Apostila - tratamento de esgotos

Apostila - tratamento de esgotos

(Parte 1 de 12)

Roque Passos Piveli

1. Características dos Esgotos, Necessidades de Tratamento e Concepção das

Estações 1.1. Características dos Esgotos

Os esgotos sanitários variam no espaço, em função de diversas variáveis desde o clima até hábitos culturais. Por outro lado, variam também ao longo do tempo, o que torna complexa sua caracterização. Metcalf & Eddy (1991) classificam os esgotos em forte, médio e fraco, conforme as características apresentadas na Tabela 1:

Tabela 1: Características físico-químicas dos esgotos. Fonte: Metcalf & Eddy (1991)

Característica Forte Médio Fraco

DBO5,20 (mg/L) 400 220 110 DQO (mg/L) 1.0 500 250

Carbono Org. Total (mg/L) 290 160 80 Nitrogênio total – NTK (mg/L) 85 40 20 Nitrogênio Orgânico (mg/L) 35 15 08 Nitrogênio Amoniacal (mg/L) 50 25 12 Fósforo Total (mg/L) 15 08 04 Fósforo Orgânico (mg/L) 05 03 01 Fósforo Inorgânico (mg/L) 10 05 03 Cloreto (mg/L) 100 50 30 Sulfato (mg/L) 50 30 20 Óleos e Graxas (mg/L) 150 100 50

No Brasil, mesmo que não se tenha informação segura com base local, costuma-se adotar contribuições “per capita” de 54 e 100 g/habitante.dia para a DBO de cinco dias e para a DQO, respectivamente. Em termos de vazão, pode-se afirmar que os esgotos estão sujeitos às mesmas variações relativas ao consumo de água, variando de região para região, dependendo principalmente do poder aquisitivo da população. Apenas a título de referência, pode-se considerar a contribuição típica de 160 L/habitante.dia, referente ao consumo “per capita” de água de 200 L/habitante.dia e um coeficiente de retorno água/esgoto igual a 0,8. Para a determinação das vazões máximas de esgotos, costuma-se introduzir os coeficientes k1 =

1,2 (relativo ao dia de maior produção) e k2 = 1,5 (relativo à hora de maior produção de esgotos). Consequentemente, a vazão de esgotos do dia e hora de maior produção é 1,8 vezes, ou praticamente o dobro da vazão média diária. Deve ser lembrado que as características dos esgotos são afetadas também pela infiltração de água subterrânea na rede coletora e pela possível presença de contribuições específicas, como indústrias com efluentes líquidos ligados à rede pública de coleta de esgotos. Os esgotos sanitários possuem excesso de nitrogênio e fósforo. Isto faz com que, ao ser submetido a tratamento biológico, haverá incorporação desses macronutrientes nas células que tomam parte do sistema, mas o excesso deverá ser ainda grande. Esta é uma importante preocupação em termos de tratamento de esgotos, exigindo tratamento avançado quando se tem lançamento em situações mais restritivas, sobretudo em represas utilizadas para o abastecimento público de água potável, onde o problema da eutrofização poderá ter consequências drásticas. Na Tabela 2 são apresentados concentrações típicas das diversas frações de sólidos em esgotos:

Tabela 2: Concentrações de sólidos em esgotos. Fonte: Metcalf & Eddy (1991) característica Forte Médio Fraco Sólidos Totais (mg/L) 1.200 720 350 Sólidos Dissolvidos (mg/L) 850 500 250 Sólidos Dissolvidos Fixos (mg/L) 850 500 250 Sólidos Dissolvidos Voláteis (mg/L) 525 300 145 Sólidos em Suspensão Totais (mg/L) 350 220 100 Sólidos em Suspensão Fixos (mg/L) 75 5 20 Sólidos em Suspensão Voláteis (mg/L) 275 165 80 Sólidos Sedimentáveis (mL/L) 20 10 05

Na Tabela 3 são apresentadas algumas características biológicas dos esgotos, importantes para referenciar as necessidades de desinfecção. Embora a legislação seja restrita aos índices de coliformes, aplicações dos esgotos como, por exemplo, na agricultura, podem exigir o controle de outros indicadores.

Tabela 3: Concentrações de organismos em esgotos. Fonte: Metcalf & Eddy (1991)

Característica Valor Médio Bactérias Totais (/100 mL) 109 - 1010 Coliformes Totais (NMP/100 mL) 107 - 108 Coliformes Fecais (NMP/100 mL) 106 - 107 Estreptococus Fecais (NMP/100 mL) 105 - 106 Salmonella Typhosa (/100 mL) 101 - 104 Cistos de Protozoários (/100 mL) 102 - 105 Vírus (/100 mL) 103 - 104 Ovos de Helmintos (/100 mL) 101 - 103

Tanto a legislação do Estado de São Paulo, o Decreto 8468 que regulamenta a lei 997 de 1976 como a legislação federal, a resolução 20 do CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente), passam por processo de revisão. Apresentam-se, em seguida, alguns padrões de emissão de esgotos em águas naturais de ambas as legislações:

Padrões de emissão de esgotos – Decreto 8468

• pH: entre 5 e 9 • Temperatura: inferior a 40oC

• Sólidos Sedimentáveis: inferior a 1,0 mL/L

Padrões de emissão de esgotos – Resoluçã0 20 do CONAMA

• pH: entre 5 e 9 • Temperatura: inferior a 40oC

• Sólidos Sedimentáveis: inferior a 1,0 mL/L

• Amônia: inferior a 5,0 mg/L

Pode ser observado que o padrão de emissão de 5,0 mg/L para amônia não pode ser atendido mediante a grande maioria dos processos de tratamento biológicos, exceto os aeróbios com aeração prolongada (idade do lodo elevada). Apresentam-se a seguir, a título de ilustração, alguns padrões de qualidade estabelecidos nas legislações para uma água natural classe 2, que pode ser utilizada para abastecimento público, após tratamento:

Padrões de qualidade – Decreto 8468

• Oxigênio Dissolvido: não inferior a 5,0 mg/L

• DBO5,20: inferior a 5,0 mg/L • Coliformes Totais: não superior a 5.0 / 100 mL

• Coliformes Fecais: não superior a 1.0 / 100 mL

Padrões de qualidade – Resolução 20 do CONAMA

• pH: entre 6 e 9 • Oxigênio Dissolvido: não inferior a 5,0 mg/L

• DBO5,20: inferior a 5,0 mg/L • Coliformes Totais: não superior a 5.0 / 100 mL

• Coliformes Fecais: não superior a 1.0 / 100 mL

• Amônia não ionizável: inferior a 0,02 mg/L

• Fosfato Total: inferior a 0,025 mgP/L

Uma dificuldade frequente no atendimento à legislação federal, refere-se ao padrão para fósforo, bastante restritivo independentemente da velocidade da água do corpo receptor. Sabe-se que o problema de crescimento excessivo de algas decorrentes da eutrofização só ocorre de forma expressiva em águas de baixas velocidades como em represas. Pode ser observado também que dificilmente se terá uma condição de diluição dos esgotos tratados no corpo receptor que dispense a desinfecção final dos esgotos antes do lançamento.

1.3. Concepção das Estações de Tratamento de Esgotos

O tratamento de esgotos é desenvolvido, essencialmente, por processos biológicos, associdos à operações físicas de concentração e separação de sólidos. Processos físicoquímicos, como os a base de coagulação e floculação, normalmente não são empregados por resultarem em maiores custos operacionais e menor eficiência na remoção de matéria orgânica biodegradável. Porém, em algumas situações, notadamente quando se tem condições bastante restritivas para as descargas de fósforo, o tratamento físico-químico pode ser aplicado isoladamente ou, principalmente, associado aos processos biológicos. O tratamento biológico pode ser subdividido em dois grandes grupos, processos aeróbios e anaeróbios. Observou-se uma tendência historica em se comparar tais modalidades, enfatizando-se vantagens e desvantagens de cada grupo, hoje é consenso o interesse em associá-los, obtendo-se com isso importantes vantagens técnicas e econômicas. Os processos biológicos podem ser classificados também em função do tipo de reator, que pode ser de crescimento em suspensão na massa líquida ou de biomassa aderida. Nos reatores de crescimento em suspensão, não há suporte inerte para a aderência dos microrganismos, que crescem geralmente floculados e em suspensão na massa líquida. No caso dos reatores aeróbios, o próprio sistema de aeração acumula essa função complementar de manter os sólidos biológicos em suspensão. Nos reatores de biomassa aderida, há introdução de material de enchimento como areia, pedras ou plástico, dentre outros, que podem se manter fixos ou móveis no reator, garantindo a aderência da biomassa que cresce sob a forma de biofilme aderido ao meio inerte.

Os processos biológicos podem ser classificados ainda em função da retenção ou não de biomassa, entendendo-se por biomassa os microrganismos responsáveis pela degradação de matéria orgânica dos esgotos. Nos processos em que não se pratica retenção de biomassa, o tempo de detenção hidráulica, que é o tempo de passagem do esgoto pelo sistema, é equivalente ao tempo médio de residência celular, também conhecido por idade do lodo, que representa o tempo de permanência dos microrganismos no sistema. Assim, se é desejado que os microrganismos permaneçam durante determinado período no reator, os esgotos deverão ser retidos pelo mesmo período, o que torna as dimensões do sistema relativamente elevadas. É o caso, por exemplo, das lagoas aeradas mecanicamente de mistura completa. Nos sistemas com retenção de biomassa, este mecanismo deverá ser produzido de alguma forma. Quando se empregam reatores de crescimento em suspensão na massa líquida, como são os tanques de aeração dos processos de lodos ativados, a retenção de biomassa é feita recirculando-se o lodo sedimentado nos decantadores posicionados à jusante do reator biológico. Já nos reatores de biomassa aderida, sejam de leito fixo ou móvel, a retenção de biomassa é garantida pela própria aderência dos microrganismos ao meio suporte formando os biofilmes. Os reatores com retenção de biomassa compõem os chamados sistemas de tratamento compactos que, por permitirem maior concentração de microrganismos ativos, possuem maior capacidade de recebimento de carga de esgotos quando se compara com mesmo volume de reator onde não se procede a retenção do lodo. O processo de lodos ativados convencional é composto das seguintes etapas:

• Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação • Decantadores primários

• Decantadores secundários

• Sistema de desidratação de lodo

Os decantadores primários providenciam uma redução da carga orgânica afluente ao tratamento biológico. O lodo separado nos decantadores secundários retornam para os tanque de aeração, mas há a necessidade de descarte do lodo excedente para o controle do processo biológico. Ambos os lodos, produzidos nos decantadores primários e secundários, podem ser encaminhados para uma digestão biológica conjunta. Na variante do processo de lodos ativados conhecida por aeração prolongada, não se empregam decantadores primários e o tratamento biológico é dimensionado de forma a produzir um excesso de lodo mais mineralizado, de forma a se dispensar a necessidade de qualquer tipo de digestão complementar de lodo. Dispensando os decantadores primários e digestores de lodo, as principais etapas do sistema de lodos ativados com aeração prolongada são:

• Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação • Tanques de aeração

• Decantadores secundários

• Sistema de desidratação de lodo

Em situações onde ocorrem grandes flutuações de população e, consequentemente, de carga orgânica, a variante com aeração prolongada pode operar sob o regime de bateladas sequenciais. Não se empregam também os decantadores secundários, sendo a função de separar o lodo do efluente final também atribuída aos tanques de aeração. Estes, são alimentados na forma de rodízio e a operação de sedimentação poderá ocorrer em tanques que não estejam sendo alimentados por esgotos em períodos pré-estabelecidos de forma sincronizada. Assim, um sistema de lodos ativados com aeração prolonga operando em batelas, fica reduzido a:

• Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação • Tanques de aeração e decantação

• Sistema de desidratação de lodo

Note-se que não estão sendo incluídas as unidades correspondentes às outras necessidades de tratamento, como a desinfecção final ou a remoção de nutrientes por processos físico-químicos, dentre outras. Um sistema de lagoas aeradas mecanicamente pode ser entendido como um processo de lodos ativados sem recirculação de lodo. As principais unidades que o compõem, são:

• Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação • Lagoas aeradas mecanicamente

• Lagoas de decantação

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