Baixe Resumo caracteriza o de efluentes continua o e outras Resumos em PDF para Engenharia Sanitária, somente na Docsity! a UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS ne ha, CENTRO SUPERIOR DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA Can Missão/CESET: Formar e aperfeiçoar cidadãos e prestar serviços atendendo às necessidades tecnológicas UNICAMP da sociedade com agilidade, dinâmica e qualidade. ST 502 - TRATAMENTO BIOLÓGICO DE EFLUENTES LÍQUIDOS ST 503 - TRATAMENTO FÍSICO-QUÍMICO DE EFLUENTES LÍQUIDOS ALCALINIDADE: Origem: Natural: rochas, atmosfera, mat organica, fotossíntese. Antropogênica: despejos domésticos e industriais. Importância: Natural: Antropogênica: confere gosto amargo às águas. A alcalinidade indica a quantidade de íons na água que reagem para neutralizar os íons hidrogênio. Constitui-se, portanto, em uma medição da capacidade da água de neutralizar os ácidos, servindo assim para expressar a capacidade de tamponamento da água, i.e., sua condição de resistir a mudanças do pH. Os principais constituintes da alcalinidade são os bicarbonatos (HCOs), carbonatos (COs) e hidróxidos (OH). Outros íons, como cloretos, nitratos e sulfatos não contribuem para a alcalinidade. A distribuição entre as três formas de alcalinidade na água (bicarbonatos, carbonatos, hidróxidos) é função do seu pH: pH>9,4: hidróxidos e carbonatos; 8,3 <pH< 9,4: carbonatos e bicarbonatos; 44<pH<8,3: apenas bicarbonatos. Verifica-se assim que na maior parte dos ambientes aquáticos a alcalinidade é devida exclusivamente à presença de bicarbonatos. Valores elevados de alcalinidade estão associados a processos de decomposição da matéria orgânica e à alta taxa respiratória de microrganismos, com liberação e dissolução do gás carbônico (CO,) na água. A maioria das águas naturais apresenta valores de alcalinidade na faixa de 30 a 500 mg/l de CaCOs, sendo esta a unidade usada para expressão deste parâmetro. Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso Sup E-mail: petersonQcesetunicamp.br 1 je Tecnologia em Saneamento Ambiental C SET/UNICAMP. 1 ACIDEZ Origem: Natural: sólidos e gases (CO> absorvido da atmosfera ou resultante da decomposição de matéria orgânica, presença de HS). Antropogênica: despejos industriais, mineração. Importância: Natural: Antropogênica: corrosividade. A acidez, ao contrário da alcalinidade, mede a capacidade da água em resistir às mudanças de pH causadas pelas bases. Ela é devida fundamentalmente à presença de gás carbônico livre na água. De maneira semelhante à alcalinidade, a distribuição das formas de acidez também é função do pH dá água: pH>8,2: CO, livre ausente; 4,5 < pH< 8,2: acidez carbônica; pH<4,5: acidez por ácidos minerais fortes, geralmente resultantes de despejos industriais. Águas com acidez mineral são desagradáveis ao paladar, sendo, desaconselhados para abastecimento. DUREZA A dureza indica a concentração de cátions multivalentes em solução na água. Os cátions mais frequentemente associados à dureza são os de cálcio e magnésio (Ca?*, Mg? e, em menor escala, ferro, manganês, estrôncio (Sr?) e alumínio (AI) A dureza pode ser classificada como dureza carbonato ou dureza não carbonato, dependendo do ânion com o qual ela está associada. A dureza carbonato corresponde à alcalinidade, estando portanto em condições de indicar a capacidade de tamponamento de uma água. A dureza de uma água pode ter origem natural (p.ex. dissolução de rochas calcáreas, contendo cálcio e magnésio) ou antropogênica (lançamento de efluentes industriais). De acordo com o grau de dureza, expresso em mg/l a água pode ser classificada em: * mole ou branda: < 50 mg/l CaCOs * dureza moderada: entre 50 e 150 mg/l CaCOs * dura: entre 150 e 300 mg/l CaCO; * muito dura: > 300 mg/l CaCOs Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso S E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 rior de Tecnologia em Saneamento Ambiental CESET/UNICAMP. 2 presença de um alto teor de matéria orgânica pode induzir à completa extinção do oxigênio na água, provocando o desaparecimento de peixes e outras formas de vida aquática. Um elevado valor da DBOs pode indicar um incremento da microflora presente e interferir no equilíbrio da vida aquática, além de produzir sabores e odores desagradáveis e, ainda, pode obstruir os filtros de areia utilizados nas estações de tratamento de água. No campo do tratamento de esgotos, a DBO; é um parâmetro importante no controle das eficiências das estações, tanto de tratamentos biológicos aeróbios e anaeróbios, bem como físico- químicos (embora de fato ocorra demanda de oxigênio apenas nos processos aeróbios, a demanda "potencial" pode ser medida à entrada e à saída de qualquer tipo de tratamento). Na legislação do Estado de São Paulo, o Decreto Estadual n.º 8468, a DBO; de cinco dias é padrão de emissão de esgotos diretamente nos corpos d'água, sendo exigidos ou uma DBOs máxima de 60 mg/L ou uma eficiência global mínima do processo de tratamento na remoção de DBOs igual a 80%. Este último critério favorece aos efluentes industriais concentrados, que podem ser lançados com valores de DBO; ainda altos, mesmo removida acima de 80%. A carga de DBOs expressa em Kg/dia é um parâmetro fundamental no projeto das estações de tratamento biológico. Dela resultam as principais características do sistema de tratamento como áreas e volumes de tanques, potências de aeradores, etc. A carga de DBOs pode ser obtida do produto da vazão pela concentração de DBOs. Por exemplo, em uma indústria já existente que se pretenda instalar um sistema de tratamento, pode-se estabelecer um programa de medições de vazão e de análises de DBOs, obtendo-se a carga através do produto dos valores médios. O mesmo pode ser feito em um sistema de esgotos sanitários já implantado. Na impossibilidade, costuma-se recorrer a valores unitários estimativos. No caso de esgotos sanitários, é tradicional no Brasil a adoção de uma contribuição "per capita" de DBO; de 54 g/hab.dia. Porém, há a necessidade de melhor definição deste parâmetro através de determinações de cargas de DBO; em bacias de esgotamento com população conhecida. No caso dos efluentes industriais, também costuma-se estabelecer contribuições unitárias de DBOs em função de unidades de massa ou de volume de produto processado. Na tabela a seguir são apresentados valores típicos de concentração e contribuição unitária de DBOs. Quanto à DQO, uma característica é que a solução ácida de dicromato utilizada no teste é um oxidante tão forte que oxida substâncias que consumiriam o oxigênio muito lentamente em águas naturais, e que, portanto, não constituem uma ameaça real para seu conteúdo de oxigênio. Ou seja, o dicromato oxida substâncias que não seriam oxidadas na determinação da DBO. Devido a esse excesso de oxidação, principalmente de matéria orgânica estável (ex.: celulose para CO»; CI" para Ch) o valor da DGO é em regra geral, maior que o valor da DBO. Nenhum dos métodos de análise oxida hidrocarbonetos aromáticos ou muitos alcanos, que são resistente em qualquer circunstância à degradação em águas naturais. A relação entre os valores de DQGO e DBO indica a parcela de matéria orgânica que pode ser estabilizada por via biológica. Define-se como Índice de Biodegradabilidade (IB) como a relação entre a DBO; e a DQO (IB = DBOs/DQO). Se IB < 0,1 a amostra é pouco biodegradável, enquanto se IB > Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso S E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 rior de Tecnologia em Saneamento Ambiental CESET/UNICAMP. 5 0,4 a amostra é biodegradável. Tanto a DBO quanto a DQO são expressas em ppm ou mg/l. A concentração média da DBO, que é o parâmetro normalmente mais utilizado, e em esgotos domésticos, por exemplo, é da ordem de 300 mg/l, o que indica que são necessárias 300 gramas de oxigênio para estabilizar, em um período de 5 dias e a 20ºC, a quantidade de matéria orgânica biodegradável contida em 1 litro da amostra. Alguns efluentes de indústrias que processam matéria orgânica (laticínios, cervejarias, frigoríficos) apresentam valores de DBO na ordem de grandeza de dezenas ou mesmo centenas de gramas por litro. Em ambientes naturais não poluídos a concentração de DBO é baixa (1 a 10 mg/l) podendo atingir valores bem mais elevados em corpos d'água sujeitos à poluição orgânica, em geral decorrente do recebimento de esgotos domésticos. No teste de DBO, são colocados num frasco âmbar e fechado, uma solução contendo tampão fosfato com pH 7,2, MgSO4, CaCl, FeCla, NH,CI e os microrganismos (semeadura contendo bactérias saprófitas — que oxidam a matéria orgânica e bactérias autotróficas — que oxidam a matéria não-carbonácea). Neste frasco é inserido um sensor de O.D., também chamado de oxímetro, o qual medirá as mudanças desse parâmetro. No caso de águas com elevada concentração de matéria orgânica como no caso de esgotos (águas residuárias), para se calcular a sua DBO é necessário realizar diluições da amostra original com água pura saturada com O». Cálculo da DBO: DBO, = (D -D)-(B,- B,) P Onde, D; e D, são, respectivamente, o O.D. inicial e final da amostra; B, e B, são, respectivamente, os teores de O.D. inicial e final do branco e P é o fator de diluição. Reação de DQO (em 2 horas oxida 92% da matéria orgânica): CaHbOs + CraO7” + H' > Cr? + CO>+ HoO CARBONO Como já mencionado anteriormente, a matéria orgânica presente em sistemas aquáticos é uma mistura complexa de moléculas, tais como carboidratos, hidrocarbonetos, ácidos graxos, fenóis, ácidos orgânicos, etc. O transporte destes materiais contribuem significativamente no ciclo do carbono. Os constituintes mais reativos da matéria orgânica (ex.: carboidratos) têm uma significativa contribuição no metabolismo heterotrófico em sistemas aquáticos. Ácido fúlvico e outras substâncias orgânicas afetam o comportamento e transporte de metais, complexando-os. Também, interagem com poluentes orgânicos e são adsorvidos na superfície de sólidos minerais. A matéria orgânica em águas pode ser mensurada em termos de Carbono Orgânico Total (COT). Uma indicação da quantidade de matéria orgânica presente também pode ser obtida através Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso S E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 rior de Tecnologia em Saneamento Ambiental CESET/UNICAMP. 6 de medidas de DBO, DQO, turbidez e cor. Geralmente, DOO > DBO > COT. Entretanto, se a amostra contém substâncias tóxicas, esta relação pode não ser verdadeira. Cor e turbidez, por serem causadas por substâncias dissolvidas e/ou particuladas, são altamente correlacionadas com os níveis de carbono orgânico. Em águas superficiais as concentração de COT são geralmente menores que 10 mg/L e em águas subterrâneas menores que 2 mg/L. Carbono Total (CT) O teste consiste em injetar uma quantidade conhecida de amostra num forno de alta temperatura (680 “C) com atmosfera altamente oxidante. O carbono orgânico é oxidado para CO», cuja quantidade é medida através de um analisador infravermelho. A redução deste valor está relacionada à fração dos compostos orgânicos que foi mineralizada. Esta medição indica a quantidade inicial de carbono existente na amostra. No entanto, este método não consegue distinguir entre compostos orgânicos e os compostos inorgânicos como os carbonatos e bicarbonatos. Também não detecta outros compostos consumidores de oxigênio, como as aminas e a uréia, que contribuem para a carência de oxigênio. Carbono Orgânico Total (COT) A análise mede-se o carbono organicamente ligado e é essencialmente a mesmo utilizada para o carbono total, mas que incorpora um método de remoção de carbonos inorgânicos. Existem duas técnicas principais para conseguir isto. A primeira consiste em acidificar a amostra e borrifá-la com um gás de maneira a remover o CO; resultante. Surge aqui uma limitação: com a acidificação, os compostos de carbono que são simultaneamente voláteis e insolúveis são parcialmente removidos, diminuindo o valor do carbono orgânico total. A segunda técnica (Carbono Orgânico Diferencial) consiste em duas medições em separado. A primeira é uma típica análise de carbono total. A segunda determina a quantidade de carbono inorgânico pela introdução de uma segunda amostra num reator, em meio ácido e a baixa temperatura, onde o carbono inorgânico é convertido em dióxido de carbono e analisado. Subtraindo o valor do carbono inorgânico do valor de carbono total obtém-se o valor do carbono orgânico (COT = CT — Cl). Este método tem duas desvantagens: duas medições em separado são necessárias com as correspondentes curvas de calibração e a razão entre o carbono total e o carbono inorgânico pode não ser pequena e o erro desta operação pode, por isso, ser significativo. A redução do valor de COT está relacionada à fração dos compostos orgânicos que é mineralizada. O Carbono Orgânico Total consiste de carbono orgânico dissolvido (COD) e carbono orgânico particulado (COP). Os níveis de COD e COP são determinados separadamente após filtração em filtro de 0,4 a 0,7 um. Tipicamente, os valores de COD são maiores que os de COP em 6:1 a 10:1, exceto em águas altamente túrbidas, onde o COP domina. Carbono Orgânico Dissolvido (COD) Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso Sup r de Tecnologia em Saneamento Ambiental CESET/UN E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 8 problemas de ordem estética (manchas em roupas, vasos sanitários) ou prejudicar determinados usos industriais da água. Desta forma o padrão de potabilidade das águas determina valores máximos de 0,3 mg/l para o ferro e 0,1 mg/l para o manganês. Deve ser destacado que as águas de muitas regiões brasileiras, como é o caso de Minas Gerais p.ex., em função das características geoquímicas das bacias de drenagem, apresentam naturalmente teores elevados de ferro e manganês, que podem inclusive superar Os limites fixados pelo padrão de potabilidade. Altas concentrações destes elementos são também encontradas em situações de ausência de oxigênio dissolvido, como p.ex. em águas subterrâneas ou nas camadas mais profundas dos lagos. Em condições de anaerobiose o ferro e o manganês apresentam-se em sua forma solúvel (Fe>+ e Mn>+), voltando a precipitar-se quando em contato com o oxigênio (oxidação a Fes+ e Mnu+). Micropoluentes Existem determinados elementos e compostos químicos que, mesmo em baixas concentrações, conferem à água características de toxicidade, tornando-a assim imprópria para grande parte dos usos. Tais substâncias são denominadas micropoluentes. O maior destaque neste caso é dado aos metais pesados (p.ex. arsênio, cádmio, cromo, chumbo, mercúrio, níquel, prata, zinco), frequentemente encontrados em águas residuárias industriais. Além de serem tóxicos estes metais ainda acumulam-se no ambiente aquático, aumentando sua concentração na biomassa de organismos à medida em que se evolui na cadeia alimentar (fenômeno de biomagnificação). Outros micropoluentes inorgânicos que apresentam riscos à saúde pública, conforme sua concentração, são os cianetos e o flúor. Dentre os compostos orgânicos tóxicos destacam-se os defensivos agrícolas, alguns detergentes e uma ampla gama de novos produtos químicos elaborados artificialmente para uso industrial (compostos organossintéticos). Além de sua difícil biodegradabilidade, muitos destes compostos apresentam características carcinogênicas (geração de câncer), mutagênicas (influências nas células reprodutoras) e até mesmo teratogênicas (geração de fetos com graves deficiências físicas). MICROPOLUENTES ORGÂNICOS E INORGÂNICOS Micropoluentes inorgânicos Componentes tóxicos. Exemplos: Metais Pesados: Arsênio, Cádmio, Cromo, Chumbo, Mercúrio e Prata. (sólidos dissolvidos ou suspensos), cianetos Origem: Atividades industriais e agricultura Toxicidade: Cumulativa na cadeia alimentar Micropoluentes Orgânicos: se dissolvidos, podem causar danos ás estações de tratamento Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso Superior de Tecnologia em Saneamento Ambiental E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 SET/UNICAMP. 10 Componentes tóxicos. Exemplos: Moléculas resistentes à decomposição. Pesticidas, hidrocarbonetos aromáticos, alifáticos, detergentes, etc. (sólidos dissolvidos ou suspensos) Origem: Atividades Industriais e Agricultura Toxicidade: Cumulativa na cadeia alimentar Voláteis Adsorvidos: concentram-se no filtro biológico, podem causar inibição na digestão do lodo ou produzir lodo ruim. Existem determinados elementos e compostos químicos que, mesmo em baixas concentrações, conferem à água características de toxicidade, tornando-a assim imprópria para grande parte dos usos. Tais substâncias são denominadas micropoluentes. O maior destaque neste caso é dado aos metais pesados (p.ex. arsênio, cádmio, cromo, chumbo, mercúrio, níquel, prata, zinco), frequentemente encontrados em águas residuárias industriais. Além de serem tóxicos estes metais ainda acumulam-se no ambiente aquático, aumentando sua concentração na biomassa de organismos à medida em que se evolui na cadeia alimentar (fenômeno de biomagnificação). Outros micropoluentes inorgânicos que apresentam riscos à saúde pública, conforme sua concentração, são os cianetos e o flúor. Dentre os compostos orgânicos tóxicos destacam-se os defensivos agrícolas, alguns detergentes e uma ampla gama de novos produtos químicos elaborados artificialmente para uso industrial (compostos organossintéticos). Além de sua difícil biodegradabilidade, muitos destes compostos apresentam características carcinogênicas (geração de câncer), mutagênicas (influências nas células reprodutoras) e até mesmo teratogênicas (geração de fetos com graves deficiências físicas). Parâmetros biológicos Microrganismos de importância sanitária O papel dos microrganismos no ambiente aquático está fundamentalmente vinculado à transformação da matéria dentro do ciclo dos diversos elementos. Tais processos são realizados com o objetivo de fornecimento de energia para a sobrevivência dos microrganismos. Um dos processos mais significativos é a decomposição da matéria orgânica, realizada principalmente por bactérias. Este processo é vital para o ambiente aquático, na medida em que a matéria orgânica que ali chega é decomposta em substâncias mais simples pela ação das bactérias. Com produto final obtém-se compostos minerais inorgânicos, como p.ex. nitratos, fosfatos, sulfatos, que por sua vez são reassimilados por outros organismos aquáticos. O processo de decomposição, também designado como estabilização ou mineralização, é um exemplo do papel benéfico cumprido pelos microrganismos. Por outro lado existem algumas poucas espécies que são capazes de transmitir enfermidades, gerando portanto preocupações de ordem sanitária: Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso Superior de Tecnologia em Saneamento Ambiental E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 SET/UNICAMP. 11 + Vírus: paralisia infantil (agora já praticamente extinta no nosso país), hepatite infecciosa, gastroenterite; + Bactérias: cólera, disenteria bacilar, febre tifóide, salmonelose; + Protozoários: disenteria amebiana, giardíase; + Helmintos: verminoses em geral. O problema de transmissão de enfermidades é particularmente importante no caso de águas de abastecimento, as quais devem passar por um tratamento adequado, incluindo desinfecção. No entanto a determinação individual da eventual presença de cada microrganismo patogênico em uma amostra de água não pode ser feita rotineiramente, já que envolveria a preparação de diferentes meios de cultura, tornando o procedimento complexo e financeiramente inviável. Na prática o que é feito é a utilização de organismos, facilmente identificáveis, cuja presença na água está correlacionada à presença de organismos patogênicos, ou seja, são usados os chamados organismos indicadores. O microrganismo bioindicador mais importante para ambientes aquáticos são as bactérias coliformes, apresentadas a seguir. Bactérias coliformes As bactérias do grupo coliforme habitam normalmente o intestino de homens e animais, servindo portanto como indicadoras da contaminação de uma água por fezes. Tendo em vista que a maior parte das doenças associadas com a água são transmitidas por via fecal, i. , OS Organismos patogênicos são eliminados pelas fezes, atingem o ambiente aquático e voltam a contaminar as pessoas que se abastecem indevidamente desta água, conclui-se que as bactérias coliformes podem ser usadas como indicadoras desta contaminação. Quanto maior a população de coliformes em uma amostra de água, maior é a chance de que haja contaminação por organismos patogênicos. Evidentemente que uma água potável deve estar livre de coliformes, apesar destes não serem patogênicos. Para recreação (balneabilidade) existem diversas categorias de avaliação (Ótima, muito boa, satisfatória, imprópria), de acordo com a concentração de coliformes. Uma grande vantagem no uso de bactérias coliformes como indicadoras de contaminação fecal é a sua enorme presença nos esgotos domésticos, já que cada pessoa elimina bilhões destas bactérias diariamente. Desta forma, havendo contaminação da água por esgotos, é muito grande a chance de se encontrar coliformes em qualquer parte e em qualquer amostra de água, o que não acontece por exemplo no caso de metais pesados, que se diluem bastante na massa liquida e muitas vezes não são detectados nas análises de laboratório. Além disso a identificação de coliformes é feita facilmente, já que as bactérias pertencentes a este grupo fermentam a lactose do meio de cultura, produzindo gases que são observados nos tubos de ensaio. Comunidades hidrobiológicas As principais comunidades que habitam o ambiente aquático são: Prof. Dr. Peterson B. Moraes - Curso Superior de Tecnologia em Saneamento Ambiental E-mail: petersonQcesetunicamp.br 15 SET/UNICAMP. 12