BIOFILTROS AERADOS. Ricardo Franci Gonçalves Eng. Civil e Sanitarista Fluxo Ambiental Ltda. EPP.

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BIOFILTROS

AERADOS

Ricardo Franci Gonçalves Eng. Civil e Sanitarista

Conceito

Filtração

₊

Biológica

BIOFILTRAÇÃO

:

filtrante de material grosseiro, tal como pedras, escória de

ferro, ardósia, material plástico, sobre os quais as águas residuárias são distribuídas, constituindo filmes, (formação de limos – zoogléia) que floculam e oxidam a água

Tratamento biológico - ocorre inteiramente por mecanismos biológicos. Organismos envolvidos: - bactérias; - protozoários; - fungos; - algas e - vermes.

Conceito

Tratamento Biológico

Crescimento aderido:

- a biomassa cresce aderida a um meio suporte, formando biofilme.

- filtro biológico - biodiscos

- biofiltro aerado submerso - filtro aneróbio

Classificação

Sistemas de Crescimento

Aderido

- IMOBILIZAÇÃO:

aderência de microorganismos a um suporte sólido ou suspenso

a) produção de polímeros extra-celulares;

b) interações célula-célula;

c) presença de moléculas de polímeros na

superfície e

Estágios do Biofilme

Estágios da formação do biofilme (baseado em Iwai e Kitao, 1994 - Fonte: von Sperling, M., 1996

Espessura do biofilme Características FINA

- filme fino e não cobre toda superfície - crescimento bacteriano a taxa logarítima

- microorganismos crescem nas mesmas condições: similar a biomassa dispersa

INTERMEDIÁRIA

- espessura do filme maior

- taxa crescimento bacteriano constante - espessura camada ativa inalterada

- suprimento matéria orgânica, metabolismo suficiente p/ a manutenção

ELEVADA

- espessura do filme bastante elevado

- crescimento bacteriano contraposto pelo próprio decaimento, consumo microor. e cisalhamento

- partes biofilme desalojadas

- biofilme crescente, sem ser desajolado meio suporte: COLMATAÇÃO

Mecanismos e processos envolvidos c/ o transporte e a degradação de substratos em biofilmes

- processo metabólicos: INTERIOR DO BIOFILME - transporte de substratos: DIFUSÃO

- produtos das reações de oxiredução: TRANSPORTADOS

Sistemas de Crescimento

Aderido

Sistemas de crescimento aderido: AERÓBIA

- oxigênio é consumido à medida que penetra no biofilme

- OD é o fator limitante no estabelecimento de camadas:

ANÓXICAS: redução de nitratos

ANAERÓBIAS: ácidos orgânicos e redução sulfatos

anóxicas anaeróbias

Biofiltros Aerados

 Estações com baixo impacto ambiental;  Compacidade;

 Aspecto modular;

 Rápida entrada em regime;

 Resistência aos choque de cargas;  Ausência de clarificação;

 Várias ETEs UASB + BF implantadas em pequenos e

Descrição da Tecnologia

 Tanque preenchido com um material poroso;

 Meio poroso é mantido sob total imersão pelo fluxo

hidráulico;

 Reatores trifásicos:

 fase sólida: meio suporte, biofilme;  fase líquida;

BFs x FBAS

-BFs Filtros Biológicos Aeradas Submersoso - FBAS  CV DBO aplicada (Kg/m3_{.d) ≤ 4,0}

 Meio suporte granular  Hu = 1,5 – 3,0 m

 Sistema de Aeração Tx= 50 Nm3_{/KgDBOaplic.d}

 Fluxo ascendente

 Necessita de lavagem do meio suporte

 CV DBO aplicada (Kg/m3_{.d) ≤ 1,5}

 Meio suporte estruturado  Hu = 1,5 – 3,0 m

 Sistema de Aeração Tx= 50 Nm3_{/KgDBOaplic.d}

 Fluxo ascendente ou descendente  Não necessita de lavagem do meio suporte

 Melhor mistura de fases

 Aumento na eficiência de transferência de oxigênio

 Controle efetivo da espessura do biofilme

 Incremento da transferência de massa

MEIO FILTRANTE

Constitui a fase sólida do BF e deve servir de suporte para a fixação de microrganismos e para reter

fisicamente os SS presentes no esgoto

Características dos Meios

Filtrantes mais utilizados

Øef entre 2 e 6 mm - BFs descendentes

Øef entre 1 e 2 mm - Nitrificação terciaria

Øef > 2,5 mm - Oxidação carbonacea

Superfície específica variando entre 500 e 900 m2/m3

Densidade ~ 1,5 p/materiais mais pesados que a água

Granulometria homogênea , inerte, não-biodegradavel, indeformável e

resistente a abrasão

Década de 80 : materias granulares de origem mineral

Década de 90 : materiais sintéticos - meios flutuantes ou estruturado

Capacidade de Retenção de

SS pelo Meio Filtrante











ESCOLHA DO MEIO FILTRANTE

> retenção de SS > qualidade do efluente tratado < acréscimo de perda de carga < freqüência de lavagem

Pontos-chave da tecnologia

Material suporte;

Sistema de aeração - Demanda de oxigênio;

Lavagem do meio filtrante; Consumo de energia; Demanda de energia (kWh/kg removido) DQO DBO5 Tipo de BFs (*) Nível de tratamento Observações 0,94 1,05

D Secundário Consumo global Consumo nos BFs 1,30 A Secundário BIOFOR

1,02 a 1,25

A/D Secundário Estudo em 12 ETEs 1,41

1,98

D Secundário com nitrificação

Ar para processo Consumo total nos BFs

Fluxograma típico de ETE

ETEs associando reatores

UASB com BFs

 Elimina a decantação primária (reatores UASB);

 Simplificações nos biofiltros (Três tipos de britas

comerciais);

ETE - UFES

Comparativo de

Pós-Tratamentos

Lodo Ativado Biofiltros Aerados _Submersos

Eficiência 95% para DBO5

85 % para SST 95% para DBO₅ 90 % para SST Vantagens Flexibilidade operacional Possibilidade de remoção de nutrientes Compacidade, Não necessitam de recirculação ( _lodo ) Desvantagens Elevada mecanização Elevado custo de implantação e O&M

Operação mais sofisticada

lavagens periódicas

Efluente anaeróbio: baixas concentrações de matéria orgânica, dificulta o desenvolvimento e a manutenção da biomassa em suspensão.

ETE COMPACTA UASB + BF

Gerenciamento do Lodo



Lodo aeróbio (70 a 80 % SV/ST):

 recirculado para o UASB,

 digestão e adensamento pela via anaeróbia.



Lodo no UASB:

 Elevado grau de estabilização,  Descarte por gravidade,

 Desidratação: leitos de secagem,



Possibilidade

de

uso

na

agricultura

DESEMPENHO:

ETE UASB + BF

 SS e DQO no efluente abaixo dos padrões (COPAM, FEAM,

FEEMA, CONDEMA, CONAMA, etc).

 SS< 30 mg/l , DBO5 < 30 mg/l e DQO < 90 mg/l

 Elevadas eficiências obtidas:

 94% na remoção de SS,  92% na remoção de DBO_5,  88% na remoção de DQO,

 Efluente final com concentrações médias de 15 mg/l de

Índices Característicos:

ETE UASB+BF

Unidades UASB +BF UV TOTAL

m2/hab (1) 0,07 0,0045 0,09

m2/m3 de esgoto tratado/dia 0,30 0,03 0,33

W/hab. 2,00 1,00 3,0

kgST/hab.mês (base seca) 0,45 - 0,45

Lodo: l/hab.mês (desc. 4%ST) 11,0 - 11,0

Lodo: l/hab.mês (desidratado a 35%ST)

1,3 - 1,3

R$/hab. (impl.) (2) 60,00 5,00 65,00

Critérios e Parâmetros de

Projeto

 Taxa de aplicação superficial:(m3/m2.d);

 Carga orgânica volumétrica: kgDBO/m3.d ou kgDQO/m3.d;

Condição operacional Parâmetro

1 2 3 4 5 Carga orgânica superficial (g

DBO/m2.dia)

8,3 8,5 12,5 15,1 18,0 Taxa de remoção superficial (g

DBO/m2.dia)

7,1 7,2 10,1 10,6 11,7 DBO afluente (mg/L) 114 151 164 122 155 DBO efluente (mg/L) 17 22 31 37 54 Eficiência de remoção de DBO ( %) 85 85 81 70 65 Carga orgânica superficial (g

DQO/m2.dia)

14,2 13,7 18,4 27,1 33,0 Taxa de remoção superficial (g

DQO/m2.dia)

8,9 9,6 12,0 16,3 19,5 DQO afluente (mg/L) 195 244 241 219 291 DQO efluente (mg/L) 73 72 84 87 119 Eficiência de remoção de DQO (%) 63 70 65 60 59

Resumo do Parâmetros de

Dimensionamento

Parâmetro Reator UASB BFs Reator UASB + BFs

Carga orgânica volumétrica (g DBO/m3.dia) 0,85 a 1,2 3,0 a 4,0 -

Carga orgânica superficial (g DQO/m2.dia) 15,0 a 18,0 55 a 80 -

Eficiência de remoção de DBO (%) 65 a 75 60 a 75 85 a 95

Eficiência de remoção de SS (%) 65 a 75 60 a 75 85 a 95

Eficiência de remoção de DQO (%) 60 a 70 55 a 65 80 a 90

Taxa de aeração (Nm3/kgDBOremovida) - 25 a 40 -

Produção de lodo (kgST/kgDQOremovida) 0,15 a 0,20 0,25 a 0,40 -

Teor de SV no lodo (% SV/ST) 0,50 a 0,60 0,55 a 0,80 -

Aspectos Operacionais

 Desaglomeração do material, mediante fortes descargas de ar;

 Desestruturação do biofilme em excesso, através de fortes descargas de ar e água (concomitantes ou não);  Descargas de água, para remover o lodo em

execesso do meio granular;

 Evacuação do lodo de lavagem.

As várias etapas que compõem uma operação de lavagem cumprem sempre as seguintes funções em sequência:

Aspectos Operacionais

Etapa Tempo (min) Objetivo Ações Necessárias

1 2 Interrupção do funcionamento Cortar alimentação de esgoto e de ar (fechar as válvulas)

2 2 Descarga intensa da fase

líquida, sob taxas > 20 m3_/m2_.h

Abrir o registro de fundo do BF durante 2 minutos

3 0,5 Interrupção da descarga da fase

líquida Fechar o registro de fundo de BF 4 2 Aeração intensa, sob taxa

superior a 20 m3_/m2_.h Abrir o registro na rede de aeração _{do BF}

5 0,5 Interrupção da aeração intensa Fechar o registro na rede de aeração do BF

6 15 Repetir etapas 2,3,4 e 5,

ordenadamente, mais três vezes Obedecer a seqüência das ações descritas para cada etapa em questão

7 1 Reiniciar a operação do BF Reiniciar a alimentação do BF com esgoto e ar (abrir as válvulas)

Problemas Possíveis Causas Possíveis Soluções

Elevadas concentrações de sólidos suspensos no efluente

- Perda de biofilme / deficiência da lavagem

- Perda de biofilme / toxicidade

- Elevadas concentrações de sólidos suspensos no efluente

- Lavagens prolongadas do BF, lavar com mais freqüência, aumentar cargas hidráulicas de ar e água durante lavagem - Localizar e eliminar as fontes de emissão de compostas tóxicos

- Avaliar possibilidade de remoção de sólidos a montante do reator

Aumento excessivo da perda de carga hidráulica

- Sobrecarga orgânica ou hidráulica

- Lavagem deficiente

- Distribuição de ar deficiente - Aeração em excesso

- Localizar e eliminar as fontes de contribuição de matéria orgânica em excesso ou reduzir cargas, mediante diminuição da vazão afluente

- Lavagens prolongadas do BF, lavar com mais freqüência, aumentar cargas hidráulicas de ar e água durante lavagem - Avaliar funcionamento do sistema de distribuição de ar (possível entupimento) - Reduzir taxa de aeração

Baixa eficiência na remoção de matéria orgânica (DBO, DQO e SS)

- Sobrecarga orgânica, elevadas concentrações de matéria orgânica no afluente

- Sobrecarga hidráulica, picos de vazões afluentes

- Presença de compostas tóxicos no esgoto

- Baixas temperaturas do esgoto

- Localizar e eliminar as fontes de contribuição de matéria orgânica em excesso ou reduzir cargas, mediante diminuição da vazão afluente

- Limitar vazões afluentes ao reator ou equalizar vazões em indústrias

- localizar e eliminar as fontes de emissão de compostos tóxicos

- Avaliar a possibilidade de cobrir o reator

Principais

ETE Comfort - FBAS

 Polimento do efluente do RAC

 Inserido na ETAC e na ETE

 Eficiência de remoção de Matéria Orgânica (RAC+FBAS) >95%

 Filtros autolaváveis. .

 O lodo de excesso removido no decantador secundário  recircula do para o RAC 

digerido e adensado (via anaeróbia)

ETE ETAC

ETE Comfort - FBAS

Principais

Problemas/Soluções - FBAS

- Localizar e eliminar as fontes de emissão de compostos tóxicos

- Presença de material tóxico

- Limitar vazões afluentes ao reator - Sobrecarga hidráulica, picos de

vazões afluentes

- Verificar vazão de ar - Aeração inadequada / dosagem baixa

- Localizar e eliminar o entupimento da grelha

- Aeração inadequada / entupimento da grelha de aeração

Efluente muito turvo

- Verificar o funcionamento das

bombas de recirculação - Problema na recirculação de lodo do

decantador secundário

- Verificar vazão de ar - Perda de biofilme / vazão de ar

elevada

- Verificar vazão afluente - Perda de biofilme / carga hidráulica

elevada Elevadas concentrações de sólidos suspensos no efluente Possíveis Soluções Possíveis Causas Problemas

- Localizar e eliminar as fontes de emissão de compostos tóxicos

- Presença de material tóxico

- Limitar vazões afluentes ao reator - Sobrecarga hidráulica, picos de

vazões afluentes

- Verificar vazão de ar - Aeração inadequada / dosagem baixa

- Localizar e eliminar o entupimento da grelha

- Aeração inadequada / entupimento da grelha de aeração

Efluente muito turvo

- Verificar o funcionamento das

bombas de recirculação - Problema na recirculação de lodo do

decantador secundário

- Verificar vazão de ar - Perda de biofilme / vazão de ar

elevada

- Verificar vazão afluente - Perda de biofilme / carga hidráulica

elevada Elevadas concentrações de sólidos suspensos no efluente Possíveis Soluções Possíveis Causas Problemas

Principais

Problemas/Soluções - FBAS

- Avaliar funcionamento do sistema de distribuição de ar (possível entupimento)

- Distribuição de ar deficiente

- Limitar vazões afluentes ao reator - Sobrecarga hidráulica, picos de vazões

afluentes

- Localizar e eliminar as fontes de contribuição de matéria orgânica em excesso ou reduzir cargas mediante diminuição da vazão afluente

- Sobrecarga orgânica, elevadas concentrações de matéria orgânica no afluente

Odores desagradáveis

- Verificar vazão de ar e possíveis interrupções

- Retorno da aeração após período de Interrupção do suprimento do mesmo

- Verificar vazão de ar - Vazão de ar elevada Excesso de espuma Possíveis Soluções Possíveis Causas Problemas

- Avaliar funcionamento do sistema de distribuição de ar (possível entupimento)

- Distribuição de ar deficiente

- Limitar vazões afluentes ao reator - Sobrecarga hidráulica, picos de vazões

afluentes

- Localizar e eliminar as fontes de contribuição de matéria orgânica em excesso ou reduzir cargas mediante diminuição da vazão afluente

- Sobrecarga orgânica, elevadas concentrações de matéria orgânica no afluente

Odores desagradáveis

- Verificar vazão de ar e possíveis interrupções

- Retorno da aeração após período de Interrupção do suprimento do mesmo

- Verificar vazão de ar - Vazão de ar elevada Excesso de espuma Possíveis Soluções Possíveis Causas Problemas

NBR 12.209  Filtros Aerados Submersos (FAS)

 FAS devem ser precedidos de remoção de sólidos grosseiros e

areia, e de decantação primária ou outras formas de remoção de sólidos sedimentáveis.

 A vazão de dimensionamento dos FAS deve ser a vazão média

afluente à ETE.

 O meio suporte para biomassa no qual se formará o biofilme

poderá ser: um recheio estruturado ou randômico, com superfície

específica inferior a 250 m2_/m3_{, com altura útil igual ou superior a 1,6 m,}

constituído de material inerte de origem sintética ou mineral, com fluxo descendente ou ascendente. Os FAS devem dispor de decantador secundário para clarificação do efluente.

 A carga orgânica volumétrica aplicada deve ser igual ou inferior a

1,8 kg DBO/m3_{.d e a carga orgânica superficial aplicada inferior a 15 g}

DBO/m2_{.d (referente à superfície específica do meio suporte); nos casos}

visando também a nitrificação, a carga de nitrogênio amoniacal aplicada

não deve exceder a 1,0 g N/m2_.d.

 A aeração deve ser distribuída de maneira uniforme, a uma taxa

mínima de 30 N m3_{ar/kg DBO aplicada para a remoção de matéria}

orgânica.

 A utilização de meios suporte diferentes dos recomendados deve

NBR 12.209  Decantador do FAS

 Decantação Secundária de taxa convencional

 A vazão de dimensionamento do decantador secundário deve ser a vazão média.

 Recomenda-se o uso de decantador secundário de limpeza mecanizada, em processos de reatores com biofilme com vazão superior a 50 l/s.

 No decantador secundário a taxa de escoamento superficial deve ser igual ou inferior a 24 m3/m2.d.

 A taxa de escoamento, através do vertedor de saída do decantador final, deve ser igual ou inferior a 380 m3/m.d de vertedor.

 A profundidade lateral no decantador mecanizado deve ser igual ou superior a 3,5 m. Valores inferiores devem ser justificados.

 Tubulação de remoção do lodo do decantador secundário, por gravidade, deve ter diâmetro mínimo de 100 mm; e declividade mínima de 2% quando em conduto livre

Decantação Secundária do tipo Lamelar ou Tubular

O número de unidades de decantação deve ser igual ou

superior a 3. Número menor de unidades deve ser justificado. Nesse tipo de decantador devem ser utilizados, na zona de

clarificação, dispositivos constituídos por placas planas

paralelas, ou módulos com dutos de seção circular, quadrada, retangular, ou ainda, seções especiais. Em todos os casos, o ângulo dos dutos ou canais, com a horizontal, deverá ser entre 55° e 70°. Além disso, devem ser observados os quesitos:

comprimento do duto ou canal entre 1,00 e 1,20 m;

espaçamento útil entre as placas paralelas, ou dimensão similar nos

dutos, deve ser compreendido entre 0,07 m a 0,10 m;

O limite máximo da taxa de escoamento superficial deverá ser de 80m3_/m2_.d.

DEC

FBAS

franci@fluir.eng.br