SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TÉCNICA, TECNOLÓGICA SUL-RIOGRANDENSE CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM GESTÃO AMBIENTAL DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL APLICADA PROFESSOR: RODRIGO NASCIMENTO
TRATAMENTO DE EFLUENTES: Primário e Secundário
Bianca Carvalho das Neves Igor Mendes Carrilho Jaqueline Torres Silveira Maynara Gundlach de Barros
Pelotas, 02 de Maio de 2013
1 - INTRODUÇÃO A água é utilizada de diversas maneiras no dia-a-dia, para tomar banho, lavar louça, na descarga do vaso sanitário. Depois de eliminada, ela passa a ser chamada de esgoto ou efluente. A origem do esgoto pode ser, além de doméstica, pluvial (água das chuvas) e industrial (água utilizada nos processos industriais). Se não receber tratamento adequado, o esgoto pode causar enormes prejuízos à saúde pública por meio de transmissão de doenças. Sejam pelo contato direto ou através de ratos, baratas e moscas. Ele pode ainda poluir rios e fontes, afetando os recursos hídricos, a vida vegetal e animal. Para evitar esses problemas, as autoridades sanitárias instituíram padrões de qualidade de efluentes. Afinal, o planejamento de um sistema de esgoto tem dois objetivos fundamentais: a saúde pública e a preservação ambiental. Esgoto, efluente ou águas servidas são todos os resíduos líquidos provenientes de indústrias e domicílios e que necessitam de tratamento adequado para que sejam removidas as impurezas e assim possam ser devolvidos à natureza sem causar danos ambientais e à saúde humana. Geralmente a própria natureza possui a capacidade de decompor a matéria orgânica presente nos rios, lagos e no mar. No entanto, no caso dos efluentes essa matéria é em grande quantidade exigindo um tratamento mais eficaz em uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) que, basicamente, reproduz a ação da natureza de maneira mais rápida. É importante destacar que o tratamento dos efluentes pode variar muito dependendo do tipo de efluente tratado e da classificação do corpo de água que irá receber esse efluente, de acordo com a Resolução CONAMA 20/86. Quanto ao tipo, o esgoto industrial costuma ser mais difícil e caro de tratar devido à grande quantidade de produtos químicos presentes. Quanto à classificação, o efluente deve ser devolvido ao rio tão limpo ou mais limpo do que ele próprio, de forma que não altere suas características físicas, químicas e biológicas. Em alguns casos, como por exemplo, quando a bacia hidrográfica está classificada como sendo de classe especial, nenhum
tipo de efluente pode ser jogado ali, mesmo que tratado. Isso porque esse tipo de classe se refere aos corpos de água usados para abastecimento. Pode-se então, separar o tratamento de fluentes em 4 níveis básicos: nível preliminar, tratamento primário e tratamento secundário que tem quase a mesma função, e tratamento terciário ou pós-tratamento. Cada um deles tem, respectivamente, o objetivo de remover os sólidos suspensos (lixo, areia), remover os sólidos dissolvidos, a matéria orgânica, e os nutrientes e organismos patogênicos (causadores de doenças).
Os processos de
tratamento consistem em operações físicas, químicas e biológicas que tem a finalidade de
remover substâncias indesejáveis ou transformar estas
substâncias em outras formas mais aceitáveis.
2 - Principais parâmetros em efluentes 2.1.
Características Físico-químicas das águas residuárias O conhecimento das características da águas residuárias
industriais, constitui-se no primeiro passo para o estudo preliminar de projetos, em que os possíveis tipos de tratamentos só podem ser selecionados a partir do levantamento destas características. O conhecimento destas características e o tratamento do efluente são utilizados para adequar o efluente aos parâmetros da legislação. Da mesma forma também se conhece o potencial poluidor quando estes efluentes são lançados no corpo de água receptor. Nos efluentes industriais, devido a grande diversidades de indústrias, a composição e concentração sofrem grandes variações devendo ser analisadas caso a caso. É possível haver grande variação até mesmo entre indústrias do mesmo ramo de atividade, isto é possível porque nem sempre as matérias-primas utilizadas são as mesmas. 2.1.1 Parâmetros físicos a) Temperatura
Medida com termômetros químicos ou eletrônicos. Influencia fortemente as reações biológicas e a solubilidade de sais e gases. b) Cor Em geral, o efluente não deve ter uma coloração que altere o aspecto visual do corpo receptor. c) Odor Não é determinado quantitativamente como odor. O odor na água pode ser devido à presença de matéria orgânica em decomposição, organismos anaeróbios e certos compostos químicos como fenóis. Na agroindústria o mau cheiro é normalmente associado ao desprendimento de H2S. d) Espuma A formação de espumas é devido a presença de materiais tensoativos, que tem propriedades de diminuir a tensão superficial dos líquidos em que se encontram dissolvidos, o que é o caso dos detergentes sintéticos. Estes, em presença de proteínas, partículas finamente divididas ou sais minerais dissolvidos, incrementam a formação de espumas. Uma ação grave dos detergentes é que inibem a oxidação biológica, pois formam uma película ao redor dos microrganismos, isolando-os do meio e impedindo sua ação. e) Turbidez É causada pela presença de matéria em suspensão, tais como terra, matéria orgânica finamente dividida e microrganismos. É medida em turbidímetro.
2.1.2 Parâmetros Físico-químicos a) Sólidos Todos os contaminantes da água, com exceção dos gases dissolvidos, contribuem para a carga de sólidos. Os sólidos podem ser classificados de
acordo com (a) o seu tamanho e estado, (b) as suas características químicas e (c) a sua decantabilidade: Classificação por tamanho e estado: - sólidos em suspensão; - sólidos dissolvidos; Classificação pelas características químicas: - sólidos voláteis; -sólidos fixos; Classificação pela decantabilidade: - sólidos em suspensão sedimentáveis; - sólidos em suspensão não sedimentáveis. a)
Sólidos totais (ST) Uma alíquota da amostra é seca a uma temperatura de 103-105ºC, até peso constante. A matéria orgânica ou mineral pode volatizar, o que causa erros.
b)
Sólidos suspensos totais (SST) uma alíquota da amostra é filtrada em lã de vidro ou em membrana de fibra de vidro de 4,7mm de diâmetro e 0,4 de porosidade. O material filtrado e a membrana é seco à 103-105 ºC.
c)
Sólidos dissolvidos totais (SDT) são determinados por cálculo direto, diminuindo-se o valor de sólidos totais de sólidos suspensos totais. ST SST + SDT SDT ST – SST
d)
Sólidos fixos totais (SFT) uma alíquota da amostra é submetida a uma calcinação à 550ºC e o resíduo é pesado até peso constante. Pode haver perda de peso por formação de óxidos.
e)
Sólidos voláteis totais (SVT) são determinados por cálculo direto, pela diminuição do valor de sólidos totais pelo valor de sólidos fixos
totais. O teste dá boa indicação da quantidade de matéria orgânica constituinte de uma água residuária. ST SFT + SVT SVT ST – SFT f) Sólidos sedimentáveis determinados pela medida de volume de sólidos que sedimentam após uma hora em cone Imnhoff. 2.1.3
Parâmetros químicos orgânicos
Matéria orgânica carbonácea A matéria orgânica presente nos esgotos é uma característica de primordial importância, sendo a causadora do principal problema de poluição das águas: o consumo de oxigênio dissolvido pelos microrganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica. As substâncias orgânicas presentes nos esgotos são constituídas principalmente por: - compostos de proteínas ; - carboidratos ; - gordura e óleos ; - uréia, surfactantes, fenóis, pesticidas e outros (menor quantidade). A matéria orgânica carbonácea (baseada no carbono orgânico) presente nos esgotos afluentes a uma estação de tratamento divide-se nas seguintes frações: Matéria orgânica nos esgotos Classificação quanto a forma e tamanho: - em suspensão (particulada); - dissolvida (solúvel); Classificação quanto à biodegradabilidade: - inerte; - biodegradável; Em termos práticos, usualmente não há necessidade de se caracterizar a matéria orgânica em termos de proteínas, gorduras, carboidratos, etc.
Ademais, há uma grande dificuldade na determinação laboratorial dos diversos componentes da matéria orgânica nas efluentes, face à multiplicidade de formas e compostos em que a mesma pode se apresentar. Neste sentido, podem ser adotados métodos diretos ou indiretos para a determinação da matéria. Métodos indiretos: medição de consumo de oxigênio - Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO); - Demanda Última de Oxigênio (DBOU); - Demanda Química de Oxigênio (DQO) Métodos diretos: medição do carbono orgânico - Carbono Orgânico Total (COT). a) Demanda Bioquímica de Oxigênio O principal efeito ecológico da poluição orgânica em um curso d’água é o decréscimo dos teores de oxigênio dissolvido. Da mesma forma, no tratamento de efluentes por processos aeróbios, é fundamental o adequado fornecimento de oxigênio para que os microrganismos possam realizar os processos metabólicos conduzindo à estabilização da matéria orgânica. Assim, surgiu a idéia de se medir a “força” de poluição de um determinado efluente pelo consumo de oxigênio que ele traria, ou seja, uma quantificação indireta da potencialidade da geração de um impacto, e não a medição direta do impacto em si. A solução encontrada foi a de se medir em laboratório o consumo de oxigênio que um volume padronizado de efluente exerce em um período de tempo pré – fixado. Foi, assim, introduzido o importante conceito da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). A DBO retrata a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica carbonácea. É uma indicação indireta, portanto, do carbono orgânico biodegradável. A estabilização completa demora, em termos práticos, vários dias (cerca de 20 dias). Tal corresponde à Demanda Última de Oxigênio (DBOU). Entretanto, para evitar que o teste de laboratório fosse sujeito a uma grande
demora, e para permitir a comparação de diversos resultados, foram efetuadas algumas padronizações: - convencionou-se proceder à análise no 5o dia. Esse consumo do quinto dia pode ser correlacionado com o consumo total final (DBOU); - determinou-se que o teste fosse efetuado à temperatura de 20oC, já que temperaturas diferentes interferem no metabolismo bacteriano, alterando as relações entre a DBO de 5 dias e a última. Tem-se desta forma, a DBO padrão, expressa por DBO205. A DBO simplesmente, está-se implicitamente referindo à DBO padrão. Simplificadamente, o teste da DBO pode ser entendido da seguinte maneira: no dia da coleta, determina-se a concentração de oxigênio dissolvido (OD) da amostra. Cinco dias após, com a amostra mantida em um frasco fechado e incubada a 20oC, determina-se a nova concentração, já reduzida, devido ao consumo de oxigênio durante o período. A diferença entre o teor de OD no dia zero e no dia 5 representa o oxigênio consumido para a oxidação da matéria orgânica, sendo, portanto, a DBO5. As principais vantagens do teste da DBO, e ainda não igualadas por nenhum outro teste de determinação de matéria orgânica, são relacionadas ao fato de que o teste da DBO permite: - a indicação aproximada da fração biodegradável do efluente; - a indicação da taxa de degradação do efluente; - a determinação aproximada da quantidade de oxigênio requerido para a estabilização biológica da matéria orgânica presente. No entanto, as seguintes limitações são citadas: - os metais pesados e outras substâncias tóxicas podem matar ou inibir os microrganismos; - há a necessidade da inibição dos organismos responsáveis pela oxidação da amônia, para evitar que o consumo de oxigênio para a nitrificação (demanda nitrogenada) interfira com a demanda carbonácea; - o teste demora 5 dias, não sendo prático para efeito de controle operacional de uma estação de tratamento de esgotos.
Apesar das limitações acima, o teste da DBO continua a ter extensiva utilização, parte por razões históricas, parte em função ainda de alguns dos seguintes pontos: - os critérios de dimensionamento das unidades de tratamento são mais freqüentemente expressos em termos da DBO; - a legislação para lançamento de efluentes e, em decorrência, a avaliação do cumprimento aos padrões de lançamento, é normalmente baseada na DBO.
b) Demanda Última de Oxigênio (DBOU) A DBO5 corresponde ao consumo de oxigênio exercido durante os primeiros 5 dias. No entanto, ao final do quinto dia a estabilização da matéria orgânica não está ainda completa, prosseguindo, embora em taxas mais lentas, por mais um período de semanas ou dias. Após tal, o consumo de oxigênio pode ser considerado desprezível. Neste sentido, a Demanda Última de Oxigênio corresponde ao consumo de oxigênio exercido até este tempo, a partir do qual não há consumo representativo. Para esgotos, considera-se, em termos práticos, que aos 20 dias de teste a estabilização esteja praticamente completa. Pode-se determinar a DBOU, portanto, aos 20 dias. Conceitualmente, o teste é similar à DBO padrão de 5 dias, variando tão somente no que diz respeito ao tempo da determinação final do oxigênio dissolvido. Vários autores adotam, de maneira geral, a relação DBOU/DBO5 igual a 1,46. Isto quer dizer que, caso se tenha uma DBO5 de 300 mg/L, a DBOU será igual a 1,46 x 300 = 438 mg/L. c) Demanda Química de Oxigênio (DQO) O teste da DQO mede o consumo de oxigênio ocorrido durante a oxidação química da matéria orgânica. O valor obtido é, portanto, uma indicação indireta do teor de matéria orgânica presente. A principal diferença com relação ao teste da DBO encontra-se claramente presente na nomenclatura de ambos os testes. A DBO relaciona-se a uma oxidação bioquímica da matéria orgânica, realizada inteiramente por
microrganismos. Já a DQO corresponde a uma oxidação química da matéria orgânica, obtida através de um forte oxidante (dicromato de potássio) em meio ácido. As principais vantagens do teste da DQO são: - o teste gasta apenas de 2 a 3 horas para ser realizado; - o resultado do teste dá uma indicação do oxigênio requerido para a estabilização da matéria orgânica; - o teste não é afetado pela nitrificação, dando uma indicação da oxidação apenas da matéria orgânica carbonácea (e não nitrogenada). As principais limitações do teste da DQO são: - no teste da DQO são oxidadas, tanto a fração biodegradável, quanto a fração inerte do efluente. O teste superestima, portanto, o oxigênio a ser consumido no tratamento biológico dos efluentes; - o teste não fornece informações sobre a taxa de consumo da matéria orgânica ao longo do tempo; - certos constituintes inorgânicos podem ser oxidados e interferir no resultado. Para esgotos brutos, a relação DQO/DBO5 varia em torno de 1,7 a 2,4. Para efluentes industriais, no entanto, essa relação pode variar amplamente. A relação DQO/DBO5 varia também à medida que o esgoto passa pelas diversas unidades da estação de tratamento. A tendência é a relação aumentar, devido à redução da fração biodegradável, ao passo que a fração inerte permanece aproximadamente inalterada. Assim, o efluente final do tratamento biológico possui valores da relação DQO/DBO5 usualmente superiores a 3,0. d) Carbono Orgânico Total (COT) Neste teste, o carbono orgânico é medido diretamente, e não indiretamente através da determinação do oxigênio consumido, como nos três testes acima. COT é um teste instrumental, e tem se mostrado satisfatório em amostras com reduzidas quantidades de matéria orgânica. Tal é o caso, principalmente, de corpos d’água. O teste do COT mede todo o carbono liberado na forma de CO2. e) Óleos e gorduras
O óleos e gorduras se apresentam na água sob forma de emulsão, derivados de resíduos industriais. Estes devem ser evitados na água onde provocam os seguintes inconvenientes prejudicam o aspecto estético do corpo receptor, reduzem a transferência de ar para a água, prejudicando espécies aquáticas. Determinado pelo método de Soxchlet. 2.1.4 Parâmetros químicos Inorgânicos a) Nitrogênio Dentro do ciclo do nitrogênio na biosfera, este alterna-se entre várias formas e estados de oxidação, como resultado de diversos processos bioquímicos. No meio aquático o nitrogênio pode ser encontrado nas seguintes formas: - nitrogênio molecular (N2) (escapando para a atmosfera); - nitrogênio orgânico (dissolvido e em suspensão); - amônia (livre – NH3 e ionizada – NH4+) - nitrito (NO2-). - nitrato (NO3-). O nitrogênio é um componente de grande importância em termos da geração e do próprio controle da poluição das águas, devido principalmente aos seguintes aspectos: O nitrogênio na poluição das águas - o nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento de algas, podendo por isso, em certas condições, conduzir a fenômenos de eutrofização de lagos e represas; - o nitrogênio, nos processos de conversão da amônia a nitrito e este a nitrato, implica no consumo de oxigênio dissolvido no corpo d’água receptor; - o nitrogênio na forma de amônia livre é diretamente tóxico aos peixes; - o nitrogênio na forma de nitrato está associado a doenças como a metahemoglobinemia; O nitrogênico no tratamento de efluentes
- o nitrogênio é um elemento indispensável para o crescimento dos microrganismos responsáveis pelo tratamento de efluentes; - o nitrogênio, nos processos de conversão da amônia a nitrito e este a nitrato (nitrificação), que eventualmente possa ocorrer numa estação de tratamento , implica no consumo de oxigênio e alcalinidade; - o nitrogênio, no processo de conversão do nitrato a nitrogênio gasoso (denitrificação), que eventualmente possa ocorrer numa estação de tratamento de esgotos, implica em: (a) economia de oxigênio e alcalinidade (quando realizado de forma controlada) ou (b) deterioração da decantabilidade do lodo (quando não controlado). Em um curso d’água, a determinação da forma predominante do nitrogênio pode fornecer indicações sobre o estágio da poluição eventualmente ocasionada por algum lançamento de esgotos a montante. Se esta poluição é recente, o nitrogênio estará basicamente na forma de nitrogênio orgânico ou amônia e, se antiga, basicamente na de nitrato (as concentrações de nitrito são normalmente mais reduzidas). Nos esgotos brutos, as formas predominantes são o nitrogênio orgânico e a amônia. Estes dois, conjuntamente, são determinados em laboratório pelo método Kjedahl, constituindo o assim denominado Nitrogênio Kjedahl Total (NKT). As demais formas de nitrogênio são usualmente de menor importância nos esgotos afluentes a uma estação de tratamento. Em resumo, tem-se: - NTK = Amônia + nitrogênio orgânico...........(forma predominante nos esgotos) - NT = NTK + NO2 ..............................(nitrogênio total) b) Nitratos e nitritos São determinados por métodos colorimétricos. O teor de nitrito é geralmente baixo, porque sendo instável, oxida-se rapidamente a nitrato c) Fósforo O fósforo na água apresenta-se principalmente nas seguintes três formas: - Ortofosfatos;
- Polifosfatos; - Fósforo orgânico. Os ortofosfatos são diretamente disponíveis para o metabolismo biológico sem necessidade de conversões a formas mais simples. As principais fontes de ortofosfatos na água são o solo, detergentes, fertilizantes, efluentes e esgotos. Os polifosfatos são moléculas mais complexas com dois ou mais átomos de fósforo. Os polifosfatos se transformam em ortofosfatos pelo mecanismo de hidrólise, mas tal transformação é usualmente lenta. O fósforo orgânico é normalmente de menor importância nos esgotos típicos, mas pode ser importante em efluentes e lodos oriundos do tratamento de esgotos. A importância do fósforo associa-se principalmente aos seguintes aspectos: - o fósforo é um nutriente essencial para o crescimento dos microrganismos
responsáveis
pela
estabilização
da
matéria
orgânica.
Usualmente os esgotos possuem um teor suficiente de fósforo, mas este pode estar deficiente em certos efluentes; - o fósforo é um nutriente essencial para o crescimento de algas, podendo por isso, em certas condições, conduzir a fenômenos de eutrofização de lagos e represas. A determinação de fósforo é realizada por colorimetria. d) Sulfetos O teor de sulfetos em água expressa o estado de decomposição da matéria orgânica pela degradação das proteínas contendo aminoácidos sufurados e pela redução do sulfato devido a ação dos microorganismos. Os sulfetos são responsáveis pelo mau cheiro em processos anaeróbios. Determinação realizada por iodometria.
3 - Tratamento preliminar O tratamento preliminar destina-se a remover por ação física o material grosseiro e uma parcela das partículas maiores em suspensão no esgoto. Objetiva principalmente à remoção de sólidos grosseiros, areia, detritos minerais, óleos e graxas e ainda se faz a equalização de vazão e de carga orgânica. Os materiais removidos no tratamento preliminar tem como principal destino os aterros, sanitário ou industrial. 3.2 Remoção de sólidos Grosseiros São considerados sólidos grosseiros os resíduos sólidos contidos nos esgotos de fácil retenção e remoção, através de operações físicas de gradeamento e peneiramento. 3.2.1 Grades As grades são dispositivos constituídos de barras metálicas paralelas e igualmente espaçadas, destinadas a reter papéis, estopas, trapos, detritos vegetais, pedaços de madeira, latas, plásticos, etc. O objetivo do gradeamento é a proteção dos equipamentos posteriores e dos corpos d’água receptores além da remoção parcial da carga poluidora. As grades de barras convencionais são constituídas de dispositivos de retenção e de remoção. Os dispositivos de retenção são, geralmente, barras de ferro ou aço dispostas paralelamente, verticais ou inclinadas, de modo a permitir o fluxo normal dos efluente, através do espaçamento entre as barras, adequadamente projetadas para reter o material que se pretende remover, com baixa perda de carga. O espaçamento entre as barras varia de1,0 cm a 10,0 cm, e a seção transversal de 0,64 cm X 3,81 cm a 1,27 cm X 5,00 cm. A remoção do material retido pode ser feita através de rastelo mecanizado ou ancinho acionado manualmente. O material retido na grade deve ser removido, tão rapidamente quanto possível, de modo a evitar represamento dos esgotos no canal a montante, e conseqüente elevação do nível e aumento excessivo da velocidade do líquido entre as barras, provocando o arraste do material que se pretende remover. O
material removido, seco ou úmido, deverá ser encaminhado para incineração, aterro sanitário ou industrial. Para dimensionamento e projeto da unidade de remoção do material grosseiro é necessário adotar as recomendações da ABNT (P-NB-569 e P-NB570). As grades podem ser construídas com vários tipos ou características particulares, tais como: -
Limpeza: Grades Simples – limpeza manual Grades mecânicas – limpeza mecânica
-
Abertura entre as grades Grades grosseiras – 4 a 10 cm Grades médias – 2 a 4 cm Grades finas – 1 a 2 cm 3.2.2 Peneiras As peneiras são caracterizadas por disporem de aberturas menores que as grades, de 0,25 a 5,00 mm, sendo usadas para a remoção de sólidos muito finos ou fibrosos. Em função do tipo de remoção do material, as peneiras podem ser classificadas em peneiras estáticas e móveis. 3.2.3 Peneiras Estáticas São modelos projetados para promover a auto-limpeza. Nestas peneiras o efluente é alimentado de cima para baixo contra uma tela de aço inox com um desenho especial, geralmente de formato trapezoidal. O efluente flui na parte superior, desce pela tela e cai pelas malhas para dentro, onde é recolhido e direcionado para as unidades subseqüentes , enquanto que os sólidos grosseiros deslizam na tela inclinada, sendo empurrados pelo próprio liquido, e são recolhidos na parte inferior em uma caçamba localizada na parte inferior da peneira. O espaçamento da tela varia de 0,25 a 2,5mm. São muito empregadas na indústria de celulose e papel, na têxtil (para remoção de fibras e fios), nos frigoríficos, curtumes, fábricas de sucos, fecularias.
3.2.4 Peneiras Móveis Os principais tipos de peneiras móveis são constituídos de cilindros giratórios formados por barras de aço inoxidáveis, através das quais o esgoto passa, retendo o material que se pretende remover. Em função do sentido do fluxo afluente, essas unidades podem ser classificadas em: fluxo tangencial, fluxo axial (esses dois modelos recolhem o líquido através de canaletas localizadas abaixo do cilindro de barras). Nas peneiras de fluxo tangencial, o efluente passa por um defletor, alcança a peneira na parte superior, atravessa as malhas, sendo recolhido na caixa inferior. Os sólidos são removidos por uma lâmina raspadora, caindo num vaso coletor.
Figura 1- Peneira de fluxo tangencial As peneiras de fluxo axial ou tambor rotativo consiste num sistema de malhas ou barras em espiral colocadas sobre um tambor rotativo. O líquido penetra por uma tubulação no interior do tambor e atravessa as malhas ficando o material retido nas aberturas de onde é removido por jatos d'água.
Figura 2- Peneira de fluxo axial
3.3 Remoção de Areia A unidade de remoção de areia é comumente chamada de caixa de areia ou desarenador. As caixas de areia destinam-se a remover areia e outros detritos inertes e pesados. Estes materiais decantam quando a velocidade do esgoto é reduzida. Esta operação tem por objetivo proteger os equipamentos de sofrer abrasão, reduzir as possibilidades de avarias e obstruções em unidades do sistema, facilitar o manuseio e transporte das fases líquida e sólida, ao longo dos componentes da ETE. Utilizando-se a propriedade da rápida sedimentação da areia contida numa massa líquida, condiciona-se o fluxo dos esgotos a velocidades que permitam separar racionalmente o material pesado que se deseja remover, o qual pode ser armazenado em compartimento apropriado para posterior remoção. Na prática, este tipo de retenção, remove partículas com diâmetros variando entre de 0,1 a 0,4 mm. Nas caixas de areia convencionais retangulares por gravidade é usual condicionar-se a velocidade do fluxo horizontal de escoamento em torno de 0,30 m/s. Velocidades inferiores a 0,15 m/s provocam deposição excessivas de partículas orgânicas, enquanto velocidades superiores a 0,40 m/s propiciam a saída de areia. A retenção de areia se processa continuamente. Portanto, é necessário que este material seja removido periodicamente, dotando o sistema de condições de armazenamento indispensáveis ao bom funcionamento destas unidades de tratamento. A remoção pode ser realizada manualmente ou mecanicamente. Usualmente as unidades de remoção são localizadas a montante da elevatória de esgoto bruto, a jusante das unidades de remoção de sólidos grosseiros (grades de barras). No entanto, esta concepção deve atender as viabilidades técnicas e econômicas, e de operação e manutenção desta unidade. 3.3.1 Caixas de areia aeradas As unidades aeradas são caracterizadas pela introdução de um dispositivo de aeração, através de ar comprimido com aspersores localizados próximo ao fundo do tanque , com a finalidade de promover um fluxo helicoidal,
de velocidades padrão, com eixo paralelo ao escoamento do esgoto da câmara de sedimentação. As partículas com velocidade de sedimentação maiores sedimentam na câmara de acumulação de areia. A matéria orgânica e as demais partículas são arrastadas no fluxo efluente do tanque. A quantidade de material retido é, como acontece com os sólidos grosseiros, função dos costumes locais e do sistema de retenção deste material. Se a areia sofre alguma operação de lavagem, esse material poderá ter o destino que o seu grau de limpeza permitir. Portanto, poderá servir para aterros próximos ao local, como também para a reposição do material drenante comumente utilizado nos leitos de secagem, quando bem lavada, e selecionada. Nas instalações isentas de dispositivos de lavagens a areia é normalmente encaminhada, juntamente com o material removido às grades de barras, para o aterro sanitário da comunidade. 3.4 Remoção de gorduras e sólidos flutuantes São denominados gorduras, os materiais como óleos, graxas e outros de densidade inferior a da água, comumente encontrados nos esgotos, denominados sólidos flutuantes.
A necessidade da remoção de gordura
contida nos esgotos está condicionada aos problemas que esse material trará às unidades de um sistema de esgoto sanitário, se presente em grandes proporções. A operação de separação de gordura pode ser feita em tanques simples chamados caixas de gordura, em dispositivos de remoção de gordura em decantadores, em tanques aerados ou em separadores de óleo. As caixas de gordura, domiciliar ou coletiva, são empregadas em residências ou indústrias, ou constituem uma unidade do sistema de tratamento de esgoto de uma comunidade. Os dispositivos de remoção de gordura em decantadores são aqueles adaptados nos decantadores (primários em geral), que permitem recolher o material flutuante
em depósitos convenientemente projetados para
o
encaminhamento posterior às unidades de tratamento de lodo. Os separadores de óleo são unidades destinadas a remover o óleo presente num esgoto, em particular nos casos em que há presença de despejos industriais com elevado teor de óleo; existem vários tipos, alguns patenteados, de aplicação maior no caso de refinarias e indústrias afins.
Os tanques aerados são unidades dotadas de dispositivo que insufla ar comprimido ao tanque, ou ar dissolvido ao esgoto a ser tratado, com o fim de auxiliar a flotação e aumentar a eficiência do processo. O principal equipamento utilizado atualmente é o tanque aerado ou flotador, onde o ar comprimido é injetado no fundo do tanque, por um sistema de domos difusores numa taxa de 4,2 m 3 de ar/m3 de efluente, cujas bolhas de ar arrastam para a superfície líquida, sólidos e líquidos de difícil separação, que são removidos por um sistema mecânico de superfície, enquanto o efluente clarificado fica nas camadas mais baixas do tanque onde é removido.
O
tamanho da bolha de ar injetado no tanque influencia diretamente no rendimento da separação das gorduras. O material removido, nestes sistemas geralmente vai para aterro sanitário. O funcionamento dos dispositivos de remoção de gordura está condicionado às mesmas leis que regem os fenômenos de sedimentação de sólidos, apenas se processa no sentido inverso. 3.5 Neutralização - Equalização A neutralização tem por objetivo regularizar o pH dos efluentes para posterior tratamento ou disposição. A equalização tem por finalidade minimizar as variações de vazão e a concentração de DBO. Estas operações podem ser realizadas no mesmo equipamento ou separadamente. As bacias de equalização podem ser: - Nível constante - não regularizam a vazão, apenas uniformizam a concentração de carga orgânica e servem também para neutralização. Algumas bacias de nível constante podem ser dotadas de sistemas de agitação. - Nível variável - serve para equalização e neutralização onde o nível varia para regularizar a vazão. Em momentos em que a vazão aumenta na entrada da bacia o nível da mesma, automaticamente sobe, mantendo-se na saída uma vazão constante. Em momentos que a vazão diminui ocorre o contrário, mas sempre mantendo-se constante a vazão de saída. O nível é
controlado automaticamente com instalação de bóia conectada à bomba, que desliga quando o nível desejado foi atingido. A neutralização de efluentes ácidos pode ser feita com NaOH, Ca(OH) 2, ou Na2CO3, e a de efluentes alcalinos com H2SO4, HCl, H3PO4 ou CO2.
4- Tratamento secundário ou biológico O sistema biológico, em tratamento de efluentes, destina-se a oxidar a matéria orgânica contida nos mesmos, pela ação de microrganismos. A oxidação, ou seja, a transformação de material orgânico complexo (energético), em compostos simples, em sais minerais e CO 2 (pouco energético), é realizada através de reações enzimáticas promovidas por microrganismos (bactérias de modo geral) que se desenvolvem sobre condições controladas no processo. A oxidação do material orgânico dificilmente se dá pelo simples contato destes com oxigênio do ar. A presença de bactérias em grande quantidade nos efluentes, proporciona os catalisadores necessários à reação. As bactérias não têm o papel específico de depurar os dejetos e os cursos d'água, trata-se apenas de um ciclo biológico. As bactérias, fungos, vermes e outros microrganismos, responsáveis por tais oxidações, nutrem-se para viver, alimentam-se de matéria orgânica e respiram oxigênio. Existem dois caminhos para a oxidação biológica: aeróbio e anaeróbio.
Em
ambos
os
casos
as
bactérias
desempenham
papel
preponderante, como intermediários na reação. Os processos de tratamento biológico podem ocorrer em ausência ou presença de oxigênio ou ainda em processos facultativos.
MECANISMO BIOLÓGICO: AERÓBIO Bactérias
(CH2)n + O2 ----------- CO2 + H2O + NH3 + Energia + Novas Células + Novos Produtos
ANAERÓBIO Bactérias
Bactérias
(CH2)n ---------- nCH3COOH ----------- CH4 + CO2
4.1 Tratamento Aeróbio No processo aeróbio procura-se intensificar a proliferação de certos microrganismos, principalmente bactérias, que além da propriedade de oxidar aerobicamente a matéria orgânica, possuem uma característica de especial importância para este tipo de tratamento, a de formarem massas capazes de adsorver partículas em suspensão. Sendo os processos aeróbios destinados, principalmente, ao tratamento da fase líquida contendo finas partículas de suspensão, é de todo interesse que se verifique a floculação desse material, dando origem a massa de maior tamanho e densidade, os flocos de sedimentação mais rápida, os principais microrganismos envolvidos são: bactérias, fungos, protozoários e rotíferos. Os principais exemplos são os filtros biológicos e o sistema de lodos ativados.
4.1.1 Filtros biológicos - Filtros biológicos de baixa carga
O processo de filtros biológicos consiste num processo onde a biomassa, ao invés de crescer dispersa em um tanque ou lagoa, ela cresce aderida a um meio suporte. Um filtro biológico compreende, basicamente, de um leito de material grosseiro, tal como pedras, ripas ou material plástico, sobre o qual os efluentes são aplicados sob a forma de gotas ou jatos. Após a aplicação, os efluentes percolam em direção aos drenos de fundo. Esta percolação permite o crescimento bacteriano na superfície da pedra ou do material de enchimento, na forma de uma película fixa. O esgoto passa sobre a população microbiana aderida, promovendo o contato entre os microrganismos e o material orgânico. Os filtros biológicos são sistemas aeróbios, pois o ar circula nos espaços vazios entre as pedras, fornecendo o oxigênio para a respiração dos microrganismos. A ventilação é usualmente natural. Nos sistemas de filtros biológicos de baixa carga, a quantidade de DBO aplicada é menor. Com isso, a disponibilidade de alimentos é menor, o que resulta numa estabilização parcial do lodo (auto-consumo da matéria orgânica celular) e numa maior eficiência do sistema na remoção da DBO, de forma análoga ao sistema de aeração prolongada nos lodos ativados. Essa menor carga de DBO por unidade de superfície do tanque está associada a maiores requisitos de área, comparando ao sistema de alta carga, descrito no item seguinte. -
Filtros biológicos de alta carga
Os filtros biológicos de alta carga são conceitualmente similares aos de baixa carga. No entanto, por receberem uma maior carga de DBO por unidade de volume de leito, a necessidade de área é menor. Em paralelo, tem-se também uma ligeira redução na eficiência de remoção da matéria orgânica, e a não estabilização do lodo no filtro. Esta eficiência é devidamente melhorada.
4.1.2 Processo de Lodos Ativados Lodo ativado é o floco produzido num esgoto bruto ou decantado pelo crescimento de bactérias zoogléias ou outros organismos, na presença de oxigênio dissolvido, e acumulado em concentração suficiente graças o retorno de outros flocos previamente formados. No processo de lodos ativados o esgoto afluente e o lodo ativado são intimamente misturados, agitados e aerados (em unidades chamadas tanques de aeração), para logo após se separar os lodos ativados de esgoto tratado (por sedimentação em decantadores). O lodo ativado separado retorna para o processo, uma parte é descartada para a destinação final, enquanto o esgoto já tratado passa para o vertedor do decantador no qual ocorreu a separação. Em sua maior parte o lodo é formado por uma população mista de bactérias agregadas sob a forma de flocos biologicamente ativos, de onde surge o nome lodos ativados. Essa população mista não está em crescimento sincronizado, sendo que uma parte das bactérias está na fase exponencial de crescimento, outra na fase estacionária e a outra na fase endógena. Dependendo das condições de operação do sistema, é possível manter uma parcela maior de bactérias na fase endógena, que é importante para a diminuição da biomassa, que produz menor quantidade de lodo, e também é importante para a diminuição da energia cinética das bactérias, que flocularão, facilitando a decantação secundária do lodo. A quantidade de floco, naturalmente presente, é relativamente pequena, sendo necessário um tempo muito longo e um volume muito grande de tanque, para tornar efetivo o processo em condições naturais, por esta razão se mantém nos tanques de aeração, uma concentração elevada de flocos, através da recirculação do lodo. Esta parcela recirculada serve de inóculo às novas porções de resíduos que entram no tanque de aeração. As necessidades de oxigênio dos flocos são elevadas, sendo necessário suprir oxigênio ao processo por injeção de ar no meio líquido. Vantagens e desvantagens
O processo apresenta várias situações favoráveis à sua aplicação e algumas contrárias. Entre as vantagens principais pode-se relacionar: − maior eficiência de tratamento; − maior flexibilidade de operação; e − menor área ocupada em relação à filtração biológica. Entre as desvantagens cita-se: − operação mais delicada; − necessidade de completo controle de laboratório; e − maior custo operacional. No tanque de aeração é onde ocorrem as reações de estabilização e são criadas as bactérias que vão consumir o material orgânico. Neste tanque é injetado ar ou oxigênio às bactérias e tudo fica intimamente misturado. No final do tanque é indispensável que as bactérias estejam floculadas para serem removidas por decantação.
4.1.3 Decantação secundária O objetivo da decantação secundária é sedimentar o lodo ativado, recircular para o tanque de aeração e descartar o lodo em excesso. É de fundamental importância a decantabilidade do lodo formado, uma vez que o efluente final deve conter quantidades mínimas de sólidos suspensos. Em grande número de estações de tratamento o decantador secundário é o último passo do tratamento. Utilizam-se decantadores secundários com dispositivos de aspiração de lodo, pois este deve retornar rapidamente ao tanque de aeração para evitar condições de septicidade.
A recirculação do lodo destina-se a manter no tanque de aeração uma população de organismos (bactérias e protozoários) dimensionada para consumir a quantidade desejada de substâncias poluentes. Se a recirculação é de pequenas quantidades de lodo, a oferta de alimento é grande em relação a massa viva. O contrário acontece quando se recircula grandes quantidades de lodo, caso em que a oferta é pequena, verificando-se em casos extremos a atividade predatória de uns organismos sobre os outros, devido a falta de alimentos. O lodo ativado é formado principalmente de bactérias, fungos, protozoários, rotíferos, nematóides, sendo as bactérias os microrganismos de maior importância, uma vez que são elas as maiores responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e pela formação dos flocos, através da conversão da matéria orgânica biodegradável em novo material celular, CO 2 e água, e outros produtos inertes. Os fungos são elementos indesejáveis ao tratamento, pois dificultam a boa formação do floco, tendo, em geral, forma filamentosa. Os protozoários não contribuem diretamente para a estabilização da matéria orgânica, assim como os rotíferos; estes quase não existem no processo de lodos ativados, mas já aparecem na modalidade de aeração prolongada.
4.1.4 Lagoas de Estabilização As lagoas apresentam excelente eficiência de tratamento. A matéria orgânica dissolvida no efluente das lagoas é bastante estável, e a DBO geralmente encontra-se numa faixa de 30 a 50 mg/L, nas lagoas facultativas (havendo uma separação de algas, esta concentração pode reduzir-se para 15 a 30 mg/L). Nem sempre porém o objetivo será a remoção da DBO ou da DQO – interessará muitas vezes a remoção de organismos coliformes, e tem-se alcançado até 99,9999% de eficiência em lagoas de maturação em série. Modernamente se aceita que as lagoas devem cumprir dois objetivos principais: a proteção ambiental, e nesse caso tem-se em vista a remoção da
DBO; e a proteção da saúde pública, e aí se visa a remoção de organismos patogênicos. Aspectos Biológicos do Processo As lagoas de estabilização são habitadas por vários tipos de organismos vivos - bactérias, algas, macroinvertebrados, protozoários - que coexistem da interação entre eles e o próprio meio ambiente. Essa comunidade de seres vivos, assim como os seres humanos, está sujeita a contínuas mudanças, sendo difícil prever, com certeza, quando e como estas ocorrerão. Sabe-se, contudo, serem os seguintes principais fatores que afetam os organismos desse meio ambiente e, consequentemente, a própria eficácia do tratamento: −disponibilidade de energias e nutrientes para o seu crescimento: mudanças no tipo de resíduo; − efeitos das interações entre os próprios seres vivos da comunidade; − mudanças ambientais de natureza física, tais como temperatura, umidade, radiação solar; − mudanças sazonais na operação das lagoas.
Papel das bactérias Principais responsáveis pela decomposição da matéria orgânica numa lagoa de estabilização, as bactérias são organismos unicelulares que podem reproduzir-se com grande velocidade, a partir da utilização da matéria orgânica disponível. A capacidade de sobreviver dentro de uma variedade de condições ambientais é uma das características das bactérias. Um grupo delas, as chamadas aeróbias, só vive e se reproduz em meio que contém oxigênio molecular livre (atmosférico ou dissolvido na água). Outro grupo, as anaeróbias, não necessita, por sua vez, de oxigênio livre para viver e
reproduzir-se. Outras, ainda, possuem a faculdade de utilizar ou não o oxigênio livre: são as denominadas bactérias facultativas. As bactérias decompõem as substâncias orgânicas complexas dos efluentes - carboidratos, proteínas e gorduras - em matéria solúvel que, ao passar através da membrana celular, converte-se em energia, em novas células bacterianas e produtos finais que, posteriormente, são difundidos no meio líquido pela própria membrana celular. A solubilização dos compostos é possível graças à liberação de enzimas específicas, liberadas pela própria célula. O dióxido de carbono (CO2), nitratos e fosfatos - alimentos essenciais para as algas- são produtos finais da decomposição dos resíduos orgânicos pela ação das bactérias em condições aeróbias. As mais freqüentes são as Pseudomonas, Flavobacterium e Achromobacter. Em condições anaeróbias, as bactérias produzem substâncias solúveis, utilizadas como alimento dentro do ecossistema e que podem ser convertidas em gases como dióxido de carbono, metano, gás sulfídrico e amônia. Já as bactérias facultativas, em conjunto com as aeróbias, são as principais responsáveis pela remoção da DBO no líquido sobrenadante das lagoas, exercendo um papel importante na primeira fase da digestão anaeróbia da camada de lodo depositada no fundo das lagoas. São elas que hidrolizam, fermentam e convertem as substâncias orgânicas complexas - como os lipídeos, as proteínas e os carboidratos - em compostos mais simples, entre os quais predominam os ácidos voláteis (fórmico, acético, propiônico, butírico e valérico), sendo denominadas bactérias da fermentação ácida. É importante a atividade dessas bactérias, uma vez que os ácidos voláteis formados constituem o alimento básico para um outro grupo de bactérias, estritamente anaeróbias, denominado bactérias metanogênicas. Estas convertem os produtos da fase de digestão ácida em compostos gasosos, como gás carbônico e metano. Outras bactérias, estritamente anaeróbias, que têm um interesse particular em lagoas de estabilização, são as fotossintéticas utilizadoras de enxofre. Na presença da luz solar de certos comprimentos de onda, elas utilizam o gás sulfídrico (H 2S) e depositam enxofre dentro da sua própria célula,
ou o convertem em sulfatos estáveis. Possuem, através de sua própria atividade metabólica, capacidade de suprimir a produção de odores ofensivos do gás sulfídrico em lagoa anaeróbia moderadamente carregada e em lagoa facultativa
com
sobrecarga.
Tais
bactérias,
dotadas
de
pigmentos
fotossintéticos ativáveis pela luz solar com comprimentos de ondas maiores que os absorvidos pelas algas, embora não liberem oxigênio livre, apresentam vida autotrófica. Consequentemente, não contribuem diretamente, como outras bactérias, para a decomposição de matéria orgânica. Em lagoas de estabilização, as bactérias patogênicas geralmente encontradas pertencem aos gêneros Salmonella, Shighella, Escherichia, Leptospira e Vibrio. Essas bactérias, assim encontradas, são, normalmente, incapazes de multiplicar-se ou sobreviver por longos períodos de tempo, pelas seguintes razões: − elevados valores de pH provocados pelo consumo de CO 2 pelas algas nas lagoas facultativas; − efeito bactericida dos raios ultravioleta do sol; − competição, por nutrientes, entre os organismos saprófitas e os patogênicos; − depredação pelo próprio zooplâncton; − a existência de certos compostos que são tóxicos para algumas bactérias. A técnica do número mais provável (NMP) de organismos coliformes presentes num dado volume de efluente é normalmente aceita como um indicador da qualidade de um efluente. Nas lagoas de estabilização, principalmente quando associadas em série, as reduções de bactérias são, muitas vezes, superiores a 99,99%. Em números absolutos, contudo, a quantidade de organismos no efluente é ainda bastante elevada.
Papel das algas As algas constituem um grupo de organismos aquáticos unicelulares ou pluricelulares, móveis ou imóveis, dotados de pigmentos fotossintéticos denominados clorofila. Através da clorofila, elas têm a capacidade de produzir oxigênio, absorvendo a energia da luz solar e convertendo-a em calor e energia química. Normalmente, multiplicam-se pela simples divisão da célula. Sua principal função nas lagoas de estabilização é produzir oxigênio para a realização dos processos de decomposição aeróbios da matéria orgânica, bem como manter as condições aeróbias do meio aquático. O oxigênio resultante da fotossíntese das algas é suficiente para, durante o dia, exceder não apenas sua demanda respiratória, como também a de outros organismos envolvidos na estabilização da matéria orgânica na camada fótica. Um outro papel suplementar desempenhado pelas algas nas lagoas é a remoção de nutrientes, tais como nitrogênio, fósforo e carbono, para satisfazer suas próprias necessidades nutricionais. Dependendo do tipo de alga, da forma como esses nutrientes se apresentam no meio do estágio de degradação da matéria orgânica na lagoa, a produção de oxigênio poderá ser maior ou menor. Outro efeito indireto proporcionado pelas algas às lagoas decorre do consumo de dióxido de carbono - subproduto da respiração das bactérias e proveniente dos bicarbonatos do próprio meio líquido -, que modifica o equilíbrio carbonato-bicarbonato e, em conseqüência da formação de íons hidróxidos OH-, eleva o pH do líquido, cujos valores variam de 8 a 11. Quando há uma elevação de pH acima desses valores, ocorre uma redução do número de bactérias, precipitação dos fosfatos de cálcio e perda parcial da amônia para a atmosfera. Por um lado, se a mortandade e/ou redução das bactérias entéricas
(E.Coli)
apresenta-se
como
um
aspecto
positivo
desse
comportamento das algas, por outro, um decréscimo da população saprofítica pode ser prejudicial aos processos de decomposição da matéria orgânica. No efluente das lagoas de estabilização, as algas respondem por uma das maiores deficiências dessas instalações. Contribuem, de forma significativa, para o aumento de sólidos em suspensão, principalmente no verão, quando seu crescimento se dá de forma mais intensa.
A fotossíntese depende da luz, então há uma variação diária no nível de oxigênio dissolvido, que pode variar de 2 a 13 mg/L, o mesmo ciclo acontece com o pH, aumentando com a fotossíntese até chegar a 10, pois na demanda máxima as algas retiram o CO2 do meio mais rápido do que as bactérias podem repor; isto faz com que os íons bicarbonato se dissociem, da seguinte maneira: HCO3 - → CO2 + OHO pH alto destas lagoas é o responsável pela remoção de metais pesados do efluente, estes precipitam sob a forma de hidróxidos insolúveis. Como a intensidade da incidência da luz solar e a densidade das algas determinam a profundidade onde a luz alcança na lagoa, normalmente um maior número delas se encontra um pouco abaixo da superfície. Considerando também que, durante a noite, elas continuam necessitando de oxigênio para sua respiração, os níveis de oxigênio dissolvido na lagoa de estabilização são mais baixos a partir de 1h da manhã até o nascer do sol e, mais elevados, desde as 14h até as 16h. Apesar de existirem nas lagoas muitas formas de algas, duas delas mais se destacam, pois, parece, que elas estão relacionadas com a qualidade da lagoa. São elas: - algas verdes (clorofíceas): conferem às lagoas uma coloração esverdeada e indicam uma boa condição de funcionamento; estão sempre associadas a pH elevado e a um meio líquido balanceado em nutrientes; - algas azuis (cianofíceas): são unicelulares, coloniais ou filamentosas e menos eficientes na produção de oxigênio. Predominam, geralmente, nas lagoas com valores de pH próximo do neutro ou tendendo ao alcalino, cujas águas possuem temperaturas mais elevadas - acima de 30ºC - e onde ocorre uma deficiência ou desequilíbrio de nutrientes (principalmente nitrogênio). Por possuírem vacúolos ou pseudo-vacúolos de gás em suas células, este tipo de alga flutua na superfície do líquido, dificultando, assim, a penetração da luz na
água.
Normalmente,
quando
se
decompõem,
exalam
maus
odores
(Microcystis). Processos que Ocorrem em Lagoas de Estabilização A matéria orgânica que entra numa lagoa de estabilização constituise de sólidos sedimentáveis e não-sedimentáveis, coloidal ou em solução. Enquanto a matéria sedimentável e a matéria coloidal floculada sedimentam principalmente nas proximidades da entrada para formar a camada de lodo, a matéria restante permanece no meio líquido. Na camada de lodo, os sólidos orgânicos sedimentados são estabilizados por bactérias (formadoras de ácidos e de metano) que, em condições anaeróbias, liberam gases para a atmosfera e compostos solúveis para o meio líquido. Sob determinadas condições de temperatura e quantidade de matéria orgânica aplicada na lagoa, a gaseificação pode ser responsável por uma redução de 20% a 30% da carga de DBO aplicada na lagoa. A matéria orgânica solúvel resultante dessa decomposição acarreta, todavia, um acréscimo de DBO no meio líquido. A fração de matéria orgânica no meio líquido corresponde aos sólidos não sedimentados e aos compostos solúveis da realimentação da camada de lodo e é decomposta por bactérias aeróbias, facultativas e anaeróbias. Princípio de funcionamento O afluente entra em uma extremidade da lagoa e sai na extremidade oposta. Ao longo desse percurso, que demora vários dias, uma série de mecanismos contribui para a purificação dos efluentes. Estes mecanismos ocorrem nas três zonas das lagoas, denominadas: zona anaeróbia, zona aeróbia e zona facultativa. A matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) tende a sedimentar, vindo a constituir o lodo de fundo ( zona anaeróbia). Este lodo sofre o processo de decomposição por microrganismos anaeróbios sendo convertido lentamente em CO2, água, metano e outros. Após um certo período de tempo apenas a fração inerte ( não biodegradável) permanece na camada
de fundo. O gás sulfídrico gerado não causa problemas de mau cheiro, pelo fato de ser oxidado por processos bioquímicos, na camada aeróbia superior ou ser assimilado por bactérias fotossintéticas removedoras de enxofre. A matéria orgânica dissolvida ( DBO solúvel), conjuntamente com a matéria orgânica em suspensão de pequenas dimensões (DBO finamente particulada) não sedimenta, permanecendo dispersa na massa líquida. Na camada mais superficial tem-se a zona aeróbia. Nessa zona a matéria orgânica é oxidada por meio da respiração aeróbia. Há a necessidade da presença, o qual é suprido ao meio pela fotossíntese realizada pelas algas. Tem-se, assim, um perfeito equilíbrio entre o consumo de oxigênio e gás carbônico: Bactérias Respiração: consumo de oxigênio e produção de gás carbônico. Algas Fotossíntese: produção de oxigênio e consumo de gás carbônico. Para a ocorrência da fotossíntese é necessário uma fonte de energia luminosa, neste caso representada pelo sol, por esta razão, locais com elevada radiação solar e baixa nebulosidade são bastante propícios a implantação de lagoas facultativas. As algas fazem fotossíntese durante as horas do dia sujeitas à radiação luminosa. Neste período, elas produzem matéria orgânica necessárias para a sua sobrevivência, convertendo a energia luminosa em energia química condensada na forma de alimento. Durante as 24 horas do dia elas respiram, oxidando a matéria orgânica produzida, e liberando a energia para o crescimento, reprodução, locomoção e outros. O balanço entre produção (fotossíntese) e consumo (respiração) de oxigênio favorece amplamente o primeiro. De fato, as algas produzem cerca de 15 vezes mais oxigênio do que consomem, conduzindo a um saldo positivo no sistema. Devido a necessidade de energia luminosa, a maior quantidade de algas situa-se próximo à superfície da lagoa, local de alta produção de oxigênio. A medida em que se aprofunda na
lagoa, a energia luminosa diminui, reduzindo, em decorrência, a concentração de algas. Há um ponto ao longo da lagoa em que a produção de oxigênio pelas algas se iguala ao consumo de oxigênio pelas próprias algas e pelos microrganismos decompositores. Este ponto é denominado de oxipausa. Acima da oxipausa predominam condições aeróbias, enquanto abaixo desta, prevalecem as condições anóxicas ou anaeróbias. O nível da oxipausa varia durante as 24 horas do dia, em função da variabilidade da fotossíntese durante este período. À noite, a oxipausa se eleva na lagoa, ao passo que durante o dia ela se aprofunda. A profundidade da zona aeróbia, além de variar ao longo do dia, varia também com as condições de carga na lagoa. Lagoas com maior carga de DBO tendem a possuir uma maior camada anaeróbia, que pode ser praticamente total durante a noite. O pH da lagoa também varia ao longo da profundidade e ao longo do dia. O pH depende da fotossíntese e da respiração das algas, através da seguinte relação: FOTOSSÍNTESE:consumo de oxigênio, o íon bicarbonato da efluente tende a se converter a íon hidróxido e o pH se eleva. RESPIRAÇÃO: produção de gás carbônico, o íon bicarbonato do efluente tende a se converter a H+ e o pH se reduz. Durante o dia, nas horas de máxima atividade fotossintética, o pH pode atingir valores em torno de 10. Nestas condições de elevado pH, podem ocorrer os seguintes fenômenos: conversão da amônia ionizada (NH 4+) a amônia livre (NH3), a qual é tóxica, mas tende a se liberar para a atmosfera; precipitação dos fosfatos (remoção de nutrientes) e conversão do gás sulfídrico causador de mau odor a bissulfeto o qual é inodoro.
A fotossíntese por depender de energia solar, é mais elevada próxima a superfície da lagoa. À medida em que se aprofunda na lagoa, a penetração da luz é menor, o que ocasiona a predominância do consumo de oxigênio ( respiração) sobre a sua produção ( fotossíntese), com a eventual ausência de oxigênio dissolvido a partir de uma certa profundidade. No entanto, a fotossíntese ocorre durante o dia, fazendo com que durante a noite possa prevalecer a ausência de oxigênio. Devido a estes fatos, é essencial que haja diversos grupos de bactérias, responsáveis pela estabilização da matéria orgânica, que possam sobreviver e proliferar, tanto na presença quanto na ausência de oxigênio. Na ausência de oxigênio livre, são utilizados outros aceptores de elétrons, como nitratos (condições anóxicas) e sulfatos e gás carbônico ( condições anaeróbias). Esta zona, onde pode ocorrer a presença ou ausência de oxigênio, é denominada zona facultativa. Como
comentado
o
processo
de
lagoas
facultativas
é
essencialmente natural, não necessitando de nenhum equipamento. Por esta razão, a estabilização da matéria orgânica se processa em taxas mais lentas, implicando na necessidade de um elevado período de detenção na lagoa ( usualmente superior a 20 dias). A fotossíntese, para que seja efetiva, necessita de uma elevada área de exposição, para um melhor aproveitamento de energia solar pelas algas, desta forma implicando na necessidade de grandes unidades. Em decorrência a área total requerida pelas lagoas facultativas é a maior dentre os processos de tratamento de efluentes (excluindo-se os processos de disposição sobre o solo). Por outro lado, o fato de ser um processo totalmente natural esta associado a uma maior simplicidade operacional, fator de fundamental importância em nosso meio.
Classificação das Lagoas De acordo com a forma predominante pela qual se dá a estabilização da matéria orgânica a ser tratada, as lagoas costumam ser classificadas em: − anaeróbias: nas quais predominam processos de fermentação anaeróbia; abaixo de 20 cm da superfície não existe oxigênio dissolvido;
− facultativas: nas quais ocorrem, simultaneamente, processos de fermentação anaeróbia, oxidação aeróbia e redução fotossintética; uma zona anaeróbia de atividade bêntica é sobreposta por uma zona aeróbia de atividade biológica, próxima à superfície; − estritamente aeróbias: nas quais se chega a um equilíbrio da oxidação e da fotossíntese para garantir condições aeróbias em todo o meio; é comum chamar-se de aeróbias as lagoas facultativas, embora não seja correto; − de maturação: usadas como refinamento do tratamento prévio por lagoas, ou outro processo biológico; reduz bactérias, sólidos em suspensão, nutrientes, e uma parcela negligenciável da DBO; − aeradas: nas quais se introduz oxigênio no meio líquido através de um sistema mecanizado de aeração; as lagoas aeradas podem ser estritamente aeradas ou facultativas. As lagoas aeradas devem ser seguidas de uma lagoa de decantação; As lagoas de estabilização tem hoje outro campo muito importante de aplicação: preparar o efluente para uso em agricultura ou aquacultura. Diretrizes recentes estabelecidas pela Organização Mundial da Saúde, estabeleceu que a qualidade microbiológica de efluentes tratados usados em irrigação de culturas consumidas cruas, bem como em campos esportivos ou parques públicos, nos casos que existem grupos de trabalhadores ou consumidores ou público expostos, deve ser inferior a 1000 CF/100 mL. como média geométrica, e indicam que uma série de lagoas de estabilização pode alcançar esta qualidade microbiológica. Os limites estabelecidos na Resolução no 020/86 do Conselho Nacional do Meio Ambiente para águas da Classe 2, irrigação de hortaliças e plantas frutíferas, fixam: em 80% ou mais de pelo menos 5 amostras mensais, ≤ 1000 CF/100 mL., e ≤ 5000 CT/100 mL. No entanto, se o projeto não for criterioso, o tratamento adequado, se deixar de existir equilíbrio entre as condições locais e as cargas poluidoras, os incovenientes dos demais processos aparecem: exalação de mau cheiro,
estética desfavorável, DBO elevada, coliformes fecais em excesso, mosquitos, etc. Os casos de odores ofensivos são péssimos, já que comprometem o bom trabalho que a lagoa faz, perante a opinião pública. Por outro lado, como as lagoas abrangem em geral áreas extensas, as conseqüências exteriores de um mau projeto ou má operação podem atingir uma grande comunidade, ao invés do que ocorre em uma estação de tratamento, com efeito localizado. O tratamento de efluentes através das lagoas de estabilização apresentam as seguintes vantagens: − é uma fonte de tratamento eficiente; − reduz a matéria orgânica semelhante às estações sofisticadas e remove mais organismos patogênicos que as mesmas; − se houver área disponível a preços acessíveis e com topografia adequada, trata-se de um processo cujo o custo de implantação é muito menor do que o das estações feitas em concreto e utilizando equipamentos mecânicos; − não exige outra forma de energia, apenas a luz solar; − funciona bem em climas quentes, sendo indicado para a maioria das regiões climáticas brasileiras; − é um processo satisfatoriamente estável, se receber o mesmo efluente; em outras palavras, uma vez em funcionamento, as lagoas desde que bem projetadas e convenientemente operadas, reproduzem a mesma eficiência; − não produz lodo a ser disposto; − não requer pessoal especializado para operação; − apresenta baixíssimos custos de operação e manutenção;
− pode-se utilizar o efluente das lagoas para irrigação de algumas culturas com aproveitamento dos nutrientes. Por outro lado, não é conveniente utilizar as lagoas nas seguintes situações: − se o preço do terreno for muito elevado; − em topografia muito acidentada requerendo grande movimento de terra; − em terreno muito permeável (arenoso) com excessiva infiltração; − em terreno muito rochoso, que exija serviços de dinamitação; − em regiões muito frias, onde há congelamento de lagos no inverno. 4.1.5
Lagoas aeróbias Projetadas de maneira a existir oxigênio dissolvido em toda a massa
líquida, havendo, por isso, apenas o processo aeróbio. Em comparação com outros tipos, ocupam áreas relativamente maiores que lagoas de estabilização; por isso são pouco utilizadas. 4.1.6 Lagoas facultativas Dentre os sistemas de lagoa de estabilização, o processo de lagoas facultativas é o mais simples, dependendo unicamente de fenômenos puramente naturais. Constituem a maioria das lagoas existentes no mundo. A lagoa facultativa se caracteriza por possuir uma zona aeróbia superior, em que os mecanismos de estabilização da matéria orgânica são a oxidação aeróbia e a redução fotossintética, e uma zona anaeróbia na camada de fundo, onde ocorrem os fenômenos típicos da fermentação anaeróbia. A camada intermediária entre essas duas zonas é dita facultativa, predominando os processos de oxigenação aeróbia e fotossintética. O oxigênio necessário para manter as condições aeróbias provêm das algas e pequena parcela é obtida
por aeração natural. Estas lagoas utilizam os produtos finais do metabolismo dos seres aeróbios e dos anaeróbios para fotossíntese. O esgoto introduz nesse ecossistema compostos de carbono inorgânico, N, P, matéria orgânica em suspensão e em solução. Através da superfície penetram N2, CO2 e O2 e durante o dia luz solar. As algas utilizam os compostos de carbono, N, P, além de resíduos metabólicos e para sintetizar a matéria orgânica necessitam liberar oxigênio para o meio. Este oxigênio é utilizado pelos organismos aeróbios para sintetizar a matéria orgânica composta de N e P, além de compostos que são liberados para o meio por organismos anaeróbios. Grande parte de O 2 liberado pelas algas, é utilizado pelas bactérias, o restante perde-se pela superfície ou acompanha o efluente. Também resultam sólidos sedimentáveis que se depositam no fundo da lagoa. Existe nas lagoas de estabilização uma relação de mútuo benefício entre algas e bactérias, ou seja, uma simbiose. A água da lagoa adquire uma coloração verde brilhante devido a um intenso número de algas. O vento e o calor também influenciam no rendimento da lagoa. A ausência de vento pode transformar uma lagoa facultativa em uma lagoa anaeróbia. A camada de lodo no fundo da lagoa nunca ultrapassa 25cm de altura, que dispensa a remoção do lodo. Em muitos casos utiliza-se uma lagoa anaeróbia como pré-tratamento a fim de economia de espaço. A DBO solúvel e finamente particulada é estabilizada aerobicamente por bactérias dispersas no meio líquido, ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobicamente por bactérias no fundo da lagoa. O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido pelas algas, através
4.7.7. Lagoas aeradas
da
fotossíntese.
As lagoas aeradas constituem um processo de tratamento onde o suprimento
de
oxigênio
é
realizado
artificialmente
por
dispositivos
eletromecânicos, com a finalidade de manter uma concentração de oxigênio dissolvido em toda ou parte da massa líquida, garantindo as reações bioquímicas que caracterizam o processo. Sua profundidade varia de 3 a 4 m e a remoção de DBO excede 85%. Como mostrado, a principal desvantagem do uso de lagoas de estabilização diz respeito à área necessária, principalmente para grandes vazões de efluente. No entanto, como desvantagens principais destacam-se a necessidade de energia elétrica para acionar os aeradores, a necessidade de manutenção dos mesmos e os elevados custos do investimento. Considerando que o fornecimento de oxigênio por meio artificial reduz a área requerida, conclui-se que, via de regra, as lagoas aeradas podem ser utilizadas quando a área disponível não for suficiente para o emprego de lagoas facultativas de fotossíntese. A utilização de lagoas aeradas pode se dar em série com lagoas de fotossíntese. A lagoa aerada reduz a carga afluente à lagoa de fotossíntese, diminuindo a área desta. Para melhorar a eficiência do sistema recomenda-se o uso de uma lagoa de decantação após a lagoa aerada, o que permite a sedimentação dos sólidos do efluente. É importante que esta lagoa de decantação tenha um tempo de detenção mínimo de um dia ( o que faz sedimentar a maioria dos sólidos em suspensão) e um tempo de detenção máximo de dois dias ( o que evita o crescimento de algas). A eficiência da remoção de matéria orgânica do sistema (lagoa aerada + lagoa de decantação) é de, aproximadamente, 90%. O referido sistema não apresenta dificuldade operacional e os custos principais envolvidos na operação reportam-se ao consumo de energia para acionar os aeradores.
Princípio de funcionamento de lagoas de estabilização:
5
Tratamento Anaeróbio
5.1 Digestão anaeróbia De acordo com Calzada (1990), a mineralização da matéria orgânica pôr um sistema microbiológico misto em condições de ausência de ar (ou fortemente redutoras) denomina-se geralmente digestão anaeróbia. Como todo o processo microbiológico, sofre influências do meio em que se desenvolve ( temperatura, umidade, pH, presença de compostos nutrientes ou tóxicos, relação entre os nutrientes, alcalinidade, etc.). Segundo o mesmo autor, o processo anaeróbio metanogênico gera três produtos principais: − Gás biológico combustível
− Efluentes líquidos − Lodos residuais De acordo com cada caso particular, um ou mais destes produtos representam um incentivo para o uso desta tecnologia. A produção controlada de biogás pode ser feita pôr processos contínuos, semicontínuos e descontínuos. Os reatores metanogênicos, pôr sua vez, podem ser de alta ou baixa taxa. Segundo Soubes (1994), tanto na natureza como na maioria dos reatores industriais, os substratos que devem bidegradar-se são complexos, e estão compostos por diferentes tipos de polímeros. Os microrganismos devem metabolizá-los para seu uso, tanto como fonte de energia como para biosintetizar todos os compostos celulares. Em um sistema anaeróbio em que as substâncias a degradar são polímeros naturais, e, em ausência de compostos inorgânicos como nitrato, sulfato, íon férrico ou mangânico, a degradação se dá nas seguintes etapas: 1) Hidrólise e fermentação, 2) Acidogênese, 3) Acetogênese, 4) Metanogênese .
5.2 Microbiologia Diferentes passos destas interações microbianas , foram descritos por Novaes (1986) utilizando esquemas de Bryant( 1976), Zeikus (1980), McInerney and Bryant (1981), para facilitar a explicação da microbiologia e bioquímica do processo. Segundo Soubes (1994), em cada ecossistema anaeróbio, coexistem bactérias, protozoários e fungos, e cada reator é diferente do ponto de vista microbiológico. Bactérias envolvidas no processo: Bactérias fermentativas
Segundo Guyot (1990), as bactérias responsáveis pela etapa de hidrólise e fermentação, pertencem a diferentes grupos e podem ser anaeróbias facultativas ou anaeróbias estritas. De acordo com Novaes (1986), este grupo de bactérias é responsável pelos dois primeiros estágios da digestão anaeróbia, a hidrólise e a acidogênese. Elas produzem enzimas, as quais são liberadas no meio para hidrolisar compostos orgânicos como a celulose, hemicelulose, amido e outros, em material molecular menor o qual é transportado para o interior da célula e transformado em uma variedade de produtos como: etanol, butirato, acetato, propionato, ácidos orgânicos voláteis ( grande maioria), etc. Essas bactérias por produzirem maior concentração de ácidos orgânicos voláteis são também denominadas bactérias acidogênicas. A maioria são anaeróbias estritas mas cerca de 1 % são facultativas. Bactérias acetogênicas Segundo Novaes (1986), as bactérias acetogênicas são essenciais para a degradação anaeróbia porque elas catabolizam o propionato e outros ácidos orgânicos mais do que o acetato, álcoois e certos compostos aromáticos (benzoato) em acetato e CO2. O acetato, é descrito como o mais importante precursor do metano. Bactérias metanogênicas De acordo com Guyot (1990), a metanogênese é a última etapa do processo de degradação anaeróbia da matéria orgânica e é levada a cabo pelas bactérias metanogênicas. Segundo Novaes (1986), as bactérias metanogênicas formam um grupo especial de bactérias, de diferentes espécies, tendo formas celulares diferentes, as quais obtém energia para crescimento e formação do metano através de mecanismos não ainda totalmente conhecidos. Elas são incluídas no reino Archaebacteria.
As bactérias metanogênicas são obrigatoriamente anaeróbias, capazes de utilizar somente alguns determinados substratos. Duas faixas de temperatura são descritas: 15 a 40°C, bactérias mesofílicas e 55 a 65°C , bactérias termofílicas. A faixa ideal de pH, para crescimento e produção de metano está entre 6,8 e 7,2, mas pode variar entre as espécies conhecidas. As bactérias metanogênicas são divididas em dois grupos: Bactérias metanogênicas acetoclásticas: São predominantes na digestão anaeróbia. São responsáveis por cerca de 60-70% de toda a produção de metano. Produzem metano a partir do acetato. São exemplos: Methanosarcina e Methanotrix Bactérias metanogênicas hidrogenotróficas: São capazes de produzir metano
a partir de H 2 e CO2. São
responsáveis pela produção de cerca de 30-40% de metano. São
exemplos:
Methanobacterium,
Methanospirillum,
Methanobrevibacter. 5.3 Fossas sépticas São unidades destinadas a tratar o esgoto de residências ou de conjuntos de residências até um máximo de 500 hab., supondo-se uma vazão de esgoto de 150L/hab.dia. Esse tratamento, entretanto, ocorre a nível primário e o efluente da fossa ainda contém matéria orgânica, patogênicos e nutrientes, requerendo uma disposição adequada. As soluções mais recomendadas são: infiltrar o efluente no terreno, ou tratá-lo em um filtro anaeróbio de fluxo ascendente.
Este sistema requer que as residências disponham de suprimento de água. Uma de suas principais inconveniências é a falta de destinação correta do efluente e do lodo, ambos contaminados, com possível comprometimento dos lençóis freáticos e da saúde pública. Os sólidos decantam, o material graxo é retido e transformado em compostos simples e estáveis. O período de detenção varia de 12 a 24 horas, a remoção de sólidos é de 60 a 70% e a remoção de DBO é de 50 a 75%. Nas fossas o esgoto doméstico é decantado e o lodo que permanece no fundo do tanque entra em decomposição anaeróbia, sendo parcialmente digerido. Na superfície do líquido forma-se uma camada de escuma composta pelas gorduras flutuantes, que deve ser impedida de sair da fossa com auxílio de um anteparo. O lodo que aos poucos se acumula deve ser removido, para garantir um bom desenvolvimento da unidade. O lodo removido é contaminado por organismos patogênicos, como vírus, bactérias, ovos de vermes e formas imaturas de vermes e protozoários; por esse motivo, é necessário dispô-lo corretamente. Importa salientar que os tanques sépticos precisam ser corretamente dimensionados. Deve-se verificar, para as fossas sépticas que existem à venda no mercado, o número de pessoas para qual a fossa foi projetada, ou a vazão de esgoto que a mesma admite. Essas unidades só funcionam adequadamente se houver remoção periódica do lodo; a limpeza da fossa pode ser executada pelo usuário ou por um serviço municipal, mas é imprescindível que seja realizada. Quando as condições do solo são favoráveis, o efluente das fossas sépticas pode ser aí infiltrado através de sumidouros e de valos de infiltração. Os sumidouros requerem menor área, porém oferece maior risco de contaminação do lençol freático e recomenda-se que sejam instalados de sorte que o seu fundo esteja, pelo menos, 1,5 m acima do nível do lençol freático. Esta norma também vigora para as valas de infiltração; no entanto, como tais
valas são instaladas superficialmente, pode-se aplicá-las quando o nível do lençol freático não permitir a implantação do sumidouro. Uma das desvantagens das valas de infiltração é o fato de requererem grandes áreas. Na impossibilidade de infiltrar o efluente da fossa devido a fatores como característicos do solo, nível do lençol freático, não disponibilidade de área, etc., é necessário tratar esse efluente antes de lançá-lo nos corpos de água. Dentre as soluções possíveis, recomenda-se o filtro anaeróbio de fluxo ascendente. Consiste de um tanque cheio de pedras ou outro material inerte através do qual o esgoto flui, é distribuído por um prato perfurado (fundo falso) e sai pela parte superior. O tempo de retenção preconizado é de 19 horas para vazão média. Sobre o leito de pedras desenvolve-se uma população de microrganismos que através do processo anaeróbio, realiza o tratamento dos efluentes. O sistema necessita cerca de três meses para entrar em operação. Deve-se remover lodo do filtro anaeróbio a cada cinco ou seis meses; o controle operacional é simples, não requerendo mão-de-obra especializada. Não são necessários equipamentos como bombas de recalque, aeradores de superfície, aquecedores e outros. Pode-se instalar o equipamento abaixo da superfície da terra, para que as variações de temperatura não afetem o filtro anaeróbio. 5.4 Filtros Anaeróbios O filtro anaeróbio apresenta alguma similaridade conceitual com os filtros biológicos aeróbios: em ambos os casos, a biomassa cresce aderida a um meio suporte, usualmente pedras. No entanto, o filtro anaeróbio apresenta algumas importantes diferenças: − fluxo do líquido é ascendente, ou seja, a entrada é na parte inferior do filtro, e a saída na parte superior; − filtro trabalha afogado, ou seja, os espaços vazios são preenchidos com líquido;
− a carga de DBO aplicada por unidade de volume é bastante elevada, o que garante as condições anaeróbias e repercute na redução de volume do reator; Na edição da NBR – 7229 (março de 1982) foi recomendado, como solução para o pré-condicionamento do efluente líquido das fossas sépticas, o processo de tratamento através de filtro biológico anaeróbio. A justificativa deste procedimento prende-se aos seguintes fatos: − dotar o efluente líquido das fossas sépticas de características dentro dos padrões de qualidade exigidos para o corpo d’água receptor; e − dotar as normas de opção entre as soluções para o problema gerado pela inviabilidade de infiltração do efluente líquido da fossa séptica no terreno. As unidades de filtro biológico anaeróbio preconizadas para o tratamento de efluentes líquidos de fossas sépticas são tanques cheios de pedras, usualmente nº 4 (50 a 76 mm) onde o efluente é contactado com culturas de microrganismos anaeróbios durante um certo período, suficiente para reduzir de 70 a 90 % a DBO afluente à fossa. 5.5 Lagoas Anaeróbias Nas lagoas anaeróbias a estabilização ocorre sem o concurso do oxigênio dissolvido: são os fenômenos de digestão ácida e fermentação metânica que tomam parte do processo. Na verdade tudo se passa como num digestor anaeróbio ou numa fossa séptica. Recebem mais efluentes por área que os outros tipos de lagoas. Nelas ocorrem simultaneamente os processos de sedimentação e digestão anaeróbia, não havendo oxigênio dissolvido. No fundo permanecem um depósito de lodo e na superfície forma-se bolhas de gás resultantes da fermentação do mesmo. Essas lagoas reduzem a carga de matéria orgânica no mínimo pela metade e, dependendo do nível de tratamento desejável, pode ser necessária a instalação de uma lagoa facultativa em seqüência. Não devem apresentar problemas de odor forte, mas, por precaução aconselha-se a
instalação a pelo menos 200m de áreas residenciais. Sua principal finalidade é ser usada em conjunto com outras lagoas para reduzir a área de tratamento. A fermentação anaeróbia é um processo seqüencial. Primeiramente microrganismos facultativos, na ausência de oxigênio dissolvido, transformam compostos orgânicos complexos em substâncias e compostos mais simples, principalmente ácidos orgânicos. É a fase chamada de digestão ácida, de produção de material celular (síntese) e compostos intermediários mal cheirosos (gás sulfídrico, mercaptanas); o pH baixa para 6, até 5. Em seguida as bactérias formadoras de metano (estritamente anaeróbias) transformam os ácidos orgânicos formados na fase inicial em metano (CH 4) e dióxido de carbono (CO2); é a fase chamada de fermentação metânica ou alcalina, quando o pH sobe para até 7,2 ou 7,5, os maus odores desaparecem, havendo formação de escuma, de cor cinzenta e aspecto feio. Na fermentação metânica a temperatura deve manter-se acima de 15ºC.
5.6 Reator Anaeróbio de Manta de Lodo Os
reatores
anaeróbios
de
manta
de
lodo
são
também
frequentemente denominados de Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente (RAFA ou UASB). O processo anaeróbio através de reatores de manta de lodo apresenta
inúmeras
vantagens
em
relação
aos
processos
aeróbios
convencionais, notadamente quando aplicado em locais de clima quente, como é o caso da maioria dos municípios brasileiros. Nestas situações, pode-se esperar um sistema com as seguintes características:
Não utiliza energia para aeração
Sistema compacto, com baixa demanda de área
Dispensa decantação primária
Baixo custo de implantação e operação
Baixa produção de lodo
Remoção de DBO de 65-75%
Comporta trabalhar com altas cargas de DBO
Boa desidratabilidade do lodo
Produção de biogás
Pequenas exigências para nutrientes
Embora os reatores UASB incluam amplas vantagens, principalmente no que diz respeito a requisitos de área, simplicidade e baixos custos de projeto, operação e manutenção, porém algumas desvantagens ainda são atribuídas:
Possibilidade de emanação de maus odores
Baixa capacidade de tolerar cargas tóxicas
Alto intervalo de tempo para a partida (4 a 6meses) porém se tiver o inoculo demora de 2 a 3 semanas; a qualidade da biomassa a ser desenvolvida no sistema dependerá de uma rotina operacional adequada e, por conseguinte, da estabilidade e da eficiência do processo de tratamento.
Necessidade de uma etapa de pós- tratamento
Baixa eficiência de remoção de DBO Nestes reatores, a biomassa cresce dispersa no meio, e não aderida a um meio suporte especialmente incluído, como no caso dos filtros biológicos.
De 4 a 10 % do volume do reator forma o leito do lodo. O lodo é muito denso e com excelentes características de sedimentação. Acima do leito desenvolve-se uma zona de crescimento bacteriano mais disperso, denominado manta de lodo, em que os sólidos apresentam velocidades de sedimentação menores. A concentração do lodo nessa zona varia de 1,5 a 3%. O sistema é auto misturado pelo movimento ascendente das bolhas de gás e do fluxo do efluente através do reator. A concentração de biomassa no reator é bastante elevada Devido a esta elevada concentração, o volume requerido para os reatores anaeróbios de manta de lodo é bastante reduzido, em comparação com todos os outros sistemas de tratamento. A remoção da matéria orgânica ocorre através do leito e da manta de lodo embora seja mais pronunciada no leito do lodo. O fluxo do líquido é ascendente. Como resultados da atividade anaeróbia, são formados gases (principalmente metano e gás carbônico), que ascendem , carreando o lodo, sendo necessária a instalação de um separador trifásico (gases, líquido, sólido), na parte superior do reator, de forma a permitir a retenção e o retorno do lodo, impedindo que ele saia com o efluente. No entorno e acima do separador trifásico configura-se uma câmara de sedimentação, onde o lodo mais pesado é removido da massa líquida e retornando para o compartimento de digestão, enquanto as partículas mais leves são perdidas do sistema com o efluente final. O gás é coletado na parte superior, de onde pode ser retirado para reaproveitamento ou queima. A instalação do separador é quer garante o retorno do lodo e a elevada capacidade de retenção de grandes quantidades de biomassa, de elevada atividade, sem a necessidade de qualquer tipo de meio suporte. Como resultado, os reatores UASB apresentam elevados tempos de detenção celular (idade do lodo) bastante superiores ao tempo de detenção hidráulico,sendo esta uma característica dos sistemas anaeróbios de alta taxa.
A idade do lodo verificada em um reator UASB é superior a 30 dias, propiciando que o lodo excedente descartado do sistema já se encontre estabilizado, podendo ser simplesmente desidratado em leitos de secagem. O risco da geração ou liberação de maus odores pode ser bastante minimizado através de um projeto bem elaborado, tanto nos cálculos cinéticos, quanto nos aspectos hidráulicos. A completa vedação do reator, incluindo a saída submersa do efluente, colabora sensivelmente para a diminuição destes riscos. A operação adequada do reator contribui também neste sentido. No processo convencional, a digestão anaeróbia ocorre em um único reator fechado, no qual se desenvolve uma série de reações químicas e bioquímicas com elevado grau de interação. Por essa razão é importante o estudo da influência de certos fatores no sistema como um todo. Esses fatores são constituídos por parâmetros experimentalmente controláveis utilizados para se acompanhar e avaliar um processo de digestão anaeróbia, tais como: pH, alcalinidade, ácidos voláteis, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos totais, sólidos voláteis, tempo de detenção, nutrientes, principalmente em termos de nitrogênio e fósforo, volume e composição dos gases produzidos e, ainda, composição e estado físico dos resíduos a serem utilizados. Os reatores UASB poderão ser construídos em concreto ou PRFV, sendo que as peças internas, ou seja, os sistemas de separação sólido/líquido/gás, que entram em contato com o líquido, serão construídos em aço inox ou PRFV, fabricados em partes para facilitar o transporte e instalação. Os reatores são dotados também de sistemas de distribuição de fluxo de alimentação e de sistemas de coleta e descarga do efluente tratado. Os outros equipamentos acessórios do reator são uns sistemas de descarga e recirculação de lodo, tomadas de amostra colocadas verticalmente em alturas regulares e as passarelas de inspeção e manutenção situadas acima e nas laterais do reator.
6 – Conclusão Concluímos que o tratamento de efluentes é de grande importância para que não sejam causados prejuízos ao meio ambiente e que existem diversas formas detratá-lo, dependendo do tipo de efluente e da matéria orgânica presente e também da disponibilidade de recursos e espaço da empresa. UM efluente não tratado irá contaminar os corpos receptores que, muitas vezes, são os mesmos locais de onde sai a água que será tratada para bebermos.
7 - Referências CARVALO, Daniele e CREXI, Valéria; Tratamento de águas e resíduos industriais; apostila do curso de bacharelado em química de alimentos; 2° semestre 2005. CARVALO, Daniele e CREXI, Valéria; Tratamento biológico; apostila do curso de bacharelado em química de alimentos; 2° semestre 2005. GERGER, Michel; Introdução ao tratamento de efluentes; apostilas do curso de tecnologia em gestão ambiental, maio 2008. NABACK, Gustavo Luis de Souza; Relatório de visita a ETE , Professor responsável: Paulo César. Poços de Caldas/MG; 2° semestre de 2009. Etapas
de
um
tratamento
de
efluente
-
disponível
em:
http://www.kurita.com.br/adm/download/Etapas_do_Tratamento_de_Efluentes.p df < acesso em: 18 de abril de 2013>. Tratamento
secundário-
disponível
em:
http://www.universoambiental.com.br/Arquivos/Agua/ProcessosQuimicosdeTrat amentodeEfluentes03.pdf
.
