DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO DE ESTUDOS E PROJETOS
DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO DE ESTUDOS E PROJETOS
DPG/SPEG/
DPG/SPEG/
DVEA/DVGA/DVPJ
DVEA/DVGA/DVPJ
VOLUME XI – DESODORIZAÇÃO DE ETEs
VOLUME XI – DESODORIZAÇÃO DE ETEs E UNIDADES DE SES
E UNIDADES DE SES
Março/2015
Março/2015
Arquivo: Volume XI – Desodorização de ETEs e Unidades de SES.docx Arquivo: Volume XI – Desodorização de ETEs e Unidades de SES.docx
DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO DE PROJETOS
DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO DE PROJETOS
CONTRATO: 4600043571 CONTRATO: 4600043571 RESUMO:
RESUMO:
Neste volume estão destacadas as
Neste volume estão destacadas as diretrizes técnicas para elaboração de Projetos diretrizes técnicas para elaboração de Projetos de Desodorização das unidades nos Sistemas de de Desodorização das unidades nos Sistemas de EsgotamentoEsgotamento Sanitário, abrangendo os principais procedimentos e critérios técnicos. São abordados inicialmente os aspectos relacionados à legislação e Sanitário, abrangendo os principais procedimentos e critérios técnicos. São abordados inicialmente os aspectos relacionados à legislação e normas pertinentes ao controle de odores, além das ações mitigatórias a serem adotadas nos projetos de estações de tratamento de esgoto para normas pertinentes ao controle de odores, além das ações mitigatórias a serem adotadas nos projetos de estações de tratamento de esgoto para controle de emissões de substâncias odoríficas. A seguir, são dispostos os procedimentos a serem adotados na identificação das fontes de controle de emissões de substâncias odoríficas. A seguir, são dispostos os procedimentos a serem adotados na identificação das fontes de emissão para levantamento de dados, caracterização e medição dos gases, para na sequência, estabelecer os critérios de seleção da tecnologia emissão para levantamento de dados, caracterização e medição dos gases, para na sequência, estabelecer os critérios de seleção da tecnologia a ser empregada no controle das emissões.
a ser empregada no controle das emissões. Finalmente, são apresentadoFinalmente, são apresentados os critérios para dimensionamento dos ss os critérios para dimensionamento dos sistemas de confinamentoistemas de confinamento,, coleta, transporte e tratamento dos gases, contemplando a seleção de materiais para confecção dos sistemas, incluindo a indicação de métodos coleta, transporte e tratamento dos gases, contemplando a seleção de materiais para confecção dos sistemas, incluindo a indicação de métodos de monitoramento e controle dos
de monitoramento e controle dos sistemas de tratamento de substâncias odoríficas, em estações de sistemas de tratamento de substâncias odoríficas, em estações de tratamento de esgotos.tratamento de esgotos.
REV
REV DATA DATA TIPO TIPO DESCRIÇÃO DESCRIÇÃO POR POR VERIFICADO VERIFICADO AUTORIZADO AUTORIZADO APROVADOAPROVADO EMISSÕES
EMISSÕES
TIPOS
TIPOS A A - - PARA PARA APROVAÇÃO APROVAÇÃO C C - - ORIGINALORIGINAL B
B – – REVISÃO REVISÃO D D - - CÓPIACÓPIA
PROJETISTA: PROJETISTA:
ENGENHO NOVE ENGENHARIA AMBIENTAL LTDA. ENGENHO NOVE ENGENHARIA AMBIENTAL LTDA.
Rua Alaska, nº 805 - Bairro Jardim Canadá Rua Alaska, nº 805 - Bairro Jardim Canadá CEP: 34.000-000–Nova Lima – MG
CEP: 34.000-000–Nova Lima – MG Tel: (31) 3254-6900
Tel: (31) 3254-6900
EQUIPE TÉCNICA: Engenho 9 e Copasa EQUIPE TÉCNICA: Engenho 9 e Copasa
Engº
Engº Artur Artur Tôrres Tôrres Filho Filho Engº Engº Analista Analista Master Master Carlos Carlos Alberto Alberto Leite Leite SoaresSoares Engº
Engº Paulo Paulo Roberto Roberto de de Souza Souza Engº Engº Rodrigo Rodrigo Varella Varella BastosBastos Engº
Engº Francisco Francisco Curzio Curzio Laguardia Laguardia Engª Engª Juliana Juliana Freire Freire Carvalho Carvalho BossiBossi Engº
Engº Lucas Lucas Almeida Almeida Castro Castro Engº Engº Welington Welington Luis Luis VilelaVilela Engª Milva Galdina
Engª Milva Galdina
Engª Neire Borges Malheiro Engª Neire Borges Malheiro Engº Daltro Alexandre Rodrigues Engº Daltro Alexandre Rodrigues Eng ª Marta Moura Magalhães Eng ª Marta Moura Magalhães
VOLUME: VOLUME:
VOLUME XI – DESODORIZAÇÃO DE ETEs E
VOLUME XI – DESODORIZAÇÃO DE ETEs E UNIDADES DE SES
UNIDADES DE SES
REFERÊNCIA: REFERÊNCIA:
DIRETRIZES PARA ELABORAÇÃO DE PROJETOS
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CONTRATO: 4600043571 CONTRATO: 4600043571 RESUMO:
RESUMO:
Neste volume estão destacadas as
Neste volume estão destacadas as diretrizes técnicas para elaboração de Projetos diretrizes técnicas para elaboração de Projetos de Desodorização das unidades nos Sistemas de de Desodorização das unidades nos Sistemas de EsgotamentoEsgotamento Sanitário, abrangendo os principais procedimentos e critérios técnicos. São abordados inicialmente os aspectos relacionados à legislação e Sanitário, abrangendo os principais procedimentos e critérios técnicos. São abordados inicialmente os aspectos relacionados à legislação e normas pertinentes ao controle de odores, além das ações mitigatórias a serem adotadas nos projetos de estações de tratamento de esgoto para normas pertinentes ao controle de odores, além das ações mitigatórias a serem adotadas nos projetos de estações de tratamento de esgoto para controle de emissões de substâncias odoríficas. A seguir, são dispostos os procedimentos a serem adotados na identificação das fontes de controle de emissões de substâncias odoríficas. A seguir, são dispostos os procedimentos a serem adotados na identificação das fontes de emissão para levantamento de dados, caracterização e medição dos gases, para na sequência, estabelecer os critérios de seleção da tecnologia emissão para levantamento de dados, caracterização e medição dos gases, para na sequência, estabelecer os critérios de seleção da tecnologia a ser empregada no controle das emissões.
a ser empregada no controle das emissões. Finalmente, são apresentadoFinalmente, são apresentados os critérios para dimensionamento dos ss os critérios para dimensionamento dos sistemas de confinamentoistemas de confinamento,, coleta, transporte e tratamento dos gases, contemplando a seleção de materiais para confecção dos sistemas, incluindo a indicação de métodos coleta, transporte e tratamento dos gases, contemplando a seleção de materiais para confecção dos sistemas, incluindo a indicação de métodos de monitoramento e controle dos
de monitoramento e controle dos sistemas de tratamento de substâncias odoríficas, em estações de sistemas de tratamento de substâncias odoríficas, em estações de tratamento de esgotos.tratamento de esgotos.
REV
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EMISSÕES
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TIPOS A A - - PARA PARA APROVAÇÃO APROVAÇÃO C C - - ORIGINALORIGINAL B
B – – REVISÃO REVISÃO D D - - CÓPIACÓPIA
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ENGENHO NOVE ENGENHARIA AMBIENTAL LTDA. ENGENHO NOVE ENGENHARIA AMBIENTAL LTDA.
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EQUIPE TÉCNICA: Engenho 9 e Copasa EQUIPE TÉCNICA: Engenho 9 e Copasa
Engº
Engº Artur Artur Tôrres Tôrres Filho Filho Engº Engº Analista Analista Master Master Carlos Carlos Alberto Alberto Leite Leite SoaresSoares Engº
Engº Paulo Paulo Roberto Roberto de de Souza Souza Engº Engº Rodrigo Rodrigo Varella Varella BastosBastos Engº
Engº Francisco Francisco Curzio Curzio Laguardia Laguardia Engª Engª Juliana Juliana Freire Freire Carvalho Carvalho BossiBossi Engº
Engº Lucas Lucas Almeida Almeida Castro Castro Engº Engº Welington Welington Luis Luis VilelaVilela Engª Milva Galdina
Engª Milva Galdina
Engª Neire Borges Malheiro Engª Neire Borges Malheiro Engº Daltro Alexandre Rodrigues Engº Daltro Alexandre Rodrigues Eng ª Marta Moura Magalhães Eng ª Marta Moura Magalhães
VOLUME: VOLUME:
VOLUME XI – DESODORIZAÇÃO DE ETEs E
VOLUME XI – DESODORIZAÇÃO DE ETEs E UNIDADES DE SES
UNIDADES DE SES
REFERÊNCIA: REFERÊNCIA:
SUMÁRIO SUMÁRIO O conjunto de
O conjunto de “Diretrizes para Elaboração de Estudos e Projetos”“Diretrizes para Elaboração de Estudos e Projetos” desenvolvido pela DPG /desenvolvido pela DPG / SPEG está
SPEG está composto por 11 composto por 11 (onze) volumes, distribuídos conforme especificado abaixo:(onze) volumes, distribuídos conforme especificado abaixo: VOLUME I –
VOLUME I – DIRETRIZES GERAISDIRETRIZES GERAIS VOLUME II –
VOLUME II – UTILIZAÇÃO DE PROJETOS UTILIZAÇÃO DE PROJETOS PADRÕESPADRÕES VOLUME III –
VOLUME III – LEVANTAMELEVANTAMENTOS NTOS TOPOGRÁFICOSTOPOGRÁFICOS VOLUME IV –
VOLUME IV – LEVANTAMELEVANTAMENTOS E NTOS E PROJETOS GEOTÉCNICOSPROJETOS GEOTÉCNICOS VOLUME V –
VOLUME V – PROJETO BÁSICOPROJETO BÁSICO TOMO I –
TOMO I – SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA - SAASISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA - SAA TOMO II –
TOMO II – SISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS - SESSISTEMAS DE ESGOTOS SANITÁRIOS - SES VOLUME VI –
VOLUME VI – PROJETO ELÉTRICOPROJETO ELÉTRICO VOLUME VII –
VOLUME VII – PROJETO ESTRUTURALPROJETO ESTRUTURAL VOLUME VIII –
VOLUME VIII – ORÇAMENTOORÇAMENTO VOLUME IX –
VOLUME IX – LICENCIAMLICENCIAMENTO ENTO AMBIENTALAMBIENTAL VOLUME X –
VOLUME X – OCUPAÇÃO DE FAIXA DE DOMÍNIOOCUPAÇÃO DE FAIXA DE DOMÍNIO VOLUME XI –
ÍNDICE
1 APRESENTAÇÃO ...6
2 INTRODUÇÃO ...7
3 LEGISLAÇÃO E NORMAS PERTINENTES ...8
4 CONSIDERAÇÕES GERAIS ... 10
5 AÇÕES MITIGATÓRIAS ... 13
5.1 ADEQUAÇÃO DOS PROJETOS DAS ETES ÀS MEDIDAS MITIGATÓRIAS DE CONTROLE DE ODORES ... 13
5.2 CONFINAMENTO DOS PONTOS POTENCIAIS DE EMISSÕES ... 13
5.3 PRÁTICAS DE CONTROLE OPERACIONAL ... ... 14
5.3.1 Redução do tempo de exposição dos resíduos sólidos ... 14
5.3.2 Inspeções periódicas nos sistemas de confinamento e transporte de gases odoríficos... 14
5.3.3 Treinamento de equipe de operadores ... 14
5.3.4 Outras ações ... 14
5.4 REDUÇÃO DA TURBULÊNCIA NAS ETAPAS DE TRANSFERÊNCIA ENTRE AS UNIDADES DA ETE ... ... 15
6 CONCEPÇÃO DO PROJETO DO SISTEMA DE DESODORIZAÇÃO ... ... 16
6.1 LEVANTAMENTO DE DADOS ... 16
6.1.1 Fontes características de emissão de odores em ETEs ... ... 17
6.1.2 Caracterização / Medição dos Gases ... 17
6.2 CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DA TECNOLOGIA ... 19
6.3 SISTEMA DE CONFINAMENTO DAS ÁREAS ... 19
6.4 SISTEMA DE EXAUSTÃO E TRANSPORTE DO AR ODORÍFICO ... 20
6.4.1 Vazão de ventilação... ... .. 21
6.4.2 Diâmetros e velocidades nos dutos de transporte dos gases... ... 22
6.4.3 Requisitos de energia para transporte dos gases nos dutos ... ... 22
6.4.4 Critérios para seleção e dimensionamento do ventilador do sistema de exaustão ... 24
6.4.5 Extração dos gases odorantes na corrente líquida: sistema "air stripping" ... 27
6.5 SISTEMAS DE TRATAMENTO ... 29
6.5.1. Tratamento físico-químico de gases odorantes por absorção ... 29
6.5.1.1 Princípios do tratamento de gases por meio de absorção ... .. 29
6.5.1.2 Principais equipamentos para absorção de gases ... ... 30
6.5.1.3 Seleção do líquido de absorção de lavadores de gases ... 31
6.5.1.4 Critérios para seleção e dimensionamento do tratamento por absorção ... 32
6.5.2 Tratamento físico-químico de gases através de ad sorção ... 33
6.5.2.1 Princípios do processo de adsorção ... ... 34
6.5.2.2 Critérios para seleção e dimensionamento de sistema de adsorção ... 34
6.5.3 Tratamento biológico de gases odorantes... ... 35
6.5.3.1 Biodegradabilidade ... ... 36
6.5.3.2 Tipos de reatores biológicos para tratamento d e gases ... ... 37
6.5.3.3 Critérios para seleção e dimensionamento do tratamento biológico ... ... 37
6.5.3.4 Suporte bacteriano ... ... 39
6.5.3.5 Nutrientes ... ... ... 39
6.5.4 Tratamento de gases por oxidação térmica ... ... 39
6.5.4.1 Critérios para seleção e dimensionamento do tratamento por oxidação térmica ... 41
6.6 PRINCIPAIS FÓRMULAS APLICADAS ... ... 43
6.7 SELEÇÃO DE MATERIAIS ... ... 45
6.7.1. Aço-carbono ... 46
6.7.2 Aço inoxidável ... 46
6.7.3 Alumínio ... 47
6.7.4 Materiais poliméricos e elastoméricos... ... 47
6.7.5 Concreto / Alvenaria ... 48
6.7.6 Madeira... ... ... 48
6.7.7 Principais aplicações sugeridas para os diversos materiais... .. 48
6.8 SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS ... ... 49
7 MONITORAMENTO E CONTROLE DAS EMISSÕES PARA ATMOSFERA ... 52
7.1 MANUAL ... 52
7.1.2 Equipamentos... ... ... 52
7.2 AUTOMÁTICO ... ... ... 52
7.2.1 Metodologia... ... ... 53
7.2.2 Equipamentos... ... ... 53
8 SEGURANÇA OCUPACIONAL E CONSERVAÇÃO DO PATRIMÔNIO ... 54
8.1 SEGURANÇA OCUPACIONAL ... 54
8.1.1 Limites de H 2 S admitidos pela legislação ... 54
8.1.2 Ambientes confinados ... 54
8.2 CONSERVAÇÃO DO PATRIMÔNIO ... 55
8.3 PRINCIPAIS NORMAS E LEGISLAÇÃO PERTINENTES ... 55
9 PLANO DE CONTINGÊNCIA ... 56
9.1 INTEGRANTES DO PLANO DE CONTINGÊNCIA ... 56
9.2 RESPONSABILIDADES E ATRIBUIÇÕES DOS INTEGRANTES ... 56
9.3 ÁREAS DO ENTORNO ... ... .. 57
9.4 MONITORAMENTO DAS EMISSÕES ... 57
9.5 REGISTRO DE DADOS DE MONITORAMENTO, ADOÇÃO DE VALORES E AÇÕES RESPOSTA ... 57
9.6 CAPACITAÇÃO E TREINAMENTO DOS INTEGRANTES DO PLANO ... 57
10 FORMA DE APRESENTAÇÃO DO PROJETO DE DESODORIZAÇÃO A SER DESENVOLVIDO ... 58
10.1 DOCUMENTOS DO PROJETO COMPLETO DE DESODORIZAÇÃO ... 58
10.2 RECOMENDAÇÕES DE PROJETOS ... 58
11 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 60
12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 61
1 APRESENTAÇÃO
A implantação de Estações de Tratamento de Esgotos (ETE) composta pelas operações unitárias e processos de tratamento empregados em suas diversas unidades, em muito contribui para a melhoria das condições de saúde da população e do meio ambiente. Entretanto, a relação entre essas unidades e a população a ser beneficiada nem sempre é harmônica. A dificuldade de relacionamento é normalmente provocada pelos incômodos que uma ETE e os processos inerentes à decomposição biológica dos contaminantes podem vir a ocasionar em áreas residenciais, devido a geração de odores desagradáveis. Assim, torna-se necessária a identificação dos principais compostos químicos causadores desses odores presentes nos esgotos, bem como a definição das operações unitárias e processos de tratamento de odores, para proporcionar a execução de projetos de controle das emissões odoríficas, além de procedimentos a serem adotados para minimização dessas emissões.
Alguns sistemas de controle de odores encontram-se implantados e em operação em diversas ETEs da COPASA, com utilização de diferentes tecnologias. Torna-se imprescindível o desenvolvimento de diretrizes que possam nortear os projetistas quanto à seleção das diversas tecnologias disponíveis para aplicação nos projetos de controle de odores em ETEs, conforme o diagnóstico dos locais identificados como potencias pontos de emissão de substâncias odoríficas.
O presente documento consiste das diretrizes a serem observadas no desenvolvimento dos estudos e projetos de ETEs da COPASA e de outras unidades dos sistemas de esgotamento sanitário, visando minimizar ou eliminar os odores decorrentes, em atendimento à legislação pertinente vigente no país.
Ressalta-se que esse documento deve ser atualizado constantemente em decorrência de novas tecnologias, de alterações de normas, de sugestões de melhorias pertinentes dos usuários ou de quaisquer partes interessadas. Contribuições para essa finalidade sempre serão bem-vindas por meio do sistema de atendimento “Fale-Conosco” ou de outras formas oficiais disponíveis na COPASA.
2 INTRODUÇÃO
Estações de Tratamento de Esgotos - ETEs podem apresentar problemas de geração de odores causando incômodos para sua vizinhança. O monitoramento e controle dos gases odoríficos tornam-se imprescindíveis em tais situações. O gás sulfeto de hidrogênio pode ser considerado o principal composto causador de odores em ETEs, em especial nas estações que utilizam sistemas anaeróbios para o tratamento de efluentes. Para melhor conhecimento e entendimento das rotas de geração de sulfeto de hidrogênio ao longo dos processos de tratamento empregados, torna-se necessário discorrer sobre os mecanismos de geração desse composto por processos biológicos anóxicos e seus potenciais pontos de emissão para a atmosfera numa estação de tratamento de efluentes, bem como acerca dos processos empregados para sua eliminação.
Um dos principais problemas associados ao tratamento anaeróbio de águas residuárias ricas em sulfato é a produção de sulfeto de hidrogênio. Os esgotos domésticos podem conter concentrações de sulfato (SO42-) variando de 20 a 50 mg/L, que em condições anaeróbias é
reduzido a sulfeto de hidrogênio (H2S). O sulfeto de hidrogênio é um composto tóxico, incolor,
reativo, identificado comumente pelo odor característico de ovo podre. Na medida em que é formado pela redução do sulfato, o sulfeto de hidrogênio permanece dissolvido em meio líquido até atingir o limite de saturação, com o restante sendo emitido para a atmosfera. O processo se inicia nas redes de coleta e transporte dos despejos até a unidade de tratamento, motivo pelo qual o primeiro foco potencial de geração a ser contemplado no projeto é o ingresso dos efluentes na ETE. Nos locais de maior turbulência, como nos locais onde os efluentes são submetidos a queda livre, o H2S dissolvido tende a desprender-se do meio líquido com maior
taxa de emissão para a atmosfera.
É importante o monitoramento dos sulfetos no meio líquido e gasoso, bem como o entendimento da dinâmica de geração e emissão de sulfetos para o controle dos possíveis pontos de emissão de odores agressivos. Desse modo, estratégias de gerenciamento e controle de odores para mitigação dos impactos negativos provocados pelo H 2S no ambiente
podem ser tomadas, de forma a não comprometer a difusão da tecnologia anaeróbia de tratamento de esgotos e garantir a manutenção da qualidade de vida das populações circunvizinhas às ETEs.
3 LEGISLAÇÃO E NORMAS PERTINENTES
Apesar da importância do gerenciamento dos gases em estações de tratamento de esgotos, a questão ainda é incipiente no Brasil, tanto no meio acadêmico quanto em relação aos aspectos legais, quando comparado a países como Alemanha, França, Holanda e Estados Unidos. Na esfera legal, os esforços se convergem principalmente para o controle da emissão de gases odorantes.
• Resolução CONAMA n° 382/2006 – Estabelece os limites máximos de emissão de poluentes atmosféricos para fontes fixas
Em nível federal, a Resolução determina que “em função das características locais da área de influência da fonte poluidora sobre a qualidade do ar, o órgão ambiental licenciador poderá estabelecer limites de emissão mais restritivos, inclusive considerando o incômodo causado pelo odor além dos limites do empreendimento”. No âmbito estadual, alguns órgãos apresentam padrões de qualidade do ar para determinadas substâncias com concentrações limites, cujos valores coincidem com os seus limites olfativos.
• Resolução SEMA n° 054/2006 - PR
Define critérios para o Controle da Qualidade do Ar como um dos instrumentos básicos da gestão ambiental para proteção da saúde e bem estar da população e melhoria da qualidade de vida.
A Resolução determina que “as atividades geradoras de substâncias odoríferas, com uma taxa de emissão acima de 5.000.000 UO/h (unidades de odor por hora), deverão promover a instalação de equipamento, previamente analisado pelo Instituto Ambiental do Paraná, visando à captação e remoção do odor, com eficiência mínima de 85%”.
• ABNT NBR 12209:2011 - Elaboração de projetos hidráulico-sanitários de estações de tratamento de esgotos sanitários
A última revisão dessa norma indica textualmente que entre as atividades de elaboração de projetos hidráulicos e sanitários de ETEs está a “avaliação de emissão de odores, ruídos e aerossóis que possam causar incômodo à vizinhança e indicação de ações mitigatórias”.
• NR-15 Portaria 3214/78 do MTE - Atividades e Operações Insalubres
Esta norma indica que os riscos operacionais da exposição do H 2S em uma atmosfera que
apresenta pouca ventilação ou confinamento e concentrações de gás sulfídrico superior a 8ppm (ou 12 mg/m3), tem grau de insalubridade classificado como máximo.
• ASHRAE - American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers O critério a ser adotado nos projetos para a proteção dos trabalhadores nos locais confinados e/ou com pouca ventilação deverá ser a instalação de sistemas de ventilação exaustores, com 8 a 12 trocas/horas.
4 CONSIDERAÇÕES GERAIS
As instalações de uma Estação de Tratamento de Esgotos podem gerar odores em função dos processos adotados e das condições operacionais e hidráulicas utilizadas, desagradando à vizinhança, o que justifica a necessidade de implementação da gestão de suas emissões, seja na adoção de medidas de prevenção na sua produção, ou na adoção de tratamento eficaz. Diversos problemas são atribuídos à presença de sulfetos em águas residuárias, principais causadores de odores em sistemas de esgotos, tais como a corrosão de estruturas de concreto, tubulações, bombas, tanques, dentre outros componentes, o aumento da demanda química de oxigênio dissolvido nos corpos receptores (DQO) e a emanação de odores ofensivos.
O limite de percepção do H2S pelo ser humano é extremamente baixo, e em concentrações
elevadas o gás inibe a ação do sistema olfativo, neutralizando um fator que deveria servir de alarme em uma situação de perigo. Os sulfetos constituem uma ameaça por serem danosos à vida aquática em geral, acima de determinadas concentrações. O gás sulfídrico é igualmente tóxico e em concentrações superiores a 700 ppm no ar, pode ocasionar a morte em poucos minutos. Irritação dos olhos e do aparelho respiratório, perda de olfato e inconsciência são sintomas de uma exposição a concentrações superiores a 5 ppm conforme discriminado na Tabela 1.
Tabela 1– Espectro tóxico do H2S
Concentração na
atmosfera (ppm) exposiçãoTempo de Sintomas
0,05-5 1 min Detecção do odor característico
10-30 6-8h Irritação nos olhos
50-100 30 min – 1h Conjuntivite, dificuldades de respiração
150-200 2 -15 min Perda de olfato
250 - 350 2 -15 min Irritação nos olhos
350 - 450 2 -15 min Inconsciência, convulsão
500 - 600 2 -15 min Distúrbios respiratórios e circulatórios
700-1500 0 - 2 min Colapso, morte
Em concentrações elevadas, os sulfetos são tóxicos aos processos anaeróbios de tratamento biológico de esgotos, podendo reduzir a eficiência do processo e até a inibir a atividade microbiana. Na prática, para que não ocorram perturbações da biomassa ativa, a concentração dos sulfetos não deve ser superior a 25 mg/L e deve ser mantida a mais constante possível, pois variações que causam choques também podem prejudicar os processos biológicos anóxicos de tratamento de esgotos.
A partir da definição dos pontos de confinamento e captação dos gases odoríficos, deverão ser definidas as vazões de exaustão e dimensionados os sistemas de transporte dos gases até os sistemas de tratamento e controle de odores.
Os métodos de controle de odores podem ser abordados a partir de duas frentes:
(i) MEDIDAS MITIGATÓRIAS: ações para redução da formação e do desprendimento dos gases odorantes (que inclui concepções de projeto adequadas a esses objetivos, práticas de controle operacional, adição de produtos químicos nas etapas do tratamento do esgoto, etc.) ou diluição do ar contaminado;
(ii) TRATAMENTO DOS GASES ODORANTES: tratamento após a geração dos gases odorantes, sendo, contudo, um método de controle que demanda investimentos financeiros significativamente maiores.
Dessa forma, deve-se optar pela segunda frente apenas quando as primeiras ações não alcançarem um efetivo controle dos odores. Um tratamento adequado dos efluentes a serem processados na digestão anaeróbia, de forma a reduzir o teor de enxofre e as técnicas de prevenção da formação ou, pelo menos, a inibição na liberação do H2S no fluxo de gás durante
o processo de metanização pode reduzir os problemas futuros nas unidades, bem como acarretar na redução dos custos operacionais.
Vários agentes químicos e físicos são utilizados no controle dos problemas de odores e da corrosão associada à formação do H2S, entretanto, é certo que a inibição completa da
formação do H2S só ocorre em condições totalmente aeróbias. Como exemplo da adição de
produtos químicos para a prevenção da geração do H2S, durante o processo de digestão
pode-se aplicar sais de ferro (FeCl2, FeCl3) ao esgoto afluente, o que promove a precipitação do
sulfeto ferroso e a dissociação do H2S na fase líquida. É importante alertar, no entanto, para as
consequências decorrentes de uma maior precipitação de sólidos e aumento do volume de lodo produzido diariamente, pois essas ações exigirão práticas operacionais para manutenção do equilíbrio do processo quanto ao balanço de massa do sistema.
Já os métodos para o tratamento de gases odorantes em ETEs podem ser caracterizados como de natureza física, química e bioquímica (Figura 1). Os processos físicos se baseiam na transferência do poluente de um estado físico para o outro.
Os processos químicos fundamentam-se em reações de oxidação ou formação de precipitados.
Já os processos biológicos consistem na transferência dos poluentes presentes no gás para uma fase líquida e, em seguida, na degradação, por meio de microrganismos específicos.
Devido ao maior conhecimento tecnológico, experiência em plantas industriais e os níveis de eficiência obtidos, os métodos físico-químicos de controle de odores têm sido os mais utilizados.
Figura 1 - Rotas tecnológicas para dessulfuração dos gases
No presente volume, serão abordados apenas os processos de tratamento de gases odorantes por absorção, adsorção, filtros biológicos e oxidação térmica.
5 AÇÕES MITIGATÓRIAS
Deverão ser adotadas medidas mitigatórias visando garantir os resultados a serem obtidos com a implantação dos sistemas de controle propostos. Caso alguma estrutura implantada na Estação de Tratamento de Efluentes apresente emissões fugitivas para atmosfera, pode haver um comprometimento da eficácia dos investimentos a serem realizados com a implantação das estruturas de confinamento e dos sistemas de tratamento de odores. Outro fator a ser considerado na adoção dessas medidas consiste de uma possível redução no consumo de produtos químicos pela minimização das emissões geradas pelas fontes contempladas. A seguir encontram-se elencadas as medidas mitigadoras propostas.
5.1 ADEQUAÇÃO DOS PROJETOS DAS ETES ÀS MEDIDAS MITIGATÓRIAS DE
CONTROLE DE ODORES
Os projetos das ETEs, desde a sua concepção, deverão identificar os possíveis pontos de emissão de substâncias odoríficas e adotar medidas mitigatórias para controle dessas substâncias.
5.2 CONFINAMENTO DOS PONTOS POTENCIAIS DE EMISSÕES
Deverão ser contemplados projetos de estruturas para confinamento de unidades que apresentam potencial risco de emissões de substâncias odoríficas, ou seja, concentração de sulfetos no meio líquido superior a 0,8 mg/L, como por exemplo:
• Estações Elevatórias;
• Caixas de chegada de esgoto bruto e câmaras de distribuição de vazão dos reatores; • Grades manuais e mecanizadas, caixas de areia, desarenadores e peneiras;
• Caixa distribuidora de vazão para reatores, filtros biológicos, decantadores, percolado; • Canais afluentes e efluentes do tratamento preliminar, primário e secundário;
• Decantadores primários; • Reatores biológicos; • Filtros biológicos;
• Lançamento final do efluente primário e secundário; • Desidratação de lodos;
• Coleta e armazenamento de sólidos removidos no processo de tratamento (material gradeado, areia, lodo desidratado, escuma);
5.3 PRÁTICAS DE CONTROLE OPERACIONAL
5.3.1 Redução do tempo de exposição dos resíduos sólidos
A equipe de operação deverá remover, no menor intervalo de tempo possível, os resíduos provenientes da operação da ETE, visando a minimização das emissões de substâncias odorantes pelos processos biológicos que ocorrem nos resíduos orgânicos acumulados.
Recomenda-se, desde que haja viabilidade operacional, um prazo máximo de exposição dos resíduos sólidos de 1 (um) dia, em função da natureza orgânica e alta biodegradabilidade de alguns componentes desses resíduos.
5.3.2 Inspeções periódicas nos sistemas de confinamento e transporte de gases odoríficos
Deverão ser feitas inspeções periódicas para identificação da ocorrência de emissões fugitivas nos sistemas de confinamento e transporte de gases odoríficos.
Recomenda-se um prazo máximo para inspeções periódicas nos sistemas de confinamento e transporte de gases odoríficos de 12 meses.
5.3.3 Treinamento de equipe de operadores
A equipe de operadores deverá ser devidamente capacitada para operar os sistemas implantados, para identificação, minimização e correção de eventuais falhas no processo de tratamento de odores.
5.3.4 Outras ações
Além das práticas citadas, outras ações de controle operacionais devem ser adotadas com frequência, tais como:
• Combate diário a formação de espuma e bulking com jatos d’água, nos tanques de aeração, decantadores secundários e adensadores de lodo;
• Aumento na frequência de limpeza das unidades operacionais e remoção de sólidos; • As unidades devem ser limpas e lavadas após as intervenções operacionais diárias e
pintadas após manutenção;
• Remoção diária dos sólidos grosseiros removidos no processo; • Remoção semanal de areia no processo;
• Remoção diária de lodo desidratado;
• Limpeza e escovação diária do fundo e paredes laterais dos canais de coleta e transporte de esgotos no processo de tratamento;
• Aferição anual de todos os sensores e equipamentos de monitoramento e controle do processo de combate ao odor;
• Manter a capacidade instalada de aeração disponível;
• Manter as unidades administrativas e laboratoriais sempre limpas; • Redução de tempos de detenção em unidades abertas;
• Eliminação de perdas de gases por permeabilidade das estruturas de contenção e/ou vazamentos;
• Plantio de barreiras verdes com espécies aromáticas no entorno da ETE; • Manutenção e limpeza das áreas administrativas, laboratoriais e operacionais;
• Deverão ser previstos formulários para controle dos parâmetros monitorados e relatórios mensais, que comprovem a eficiência e eficácia do processo;
• Projetar caçambas menores e/ou prever a substituição de caçambas por caçambas de recolhimento de resíduos menores, para proporcionar a viabilidade da remoção diária dos resíduos.
5.4 REDUÇÃO DA TURBULÊNCIA NAS ETAPAS DE TRANSFERÊNCIA ENTRE
AS UNIDADES DA ETE
A turbulência no fluxo do efluente final e entre as unidades da ETE pode gerar o desprendimento de gases odoríficos do meio líquido, gerando maus odores. Sempre que possível, deve-se evitar configurações que causem turbulência no fluxo em sistemas de transferência de efluentes entre as unidades, e no efluente final da ETE. Devem ser adotadas medidas tais como:
• Garantir que a chegada dos esgotos no tratamento preliminar e o lançamento do efluente final sejam afogados;
• Evitar degraus a montante da calha Parshall; • Evitar quedas de esgotos;
• Manter afogadas as caixas de recebimento e de distribuição de esgotos; • Projetar as entradas e saídas das caixas de distribuição de vazão afogadas;
• Nos filtros biológicos, manter a altura dos distribuidores a no máximo 10 cm do meio suporte, com os bicos difusores direcionados para baixo.
6 CONCEPÇÃO DO PROJETO DO SISTEMA DE DESODORIZAÇÃO
Mesmo com a adoção de medidas mitigatórias para controle de emissões de substâncias odoríficas em ETEs, algumas unidades componentes das estações podem apresentar fontes de emissões que necessitem de sistemas de desodorização. As próprias redes de esgotamento, com o aumento do tempo de detenção hidráulico, tendem a elevar as concentrações de sulfeto dissolvido na massa líquida, proporcionando em alguns casos as condições necessárias para a indicação da implantação de sistemas de controle de odores no tratamento preliminar ou em elevatórias de esgoto bruto. Outro ponto que merece destaque diz respeito ao lançamento de despejos provenientes de processos anaeróbios, uma vez que as concentrações de sulfeto dissolvido comumente apresentam-se elevadas e acima das concentrações de saturação de sulfetos na massa líquida. Assim sendo, o desprendimento das substâncias odoríficas pode ocorrer mesmo fora das zonas de turbulência.
Outros fatores a serem considerados para a adoção de sistemas de desodorização em ETEs são a proximidade de adensamentos populacionais, o porte da ETE, o qual encontra-se relacionado ao potencial de emissão de substâncias odoríficas, o processo de tratamento a ser empregado nas ETEs (anaeróbio ou aeróbio), além das estruturas periféricas, tais como os sistemas de desidratação e descarte de lodo.
A concepção básica consistirá num sistema de completo confinamento, com coleta e transporte dos gases gerados na ETE e fornecimento dos demais equipamentos, materiais e infra-estrutura necessários para o tratamento e controle de odores.
O sistema deverá ser composto por:
• Sistema de confinamento das áreas;
• Sistema de exaustão e transporte do ar odorífico;
• Sistema de tratamento e lançamento de gases na atmosfera.
6.1 LEVANTAMENTO DE DADOS
Deverão ser levantados e analisados os seguintes itens: • Documentação existente disponível;
• Identificação das unidades geradoras de gases odorantes;
• Realização de testes (análise sensorial e analítica) nas proximidades das unidades geradoras de gases odorantes, com o objetivo de avaliar limite de detecção, intensidade do odor e valores hedônicos;
• Caracterização dos gases produzidos;
• Cadastro das instalações elétricas, de instrumentação e automação existentes; • Identificação da temperatura ambiente;
• Identificação da direção dos ventos dominantes;
• Identificação dos locais urbanizados e dos loteamentos previstos próximos às unidades a serem instaladas.
Nota: Na ausência e/ou impossibilidade de levantamento dos dados em campo, a Copasa avaliará as limitações levantadas, e poderá autorizar a utilização de dados médios bibliográficos gerados nas fases de tratamento, que constam da literatura técnica, em específico nas unidades de tratamento de esgotos.
6.1.1 Fontes características de emissão de odores em ETEs
Os maus odores são provenientes de uma mistura complexa de moléculas, principalmente compostos com enxofre (H2S e mercaptanas). O potencial de emissão de H2S pode ser
avaliado a partir das concentrações de sulfetos dissolvidos na corrente líquida, pois a condição crítica para emissão de odores seria a extração total desses gases nos esgotos com a liberação para a atmosfera. Pontos de emissão característicos e níveis de concentração de sulfetos em meio líquido em uma estação de tratamento de esgotos sanitários são apresentados a seguir na Tabela 2.
Tabela 2-Concentrações típicas de sulfetos em unidades de estações de tratamento de esgotos Pontos na ETE (Fonte de emissão) Concentração desulfeto [mg/L]
Elevatória de esgoto bruto (Efluente bruto) 0,8 a 2,0
Tratamento preliminar (Desarenador / Gradeamento) 0,8 a 2,0
Elevatória / Caixa distribuidora de vazão (após Tratamento Preliminar) 0,8 a 2,0
Caixa distribuidora de vazão (saída Reatores UASB) 7,0 a 10,0
Caixa distribuidora de vazão (após processo aeróbio) < 0,2 Elevatória de esgotos tratados (após processo aeróbio) <0,2
Lançamento final (após processo aeróbio) <0,2
6.1.2 Caracterização / Medição dos Gases
Os gases confinados nas unidades de uma Estação de Tratamento de Esgotos deverão ser caracterizados antes de serem encaminhados ao tratamento.
A sensação olfativa depende da natureza da substância odorante, e de sua concentração no ar. Apesar dos gases odorantes possuírem alguns compostos potencialmente tóxicos, seus efeitos à saúde são devidos à concentrações dezenas de vezes superiores aos limites de detecção olfativo (exemplo H2S). Esses gases podem ser analisados por meio de diferentes
técnicas.
Testes sensoriais: identificam características e intensidade de odores, valores hedônicos (agradável ou desagradável) e limite de detecção e seus resultados são qualitativos. A olfatometria é um teste sensorial baseado na resposta do sistema olfativo do ser humano. Segundo a olfatometria, só o ser humano é capaz de dizer se uma mistura de moléculas ou substâncias presentes no ar é odorante ou não. Como a capacidade de perceber um odor varia notavelmente de um indivíduo a outro, a olfatometria possui características subjetivas.
Testes analíticos: identificam e quantificam moléculas, substâncias ou compostos (H2S,
mercaptanas, SO4, NH3, aminas, aldeídos, cetonas e alcóois) responsáveis pelo incômodo
causado por gases odorantes. Trata-se de análise físico-química, que utiliza sensores de gás eletrônico (nariz eletrônico) ou instrumentos analíticos no processo. As análises químicas qualitativas e quantitativas dos odores podem ser r ealizadas por meio dos métodos de análises gravimétricas, iodométricas, volumétricas, colorimétricas, absorção do infravermelho ou através da cromatografia gasosa.
Para avaliação do potencial de emissão de substâncias odoríficas em ETEs da Copasa, serão quantificadas em cada ponto de emissão identificado na ETE, as concentrações de sulfeto dissolvido no meio líquido, através da coleta de amostras compostas. A carga de sulfeto será determinada pelo produto da vazão de esgotos pela concentração de sulfetos em meio líquido determinada pela metodologia SMWW 4500-S2- D, indicada no Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, sendo:
= �
1000
Sendo: K = carga de sulfeto total (kg/h); Q = vazão de esgotos (m³/h);
C = concentração de sulfetos (mg/L)*.
* Concentração limite para adoção de sistemas de tratamento de 0,8 mg/L de sulfeto dissolvido.
6.2 CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DA TECNOLOGIA
A Tabela 3 apresenta critérios para seleção da tecnologia a ser adotada no projeto de controle de odores, de acordo com cada foco de emissão identificado.
Tabela 3 – Quadro de critérios para seleção da tecnologia para tratamento de odores
Tecnologia Requisito deárea
Requisito de combustível
(biogás e combustível
auxiliar)
Recomendação de carga aplicada de contaminantes em fim de plano
Lavadores
químicos1 Baixo Não necessita Alta > 90 kg sulfeto/dia
Adsorção com
carvão ativado2 Baixo Não necessita Baixa <60 kg sulfeto/dia
Filtros biológicos 3 Alto Não necessita Média 60 a 90 kg
sulfeto/dia
Oxidação térmica 4 Baixo Necessita Média – Alta >60 kg sulfeto /dia
1Sistema com torres de lavagem em série, com a primeira torre operando com faixa de pH entre 9 e 10 e a segunda torre operando com faixa de pH entre 9 e 10 com solução de lavagem entre 8 e 10 ppm de cloro. O consumo de produtos químicos (NaOH e NaClO) aumenta com o aumento da carga aplicada, mas não se apresenta como limitante.
2Tempo mínimo de carreira a ser adotada para a troca do carvão ativado de 6 meses determina a recomendação de baixa carga aplicada de contaminantes.
3 Requisito de área apresenta-se como limitante para a aplicação de altas cargas de contaminantes. 4Temperaturas de processo de 850 ºC e tempo de detenção de 0,5 s. Requisito de combustível pode ser limitante para aplicação de altas cargas de contaminantes.
Na escolha da tecnologia a ser utilizada, também deverão ser observados os custos que cada tecnologia acarretará, a saber:
• Custos de investimento inicial;
• Custos de operação (consumo de água, energia elétrica, produtos químicos, etc.); • Custos de manutenção.
6.3 SISTEMA DE CONFINAMENTO DAS ÁREAS
O sistema de confinamento e contenção dos odores da estação deverá incluir a instalação de coberturas ou pontos de recolhimento sobre as emissões potencialmente odoríficas, sendo o ar contaminado conduzido através de exaustores e dutos ao processo de tratamento.
A contenção do ar odorífico deverá ser eficiente e o mais próxima possível da origem, de modo a se minimizar a energia dispendida para o tratamento, poupando os equipamentos de exaustão e de tratamento.
A concepção das coberturas para contenção de ar odorífico deverá focar aspectos como a sobrepressão ou a depressão sob a cobertura, a dimensão e geometria dos equipamentos, bem como as cargas a suportar (ventos e acessos de pessoas).
Os materiais das coberturas, das estruturas e dos equipamentos deverão contemplar as possíveis agressões químicas decorrentes de uma estação de tratamento de esgoto, tais como os descritos nos itens 6.7 e 6.8.
6.4 SISTEMA DE EXAUSTÃO E TRANSPORTE DO AR ODORÍFICO
Para o tratamento de gases é necessário o seu confinamento, que pode ocorrer nos seguintes locais:
• nas áreas de coleta e remoção de escuma e de lodo primário; • nas unidades de decantação primária;
• no tratamento preliminar (caixas de chegada, grades manuais e mecanizadas, caixas de areia, peneiras e caçambas de material sólido removido do processo);
• nas estações elevatórias de linha e processo;
• nas unidades de gradeamento e adensamento de lodo por flotação e gravidade geradas no processo;
• nas caixas de chegada, caixas distribuidoras de vazão para as unidades operacionais, bem como nas câmaras de distribuição de vazão dos reatores anaeróbios;
• nas áreas de depósito dos sólidos e lodos removidos diariamente no processo, quando a frequência de retirada dos mesmos for superior a 1 dia;
• nos depósitos de lodo desidratado, quando a frequência de retirada for superior a 1 dia; • nas áreas de secagem e desidratação mecânica do lodo;
• no lançamento do efluente final da estação.
Nota importante: Os ambientes confinados visam impedir que os gases odorantes atinjam a atmosfera externa, saindo por frestas existentes no sistema de confinamento. Para tanto, deve-se controlar as aberturas dessas estruturas para o exterior, além de submeter o ambiente interno a uma pressão inferior à atmosférica, proporcionando as condições para que o ar entre por essas frestas, com a garantia da não ocorrência de emissões fugitivas.
A partir da coleta/confinamento, os gases deverão ser transportados às unidades de tratamento através de tubulações adequadas. O posicionamento dos captores em ambientes confinados deverá ser o mais próximo possível dos pontos de geração das emissões, assim como mais próximos da parte mais baixa do compartimento uma vez que a substância de referência (H 2S)
para dimensionamento do sistema apresenta peso molecular superior ao ar atmosférico, o que significa que as maiores concentrações devem ser verificadas em pontos mais baixos.
O sistema de exaustão terá por objetivo a renovação do ar e a remoção de contaminantes com um mínimo dispêndio de energia.
O sistema de exaustão dos espaços confinados deverá assegurar a qualidade do ar no interior, prevenir emissões de odores para o exterior e encaminhar o ar odorífico ao tratamento.
A qualidade do ar interior deverá ser estabelecida para salvaguardar a saúde ocupacional, para controlar a umidade relativa, para minimizar o estabelecimento de condições corrosivas e para minimizar os perigos de explosão.
A exaustão deverá ser do tipo mecânica, através de ventiladores que deverão promover e assegurar a extração do ar contaminado e a admissão de ar exterior.
À vazão obtida pela fórmula deverá ser acrescentada uma vazão que proporcione a pressurização desejada na zona confinada às perdas de carga localizadas e distribuídas nas tubulações, além dos fatores de segurança.
O cálculo deverá considerar ainda a manutenção da diferença de pressão proporcionada por qualquer abertura para o exterior, permanentes ou esporádicas.
O estabelecimento do número de renovações horárias deverá estar em conformidade com a classificação da zona confinada a ventilar, de acordo com o grau de contaminação e a qualidade de ar desejada. Estes dados deverão ser claramente especificados nas memórias de cálculo do dimensionamento dos exaustores.
A projetista deverá apresentar para análise e aprovação memórias de cálculo do dimensionamento dos ventiladores e projetos executivos dos sistemas de exaustão e transporte do ar odorífico e catálogos de motores, redutores, ventiladores, subconjuntos, etc. Os materiais e equipamentos utilizados no sistema de exaustão e transporte de gases deverão contemplar as possíveis agressões químicas decorrentes de uma estação de tratamento de esgoto, tais como os descritos nos itens 6.7 e 6.8.
6.4.1 Vazão de ventilação
A vazão de ventilação dos ambientes confinados e/ou com pouca ventilação deverá ser determinada através do critério de número de trocas por hora. Para proteção de trabalhadores nesses locais deverão ser instalados sistemas de ventilação exaustores com 8 a 12 trocas por hora. Para adequação aos equipamentos (modelos de ventiladores) disponíveis no mercado, em locais onde o volume a ser confinado seja reduzido (<30m³) poderá ser adotado o número de trocas de 30 a 60 trocas por hora.
A vazão pode então ser calculada pela expressão:
=
Sendo: Q = vazão (m³/h)
n = número de trocas de ar recomendadas por hora V= volume do espaço confinado (m³)*
* Definido como o volume entre a linha d’água e a cobertura de confinamento. 6.4.2 Diâmetros e velocidades nos dutos de transporte dos gases
Os dutos deverão ser dimensionados para manter a velocidade de escoamento dos gases no intervalo de 5 m/s a 15 m/s e a área das seções transversais dos mesmos poderá ser calculada pela expressão:
=
Sendo: Q = vazão de gases (m³/s)
S = seção transversal do duto (m²) v = velocidade de escoamento (m/s)
6.4.3 Requisitos de energia para transporte dos gases nos dutos
Basicamente deve-se considerar no projeto para o cálculo do requisito de energia para transporte dos gases nos dutos, as especificações técnicas dos seguintes componentes:
a) Captores: determinação da forma, das dimensões, da posição relativa à fonte de emissões, os requisitos de vazão e os requisitos de energia (perdas de carga).
Perda de carga em captores:
A perda de carga na entrada de um captor pode ser estimada pela seguinte expressão:
Δ
= 1
Sendo: Pe = perda de carga (mmca)
ke=coeficiente de entrada (adimensional, tabelado p/ diversos tipos de captores)
A pressão cinética à velocidade do duto pode ser calculada pela expressão:
=
242,2
Sendo: Pc = pressão cinética (mmca)
V = velocidade de escoamento do fluido (m/min)
As tabelas 12, 13 e 14 do anexo apresentam valores para ke e Pe para diversos tipos de
captores.
b) Sistema de dutos: determinação do arranjo físico, comprimento e diâmetro (se circulares) dos mesmos ou os lados (se retangulares), as singularidades (curvas, expansões, contrações, etc.) e a energia necessária para movimentar os gases exauridos nos captores através do sistema de dutos.
Perda de carga em trecho reto de dutos de seção circular:
Os ábacos apresentados nos anexos podem ser utilizados para obtenção da perda de carga em trechos retos de dutos circulares e foram construídas utilizando vazão em m³/s, velocidade em m/s, diâmetro em milímetros, e perda de carga em mmca por metro de comprimento de duto. Essas figuras foram plotadas para condições padrão, a partir da seguinte expressão:
Δ
=
2
Sendo: ∆Pr = perda de carga (mca)
f = fator de atrito (adimensional) L = comprimento do duto (m) D = diâmetro do duto (m)
ρ
= massa específica do fluido (kg/m³),V = velocidade de escoamento do fluido (m/s) g = aceleração da gravidade (m/s²)
c) Equipamento de controle de odores: determinação do tipo, formato e dimensões, com o cálculo da energia necessária para movimentar os gases a serem tratados através do equipamento.
d) Ventilador/exaustor: Em sistema de ventilação exaustora, o ventilador é a turbomáquina que deve fornecer a energia suficiente para promover o escoamento do fluido através do sistema, garantindo que as perdas de carga sejam vencidas. Deve-se posicionar e selecionar adequadamente o ventilador/exaustor, preferencialmente à jusante do equipamento de controle de odores. O ventilador/exaustor deverá ter capacidade para exaustão da vazão de gases calculada no projeto, com fornecimento da energia necessária para movimentação do fluido.
6.4.4 Critérios para seleção e dimensionamento do ventilador do sistema de exaustão Principais tipos de ventiladores centrífugos e axiais – Vantagens e desvantagens
Ventilador centrífugo com rotor de pás inclinadas para frente: possui boa capacidade de exaustão a baixas velocidades, possui bom rendimento, não é adequado para elevadas cargas de poeira e está frequentemente sujeito a problemas de abrasão das pás;
Ventilador centrífugo com rotor de pás radiais: é um ventilador robusto, movimenta grandes cargas de partículas, aplica-se a trabalhos pesados, possui rendimento moderado e nível de ruídos considerável;
Ventilador centrífugo com rotor de pás inclinadas para trás: é um ventilador com potência auto limitada, possui alto rendimento, adequado para gases limpos, apresenta baixo nível de ruídos; Ventilador axial de hélice aberta: apresenta baixo custo para movimentação de grandes volumes a baixas pressões, é frequentemente utilizado para circulação de ar ambiente;
Ventilador tubo axial: possui um propulsor mais robusto, montado dentro de um tubo, permitindo sua conexão direta ao sistema de dutos;
Ventilador axial com diretrizes: seu propulsor também é montado no interior de um tubo, possui uma calota central possibilitando sua utilização a pressões moderadas.
Escolha do tipo de ventilador
A escolha do tipo de ventilador pode ser feita com base na velocidade específica, designada por ns. Esta escolha se baseia na experiência dos fabricantes de ventiladores e no fato de que
existe, para um conjunto de valores de pressão (H), vazão (Q) e rotação (n) um formato de rotor de ventilador que possui menores dimensões e menor custo e que proporciona um melhor rendimento, sendo, portanto, o indicado para o caso.
A velocidade específica, na prática, é calculada por:
= 16,6
√
Sendo: ns = velocidade específica (rpm)
n = rotação do ventilador (rpm) Q = vazão (L/s)
H = pressão (mmca)
A Figura 9 disposta no anexo, permite, então, a escolha do tipo de ventilador em função da velocidade específica, ns.
Escolha do modelo do ventilador
A escolha do modelo de ventilador a ser utilizado deverá ser feita com o auxílio das curvas características do ventilador (desempenho e rendimento) fornecidas pelo fabricante. Deve-se cotejar a curva de desempenho do ventilador com a curva característica do sistema, obtendo-se assim o ponto operacional repreobtendo-sentado pela interobtendo-seção dessas curvas, o qual caracteriza os valores de vazão e pressão com os quais o ventilador associado àquele determinado sistema irá operar. Para minimizar o consumo de energia, o ponto de operação deve localizar-se o mais próximo possível do ponto de rendimento máximo. Quando a curva de delocalizar-sempenho do ventilador apresentar um ramo ascendente e um descendente, deve-se cuidar para que o ponto de operação se localize no ramo descendente e abaixo do início do ramo ascendente, evitando assim que ocorra instabilidade na operação do ventilador.
Outros fatores também devem ser considerados na escolha do equipamento, como: Nível de ruídos, equipamentos com menores níveis de pressão sonora são preferidos;
Características do fluido, limpo, sujo, com pós, agentes corrosivos, temperatura. Para o caso de combate a odores os gases a serem tratados não apresentam restrições quanto à presença de pós e temperatura, sendo a característica restritiva mais significativa a corrosividade relacionada ao gás sulfídrico. Portanto, deve-se selecionar adequadamente o material de construção do ventilador segundo a compatibilidade e resistência ao ataque corrosivo pelo gás sulfídrico, recomendando-se a aplicação dos materiais indicados no item 6.7.
Cálculo da potência motriz
A potência motriz pode ser calculada pela seguinte expressão:
= �Δ
3600�75�
Sendo: N = potência (CV)
Q = vazão de gases (m³/h)
∆P = perda de carga no sistema (mmca)
=rendimento total do ventilador/exaustor (%), conforme catálogo/fornecedores Na prática, para potência instalada geralmente se considera o acréscimo a favor da segurança conforme tabela a seguir:Tabela 4 - Ventiladores/Exaustores – Acréscimo na potência instalada
Potência necessária Acréscimo
< 2 CV 30 %
2 a 5 CV 25 %
5 a 10 CV 20 %
10 a 20 CV 15 %
>20 CV 10 %
Nota importante: Quando o mesmo sistema de ventilação local exaustora for utilizado para captação de gases em mais de um ponto, deve-se apresentar o cálculo do balanceamento do sistema, ou seja, dimensionar as estruturas de forma a proporcionar as condições necessárias para que as vazões determinadas em projeto fluam em cada um dos tramos. O método indicado consiste em calcular a perda de carga no ramal com maior resistência, dotando os outros tramos de registros para possibilitar o equilíbrio de pressões.
6.4.5 Extração dos gases odorantes na corrente líquida: sistema "air stripping"
A técnica de "air stripping" constitui-se da transferência ou extração de substâncias voláteis e gases de um líquido através do arraste por uma corrente de ar. É uma tecnologia utilizada também para eliminação de compostos odorantes dissolvidos nos esgotos.
Os gases odorantes ou poluentes removidos pelo arraste com fluxo de ar devem ser recolhidos e tratados, utilizando-se uma das técnicas descritas anteriormente (absorção, adsorção, etc.). Para maior segurança no dimensionamento do sistema de extração de gases odorantes na massa líquida, a técnica de "air stripping" deve ter sua eficiência avaliada em ensaios de bancada pelo projetista, com os ensaios sendo realizados segundo metodologia a seguir.
Metodologia para realização dos ensaios
Os ensaios deverão ser executados a partir de amostras de esgotos sanitários na própria ETE onde será instalado o sistema ou em ETE que opere com fluxograma e processos similares aos que serão utilizados na ETE onde será instalado o sistema.
Os ensaios de tratabilidade dos efluentes são realizados com o objetivo de avaliar a aplicabilidade e eficiência do sistema “air stripping” na remoção de H 2S em esgoto sanitário
através da determinação da concentração de H2S e OD em amostras de esgoto sanitário.
Amostragem:
As amostragens e preservação dos efluentes deverão ser realizadas por equipe técnica capacitada, conforme os procedimentos padronizados pela norma técnica ABNT NBR 9898 – Preservação e Técnicas de Amostragens de Efluentes e Corpos Receptores e pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater .
Procedimentos Operacionais:
As avaliações deverão ser realizadas através do borbulhamento de ar em amostras de esgoto, com utilização de béquer de 1.000 mL e compressores portáteis para fornecimento de ar. Deverão ser determinadas as concentrações de H2S e oxigênio dissolvido (OD) para três
vazões distintas de ar, obtendo três curvas de concentração de gases dissolvidos por tempo de aeração. As medições de OD e H2S deverão ser realizadas nas amostras submetidas aos
ensaios conforme a seguir:
• Antes da aeração (amostra in natura); • Após 5 minutos de aeração;
• Após 15 minutos de aeração; • Após 20 minutos de aeração;
• 20 minutos de repouso após o último período de aeração. Critérios para seleção e dimensionamento:
Para dimensionamento das unidades do sistema “air stripping” recomenda-se a adoção das vazões de ar compatíveis com as taxas aplicadas nos ensaios e tempos de processo entre 5 e 15 minutos (tempo de detenção hidráulico).
O volume do tanque pode ser determinado pela expressão:
= �
Sendo: V = volume do tanque (m³) Q = vazão de esgotos (m³/h)
TDH = tempo de detenção hidráulica (h)
A potência dos sopradores pode ser calculada pela expressão:
= �( +∆)� �
Sendo: N = potência (W) Q= vazão de ar (m³/s)
H = profundidade de imersão dos difusores (m)
∆H = perda de carga no sistema de distribuição de ar (mca) ρ = densidade do líquido (kg/m³)
g = aceleração da gravidade (9,81 m/s²) η = eficiência (%)
A distribuição do ar no interior do tanque do sistema “air stripping” deverá ser realizada através de difusores de membrana flexível de bolha grossa. A montagem dos difusores deverá ser realizada com o insuflamento do ar sendo direcionado ao fundo do tanque, evitando-se dessa forma o acúmulo de sólidos entre os difusores e o fundo.
O número de difusores requerido pode ser calculado pela expressão:
=
/
,
Sendo: ND = número de difusores
Qar = vazão de ar (m³/h)
QD = vazão de trabalho dos difusores (m³/h), conforme o catálogo técnico ou
informações dos fornecedores.
6.5 SISTEMAS DE TRATAMENTO
O tratamento de atmosferas poluídas com compostos odorantes pode ser efetuado por meio de processos físico-químicos ou biológicos, a depender das características da fonte de emissões. 6.5.1. Tratamento físico-químico de gases odorantes por absorção
Entre as tecnologias disponíveis, o tratamento físico-químico pode se desenvolver por meio de processos de absorção. Este tratamento visa transferir, por via úmida, os compostos da fase gasosa a uma fase líquida, normalmente aquosa.
6.5.1.1 Princípios do tratamento de gases por meio de absorção
Esse processo de tratamento consiste numa absorção, fundamentada na transferência de um gás para uma fase líquida. O processo é indicado para compostos gasosos estáveis. A Figura 2 apresenta um diagrama de blocos do processo.
Figura 2- Diagrama de blocos do processo de tratamento de gases odorantes por absorção Descarte com efluente tratado Estrutura de Confinamento Lavadores de gases Lançamento atmosférico Reservatórios
solu ão de lava em Elevatória
Medição das concentrações de ases nos P1 P2 Exaustor centrífugo Adição de produtos uímicos
Entretanto, uma reação química pode aumentar a transferência de massa. Por exemplo, a utilização de uma solução aquosa em determinado pH, aumenta a solubilidade aparente do produto a transferir, favorecendo uma reação de dissociação. Este processo, denominado lavagem ácido-básica, consiste numa operação de transferência de massa, acompanhada pela reação química de dissociação em formas iônicas solúveis.
Outros exemplos são as lavagens oxidantes. A destruição do poluente pelo oxidante, não somente regenera continuamente a solução de lavagem, como pode igualmente aumentar a taxa de transferência. Algumas vezes podem-se utilizar as duas reações simultaneamente ou mesmo em série.
6.5.1.2 Principais equipamentos para absorção de gases
Os equipamentos para transferência de compostos da fase gasosa para a fase líquida são comumente chamados de “lavadores de gases” ou “scrubbers”.
A performance dos lavadores depende do tempo de residência do gás no equipamento, da área interfacial e das propriedades físico-químicas dos compostos odorantes a eliminar. São descritas a seguir algumas características dos diversos equipamentos existentes.
As colunas com material de enchimento funcionam com predominância do fluxo a contracorrente e apresentam um custo relativamente baixo.
As colunas de prato podem ser utilizadas quando o material de enchimento do reator encontra limites: entupimento ou vazão líquida insuficiente para garantir alta umidade no interior. Possui custo elevado, salvo para os grandes diâmetros (diâmetro da torre >1,5 m). Apresenta outras desvantagens: tendência a formar lamas ou emulsões estáveis, maior perda de carga, maior volume de líquido de absorção, baixa flexibilidade, sobretudo no caso de placas perfuradas. As colunas de aspersão (torres tipo spray) são utilizadas apenas quando a resistência à transferência de massa está inteiramente no filme gasoso (compostos muito solúveis em fase líquida). A eficiência é menor, uma vez que as gotas têm tendência a coalescer, levando a uma redução da superfície de troca.
Os lavadores do tipo venturi são sistemas “convergente-divergente”, por onde passa o gás a ser tratado. No tipo injetor (JET ou hidroventuri), a energia é fornecida ao líquido que, ao se pulverizar, se mistura, lavando o gás a tratar. No tipo venturi clássico, a energia é fornecida ao gás, que pulveriza o líquido que se projeta na garganta do venturi, por intermédio de vários bicos.
A velocidade do gás no estreitamento é elevada e o diâmetro das gotas é pequeno. Como a área interfacial é elevada, são apropriadas às operações que impliquem numa reação química rápida no filme líquido. Apresentam como vantagem adicional a ausência de perda de carga no sistema.
6.5.1.3 Seleção do líquido de absorção de lavadores de gases
Nas operações de tratamento de atmosferas por absorção gás-líquido a escolha do líquido de lavagem é determinante do sucesso da operação. As qualidades de um bom solvente são as seguintes:
• Solubilidade elevada, de modo a aumentar a transferência e minimizar a quantidade de solvente utilizado. Se a solubilidade é muito elevada, o processo será controlado pela transferência, por meio do filme gasoso. Se o composto é pouco solúvel, o processo será controlado por meio do filme líquido;
• Volatilidade do gás a mais baixa possível, de modo a não gerar uma poluição secundária eventual;
• Viscosidade a mais baixa possível;
• Boa estabilidade química em relação aos compostos absorvidos; • Ausência de toxicidade;
• Baixo custo.
O líquido de absorção mais utilizado é o solvente aquoso. Entretanto, a solubilidade dos compostos odorantes na água pura é baixa, na maior parte do tempo, e utilizam-se soluções contendo reagentes químicos (ácidos, bases e oxidantes) permitindo, por sua vez:
• Aumentar a solubilidade aparente dos compostos a eliminar; • Gerar um coeficiente de aceleração da transferência de massa;
• Transformar, em alguns casos, as moléculas odorantes em compostos não odorantes e não tóxicos.
Os principais reagentes para as soluções de absorção são:
• Ácidos: Sulfúrico ou Clorídrico (H2SO4, HCl), para tratar os compostos nitrogenados;
• Básicos: Hidróxido de Sódio, Hidróxido de Potássio (NaOH, KOH), para solubilizar os compostos de enxofre, os ácidos e os fenóis;
• Oxidantes: hipoclorito de sódio, peróxido de hidrogênio, ácido hipocloroso, ozônio (NaClO, H2O2, HClO, O3), para transformar o conjunto dos compostos odorantes.
Cada família de compostos necessita de condições de tratamento particulares. Um tratamento por lavagem pode ser constituído de colunas colocadas em série, cada uma delas específica para eliminar uma família de compostos.
A demanda de reagentes para cada sistema de absorção pode ser estimada pela estequiometria de cada reação química, conforme os compostos mais usuais empregados em processos de absorção:
Lavagem alcalina com hidróxido de sódio (NaOH) H2S + 2NaOH Na2S + 2H2O
34,076g + 79,9944g 78,0396g + 36,0308g
Assim tem-se:
Consumo de hidróxido de sódio: 2,3475 kg [NaOH] / 1kg [H2S]
Lavagem alcalina/oxidante com hidróxido de sódio e hipoclorito (NaOH+NaOCl) H2S + 4NaOCl + 2NaOH Na2SO4 + 4NaCl + 2H2O
34,076g + 297,7688g + 79,9944g 142,0372g + 233,7712g + 36,0308g
Assim tem-se:
Consumo de hidróxido de sódio: 2,3475 kg [NaOH] / 1kg [H2S]
Consumo de hipoclorito de sódio: 8,7384 kg [NaOCl] / 1kg [H2S]
6.5.1.4 Critérios para seleção e dimensionamento do tratamento por absorção
São apresentados na Tabela 5 a seguir critérios para dimensionamento de sistemas de absorção via úmida do tipo colunas de enchimento, colunas de aspersão e lavadores hidroventuri.
Tabela 5 - Faixas de valores a serem adotadas como parâmetros de dimensionamento de sistemas de absorção via úmida
Parâmetro enchimentoColunas de Colunas de aspersão hidroventuriLavadores Tempo de residência > 90 s 20 a 30 s 2 s
Perda de carga 40 a 90 mmca 25 mmca -75 a -25 mmca
Água recirculada m³H0,8 a 1,6 2O/1000m³gás 1,0 a 2,5 m³H2O/1000m³gás 3 a 12 m³H2O/1000m³gás
Nota: Para melhor eficiência do sistema recomenda-se a adoção de colunas de absorção via úmida em série, com diferentes soluções de lavagem de gases (exemplos: ácida/alcalina, alcalina/alcalina oxidante).
A elevatória de solução de lavagem de gases para aplicação no processo de absorção deverá ser dimensionada com base nas velocidades de escoamento observando os seguintes limites: Velocidade de sucção: VS≤ 1,5 m/s
Velocidade de recalque: VR≤ 2,5 m/s
A perda de carga na elevatória de solução de lavagem de gases poderá ser determinada pelo método de Hazen-Williams.
A potência dos conjuntos moto-bomba pode ser calculada pela expressão:
= � �
75�
Sendo: N = potência (CV)
γ= peso específico da solução (kg/m³) H = altura manométrica (m)
Q = vazão de solução (m³/s)
η = eficiência (%), conforme catálogo de fornecedores. 6.5.2 Tratamento físico-químico de gases através de adsorção
A adsorção é um processo de tratamento comumente empregado e compreende a transferência de um gás para um meio sólido.
