Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Biotecnologia. Tratamento Biológico de Efluentes

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Tratamento Biológico de Tratamento Biológico de

Efluentes Efluentes

Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Biotecnologia

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DISPOSIÇÃO FINAL DE RESÍDUOS

# em corpos d’água

# na rede pública de esgotos

# no solo

# no mar

# em poços profundos

Legislação Ambiental Federal

Legislação Ambiental dos Estados e Municípios

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ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS www.abnt.org.br

Normas ABNT:

NBR 9896 – Poluição das águas

NBR 9800 – Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor público de esgoto sanitário

NBR 9897 – Planejamento de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores

NBR 9898 – Preservação e técnicas de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores

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Normas FEEMA

NT – 202.R-10 – Critérios e padrões de lançamento de efluentes líquidos

DZ - 205-R-05 – Diretriz de controle de carga orgânica em efluentes líquidos de origem industrial

DZ – 215-R-01 – Diretriz de controle de carga biodegradável em efluentes líquidos de origem não industrial

ANA – AGÊNCIA NACIONAL DAS ÁGUAS www.ana.gov.br

FEEMA - Fundação Estadual de Engenharia de Meio Ambiente

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TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS

Principais causas e características poluentes das águas residuárias:

- Matéria orgânica ⇒ redução da DBO

- Compostos tóxicos ⇒ metais pesados, cianetos, sulfatos, etc - Sais inorgânicos de Ca e Mg

- Nutrientes (N e P) ⇒ eutrofização - Microrganismos patogênicos

- pH, temperatura

- Óleos, graxas, espumas ⇒ interferem na reoxigenação

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Medida da quantidade de matéria orgânica

DBO: quantidade de oxigênio requerida por unidade de resíduo, para estabilização da matéria orgânica biodegradável (normalmente medida após 5 dias de incubação a 20^oC através de organismos vivos ou de suas enzimas).

É geralmente expressa em mg O₂ consumido/L de água residuária.

ALPHA – Standard methods for the examination of water and wastewater. 25 th ed. American Publish Health Association, 1998.

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Analisadores de DBO

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DQO: quantidade de oxigênio necessária para oxidação da matéria orgânica da amostra através de dicromato de potássio em meio ácido na presença de catalisadores.

DQO

DBO = 2

COT: carbono orgânico total, medido por métodos instrumentais.

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TRATAMENTO

PRIMÁRIO TRATAMENTO

SECUNDÁRIO TRATAMENTO

TERCIÁRIO

Gradeamento Lagoas Troca iônica

Câmara de areia Lodos ativados Carvão ativado

Sedimentação primária Filtro biológico Filtração

Flotação Digestão anaeróbia Coagulação

Fases do tratamento de águas residuárias:

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Fases do tratamento de águas residuárias:

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Requisitos para o sucesso do tratamento aeróbio:

 pH 6-8

 DBO:N:P = 100:5:1

 O₂ > 2 mg L ^-1

Tratamento aeróbio Tratamento aeróbio

Principais processos aeróbios aplicáveis aos resíduos industriais:

 Lodos ativados

 Filtros biológicos

 Lagoas aeróbias

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LODOS ATIVADOS

Sistema no qual uma massa biológica cresce e flocula, sendo continuamente recirculada e colocada em contato com a matéria orgânica do despejo líquido na presença de oxigênio puro, ou através de aeradores mecânicos de superfície.

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Microrganismos presentes no lodo:

“Bulking”⇐

Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothirx,

Lecicothrix, Geotrichum

⇒ Pseudomonas, Zooglea, Achromobacter, Flavobacterium,

Nocardia, Mycobacterium

+

Nitrosomonas, Nitrobacter

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Estequiometria:

Oxidação e síntese:

COHNS + O₂ + nutrientes → O₂+ NH₃+ C₅H₇NO₂ + outros prods finais

Matéria celulas orgânica novas

Fase endógena:

C₅H₇NO₂ + 5O₂ → 5 CO₂ + 2H₂O + NH₃ + energia

celulas

113 160 1 1.42

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Parâmetros de dimensionamento dos tratamentos com lodos:

- Cargas orgânicas ⇒ Kg DBO/Kg SSTA . dia

SSTA – sólidos suspensos no tanque de aeração

0,05 Kg DBO/Kg SSTA.dia (em casos de aeração prolongada) 1 a 2 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos ativados de alta capacidade) 0,3 Kg DBO/Kg SSTA.dia (lodos de capacidade convencional)

Tempo de retenção nos tanques de aeração: 4-8 horas 3-5 dias

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FILTROS BIOLÓGICOS

Sistema constituído de um leito de material ao qual os microrganismos aderem e através do qual o efluente é percolado, após ser distribuído sobre o topo do leito por um distribuidor rotativo geralmente acionado pela reação do jato do líquido.

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Filtros biológicos

Microrganismos: predominância de bactérias,

seguidas pelos protozoários, micrometazoários e fungos.

Obs: ambientes aeróbio e anaeróbio

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Filtro biológico

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Considerações sobre os materiais de enchimento:

• elevado volume de vazios

• elevada área superficial

• estruturalmente forte para suportar o próprio peso + peso limo

• ser leve para reduzir custos das obras civis e construções mais altas e que ocupem menor espaço

• biológica e quimicamente inerte

• baixo custo por unidade de BOD removida

* Pedra britada, pedregulho, sabugo de milho, materiais sintéticos (geralmente plástico)

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Tipo de material de enchimento

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A recirculação quando realizada:

• promove retorno dos microrganismos ativos

• a matéria orgânica entra em contato com o material ativo mais de uma vez

• diluição de concentração da matéria orgânica afluente

• aumento da taxa de aplicação hidráulica sem alteração sensível na taxa de aplicação orgânica

• regularização na vazão de alimentação

* Taxa de recirculação = vazão de recirculação/vazão de alimentação Deve variar de 0,5 a 4,0

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LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

Grandes tanques de pequena profundidade definidos por diques de terra

As águas são tratadas por processos inteiramente naturais, envolvendo principalmente bactérias e algas

As algas tem o papel de fornecedores de oxigênio para as bactérias para a degradação da matéria orgânica

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Luz

O₂ Algas

(fotossíntese

)

Bactérias (respiração) CO₂

Sais minerais

Águas residuárias

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Classificação das lagoas de estabilização

• Lagoas fotossintéticas

Pouco profundas (0,3 a 0,5m)

Projetadas para águas residuárias pré-decantadas Utiliza cargas de 7 a 14 DBO/m³ dia

• Lagoas facultativas

Profundidade (0,1 a 2,0m)

Condições aeróbias próximas á superfície

Decomposição anaeróbia dos sólidos no fundo Utiliza cargas de 9 a 21 DBO/m³ dia

• Lagoas anaeróbias

Pouco profundas (0,3 a 0,5m)

Projetadas para cargas orgânicas relativamente elevadas Usadas no pré-tratamento de águas residuárias

Geralmente seguidas de lagoas facultativas Utiliza cargas de 100 a 400 DBO/m³ dia

Tratamento aeróbio/ facultativo/ anaeróbio Tratamento aeróbio/ facultativo/ anaeróbio

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LAGOAS AERADAS

Seguidas de um sistema de separação de sólidos (decantação), fornecem uma eficiência de remoção de DBO bastante elevada, mesmo a baixas idades de lodo.

Ocupa uma área da ordem de 1 a 10% da necessária para lagoas de estabilização fotossintética.

Tratamento aeróbio/facultativo Tratamento aeróbio/facultativo

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Lagoa aerada

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Tratamento anaeróbio Tratamento anaeróbio

DIGESTÃO ANAERÓBIA (Tanques sépticos e Biodigestores)

• Fermentação bacteriana com conseqüente degradação da matéria orgânica complexa em metano e gás carbônico

• Metade séc XIX – utilização para tratamento de esgoto doméstico

• Século XX – digestores para produção de gás metano a partir de esterco / desenvolvimento de biodigestores e equipamentos

auxiliares

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Características da digestão anaeróbia

Processo mais lento que o aeróbio, exigindo maiores tempos de retenção

Fase limitante - formação de metano

Condições para as bactérias metanogênicas: 35-37 ^oC e 57-59

oC

pH ~ 7,0

Tempo de retenção 30-60 dias

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Bactérias facultativas e anaeróbias

Clostridium sp, Peptococcus anaerobus,

Bifidobacterium sp, Lactobacillus, Actinomyces,

Escherichia coli

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Tratamento anaeróbio Tratamento anaeróbio Tipos de biodigestores

Tempo de retenção

~15 dias

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TIPO DE TRATAMENTO APLICAÇÃO CARGA REQUERIMENTOS ADICIONAIS FILTRO BIOLÓGICO esgoto sanitário e

despejos industriais

250 - 700g DBO/m³.dia decantador primário decantador secundário (recirculação)

LODO ATIVADO esgoto sanitário e despejos industriais

180 -3600g DBO/m³.dia decantador primário decantador secundário (recirculação)

LAGOA AERADA são raras

esgoto sanitário e despejos industriais

100 a 300g DBO/m³.dia decantador primário

ausência de

recirculação de lodo LAGOA ANAERÓBIA esgoto sanitário e

despejos industriais

< 20g resíduo seco/litro geralmente em

associação anaeróbia- aeróbia

TANQUES SÉPTICOS esgoto sanitário

(pequenas residencias ou aglomerados

urbanos)

alguns despejos

< 20g resíduo seco/litro recirculação do

efluente com ou sem decantação

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Produção de biogás

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Tratamento anaeróbio Tratamento anaeróbio Produção de biogás

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TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUO SÓLIDO (Composto)

Os processos aeróbios e anaeróbios ocorrem sucessivamente

• Fase aeróbia:

pH ácido, 35^oC (degradação carboidratos simples) pH ácido, 60-65^oC (decomposição de proteínas)

pH alcalino, 70-75^oC (menor ação microbiológica, perda N)

pH alcalino, 37^oC (degradação celulose e carboidratos resistentes)

• Fase anaeróbia:

Desenvolvimento de bactérias produtoras de ácidos e metânicas

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Formação do composto

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Compostagem Processo anaeróbio

Em desuso: atração de moscas e roedores mal odor

“chorume”

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Compostagem

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Compostagem Fatores limitantes:

• Umidade: 40 – 70%

• Temperatura: 35-70 ^oC

• Relação Carbono/Nitrogênio: 30:1 a 50:1

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Processo Bangalore (INDORE)

Usa valas no solo, revolvimento manual. Tempo de retenção de 120 a 180 dias. Usado na Índia.

Processo Bioestabilizador DANO

Cilindro rotatório com ligeira inclinação, com aeração forçada. Digestão de 1 a 5 dias. Muito usado na Europa.

Processo Earp - Thomas

Silo com oito compartimentos dispostos verticalmente. Braços móveis fazem os resíduos cairem de um andar para o outro, sendo o ar insuflado de baixo para cima. Usa inóculo patenteado. Digestão de 2 a 3 dias. Seu uso é frequente na Alemanha, Suiça, Itália, Grécia.

Tipos de digestores Tratamento aeróbioTratamento aeróbio

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Processo Metro

Possuem separação e recuperação de materiais, duas etapas de redução de tamanho por medio de moinhos de martelo e sistema de adição de lodos. Usado nos EUA.

Processo Prat

Consiste em uma série de câmaras donde se deposita o resíduo, dispositivo para introdução de ar e durante a fermentação se adiciona uma solução de sulfato de sódio e carbonato de cálcio a fim de garantir a manutenção da relação carbono/ nitrogenio, umidade e pH. Há plantas na frança e Inglaterra.

Processo Beccari

A fermentação é inicialmente aeróbia, em compartimentos fechados. En seguida se provoca uma ventilação forçada para estimular o crescimiento de bactérias aeróbias.

Reactores de 20 a 200 m^3. Leva 45 dias.

Tipos de digestores Tratamento aeróbioTratamento aeróbio