicos

Encontrado em diversos óxidos em minerais; jazidas grandes o bastante para a demanda em diversos países; a China é o principal produtor

Continuação da Tabela 3.7: Recursos mundiais de alguns metais

Metais Propriedadesa Principais usos Minérios, aspectos relativos a recursosb Níquel pf 1455°C Aço inoxidável, ligas

especiais, baterias recarregáveis, moedas, emprego em expansão em catalisadores de alta tecnologia (como para a hidrogenação de óleos vegetais)

Encontrado em minérios associados ao ferro; Rússia, Austrália e Canadá são os principais produtores; jazidas reduzidas Titânio pf 1677°C; ge 4,5; prateado Forte, resistente à corrosão, usado em aeronaves, válvulas, bombas, pigmentos (TiO2 em pigmentos brancos)

Normalmente como TiO2, 9°em abundância como elemento; grande produção em todo o mundo Zinco pf 420°C; ge 7,14; branco azulado

Amplo uso em ligas (latão), aço galvanizado, pigmentos, compostos químicos, quarto metal em termos de produção no mundo

Encontrado em diversos minérios produzidos em muitos países

a _{Abreviaturas: pe, ponto de ebulição; pf, ponto de fusão; ge, gravidade específica.} b

Disponibilidade e níveis de uso dependem de preço, tecnologia, descobertas recentes e outros fatores, estando sujeitos a flutuações.

Fonte: Adaptado de MANAHAN (2013).

Os metais vêm de duas fontes: a geosfera, de onde são minerados, e a antroposfera, em que são reciclados. No caso de metais relativamente abundantes, cuja extração de minérios não é dispendiosa, e que não representam grandes problemas quanto ao descarte, como o ferro, a geosfera é a principal fonte. Quantos aos metais cujas jazidas são escassas e que não devem ser descartados no ambiente devido aos problemas com poluição que acarretam, a reciclagem prevalece. O principal exemplo deste metal é o chumbo.