Universidade Federal do Paraná Engenharia Ambiental
Saneamento Ambiental I Aula 20 – O Sistema de Esgoto Sanitário Profª Heloise G. Knapik
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Primeiro módulo:
• Dimensionamento de redes de distribuição de água
Segundo módulo:
• Tratamento de água para abastecimento
Terceiro módulo:
• Dimensionamento e tratamento de esgotos sanitários
Conteúdo – Módulo 3 • O Sistema de Esgoto Sanitário & Lançamento in natura – autodepuração • Redes de coleta de esgoto
• Tratamento de esgoto • Tópicos especiais: técnicas e tratamentos avançados • Drenagem urbana
Conteúdo – Módulo 3 • Referências bibliográficas: Esgoto Sanitário: coleta, transporte, tratamento e reuso agrícola. Coordenador: Ariovaldo Nuvolari. São Paulo: Blucher, 2011. Tratamento de Esgotos. Eduardo Pacheco Jordão e Constantino Arruda Pessôa. Rio de Janeiro: 2005. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Marcos Von Sperling, Volume 1, 3ª ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2005. (ou outras edições)
Tratamento de Esgotos Dimensionamento Cálculo da rede
Vazão e carga poluidora
Tecnologias Eficiências e níveis de tratamento
Remoção de carga orgânica
Remoção de Nutrientes
Processos de tratamento
Físicoquímicos
Biológicos
Configurações
Grau de tratamento do efluente
Características de uso da água + legislação → minimizar os impactos de deterioração de qualidade de água 6
Grau de tratamento do efluente
- Características de uso de água a jusante do ponto de lançamento - Capacidade de autodepuração - Características e condições do despejo
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Grau de tratamento do efluente
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Como determinar o grau de tratamento necessário? - Verificação da diluição local/ Mistura no rio - Estudo da autodepuração (modelagem) - Atendimento da legislação (CONAMA complemento da 357/05)
430/11, 8
Grau de tratamento do efluente
CONAMA 430/11 (ANTIGA 357/05): EFLUENTES SANITÁRIOS Materiais sedimentáveis: até 1 mg/L pH entre 5 e 9 Temperatura inferior a 40ºC DBO5 máxima de 120 mg/L - Valor poderá ser maior em caso de eficiência de remoção de 60%, ou mediante estudo de autodepuração do corpo hídrico que comprove o atendimento às metas de enquadramento do corpo receptor. 9
Sentido do escoamento
Montante
Jusante
Exemplo – Concentração da mistura Uma bacia contribuinte com 20 mil habitantes lança seus esgotos sem qualquer tratamento a um pequeno afluente do Rio Iguaçu. A vazão correspondente de esgoto é de 3520 m³/d e a DBO do esgoto bruto é de 400 mg/L. A esta contribuição juntam-se os despejos de uma indústria química orgânica com vazão de 850 m³/d e DBO bruta de 900 mg/L, cujo tratamento, na própria indústria, reduz em 90% a poluição orgânica (DBO). O rio, antes de receber estas contribuições poluentes, tem vazão de 2 m³/s e DBO de 6 mg/L. Calcular as novas características do rio na região de mistura.
Exemplo – Concentração da mistura No mesmo exemplo, se fosse reduzir a concentração da mistura para 10 mg/L, qual seria a % de remoção necessária do conteúdo orgânico?
Autodepuração de rios
Autodepuração de rios
Oxigênio Dissolvido A redução dos níveis de Oxigênio Dissolvido é considerada, em termos ecológicos, a mais grave conseqüência da poluição de um curso d’água por matéria orgânica; Consomem oxigênio dissolvido da massa líquida: • A oxidação da fração carbonácea da matéria orgânica; • O processo de nitrificação; • A demanda bentônica (demanda provocada pela estabilização de uma fina camada superficial de lodo eventualmente existente no fundo dos rios;
Processos responsáveis pela introdução de oxigênio na massa líquida: • Fotossíntese; • Reaeração atmosférica.
Oxigênio Dissolvido
CAUSA
CONSEQUÊNCIA
Poluição orgânica
Depleção de OD
DBO
Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Determinação da DBO • Águas naturais pouco poluídas – Diferença direta entre as concentrações de oxigênio dissolvido na amostra, antes e depois de 5 dias.
• Águas naturais muito poluídas, esgoto sanitário e efluentes industriais que contêm microrganismos: – Técnica das Diluições.
• DBO de efluentes industriais que não contêm microrganismos: Técnica das Diluições e Semeadura – Sementes: Aclimatadas e não aclimatadas
Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Limitações × Período de teste é muito longo (5 dias) — não é bom para o controle do processo
× Baixa precisão interlaboratorial × O teste não é simplesmente muito fácil — envolve condições biológicas — pode levar tempo de experiência para dominá-lo
× Não pode-se avaliar a precisão — Não há padrão — Depende da aclimatação microbiológica
Demanda Biológica de Oxigênio (DBO) Incubação por 5 dias DBO - Oxitop 20 C
Água de diluição e/ou nutrientes
Amostra
DBO - Winkler
Amostra
Fixação do OD
Titulação
Demanda carbonácea e demanda nitrogenada
Parâmetros de análise • • • •
DBO (depleção do OD) DQO (parâmetro de controle de eficiência) Sério de Sólidos (aumento da turbidez) Série de nitrogênio (nutrientes – proliferação de algas, consumo de OD) • Oxigênio dissolvido (corpo receptor)
Parâmetros de análise Constituinte
Concentração média
Comentários
DBO
200 mg/L
Depleção do OD
Sólidos suspensos
240 mg/L (sólidos totais 800 mg/L)
Aumento da turbidez
Patógenos
3 milhões/100mL
Doenças de veiculação hídrica
Nutrientes
Nt: 35 m/L Pt: 10 mg/L
Crescimento acelerado
Compostos tóxicos
Variável
Metais pesados – ecotoxicidade
Compostos emergentes
Variável ou desconhecido
Fármacos e outros – alterações ecossistêmicas
Parâmetros de análise
Parâmetro DBO5,20 (mg/l) DQO (mg/l) Carbono Orgânico Total (mg/l) NTK (mg/l) Nitrogênio Orgânico (mg/l) Nitrogênio Amoniacal (mg/l) Fósforo Total (mg/l) Fósforo Orgânico (mg/l) Fósforo Inorgânico (mg/l) Cloreto (mg/l) Sulfato (mg/l) Óleos e Graxas (mg/l)
Forte 400 1.000 290 85 35 50 15 05 10 100 50 150
Médio 220 500 160 40 15 25 08 03 05 50 30 100
Fraco 110 250 80 20 08 12 04 01 03 30 20 50
Parâmetros de análise • Série de Sólidos
Tipos de sistemas: • Sistema unitário
• Sistema separador absoluto
Partes constituintes de um sistema de esgotamento sanitário: • Rede coletora • Interceptor • Emissário • Estação elevatória • Sifão invertido • Estação de tratamento • Lançamento (emissário submarino)
Partes do sistemas:
Partes do sistemas: • Rede coletora:
Partes do sistemas: • Estação de tratamento de esgoto:
Tipos de Tratamento • Tratamento preliminar (sólidos em suspensão grosseiros) • Tratamento primário (sólidos em suspensão sedimentáveis e parte da matéria orgânica) • Tratamento secundário (remoção de carga orgânica e eventualmente nutrientes) • Tratamento terciário (remoção de carga de nutrientes e poluentes específicos – metais pesados, tóxicos) • Tratamento e disposição final do lodo Processos Físicos
Processos Químicos
Processos Biológicos
Tipos de Tratamento
Tipos de Tratamento • Tratamento preliminar • Remoção inicial de sólidos grosseiros, gorduras e areias; • Preparação dos efluentes para a sequência de tratamento.
Tipos de Tratamento • Tratamento preliminar - Gradeamento Ocorre a remoção de sólidos grosseiros, onde o material de dimensões maiores do que o espaçamento entre as barras é retido. Há grades grosseiras (espaços de 5,0 a 10,0 cm), grades médias (espaços entre 2,0 a 4,0 cm) e grades finas (1,0 a 2,0 cm). As principais finalidades da remoção dos sólidos grosseiros são: • Proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (bombas e tubulações); • Proteção das unidades de tratamento subsequentes; • Proteção dos corpos receptores.
Tipos de Tratamento • Tratamento preliminar - Desarenação Remoção da areia através da sedimentação: os grãos de areia, devido às suas maiores dimensões e densidade, vão para o fundo do tanque, enquanto a matéria orgânica, de sedimentação bem mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades seguintes. As finalidades básicas da remoção de areia são: • Evitar abrasão nos equipamentos e tubulações; • Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tanques, orifícios, sifões etc; • Facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas diversas fases.
Tipos de Tratamento • Tratamento preliminar - Flotadores • Oposto da sedimentação (injeção de ar dissolvido e remoção dos flocos pela superfície) • Depende da característica inicial do afluente e das etapas seguintes de tratamento
Tipos de Tratamento • Tratamento preliminar - Equalização • Tanques destinados à amortecer os carregamentos hidráulico e orgânicos.
Tipos de Tratamento • Tratamento primário – Tanques de decantação - Forma circular ou retangular - Os esgotos fluem vagarosamente através dos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão, que apresentam densidade maior do que a do líquido circundante, sedimentem gradualmente no fundo. - Essa massa de sólidos, denominada lodo primário bruto, pode ser adensada no poço de lodo do decantador e ser enviada diretamente para a digestão ou ser enviada para os adensadores. - Uma parte significativa destes sólidos em suspensão é compreendida pela matéria orgânica em suspensão.
Tipos de Tratamento • Tratamento primário – Peneiras rotativas • Dependendo da natureza e da granulometria do sólido, as peneiras podem substituir o sistema de gradeamento ou serem colocadas em substituição aos decantadores primários. • A finalidade é separar sólidos com granulometria superior à dimensão dos furos da tela. • O fluxo atravessa o cilindro de gradeamento em movimento, de dentro para fora. • Os sólidos são retidos pela resultante de perda de carga na tela, são removidos continuamente e recolhidos em caçambas.
Tipos de Tratamento • Tratamento secundário – Tanque de aeração • A remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios (bactérias, protozoários, fungos etc) no tanque de aeração. • A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. • Os microrganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e reprodução dos microrganismos).
Tipos de Tratamento • Tratamento secundário – Lodos ativados (decantadores) • Os decantadores secundários exercem um papel fundamental no processo de lodos ativados, sendo responsável pela separação dos sólidos em suspensão presentes no tanque de aeração, permitindo a saída de um efluente clarificado, e pela sedimentação dos sólidos em suspensão no fundo do decantador, permitindo o retorno do lodo em concentração mais elevada.
Tipos de Tratamento • Tratamento secundário – Lodos ativados (decantadores) • O efluente do tanque de aeração é submetido à decantação, onde o lodo ativado é separado, voltando para o tanque de aeração. • O retorno do lodo é necessário para suprir o tanque de aeração com uma quantidade suficiente de microrganismos e manter uma relação alimento/ microrganismo capaz de decompor com maior eficiência o material orgânico. • O efluente líquido oriundo do decantador secundário é descartado diretamente para o corpo receptor ou passa por tratamento para que possa ser reutilizado internamente ou oferecida ao mercado para usos menos nobres, como lavagem de ruas e rega de jardins.
Tipos de Tratamento
Tipos de Tratamento
Tipos de Tratamento
Tipos de Tratamento
Tipos de Tratamento • Tratamento terciário (avançado) • Objetiva a remoção de poluentes específicos, ou ainda remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário (tratamento avançado – polimento para atendimento da legislação)
Tipos de Tratamento • Tratamento terciário (avançado) - REMOÇÃO DE SÓLIDOS DISSOLVIDOS Osmose Reversa; Troca Iônica Eletrodiálise Reversa; Evaporação - REMOÇÃO DE SÓLIDOS SUPENSOS Macrofiltração; Microfiltração; Ultrafiltração; Nanofiltração; Clarificação: Ozonização
- REMOÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Ozonização; Carvão Ativado. - DESINFECÇÃO Cloro; ozônio; dióxido de cloro (ClO2); permanganato de potássio; cloramidas; radiação ultravioleta, entre outros meios.
Eficiência de remoção de DBO Exemplo: Redução de 400 mg/L para 187 mg/L Remoção necessária: 53%
Escolha dos processos de tratamento: Depende de uma série de fatores, tais como: • Eficiência de remoção requerida (função de padrões de lançamento, corpo receptor, enquadramento, reuso, etc) • Área disponível • Geração e disposição final de resíduos • Mão de obra para operação e respectiva qualificação • Monitoramento e controles operacionais requeridos • Recursos disponíveis
Viabilidade técnica, econômica e ambiental
Escolha dos processos de tratamento: Processo de lodos ativados convencional
Grade
Caixa de areia
Decantador Primário
Tanque de Aeração
Decantador Secundário
Rio Líquidos removidos do lodo
Adensamento
Digestão
Secagem
Lodo “Seco”
Escolha dos processos de tratamento: Processo de lodos ativados com aeração prolongada
Grade
Caixa de areia
Tanque de Aeração
Decantador Secundário
Rio Adensamento
Secagem
Lodo “Seco”
Escolha dos processos de tratamento:
Sistemas de lagoas aeradas mecanicamente seguidas de lagoas de decantação:
Grade
Caixa de areia
Lagoas aeradas
Lagoas de decantação
Lodo
Rio
Escolha dos processos de tratamento: Sistemas de filtros biológicos aeróbios
Grade
Caixa de areia
Decantador Primário
Filtros Biológicos
Decantador Secundário
Rio Adensamento
Digestão
Secagem
Lodo “Seco”
Escolha dos processos de tratamento: Sistemas de tratamento conjugado anaeróbio-aeróbio Lodos ativados Lagoas de estabilização Lagoas aeradas Grade
Caixa de areia
UASB
Filtros Biológicos Convencional
Filtros Biológicos Aerado Submerso
Processos físico-químicos
