Texto da disciplina:

Sistema e tratamento de Efluentes

André Luiz Ribeiro Valladão

andre.valladao@estacio.br

AULA 1.

Introdução

Observa-se que o principal problema na atualidade está associado à falta de água

potável no mundo, devido a uma gestão inadequada dos recursos hídricos. A

contaminação da água, uma das principais questões a ser analisada nesta disciplina, tem

como causa a falta de saneamento básico e o lançamento de esgoto doméstico in natura,

a descarga de dejetos industriais sem o devido tratamento, e a contaminação por

produtos químicos provenientes de atividades agrícolas.

Sem dúvida, o consumo de água no mundo aumentou em razão do crescimento

populacional e a consequente maior demanda pela produção de alimentos, bem como a

necessidade de uma maior oferta de água frente ao crescimento dos centros urbanos. Se

levarmos em conta que a maioria dos países subdesenvolvidos e em desenvolvimento

lança as águas residuais nos rios, lagos e oceanos sem nenhum tipo de tratamento,

constataremos que é uma grave ameaça à saúde da população e o comprometimento do

acesso à água potável.

O aumento da industrialização também se torna uma ameaça, pois muitas

indústrias são altamente poluentes e grandes consumidoras de água, especialmente nos

países desenvolvidos. O cálculo apresentado pelas pesquisas é de que as indústrias

chegam a utilizar entre a metade e 3/4 de toda a água extraída do mundo, já que em

determinados processos produtivos, que chega a gastar toneladas de litros d’água e

produzir toneladas equivalentes de efluente contaminado. As grandes poluidoras a se

destacar são as indústrias de produtos químicos, polpa e papel, entre outras, em função

do processo que utilizam em suas atividades.

Visto, então, que se trate de um recurso básico para nossa sobrevivência e de alta

utilização, nada mais justo que tratemos os efluentes com a coleta e o tratamento de

esgotos, que atendam aos aspectos sanitários e legais para devolvê-lo à natureza da

forma mais adequada possível para que seja reaproveitado sem que contenha agentes

nocivos que a poluam e à proteção dos mananciais.

Fundamentos

Segundo a Organização Mundial de Saúde – OMU, Saúde é um estado de

completo bem-estar físico, mental e social, não apenas a ausência de doença ou

enfermidade. Através da análise dos dados históricos, temos que a questão da saúde se

encontra com as condições ambientais em que a comunidade se insere. Surge, então, a

Saúde Pública como a ciência e a arte de promover, proteger e recuperar a saúde,

através de medidas de alcance coletivo e de motivação da população, num esforço

organizado em prol da saúde tal como entendida pela OMS.

Deste modo, o Saneamento é o controle dos fatores do meio físico do homem,

que exercem ou podem exercer efeitos sobre seu bem-estar, enquanto conjunto de

medidas que tende a modificar o meio e quebrar o elo da cadeia de transmissão de

doenças com o propósito de promoção e proteção da saúde.

O saneamento adquire, assim, grande importância econômica na medida em que

reduz o número de enfermidades e de mortes de indivíduos e o gasto com internações

hospitalares. Com a construção de um sistema de esgoto sanitário numa comunidade,

procura-se atingir os seguintes objetivos:

melhoria das condições higiênicas locais e consequente aumento da

produtividade;

conservação de recursos naturais, especialmente das águas;

coleta e afastamento rápido e seguro do esgoto sanitário;

disposição sanitariamente adequada do efluente;

eliminação de focos de poluição e contaminação, assim como de aspectos

estéticos desagradáveis;

proteção de comunidades e estabelecimentos de jusante;

diminuição dos custos no tratamento de águas para abastecimento, que seriam

ocasionadas pela poluição dos mananciais;

redução de gastos públicos com campanhas de imunização e/ ou erradicação de

moléstias endêmicas ou epidêmicas.

Breve história do esgotamento sanitário

Os primeiros sistemas de esgotamento executados pelo homem foram projetados

para protegê-lo das vazões pluviais, pois não havia sistemas de recolhimentos de dejetos

subterrâneos, mas abertos, o que se tornava um problema quando da ocorrência de

chuvas.

Desde a antiguidade, quando consumimos a água, geramos vazões de águas

residuárias ou esgotos, que precisam ser devidamente coletadas e transportadas com

rapidez e segurança para regiões afastadas do núcleo comunitário, para passar por

processos de tratamento adequados antes do lançamento nos corpos receptores.

Historicamente, observamos que as civilizações primitivas não se destacaram por

práticas higiênicas individuais por razões sanitárias, mas por religiosidade, de modo a se

apresentarem puros aos olhos dos deuses a fim de não serem castigados com doenças.

Os primeiros indícios de tratamento científico do assunto, ou seja, de que as doenças

não eram exclusivamente castigos divinos, começaram a aparecer na Grécia, por volta

dos anos 500 a. C., com Empédocles de Agrigenco, que construiu obras de drenagem

das águas estagnadas dos rios no litoral sul da Sicília, visando combater uma epidemia

de malária. No entanto, a repercussão deste tipo de prestação de serviços foi prioridade

apenas em áreas nobres das cidades gregas e romanas, onde os moradores tinham de

pagar pelo uso do serviço, tornando-se um serviço para a elite.

Com a queda do Império romano, em 476, iniciou-se uma fusão de culturas

clássicas, bárbaras e ensinamentos cristãos, centralizando em Constantinopla grande

parte dos conhecimentos científicos, iniciando o Período medieval europeu – a “Idade

das Trevas”. Neste período, o conhecimento científico restringiu-se ao interior dos

mosteiros e as instalações sanitárias, como encanamentos de água e esgotamentos

canalizados, ficaram por conta da iniciativa eclesiástica, mas com clara defasagem com

relação às práticas mais antigas. Enquanto no século IX, a cidade do Cairo, no Egito, já

dispunha de um serviço público de adução de água encanada, por exemplo, apenas em

1310 os franciscanos concordaram em que habitantes da cidade de Southampton

utilizassem a água excedente de um convento que tinha um sistema próprio de

abastecimento de água desde 1290.

Com o constante crescimento das aglomerações humanas e a necessidade cada

vez maior de água de consumo e a consequente geração de efluentes, o transtorno de

poluir os corpos receptores e causar desequilíbrios ecológicos com danos ao meio

ambiente se torna cada vez mais evidente. O que se observa nas cidades que possuem

um sistema de abastecimento de água, mas não possuem um sistema de abastecimento

de esgotos, é que as águas servidas acabam por contaminar e poluir o solo, as águas

superficiais e lençóis freáticos, contribuindo para a disseminação de doenças.

As primeiras leis públicas de instalação, controle e uso de serviços de

esgotamento sanitário têm origem a partir do século XIV. A partir do século XVI, com a

crescente poluição dos mananciais de água, o maior problema era o destino dos esgotos

e do lixo urbanos.

No século seguinte, o abastecimento de água urbano teve largo desenvolvimento,

pois se passou a empregar bombeamentos com máquinas movidas a vapor e tubos de

ferro fundido para recalques de água, na Alemanha, juntamente com a formação de

empresas especializadas em fornecimento de água. Os estudos de John Snow, o

movimento iluminista, a revolução industrial e as mudanças agrárias provocaram

alterações no final do século XVIII, transformando o antigo panorama de ruas estreitas e

sinuosas em avenidas largas e alinhadas, pavimentadas, iluminadas e drenadas.

A distribuição de água encanada e das peças sanitárias com descarga hídrica fez

com que a água passasse a ser utilizada com uma nova função, a de afastar os dejetos e

outras sujeiras indesejáveis do ambiente de vivência. A evolução dos conhecimentos

científicos, inclusive na área de saúde pública, tornou imprescindível a necessidade de

canalizar as vazões de esgoto de origem doméstica e os efluentes domésticos e

industriais para as galerias de águas pluviais existentes, dando origem ao Sistema

Unitário de Esgotos, no qual todos os esgotos eram reunidos em uma só canalização e

lançados nos rios e lagos receptores.

Fatos como a epidemia de cólera de 1831/32 chamaram a atenção para a

necessidade de um serviço de saneamento nas cidades, pois evidenciou que a doença

era mais intensa em áreas urbanas carentes de saneamento efetivo, ou seja, em áreas

mais poluídas por excrementos e lixo. No final do século XIX, a construção dos sistemas

unitários propagou-se pelas principais cidades do mundo.

Nas cidades situadas em regiões tropicais e equatoriais, com índices

pluviométricos de cinco a seis vezes maiores que a média europeia, a adoção de

sistemas unitários tornou-se inviável devido ao elevado custo das obras, pois a

construção das avantajadas galerias transportadoras das vazões máximas

contrapunham-se às desfavoráveis condições econômicas. No entanto, a evolução

tecnológica e a necessidade do intercâmbio comercial forçavam a instalação de medidas

sanitárias eficientes, pois a proliferação de pestes e doenças contagiosas em cidades

desprovidas dessas iniciativas propiciavam aos seus visitantes os mesmos riscos de

contaminação, gerando insegurança e risco de contaminação da tripulação, causando

prejuízos da mesma forma.

No Brasil, os portos do Rio de Janeiro e de Santos temiam os efeitos deste

desastre econômico; assim, o imperador D. Pedro II contratou profissionais ingleses para

elaborarem e implantarem sistemas de esgotamento para o Rio de Janeiro e São Paulo,

na época, as principais cidades brasileiras, que pensaram um sistema diferenciado, no

qual eram coletadas e conduzidas às galerias, além das águas residuárias domésticas,

apenas as vazões pluviais provenientes das áreas pavimentadas interiores aos lotes

(telhados, pátios etc.). Criava-se, então, o Sistema Separador Parcial, cujo objetivo

seria reduzir os custos de implantação e as tarifas a serem pagas pelos usuários.

Sistema separador absoluto

Fonte: Adaptado de Von Sperling (2005)

Em 1879, o engenheiro George Waring foi contratado para projetar um sistema de

esgotos para a cidade de Memphis, no Tennesee, EUA, região onde predominava uma

economia rural e pobre. Waring, então, projetou em sistema coleta e remoção das águas

residuárias domésticas, excluindo as vazões pluviais no cálculo dos condutos. Estava

criado o Sistema Separador Absoluto, constituído de uma rede coletora de esgotos

sanitários e uma outra exclusiva para águas pluviais, que foi rapidamente difundido pelo

resto do mundo.

No Brasil, destacou-se na divulgação do novo sistema Saturnino Brito, cujos

estudos fizeram com que, a partir de 1912, o separador absoluto passasse a ser adotado

obrigatoriamente no país.

Elementos de um sistema de esgotamento sanitário

O Sistema de Esgotos Sanitários é o conjunto de obras e instalações destinadas a

realizar a coleta, o transporte e o afastamento, o tratamento e a disposição final das

águas residuais de uma comunidade, de forma sanitária adequada. O conjunto de

condutos e obras destinado a coletar e transportar as vazões para um determinado local

de convergência é denominado de Rede Coletora de Esgotos.

A coleta e o transporte das águas residuais, desde a origem até o lançamento

final, constituem o fundamento básico de um sistema de saneamento. Os condutos que

recolhem e transportam essas vazões são denominados de coletores e o seu conjunto

compõe a rede coletora. A rede coletora, os emissários e as unidades de tratamento

constituem o sistema de esgotos sanitários.

Para este estudo, cabe conhecermos alguns conceitos que embasam o

entendimento do sistema de esgotamento sanitário:

Bacia de Drenagem: área delimitada pelos coletores que contribuem para um

determinado ponto de reunião das vazões finais coletadas nessa área.

Caixa de Passagem (CP): câmara subterrânea sem acesso, localizada em pontos

singulares por necessidade construtiva e econômica do projeto.

Coletor de Esgoto: tubulação subterrânea da rede coletora que recebe

contribuição de esgotos em qualquer ponto ao longo de seu comprimento, também

chamado coletor público.

Coletor Principal: coletor de esgotos de maior extensão dentro de uma mesma

bacia.

Coletor Tronco: tubulação do sistema coletor que recebe apenas as

contribuições de outros coletores.

Corpo Receptor: curso ou massa de água onde é lançado o efluente final do

sistema de esgotos.

Diâmetro Nominal (DN): número que serve para indicar as dimensões da

tubulação e acessórios.

Emissário: canalização que deve receber esgoto exclusivamente em sua

extremidade de montante, pois se destina apenas ao transporte das vazões reunidas.

Estação Elevatória de Esgotos (EEE): conjunto de equipamentos, em geral

dentro de uma edificação subterrânea, destinado a promover o recalque das vazões dos

esgotos coletados a montante.

Estação de Tratamento de Esgotos (ETE): unidade do sistema destinada a

propiciar ao esgoto recolhido de ser devolvido à natureza sem prejuízo ao meio

ambiente.

Interceptor: canalização que recolhe contribuições de uma série de coletores de

modo a evitar que deságuem em uma área a proteger, por exemplo, uma praia, um

lago, um rio.

Ligação Predial: trecho do coletor predial situado entre o limite do lote e o

coletor público.

Órgãos Acessórios: dispositivos fixos sem equipamentos mecânicos (definição da

NBR 9649/86 - ABNT).

Passagem Forçada: trecho com escoamento sob pressão, sem rebaixamento.

Poço de Visita (PV): câmara visitável destinada a permitir a inspeção e trabalhos

de manutenção preventiva ou corretiva nas canalizações - é um exemplo de órgão

acessório.

Profundidade do Coletor: a diferença de nível entre a superfície do terreno e a

geratriz inferior interna do coletor.

Recobrimento do tubo coletor: diferença de nível entre a superfície do terreno e

a geratriz superior externa do tubo coletor.

Rede Coletora: conjunto de condutos e órgãos acessórios destinados à coleta e

remoção dos despejos gerados nas edificações, através dos coletores ou ramais prediais.

Sifão Invertido: trecho de conduto rebaixado e sob pressão, com a finalidade de

passar sob obstáculos que não podem ser transpassados em linha reta.

Sistema Coletor: Todo o conjunto sanitário, constituído pela rede coletora,

emissários, interceptores, estações elevatórias e órgãos complementares e acessórios.

Tanque Fluxível: reservatório subterrâneo de água destinados a fornecer

descargas periódicas sob pressão dentro dos trechos de coletores sujeitos a

sedimentação de material sólido, para prevenção contra obstruções por sedimentação

progressiva.

Terminal de Limpeza (TL): dispositivo que permite introdução de equipamentos

de limpeza, localizado na extremidade de montante dos coletores.

Trecho de coletor: segmento de coletor, interceptor ou emissário limitado por

duas singularidades consecutivas, por exemplo, dois poços de visita.

Tubo de Inspeção e Limpeza (TIL): dispositivo não visitável que permite a

inspeção externa do trecho e a introdução de equipamentos de limpeza.

Tubo de Queda (TQ): dispositivo instalado no PV de modo a permitir que o

trecho de coletor a montante deságue no fundo do poço.

(Fonte: http://www.ceap.br/material/MAT15052014142755.pdf)

Concepção de Rede de Esgotamento Sanitário

Para o estudo de concepção de sistemas esgoto sanitário, é necessários o

desenvolvimento de uma série de atividades, sendo as principais:

Dados e características da comunidade (localização; infraestrutura existente;

cadastro dos sistemas existentes: abastecimento de água, esgoto sanitário,

galerias de águas pluviais, pavimentação, telefone, energia etc. e condições

sanitárias atuais);

Análise do sistema de esgoto sanitário existente;

Estudos demográficos e de uso e ocupação do solo (dados censitários, pesquisas

de campo, análise socioeconômica do município, plano diretor da cidade, projeção

da população da cidade etc.);

Critérios e parâmetros de projeto (consumo efetivo per capita, coeficientes de

variação de vazão – k1, k2 e k3, coeficientes de contribuição industrial, coeficiente

de retorno esgoto/água, vazão de infiltração etc);

Cálculo das contribuições (doméstica, industrial e de infiltração ano a ano, por

bacia ou sub-bacia);

Formulação criteriosa das alternativas de concepção (estimativa de custo das

alternativas estudadas e comparação técnico-econômica e ambiental das

alternativas);

Estudo de corpos receptores (vazões características, cotas de inundação,

condições sanitárias e usos de montante e jusante atuais e futuros, aspectos

legais da Resolução 20/90 do CONAMA e das legislações estaduais e municipais).

Sistemas alternativos

As redes de esgotos representam cerca de 75% do custo de implantação de um

sistema de esgoto sanitário, os coletores tronco 10%, as elevatórias 1%, e as estações

de tratamento 14%. Devido ao alto custo da construção das redes, têm sido

apresentados alguns sistemas alternativos para coleta e transporte, visando a diminuição

dos custos das redes de esgotos, tais como Sistema Condominial de Esgoto ou Rede

Coletora de Baixa Declividade.

Sistema Condominial

O condominial foi desenvolvido no Rio Grande do Norte, espalhando-se para

outros estados brasileiros com pequenas adaptações. Esse sistema é uma forma de

concepção de traçados de redes, onde a ideia central de sua implementação é a

formação de condomínios, em grupos de usuários, em nível de quadra urbana como

unidade de esgotamento.

No aspecto físico, o ramal condominial, constitui uma rede de tubulações que

passa quase sempre, entre os quintais no interior dos lotes, cortando-os, no sentido

transversal. Intercalada nesta rede interna à quadra, de pequena profundidade,

encontra-se em cada quintal, uma caixa de inspeção à qual se conectam as instalações

sanitárias prediais, independentemente, constituindo um ramal multifamiliar.

No aspecto social, resulta da formação de um condomínio, ou de condomínios, na

quadra urbana, abrangendo o conjunto de usuários interligados pelo ramal multifamiliar.

O condomínio, informal, é alcançado através de pacto entre vizinhos, o qual possibilita o

assentamento dos ramais em lotes particulares e disciplina a participação dos

condôminos no desenvolvimento dos trabalhos. A execução das obras é realizada pelos

usuários do sistema com a ajuda do município ou empresa saneamento básico.

O traçado mais racional é discutido com os usuários e apresentado como padrão

do serviço, permitindo modificações, desde que sejam assumidos os ônus adicionais por

quem assim desejar. A operação e manutenção desse ramal é de responsabilidade do

próprio condomínio, com cada condômino assumindo sua parcela do sistema que integra

a rede coletora.

Rede Coletora de Baixa Declividade

Em áreas planas ou onde o terreno apresenta baixas declividades, a implantação e

operação de redes coletoras de esgoto sanitário podem tornar-se bastante onerosas.

Estas condições estão presentes, por exemplo, em um grande número de cidades

litorâneas da costa brasileira. Nestes locais há uma situação de áreas planas com solos

moles e lençol freático alto, exigindo disposições construtivas especiais, como

escoramento contínuo de valas, rebaixamento do lençol, fundações especiais para a

tubulação etc. Em consequência, a incidência dos custos relativos à escavação,

escoramento, reaterro e recomposição da via se situa na faixa dos 80 a 90 % do custo

total de implantação. O custo nessas áreas eleva-se também pelo emprego de estações

elevatórias de esgoto nestes locais.

A busca de soluções de menor custo de implantação e operação de redes

coletoras de esgotos para as situações antes descritas levou ao desenvolvimento das

redes coletoras de baixa declividade.

Trata-se de solução onde a rede é assentada a declividades drasticamente

reduzidas, bem menores que as resultantes dos cálculos propostos na normalização com

as vazões originais de dimensionamento. Para um coletor atendendo ao mesmo trecho,

porém com uma declividade muitíssimo menor, observa-se a montante do trecho a

presença de um dispositivo gerador de descargas (DGD) que através de suas descargas

de esgoto origina o escoamento requerido para o transporte da carga sólida depositada,

como na cidade de Guarujá, Estado de São Paulo.

Ligações prediais e vazões de esgotos

Os sistemas de ligações dos ramais prediais nos coletores de esgoto podem ser

principalmente de dois tipos: sistema radial e sistema ortogonal.

No sistema radial, dois ou mais ramais prediais são conectados em um único

ponto de ligação pré-definido, com o coletor. Neste sistema, o ramal interno e o ramal

predial geralmente não ficam num mesmo alinhamento. É frequentemente empregado

em áreas povoadas, com predominância de lotes estreitos (até 10 m de fachada) com

até dois pavimentos ou em arruamentos com construções geminadas.

No sistema ortogonal, diversamente do radial, para cada ramal predial haverá um

ponto de conexão no coletor. Normalmente os ramais prediais são perpendiculares ao

alinhamento da propriedade e no mesmo plano vertical do ramal interno. Este sistema é

mais frequente em loteamentos de grandes fachadas (mais de 10 m) ou em conjuntos

populares com construção simultânea de rede coletora convencional.

As vazões para dimensionamento dos trechos de uma rede coletora são

compostas por três parcelas:

Contribuições devido ao esgoto doméstico;

Contribuições concentradas;

Contribuição de águas de infiltração.

Contribuição de Esgoto Doméstico

Calculadas para início e final do Alcance do Projeto. A consideração para o início

do projeto é devido principalmente a condição mais crítica com relação a inclinação

mínima que deve ter um coletor de modo que não seja sedimentado o material sólido no

mesmo.

Os valores usualmente empregados no Brasil variam entre 0,75 a 0,85. A Norma

NBR 9649/86 recomenda-se adotar na falta de dados confiáveis C = 0,80. No entanto, o

coeficiente de retorno pode variar desde 0,60 até 1,30, sendo que quando este é maior

do que 1,0 indica que existem vazões provenientes de outras fontes de abastecimento

como consumo de água de chuva, abastecimento próprio de indústrias etc.).

As cidades brasileiras geralmente apresentam o traçado das ruas em forma de

xadrez com um padrão para o a qual a extensão das vias públicas por hectare varia

relativamente pouco. Na cidade de São Paulo, por exemplo, a extensão das vias públicas

por hectare varia entre 150 e 200 metros, com um valor médio de 170m/ha.

Contribuições Concentradas

São devidas as áreas de expansão, indústrias, lavanderias públicas, clubes e

demais instalações que gerem vazões elevada concentradas. Calculadas também para

início e fim de projeto. Entram de maneira pontual e localizada em uma rede coletora de

esgotos.

Contribuição de Águas de Infiltração

A infiltração ocorre devido à entrada de águas em juntas mal executadas, fissuras

e rupturas nos coletores, entrada pelos poços de visita. Seu volume depende do nível

d’água, da natureza do subsolo, da qualidade de execução da obra, do material da

tubulação, tipo e distância das juntas etc. Na falta de dados, a NBR 9649/86 recomenda

que se utilize uma taxa de infiltração entre 0,05 e 1,00l/s.km.

Aspectos econômicos

Dados divulgados pelo Ministério da Saúde afirmam que para cada R$ 1,00

investido no setor de saneamento, economiza-se R$ 4,00 na área de medicina curativa.

A importância da implantação do sistema de abastecimento de água, dentro do contexto

do saneamento básico, deve ser considerada tanto nos aspectos sanitário e social quanto

nos aspectos econômicos, visando atingir aos seguintes objetivos:

aumento da vida produtiva dos indivíduos economicamente ativos;

diminuir as despesas com o tratamento de doenças evitáveis;

facilidade para instalações de indústrias, onde a água é utilizada como matéria-

prima ou meio de operação;

incentivo à indústria turística em localidades com potencialidades para seu

desenvolvimento.

reduzir o custo do tratamento de água de abastecimento, pela prevenção da

poluição dos mananciais;

controlar a poluição das praias e locais de recreação com o objetivo de promover

o turismo;

preservação da fauna aquática, especialmente os criadouros de peixes.

Materiais empregados

Tubos Cerâmicos e/ou Manilhas Cerâmicas de Barro Vidrado: construídos

unicamente com ponta e bolsa nos diâmetros de 75, 100, 150, 200, 250, 375, 450, 525 e

600mm. As manilhas cerâmicas vidradas quase não são afetadas pelos ácidos ou

produtos de decomposição oriundos da matéria orgânica dos esgotos.

Tubos de Concreto (simples ou armados): construídos com diâmetros a partir de

150mm, passam a substituir as manilhas cerâmicas acima de 350mm. Cuidados especiais

devem ser tomados quando se utilizam tubos de concreto, pois se o esgoto que estiver

sendo veiculado possuir temperaturas elevadas e havendo quantidades consideráveis de

matéria orgânica e sulfatos, ocorre a formação de gás sulfídrico, que ataca o concreto

dando origem à formação do enxofre.

O enxofre é utilizado por determinadas bactérias aeróbias em seus processos

respiratórios, dando origem a formação de ácido sulfúrico que ataca o cimento do

concreto reduzindo sua resistência. Os tubos de concreto simples são fabricados nos

diâmetros 150, 200, 225, 250, 300, 375, 400, 450, 500 e 600mm. Para grandes

diâmetros é necessário o emprego de concreto armado que pode ser fabricado com 300,

350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1500, 1750 e 2000mm.

Os tubos de concreto são muito empregados em sistemas de águas pluviais, devido a

sua resistência à abrasão, disponibilidade em grandes diâmetros, grande resistência aos

impactos e geralmente baixo custo em relação aos demais.

Tubos de Cimento-Amianto: é durável e possui uma superfície lisa, mesmo sem

revestimento. Tubos para coletores por gravidade são fabricados entre 100 mm e

400mm.

Tubos de Ferro Fundido: são tubos de ponta e bolsa, acoplados com juntas

elásticas ou não elásticas. São disponíveis nos diâmetros 50, 60, 75, 100, 125, 150, 175,

200, 225, 250, 275, 300, 350, 400, 450, 500, 550 e 600mm. Possuem elevada resistência

às cargas externas. São empregados principalmente nas seguintes situações: instalações

elevatórias e linhas de recalque de esgoto, passagem sob rios, onde haja pequeno

recobrimento (em zonas de trânsito pesado), em grandes profundidades e em passagens

sob estruturas sujeitas a trepidação (pontes ferroviárias ou rodoviárias).

Os tubos de ferro fundido estão sujeitos à corrosão pelos esgotos ácidos ou em

estado séptico e por solos ácidos, devendo ser previstos revestimentos internos e/ou

externos de cimento ou de asfalto.

Tubos de Aço: são recomendados nos casos em que ocorrem esforços elevados

sobre a linha, como nos casos de travessias diretas de grandes vãos, pois devido à sua

grande flexibilidade resistem ao efeito de choques, deslocamentos e pressões externas.

Tubos de Plástico: os tubos plásticos mais usados nas redes coletoras são os de

PVC. Os tubos de PVC são fabricados em duas classes e principalmente nos seguintes

diâmetros 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400mm. Alguns fabricantes o produzem em

diâmetros maiores. O comprimento padrão é de 6 metros. São empregados

principalmente em ligações prediais e coletores secundários.

Conclusão

A implantação de estações de tratamento de esgotos (ETE) é o método mais

adequado a ser utilizado quando os corpos receptores das vazões esgotáveis

provenientes tanto de esgoto doméstico quanto industrial quanto a seu despejo ou

depósito no corpo receptor, pois o ambiente não possuir a capacidade de absorção da

carga orgânica ou química total do efluente. A capacidade das ETE será sempre

dimensionada de modo que o efluente contenha em seu meio uma carga orgânica no

máximo suportável pelo corpo receptor, ou seja, que não lhe cause danos irreversíveis

ao equilíbrio do ambiente como meio natural.

AULA 2

Estação Elevatória de Esgoto

Segundo a NBR 12208/92, são obras civis como poços de sucção e instalações

eletromecânicas responsáveis pelo transporte do esgoto sanitário do nível do poço de

sucção das bombas ao nível de descarga na saída do recalque propiciando assim o

recalque das vazões de esgotos coletadas a montante.

As estações elevatórias de esgotos são comuns em cidades de grande porte que

possuem áreas planas ou que existam declividades superficiais menores às consideradas

mínimas necessárias para seu devido funcionamento e, nestes casos, temos que na

evolução do traçado das tubulações coletoras elas vão constantemente se afastando da

cota superficial até alcançarem as profundidades necessitando então que se elevem as

cotas dos coletores a profundidades mínimas, porém é somente possível através de

instalações de recalque que, após, seguirá um novo coletor até o destino da linha ou

outro conjunto de recalque.

As estações elevatórias são comumente utilizadas no caso de interceptores muito

longos com atenção maior nos que estão localizados às margens dos corpos hídricos, nas

entradas das Estações de Tratamento de Esgotos ou nos emissários.

As estações elevatórias podem ser classificadas segundo a sua vazão e a altura

manométrica de acordo com a NB 569/89. Segundo a vazão, elas são consideradas

pequenas quando é menor que 50l/s, é média quando estão compreendidas entre 50l/s e

500l/s e são grandes quando são acima de 500l/s.

Pequena : Qr ≤ 50l/s (aproximadamente uma população de até

20.000hab);

Média : 50 ≤Qr ≤ 500l/s (população entre 20.000 e 200.000hab);

Grande : Qr ≥ 500l/s (população acima de 200.000hab).

Segundo a altura manométrica, elas são consideradas de baixa carga quando são

menores que 10 metros de coluna d´água (mca), são de média carga quando estão

compreendidas entre 10mca e 20mca e são de alta carga quando são superiores a

20mca.

Baixa : Hman ≤ 10mca;

Média : 10 ≤ Hman ≤ 20mca;

Grande : Hman ≤ 20mca.

As vazões máximas e mínimas desde o início até o final do projeto e as

informações do coletor ou do interceptor afluente são os parâmetros básicos de um

projeto de estações elevatórias.

Já a escolha da localização das instalações deve ter como parâmetros não só os

aspectos técnicos bem como os econômicos tais como acesso a rede elétrica de

distribuição, acesso para manutenção, custo da área onde serão instaladas bem como

menor desnível geométrico entre a captação e o fim do recalque e menor extensão;

abrigo contra inundações; distância das habitações; a possibilidade de eventuais

descargas dos esgotos em cursos d’água ou galerias se ocorrer eventuais paralisações do

sistema elevatório como também prevendo futuras ampliações.

O conhecimento das variações das vazões máximas e a topografia da região vão

determinar o tipo de projeto bem como todas as suas fases assim como o conjunto moto

bomba bem como para pequenas vazões, podem ser projetadas instalações

automatizadas.

As Estações Elevatórias de Esgotos são constituídas de:

Poço de Coleta ou Poço de Detenção, de Sucção ou Poço Úmido que é o local

destinado a receber e acumular os esgotos por um período de tempo.

Em caso de a vazão de bombeamento for superior à de chegada dos Esgotos

poderá haver a entrada de ar na bomba e seu funcionamento será comprometido.

Quando ocorrer a acumulação temporária dos esgotos num poço de coleta, é possível

fazer com que as bombas entrem em funcionamento ou se desliguem automaticamente

de acordo com o nível do esgoto com posições mais elevadas ou mais baixas no local.

Poço Seco ou Câmara de Trabalho é o local onde são instalados os conjunto de

geradores, moto bombas, válvulas de controle, exaustores, além das estruturas de

manutenção e transporte de equipamentos.

Dependências Gerais se localizam sobre o poço seco possuindo acomodação dos

operadores, equipamentos e os dispositivos necessários para a operação e manutenção.

Estação elevatória convencional

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/ES10_02.html

As condições para determinar o tipo de bomba são a altura manométrica local e

a capacidade da mesma. As bombas devem poder recalcar a quantidade de esgoto

afluente. A altura manométrica da bomba deve estar de acordo com a altura estática de

recalque que é a elevação entre o nível máximo de líquido no poço da descarga menos o

nível mínimo do líquido no poço de sucção. A chamada altura dinâmica consta da das

perdas de carga que ocorrem nas linhas de sucção e de recalque.

Os principais tipos de bombas utilizadas para recalques são as centrífugas com

velocidade fixa ou variável com eixo vertical ou horizontal. As verticais podem ser com

motor acoplado ou de eixo longo. Existem também os conjuntos moto bombas

submersíveis de eixo vertical.

As bombas devem trabalhar afogadas, ou seja, com carga na entrada já que

permite o funcionamento sem necessidade de escorvá-las que é a eliminação do ar

existente no interior da bomba e da tubulação de sucção. Além destas existem as

bombas tipo parafuso e as elevatórias com ejetor pneumático.

Bombas centrífugas

As bombas centrífugas para esgotos são do tipo aberto, possibilitando o

bombeamento de sólidos em suspensão no esgoto, com diâmetros até 5 cm. Nas

estações elevatórias utilizam-se bombas dos tipos:

a) De eixo vertical para instalação em poço seco;

b) De eixo vertical para instalação em poço molhado;

c) De eixo horizontal;

d) Conjunto moto bomba submersível.

As bombas de eixo horizontal são as mais utilizadas e as bombas de eixo

vertical possuem a vantagem de serem operadas por motores colocados em cota

elevada. A vazão de bombeamento, partindo do pressuposto possuindo somente uma

unidade em funcionamento, deverá ser igual ou pouco superior à vazão máxima de

chegada dos esgotos na estação, para que quando houver maior chegada, o nível do

líquido no poço de sucção será constante.

Bomba eixo vertical

Fonte: http://bhandariengg.com/product/sewage-sumbrsible-pump

Bomba eixo horizontal

http://pt.made-in-china.com/co_yzsuhua/product_Split-Casing-Sewage-Centrifugal-Submersible-Water-

Pump-OMEGA-_hrguhyeeg.html

Para a altura manométrica total, deverá somar-se a distância vertical medida

entre o nível do esgoto no poço de coleta e o nível de chegada no ponto de lançamento

e, como o nível de sucção varia, para efeito de cálculo pode ser usado o nível médio ou

seja, a média entre os níveis máximos e mínimos.

Para o funcionamento de uma só bomba por vez observa-se que a sua

capacidade deverá ser um pouco superior à vazão máxima, evitando que o poço

transborde e refluxos na tubulação de chegada.

Para as elevatórias com duas bombas, é comum que elas operem de maneira

alternada e, para isto, instala-se um sistema de comando possibilitando o revezamento

automático das bombas quando o nível do esgoto atingir o nível superior.

Dimensionamento do poço de sucção

O Poço de sucção é o compartimento onde vai receber e acumular os esgotos

durante um dado período de tempo. Para o dimensionamento do poço de sucção o

volume útil utilizado é o volume líquido entre o nível máximo e o nível mínimo de

operação do poço que é a faixa de operação das bombas e é determinado observando-se

o intervalo de tempo entre partidas consecutivas do motor ou o tempo de ciclo, que vai

levar ao tempo de detenção do esgoto no poço. Outro ponto de conhecimento é a vazão

de bombeamento.

Volume útil do poço de sucção

Para o cálculo do volume útil do poço de sucção, e em relação às bombas, é de

conhecimento que o número de partidas por hora não vá ultrapassar 10 minuto e que

não aconteça mais do que 4 acionamentos por hora então, temos que o volume é dado

por:

V = (Q .T) / 4

Onde:

V = Volume útil do poço (m3)

Q = Vazão da maior bomba com velocidade constante. (m3 / minuto).

T = intervalo de tempo entre duas partidas consecutivas de uma bomba com o

mínimo de 10 minutos.

Volume efetivo

Para determinar o volume efetivo estabelece-se que o tempo de detenção

máximo do esgoto no poço esteja entre 10 e 20 minutos onde temos:

V1 = Q1 . T1

Onde:

V1 = Volume efetivo do poço de sucção (m3)

Q1 = Vazão média de projeto, afluente da elevatória (m3 / minuto)

T1 = Tempo de detenção no poço em minutos

Interceptores

De acordo com a NBR 12207, interceptores são canalizações cuja função

principal é a de receber e transportar o esgoto sanitário coletado, caracterizada pela

defasagem das contribuições, da qual resulta o amortecimento das vazões máximas.

Devem ter como requisitos o levantamento topográfico planialtimétrico dotados de

curvas de nível de metro em metro e pontos intermediários cotados nas depressões e

pontos altos, da faixa necessária ao projeto do interceptor possuindo escala mínima de

1:1000.

Deve-se fazer um levantamento cadastral de interferências, acidentes e

obstáculos, tanto superficiais como subterrâneos, na faixa da diretriz provável do

interceptor bem como as sondagens de reconhecimento da natureza do terreno e níveis

do lençol freático ao longo da diretriz provável do interceptor.

Deve-se ter, também, o estudo de concepção de acordo com a norma NBR 9648

e os relatórios de projeto das redes coletoras afluentes de acordo com a norma NBR

9649.

Em relação à avaliação das vazões, para cada trecho do interceptor devem ser

estimadas as vazões inicial e final, onde:

a) Qi, n = vazão inicial do trecho n;

b) Qi, n = Qi, n - 1 + ∑ Qi onde Qi = vazão inicial a jusante do último trecho de

uma rede afluente ao PV de montante do trecho n, calculada conforme critério da NBR

9649;

c) Qf, n = vazão final do trecho n; d) Qf, n = Qf, n - 1 + ∑ Qf onde Qf = vazão

final a jusante do último trecho de uma rede afluente ao PV de montante do trecho n,

calculada conforme critério da NBR 9649;

Aspectos como as populações ou as área de edificações, em casos de estiagem

ou tempo seco e contribuições pluviais conhecidas como parasitárias devem ser levados

em consideração.

As populações ou as áreas edificadas contribuintes a considerar na avaliação da

vazão final devem ser as do alcance do projeto. A contribuição de tempo seco lançada ao

interceptor, permanente ou temporariamente, deve ser adicionada à vazão inicial e,

quando for o caso, à vazão final.

A contribuição pluvial parasitária deve ser adicionada à vazão final para a análise

de funcionamento e para o dimensionamento dos extravasores em como deve ser

determinada com base em medições, locais. Em caso do não levantamento das

medições, pode ser adotada uma taxa cujo valor deve ser justificado e que não deve

superar 6 l/s.km de coletor contribuinte ao trecho em estudo.

O traçado do interceptor deve ser constituído preferencialmente por trechos

retos em planta e em perfil e, nos casos especiais justificados, podem ser empregados

trechos curvos em planta.

Interceptores

Foto: Sanepar/Foz

Quanto ao dimensionamento hidráulico, observa-se que o regime de escoamento

no interceptor é gradualmente variado e não-uniforme e o regime de escoamento pode

ser considerado permanente e uniforme.

Algumas condições específicas podem ser observadas como, para trecho com

grande declividade deve ser interligado ao de baixa declividade por um segmento de

transição com declividade crítica para a vazão inicial. As ligações ao interceptor devem

ser sempre através de dispositivo especialmente projetado para evitar conflito de linhas

de fluxo e diferença de cotas.

A admissão da contribuição de tempo seco no interceptor deve ser através de

dispositivo que evite a entrada de material grosseiro, detritos e areia e o dispositivo de

admissão de água no interceptor deve limitar esta contribuição, de modo a não superar

20% da vazão final do trecho a jusante do ponto de admissão.

Emissários

Dada a norma NBR 9649 (ABNT 1986), o emissário é a tubulação que recebe

esgoto exclusivamente na extremidade de montante. O caso mais comum de emissário é

que ele é o último trecho de um interceptor que precede e contribui para uma estação

elevatória ou uma ETE ou para descarga no destino final do esgoto. Os emissários são

projetados para funcionar como condutos livres e devem ser dimensionados atendendo

as situações extremas de projeto.

De acordo com a ocorrência nas localidades onde os coletores estão

impossibilitados de continuar ou descarregar o esgoto bruto tem-se que instalar

interceptores, bem como transportar vazões finais para longe da área de coleta será

obrigado a construção de um emissário.

Recomenda-se que em qualquer trecho, o menor valor de vazão a ser

utilizado nos cálculos seja de 1,5l/s, que está de acordo com o pico instantâneo

decorrente de descarga de um vaso sanitário.

Sifão Invertido

O sifão invertido é um trecho de tubulação rebaixado e com escoamento sob

pressão. Possui a finalidade de transpor depressões, algum obstáculo ou transpor rios,

valas, canais ou a maioria dos cursos de água.

Os sifões invertidos bem como as tubulações de recalque das estações

elevatórias são as poucas unidades que funcionam sob pressão nos sistemas de esgotos

sanitários. O escoamento acontece por gravidade muito embora estejam sob pressão,

diminuindo então o gasto com energia elétrica.

Sistema de disposição oceânica de esgotos sanitários

A resolução do Ministério do Meio Ambiente – MMA nº 430, de 13 de maio de

2011, informa que Emissário submarino é a “tubulação provida de sistemas difusores

destinada ao lançamento de efluentes no mar, na faixa compreendida entre a linha de

base e o limite do mar territorial brasileiro” visa promover o tratamento de efluentes

utilizando os processos naturais que dispersam, diluem e assimilam naturalmente os

efluentes após um pré-tratamento nas ETE’s com a finalidade de reduzir as

concentrações de poluentes tornando-as admissíveis em relação à legislação diminuindo

assim o impacto na saúde pública e no meio ambiente.

A disposição oceânica através de emissários submarinos possui algumas

vantagens como um menor custo operacional, afasta para longe o efluente e assim

promove melhoria da saúde pública, uma maior confiabilidade operacional, possibilita

menor geração de odor. Como desvantagens, podemos citar o custo elevado da obra e

tubulações, a possibilidade de causar impacto no ambiente bentônico, utilizar o efluente

para reuso não é aplicável e uma menor aceitabilidade da população.

Os materiais utilizados nas tubulações dos emissários submarinos variam em

função das características do ambiente, tais como batimetria e dinâmica das ondas em

função da agressividade deste ambiente no material das tubulações e estruturas de

ancoragens no leito marinho.

Para locais profundos e com marés muito fortes e grandes vazões de efluentes,

utiliza-se ferro aço revestido de concreto ou somete de concreto. Para menores vazões,

leito raso e menor incidência da força das marés utilizam-se materiais como o polietileno

de alta densidade.

Antes do lançamento, os efluentes devem passar por uma Estação de

Tratamento ou de Pré-Condicionamento com a finalidade de diminuir as concentrações

dos poluentes e contaminantes presentes nos esgotos brutos e pode ser planejada da

forma de realizar um tratamento preliminar, primário ou secundário de acordo com as

possiblidades econômicas e técnicas.

Para a implantação de um sistema de tratamento anterior ao lançamento nos

emissários , alguns aspectos devem ser levantados tais como a composição do esgoto, o

local de lançamento, a capacidade de difusão dos efluentes no corpo receptor bem como

os padrões de qualidade dele.

No Brasil, as estações responsáveis pelo tratamento dos efluentes antes do

lançamento nos emissários possuem apenas o tratamento preliminar, visando retirar os

sólidos grosseiros do efluente através de processos como gradeamento e caixas de areia.

Quando lançado no mar através, de emissário submarino, o processo de

dispersão dos efluentes possuem três fases. A primeira é a de diluição inicial onde a

energia mecânica do efluente e a dinâmica das correntes marítimas promove uma

diluição no corpo receptor. A segunda fase consiste na difusão horizontal e vertical do

efluente e a terceira fase consiste na difusão turbulenta promovida pelas correntes

marítimas região do lançamento.

Os emissários são utilizados em várias partes do mundo como uma alternativa

para o afastamento dos efluentes da população.

Como exemplos de emissários no Brasil, temos o de Ipanema/RJ, com uma

extensão de 4325m a uma profundidade de 26m e com uma vazão de 12m3/s; em

Maceió/AL possui 3100m a 15m de profundidade e com uma vazão de 4,2 m3/s, Em

Salvador/BA, possui 2350m a 28m de profundidade com uma vazão de 2 m3/s. Nos

Estados Unidos, em Boston/Massachusetts, o emissário possui 15000m a 30m de

profundidade e com uma vazão de 55,6m3/s.

Sistema de Disposição Oceânica Jaguaribe (Salvador)

Fonte: http://piniweb.pini.com.br/construcao/infra-estrutura/emissario-submarino-da-bahia-utiliza-metodos-

nao-destrutivos-240568-1.aspx

Emissário Ilha Deer, Boston, Mass (EUA)

Fonte: Marjari, 2008, p. 20.

A efetiva realização de um Sistema de Esgotamento Sanitário somente beneficia

as comunidades e o meio ambiente evitando que as águas servidas possam poluir o solo

e contaminando as águas superficiais e lençóis freáticos eliminando o escoamento pelas

valas a céu aberto e sarjetas que constitui em focos de disseminação de doenças.

Promove mudanças de hábito e aumento da expectativa de vida da população e melhoria

nas condições sociais e econômicas.

AULA 3

Tecnologias

A composição do esgoto é bastante variável, apresentando maior teor de impurezas

durante o dia e menor durante a noite. A matéria orgânica, especialmente as fezes

humanas, confere ao esgoto sanitário suas principais características, mutáveis com o

decorrer do tempo, pois sofre diversas alterações até sua completa mineralização ou

estabilização.

Enquanto o esgoto sanitário causa poluição orgânica e bacteriológica, o industrial

produz a poluição química. O efluente industrial, além das substâncias presentes na água

de origem, contém impurezas orgânicas e/ou inorgânicas resultantes das atividades

industriais, em quantidade e qualidade variáveis de acordo com o segmento industrial. Os

corpos d’água podem se recuperar da poluição, ou depurar-se, pela ação da própria

natureza.

O efluente pode ser lançado sem tratamento em um curso d'água, desde que a

descarga poluidora não ultrapasse cerca de quarenta avos da vazão: um rio com 120l/s de

vazão pode receber, grosso modo, a descarga de 3l/s de esgoto bruto, sem maiores

consequências.

Frequentemente, os mananciais recebem cargas de efluentes muito elevadas para

sua vazão e não conseguem se recuperar pela autodepuração, havendo a necessidade da

depuração artificial ou tratamento do esgoto. O tratamento do efluente pode, inclusive,

transformá-lo em água para diversos usos, como a irrigação ou a limpeza, por exemplo.

A escolha do tratamento depende das condições mínimas estabelecidas para a

qualidade da água dos mananciais receptores e em função de sua utilização. Em qualquer

projeto é fundamental o estudo das características do esgoto a ser tratado e da qualidade

do efluente que se deseja lançar no corpo receptor. Os principais aspectos a serem

estudados são vazão, pH e temperatura, demanda bioquímica de oxigênio - DBO,

demanda química de oxigênio - DQO, toxicidade e teor de sólidos em suspensão ou

sólidos suspensos totais - SST.

Ao definir um processo, deve-se considerar sua eficiência na remoção de DBO e

coliformes, a disponibilidade de área para sua instalação, os custos operacionais,

especialmente energia elétrica, e a quantidade de lodo gerado. Alguns processos exigem

maior escala para uma maior população atendida, apresentando custos per capita

compatíveis. Na implantação de um sistema de esgotamento sanitário, compreendendo

também a rede coletora, a estação de tratamento representa cerca de 20% do custo total.

O tratamento biológico é a forma mais eficiente de remoção da matéria orgânica

dos esgotos. O próprio esgoto contém grande variedade de bactérias e protozoários para

compor as culturas microbiais mistas que processam os poluentes orgânicos. O uso desse

processo requer o controle da vazão, a recirculação dos microorganismos decantados, o

fornecimento de oxigênio e outros fatores. Os fatores que mais afetam o crescimento das

culturas são a temperatura, a disponibilidade de nutrientes, o fornecimento de oxigênio, o

pH, a presença de elementos tóxicos e a insolação (no caso de plantas verdes).

A matéria orgânica do esgoto é decomposta pela ação das bactérias presentes no

próprio efluente, transformando-se em substâncias estáveis, ou seja, as substâncias

orgânicas insolúveis dão origem a substâncias inorgânicas solúveis. Havendo oxigênio livre

(dissolvido), são as bactérias aeróbias que promovem a decomposição. Na ausência do

oxigênio, a decomposição se dá pela ação das bactérias anaeróbias.

A decomposição aeróbia diferencia-se da anaeróbia pelo seu tempo de

processamento e pelos produtos resultantes. Em condições naturais, a decomposição

aeróbia necessita três vezes menos tempo que a anaeróbia e dela resultam gás carbônico,

água, nitratos e sulfatos, substâncias inofensivas e úteis à vida vegetal. O resultado da

decomposição anaeróbia é a geração de gases como o sulfídrico, metano, nitrogênio,

amoníaco e outros, muitos dos quais malcheirosos.

A decomposição do esgoto é um processo que demanda vários dias, iniciando-se

com uma contagem elevada de DBO, que vai decrescendo e atinge seu valor mínimo ao

completar-se a estabilização. A determinação da DBO é importante para indicar o teor de

matéria orgânica biodegradável e definir o grau de poluição que o esgoto pode causar ou

a quantidade de oxigênio necessária para submeter o esgoto a um tratamento aeróbio.

As tecnologias de tratamento de efluentes nada mais são que o aperfeiçoamento do

processo de depuração da natureza, buscando reduzir seu tempo de duração e aumentar

sua capacidade de absorção, com consumo mínimo de recursos em instalações e operação

e o melhor resultado em termos de qualidade do efluente lançado, sem deixar de

considerar a dimensão da população a ser atendida.

Existem alguns outros processos alternativos para tratamento de esgotos e de

águas residuais que são mais econômicos por serem processos naturais e sem

mecanização. Os principais são:

· Valos de Oxidação;

· Lagoas de Estabilização;

· Lançamento no Terreno.

Valo de Oxidação

Trata-se do mesmo princípio do processo biológico de lodos ativados, com períodos

de aeração maiores (aeração prolongada) que os comumente adotados nos processos

convencionais. Os Valos de Oxidação são unidades compactadas de tratamento por meio

de aeração prolongada. Logo são estações a nível secundário. O processo procura

reproduzir os fenômenos dos rios com velocidade abaixo de 0,5 m/s. Podem ou não ser

sucedidas de Decantadores Secundários.

Tanque de aeração

Fonte: http://www2.corsan.com.br/sitel/www/?page_id=54

Lagoas de Estabilização

São unidades de tratamento de águas residuárias vantajosas sempre que existir

disponibilidade de terreno e área suficiente, pois apresentam reduzidos custos de

implantação e operação. O processo é simples, de fácil operação e sem necessidade de

equipamentos elétricos e mecânicos. A área deve ser predominantemente plana.

Lagoa de estabilização

Fonte: http://www2.corsan.com.br/sitel/www/?page_id=54

Lançamentos no Terreno

Constituem-se normalmente em um misto de tratamento a nível secundário e

disposição final. É classificado como nível secundário devido à atuação de mecanismos

biológicos e à sua elevada eficiência na remoção de poluentes.

Graus de Tratamento

Usualmente, consideram-se os seguintes níveis para o tratamento de esgotos

domésticos, que compreendem normalmente processos físicos, químicos e biológicos,

atuando isoladamente ou concomitantemente:

· Preliminar;

· Primário;

· Secundário; e

· Terciário (apenas eventualmente).

Tratamento Preliminar

Destina-se principalmente à remoção de sólidos grosseiros que são substâncias de

maiores dimensões, tais como minerais na forma de areia, os materiais flutuantes e óleos

e graxas.

O tratamento preliminar possui como finalidades principais proteger as unidades de

tratamento que podem existir, prevenir e proteger os corpos receptores da poluição,

Prevenir a abrasão nos dispositivos de transporte do esgoto tais como as tubulações e as

bombas como também evitar o entupimento nas tubulações.

Tratamento Primário

Destinam-se à remoção de impurezas sedimentáveis, grande parte de sólidos em

suspensão sedimentáveis e sólidos flutuantes com a utilização de mecanismos físicos. Os

resultados obtidos geralmente estão compreendidos entre 30 e 40% de remoção da DBO,

dependendo das unidades constituintes.

A decantação é o processo primário básico. Os lodos retirados dos decantadores

são submetidos a tratamento próprio.

As instalações para tratamento primário normalmente são precedidas de unidades

de tratamento preliminar, e possuem dispositivos para tratamento do lodo decantado, que

se constitui na fase sólida do tratamento. Nos decantadores primários, ocorre o que se

denomina sedimentação floculenta, e onde são removidos Sólidos em Suspensão (SS). A

remoção do lodo acumulado será feita diretamente para os digestores, ou para

adensadores de lodo, por bombeamento.

Uma forma de tratamento a nível primário para pequenas vazões são as Fossas

Sépticas e os Tanques Imhoff.

Esquema de fossa séptica

Fonte: http://www.fkcomercio.com.br/dicas_de_fossa_septica.html

Tratamento Secundário

O processo de tratamento secundário destina-se principalmente a remoção de toda

a matéria orgânica fina e a matéria orgânica na forma de sólidos dissolvidos não

removidos no processo de tratamento primário. Ele reproduz os fenômenos naturais de

estabilização da matéria orgânica no corpo receptor, por isso também é conhecido como

Tratamento Biológico. Os resultados obtidos são entre 70 e 98 % da DBO, dependendo

das unidades constituintes

Normalmente, em grandes Estações de Tratamento de Esgotos, o tratamento

secundário envolve um Processo Biológico Aeróbio (Oxidação) seguido de Decantação

Secundária, e não necessariamente é antecedido por um Tratamento Primário, e pode

seguir diretamente de um Tratamento Preliminar.

Fonte: http://www.ufrrj.br/institutos/it/de/acidentes/esg4.htm

Decantador secundário

Fonte: http://www2.corsan.com.br/sitel/www/?page_id=54

Tratamento Terciário

São tratamentos para situações especiais, que se destinam a completar o

tratamento secundário sempre que as condições locais exigirem um grau de depuração

excepcionalmente elevado (devido aos usos e reúsos das águas receptoras) e também

para os casos em que seja necessária a remoção de nutrientes dos efluentes finais, para

evitar a proliferação de algas no corpo de água receptor (fenômeno da eutrofização).

Lago eutrofizado

Fonte: http://biocarthagenes.blogspot.com.br/2011/07/eutrofizacao-eutroficacao_12.html

Operações e Processos

O Tratamento de Esgoto e Efluentes compreendem normalmente os processos

Físicos-Químico e Biológicos.

Processo Físico-Químico

Este processo consiste na adição de soluções químicas, de composição e

concentração conhecidas, a um efluente de origem industrial, ou não, que possui

componentes na forma solúvel e na forma particulada, usado para remover poluentes que

não podem ser removidos por processos biológicos convencionais. Esse tipo de tratamento

também é usado para reduzir a carga orgânica antes do tratamento biológico. Com isso, a

carga orgânica da estação de tratamento de efluentes (ETE) biológica é também

diminuída.

Esquema ETE

Fonte: http://selmawebsite.blogspot.com.br/2009/04/esquema-de-uma-ete.html

Estações de Tratamento de Água (ETAs) utilizam do tratamento físico-químico para

poder tornar a água potável.

Esquema ETA

Fonte: https://aguapratodos.wordpress.com/author/wimacpp/

O processo Físico-Químico consiste das seguintes etapas:

· floculação;

· coagulação;

· decantação;

· separação.

Floculação

Nessa etapa, os flocos são agregados, por adsorção, às partículas dissolvidas ou em

estado coloidal. No Brasil, o coagulante mais utilizado é o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3),

que é obtido por meio da reação química entre o óxido de alumínio (Al2O3) e o ácido

sulfúrico (H2SO4). O sulfato de alumínio é adicionado à água com o óxido de cálcio (CaO),

mais conhecido como cal virgem. Quando essas duas substâncias misturam-se na água,

ocorre uma transformação química que forma uma substância gelatinosa, o hidróxido de

alumínio (Al(OH)3).

Essa transformação química ocorre porque, em meio aquoso, o sulfato de alumínio

gera os seguintes íons:

Al2(SO4)3 → 2 Al3+ + 3 SO42-

Os íons Al3+ passam a atuar de duas formas: (1) a minoria desses cátions neutraliza

as cargas negativas das impurezas presentes na água, e (2) a maioria desses cátions

interage com os íons hidroxila (OH-) da água, formando o hidróxido de alumínio:

Al2(SO4)3 + 6 H2O → 2 Al(OH)3 +6 H+ + 3 SO42-

O hidróxido de alumínio está carregado positivamente e, por essa razão, consegue

neutralizar as impurezas coloidais carregadas negativamente que estão na água. O

resultado é que as partículas de sujeira sofrem aglutinação e se ligam ao hidróxido de

alumínio, formando “flocos” (ou flóculos) sólidos. Isso é feito para o controle do pH do

meio.

Note que a última equação química acima apresenta um excesso de H+. Isso

constitui um problema porque torna o meio ácido (pH < 7), o que impede a formação do

hidróxido de alumínio. Assim, quando a cal é adicionada à água, ela forma o hidróxido de

Cálcio (cal hidratada, cal extinta ou cal apagada):

CaO + H2O → Ca(OH)2

O hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2) é uma base e, portanto, torna o meio alcalino ou

básico, aumentando o pH do sistema. Depois disso, essa água é levada para a próxima

etapa do tratamento, que ocorre nos tanques de decantação. Lá os flóculos (formados de

lama, argila e micro-organismos) sedimentam-se e são separados.

Etapa de floculação em Estação de Tratamento de Água Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/floculacao.htm

Coagulação

Nessa etapa, se resume na aglomera das impurezas que estão em estado coloidal e

algumas que se encontram dissolvidas, em partículas maiores que possam ser removidas

por decantação ou filtração. A coagulação usa produtos químicos como sais de alumínio e

ferro reagem com a alcalinidade da água formando hidróxidos desestabilizadores dos

colóides e partículas em suspensão.

O processo de coagulação pode ser, então, realizado por meio da adição de

Cloreto Férrico e tem a finalidade transformar as impurezas da água que se encontram em

suspensão fina em estado coloidal. Inicialmente, são adicionados no canal de entrada da

ETA a solução de Cal e o Cloreto Férrico. Em seguida a água é encaminhada para o

tanque de Pré-Floculação para que o coagulante e o cal se misturem uniformemente no

líquido, agindo assim de uma forma homogênea e efetiva.

Decantação

Nessa etapa, os flocos são sedimentados. As partículas são arrastadas até o fundo

do decantador, para constituírem lodo químico (formado pela adição de coagulantes,

geralmente não naturais)

Tanques de sedimentação em estação de tratamento de água

Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/decantacao.htm

Separação

Esta etapa consiste na separação dos sólidos (lodo) do líquido (efluente bruto) por

meio da sedimentação das partículas sólidas através dos decantadores, permitindo que os

sólidos em suspensão, que apresentam densidade maior do que a do líquido circundante,

sedimentem gradualmente no fundo, dando origem ao Lodo Primário Bruto.

Processo biológico

O processo de digestão biológico consiste na redução da carga poluidora DBO e

DQO, contida em um efluente de origem sanitária. Ele ocorre no interior de reatores

anaeróbios ou reatores aeróbios que possuem em seu interior, microfauna anaeróbica ou

aeróbica. O resultado desta depuração é a obtenção de lodo anaeróbico ou lodo ativado,

além do efluente tratado com baixa carga de DBO e DQO que, atendendo os parâmetros

de emissão, pode ser descartado em corpo receptor ou utilizado como água de reuso.

Este processo reproduz, de certa forma, o que ocorre em um curso de água onde

são lançados despejos. No corpo d'água, a matéria orgânica é convertida em produtos

mineralizados inertes por mecanismos naturais – é o denominado fenômeno da

autodepuração.

Em uma estação de tratamento de esgotos ocorre o mesmo, mas com tecnologia se

consegue fazer com que o processo se desenvolva em condições controladas (controle da

eficiência) e em taxas mais elevadas, permitindo soluções mais compactas.

A remoção da matéria orgânica dos esgotos ocorre por dois tipos de processos, o

oxidativo (oxidação da matéria orgânica) ou o fermentativo (fermentação da matéria

orgânica). No processo oxidativo a matéria orgânica é oxidada por um agente presente no

meio líquido – oxigênio, nitrato ou sulfato.

No processo fermentativo ocorrem determinadas reações de forma que depois de

várias ocorrências sequenciais os produtos se tornam estabilizados, isto é, não mais

suscetíveis a fermentação.

Há organismos adaptados funcionalmente para as diversas condições de respiração

para o tratamento de esgotos. Os organismos aeróbios estritos utilizam apenas o oxigênio

livre na sua respiração; os organismos facultativos utilizam o oxigênio livre

(preferencialmente) ou o nitrato; os organismos anaeróbios estritos utilizam o sulfato ou o

dióxido de carbono, não podendo obter energia através da respiração aeróbia. As reações

de oxidação que ocorrem no tratamento de esgotos são, portanto, do tipo aeróbias,

anóxicas ou anaeróbias.

Os sistemas anaeróbios trazem como vantagem a reduzida mecanização e o baixo

consumo energético, com uma menor taxa de geração de lodo residual e uma menor área

de instalação, tendo custos de implantação e operação mais vantajosos. No entanto, os

tratamentos anaeróbios apresentam eficiência inferior aos aeróbios.

Uma desvantagem associada aos sistemas anaeróbios de tratamento de efluentes é

o risco de emissão de odores, dependendo do tipo de efluente a ser tratado e do nível de

controle operacional do sistema, pois o processo anaeróbio converte parte da matéria

orgânica em gás metano, o que o permite produzir um menor volume de lodo residual. O

uso de queimadores de gases, especialmente quando se trata de grandes unidades,

reduzem o risco operacional.

Os sistemas anaeróbios têm sido implantados com sucesso no tratamento de

esgoto sanitário de comunidades e indústrias, principalmente do ramo de alimentos e

bebidas, seguidos por um sistema aerado que os complementa.

Para o tratamento biológico das águas residuárias em cidades de pequeno e médio

porte, o tratamento anaeróbio é mais utilizado quando o processo aeróbio exigir a

alimentação de oxigênio com custos suplementares de energia elétrica. O que ocorre, na

maioria dos casos, é um consórcio entre estes processos, sendo destacados os reatores

anaeróbios (RAFA) associados a filtros biológicos e lagoas, com eficiência e baixo custo.

AULA 4.

Tratamento Preliminar

A primeira fase do tratamento nas estações é o preliminar. Destina-se à remoção de sólidos

grosseiros, que são substâncias de maiores dimensões, tais como minerais na forma de areia,

materiais flutuantes, óleos e graxas.

O tratamento preliminar possui, como finalidade principal, proteger as unidades de

tratamento, prevenir e proteger os corpos receptores da poluição, prevenir a abrasão nos

dispositivos de transporte do esgoto, tais como as tubulações e as bombas, e também evitar o

entupimento nas tubulações.

No Tratamento Preliminar, existem unidades ou dispositivos específicos que são

empregados, que são:

Gradeamento;

Caixas de areia;

Tanques para remoção dos sólidos flutuantes;

Tanques para remoção de óleos e graxas.

As unidades ou dispositivos se iniciam com o Gradeamento, destinado a reter os sólidos de

maior tamanho ou chamados sólidos grosseiro que não foram diluídos ou não constituem

elementos a serem tratados na estação.

Os tipos de grades no gradeamento podem variar em função da tecnologia especificada ou

com os investimentos disponíveis para o tratamento. As grades simples apresentam a utilização

de funcionários para a limpeza manual e são destinadas a pequenas instalações ou para pequenas

comunidades.

Gradeamento simples

Fonte: http://jorcyaguiar.blogspot.com.br/2011_05_01_archive.html?view=classic

As grades mecanizadas são mais sofisticadas, possuem limpeza mecânica e são indicadas

para grandes instalações. Por serem mais sofisticadas, necessitam de uma maior manutenção,

elevando o custo de sua instalação e, por isso, geralmente são adotadas em instalações cujas

características justifiquem o investimento.

Gradeamento mecanizado

http://www.sigma.ind.br/produtos/grades-mecanizadas

No gradeamento, levando-se em consideração o espaço entre as barras da grade, elas são

classificadas como grosseiras de 40 a 100mm, médias de 20 a 40mm, finas de 10 a 20mm e

ultrafinas de 3 a 10mm.

Os modelos de grades conhecidas são as grades para canais, com profundidade até 2,5m.

Existem as grades mecanizadas, normalmente utilizadas como grade média para canais com nível

líquido até 2,0m.

A remoção e destino final do material gradeado são uma preocupação diária no tratamento

primário. Não se pode obstruir a entrada do efluente e, assim, a limpeza se torna constante. Nas

pequenas instalações o trabalho de limpeza é feita manualmente pelos funcionários responsáveis,

utilizando ferramentas simples, como os rastelos manuais, e o material retirado é enviado para os

aterros sanitários ou, dependendo se a localidade possuir tecnologia, podem ser incinerados. Nas

instalações de grande porte, os detritos são removidos mecanicamente, podendo ser incinerados,

digeridos ou enviados para algum tipo de tratamento.

Para eliminar óleos, graxas, gorduras ou outros materiais com densidade menor do que a

da água, o que as faz permanecerem na superfície do esgoto, utilizam-se caixas de separação,

dimensionadas de acordo com a densidade do material a ser recolhido (a concentração de

gordura dos esgotos pode variar entre 6 e 70mg/l. Esse material é originado no esgotos

doméstico, nos postos de gasolina e pequenos estabelecimentos industriais, em curtumes e

frigoríficos .

Estas substâncias também são chamadas de sólidos flutuantes, escuma ou gorduras e os

principais dispositivos para removê-los, primeiramente quando analisamos as residências, são as

caixas de Gordura Domiciliares, utilizadas antes do lançamento na rede coletora. Temos também

em estabelecimentos como indústrias e postos de gasolina, o Separador de Óleo.

Em unidades como um conjunto de residências ou indústrias, pode-se constituir uma

unidade de tratamento com Caixas de Gordura Coletivas.

Os Dispositivos de Remoção de Gordura em Decantadores, para o tratamento primário em

geral, são adaptados nos decantadores que possibilitam recolher o material flutuante em lugares

especificados para depois serem levados às unidades de tratamento do lodo.

Em algumas estações ou indústrias, temos os Tanques Aerados que são dispositivos que

injetam ar comprimido ao tanque, para aumentar ou auxiliar a flotação, que veremos mais

adiante, e aumentar a eficiência de todo o processo, tornando mais rápida a retirada destas

substâncias. São dispositivos dispendiosos e que necessitam além da energia elétrica uma

manutenção periódica.

Fonte: http://pt.slideshare.net/grupoagua/saneamento-basico-5987397

Caixas de areia

A segunda unidade corresponde aos desarenadores ou caixas de areia que são unidades

destinadas a reter areia ou outros detritos minerais mais pesados ou os inertes presentes nas

águas dos esgotos.

Os desarenadores evitam o acúmulo dos sólidos nos tanques de tratamento diminuindo seu

volume útil e o tempo de reação biológica. Nas caixas de areia são removidas as partículas com

diâmetros entre 0,1 a 0,4mm e em geral obtém-se 30 litros de areia para cada 1000m³ de esgoto

sanitário. Geralmente esta areia pode ser removida por raspadores de fundo.

Desarenador Convencional

Fonte: http://jorcyaguiar.blogspot.com.br/2011/05/tratamento-primario.html

As caixas de areia mais usadas são construídas de forma quadradas com altura

compreendida entre 1,0 e 1,6m. Nas Estações de grande porte geralmente são construídas caixas

de areia tipo profunda e de forma retangular. Existe também um dispositivo conhecido por bomba

parafuso acionada por um moto redutor e montada em uma calha feita de aço carbono ou inox.

Esta areia é lavada posteriormente e a água volta para a estação para tratamento enquanto a

areia pode ser descartada.

O destino do material retido nas caixas de areia no caso de ocorrer uma grande quantidade

de matéria orgânica que são capazes de causar um odor muito forte, o material deve ser

imediatamente levado ao aterro sanitário. A areia com baixa percentagem de matéria orgânica

pode ser aproveitada para ser levada a aterros, por exemplo, ou utilizada em leitos de secagem

de lodo.

O Tratamento Primário

Esta fase e a que vem logo a suir ao tratamento preliminar. Este tratamento é destinado à

remoção das impurezas sedimentáveis, a maioria dos sólidos em suspensão sedimentáveis e os

sólidos flutuantes através de mecanismos físicos e removendo de 30 a 40 % da DBO.

O processo primário básico é a decantação e os lodos retirados dos decantadores são

submetidos a um tratamento próprio. É aconselhável que as instalações para tratamento primário

possuam antes, unidades de tratamento preliminar com tratamento do lodo decantado.

Geralmente, temos o tratamento preliminar com as grades e caixas de areia, depois a

sedimentação nos decantadores primários, depois a digestão e secagem e disposição final do

Lodo.

Para as médias e grandes vazões, o dispositivo mais utilizado nas estações de tratamento

são os Decantadores Primários. Eles são empregados para remoção de sólidos sedimentáveis

antes de haver qualquer tratamento biológico bem como, para evitar a formação de depósitos de

lodo nos corpos receptores, quando não se possui nenhum tipo de tratamento seguinte.

A sedimentação floculenta ocorre nos decantadores primários onde as partículas em

pequena concentração formam partículas maiores e aumentando gradativamente a velocidade de

sedimentação onde todo o processo depende das características de floculação e da sedimentação

das partículas.

Os Sólidos em Suspensão são removidos nos decantadores primários em torno de 40 a

60% e 25 a 35%.da DBO e geralmente, nos decantadores primários podem existir dispositivos

para remover a gordura e a escuma que não foram removidas no tratamento preliminar onde vai

para um poço de escuma e depois, é encaminhado para os digestores ou para adensadores de

lodo, por bombeamento.

Classificação dos Decantadores

Os decantadores podem ser construídos de diversas formas levando-se em consideração o

projeto e a área onde será construída a estação bem como os investimentos necessários.

Em geral são construídos de acordo com a forma do tipo circular e retangular. De acordo

com o fundo construído pouco inclinado, inclinado com 1 a 4% e fundo com poço. De acordo com

o sistema de remoção de lodos pode ser mecanizado ou de limpeza manual e, de acordo com o

sentido de fluxo, horizontal ou vertical.

O elemento mais importante para o dimensionamento dos decantadores é a taxa de

escoamento superficial dada em m3/m2.dia.

As taxas muito elevadas levam a pequenas taxas de remoção da DBO e de sólidos em

suspensão. As taxas mais baixas levam a decantadores antieconômicos.

Para as pequenas vazões uma forma de tratamento a nível primário muito utilizado no

Brasil são as Fossas Sépticas e, um pouco menos, os Tanques Imhoff .

Nestes tipos de tratamento, os sólidos sedimentáveis são levados para o fundo onde com o

tempo, serão estabilizados pela ação dos microorganismos responsáveis por sua digestão.

Tratamento físico químico

Flotação

A flotação ou flotação por ar dissolvido envolve a dissolução do ar nas águas de esgoto

através da pressurização em um vaso de pressão. Quando o ar pressurizado é liberada na água

para o tanque de flutuação, a súbita diminuição da pressão faz com que o ar ao sair do solução na

forma de micro bolhas vai se juntar às partículas sólidas presentes nas águas e fazê-las flutuar.

Neste processo, ao contrário do que acontece na sedimentação onde as partículas em

suspensão irão se depositar no fundo do recipiente pela ação da gravidade e depois retiradas por

decantação. A flotação leva as partículas até a superfície da mistura. O resultado é uma esteira

flutuante das partículas sobre a superfície que é retirada depois.

A flotação operando sem o uso de coagulantes, que promovem a formação de flocos,

remove de 40 a 80% de sólidos em suspensão e óleos e graxas e com o uso de coagulantes

podem retirar cerca de 80 a 93% dos sólidos e 85% dos óleos e graxas.

Os tanques podem ser circulares ou em forma retangular.

A flotação pode ser comumente aplicada rotineiramente para separação de sólidos e

líquidos em esgotos domésticos para o pré tratamento de efluentes, ou na remoção de gorduras,

óleos e graxas. Ela também permite o controle e a remoção de gases e odores no esgoto devido a

oxigenação.

Os flotadores são usados como pré tratamento dos esgotos para redução de carga orgânica

(DBO). Pode ser usado também em um pós tratamento para a remoção de nutrientes, algas, cor e

turbidez.

Tratamento químico

O tratamento químico dos efluentes é usado principalmente para controlar os poluentes que

não foram removidos pelos processos biológicos convencionais e reduzir a carga orgânica antes

do tratamento biológico possibilitando a menor dimensão de uma Estação de Tratamento de

Esgotos.

Coagulação

Grande parte dos colóides presentes na água possuem carga negativa, resultante da

adsorção preferencial de íons negativos ou da ionização das suas moléculas e essas partículas

muito pequenas não são removidas por decantação simples e, dotadas de mesma característica

elétrica, a força de repulsão não permite a aglomeração e, para retirada destas partículas tem que

neutralizar as cargas negativas e a posterior aglutinação para que elas fiquem mais densas e

maiores e assim decantar mais rapidamente. Os coagulantes são os agentes químicos geradores

de cargas positivas que neutralizam os colóides.

O objetivo do tratamento é formar flocos mais pesados aumentando a velocidade de

decantação ou flotação retirando assim de forma mais eficiente as partículas nos efluentes. As

substâncias comumente utilizadas para são os sais de ferro, o sulfato de alumínio e a cal para

fornecer alcalinidade ou algum fator requerido para o tratamento.

A especificação da substância utilizada para o tratamento depende da capacidade da

estação, das características do esgoto, o custo da substância e a facilidade de obtenção.

Algumas substâncias agem de maneira mais eficiente nos esgotos. Uma análise criteriosa é

necessária para estabelecimento de um parâmetro. Em instalações com grandes vazões o uso do

sulfato férrico é mais vantajoso já em instalações de pequeno porte é mais interessante

substâncias fáceis de manusear e aplicar.

O sulfato férrico pode ser preparado na forma granular para facilitar o manuseio e o

armazenamento. Ele forma flocos sobre uma grande variação de pH, então, não é tão afetado por

estas mudanças presentes nos esgotos. Ele pode ser aplicado de forma seca ou adicionado na

forma de solução. Também nos esgotos encontramos uma série de substâncias alcalinas que

reagem com o sulfato férrico. Caso não sejam detectados sinais de alcalinidade, há a necessidade

de correção, com o uso de hidrato de cal.

O sulfato de alumínio possui coagulação com valores de pH entre 6,5 e 8,5. Ele forma

flocos com menos eficiência que o sulfato férrico.

A mistura ideal das substâncias nos esgotos é essencial para se obter um bom resultado

bem como economizar as substâncias. A agitação do esgoto através de peneiras ou chicanas nem

sempre é eficiente. Há a necessidade de um misturador mecânico ou a insuflação de ar, pois

algumas substâncias exigem uma agitação mais violenta do que outras e assim, deve ter um

controle e monitoramento para regular a quantidade de substâncias a serem adicionadas ao

esgoto.

A quantidade e dosagem das substâncias químicas dependem dos resultados requeridos,

pois os esgotos variam tanto na composição que não há como se estabelecer uma regra definida.

Existe aí necessidade de análises laboratoriais para podermos saber a quantidade necessária.

A diminuição da quantidade de reagentes nas estações de tratamento faz com que o

tratamento preliminar seja necessário para uma maior efetividade no tratamento primário. Muito

embora a qualidade do esgoto após o tratamento preliminar seja melhor, ainda permanecem

inalteradas as características poluidoras do esgoto. As substâncias orgânicas ainda presentes

devem ser retiradas com um método mais eficiente e de acordo com cada tipo de esgoto.

Este tratamento permite uma eficiência na ordem de 60% ou até mais, dependendo de

fatores como características dos esgotos, tipo de unidade de tratamento e operação das estações.

Aula 5

Tratamento Secundário

Normalmente, nas grandes Estações de Tratamento de Esgotos, o tratamento secundário

envolve um Processo Biológico Aeróbio (Oxidação) seguido de Decantação Secundária, e não

necessariamente é antecedido por um Tratamento Primário, e segue diretamente de um

Tratamento Preliminar. Desse modo, o tratamento biológico é uma das alternativas mais

econômicas e eficientes para a degradação da matéria orgânica de efluentes biodegradáveis pela

ação de agentes biológicos como bactérias, protozoários e algas.

No processo Reator ocorre a transformação da matéria orgânica em novos produtos

através da ação dos microorganismos, estabilizando a matéria orgânica até que ocorra a síntese

ou produção de novas células. Além dos principais microorganismos responsáveis pelo processo

serem as bactérias, outros organismos também estão envolvidos e presentes, como os

protozoários, as algas e alguns fungos.

Os reatores biológicos para tratamento de efluentes podem ser aeróbios ou anaeróbios em

função da ausência ou presença de oxigênio que determina os microrganismos. Ambos são

usados para redução de poluentes orgânicos (DBO), Nitrogênio (N) e Fósforo (P). Um efluente é

considerado passível de tratamento biológico quando a relação entre DQO e DBO é menor que 2.

O tratamento dos efluentes gera uma água com qualidade variável de acordo com a necessidade

e legislação.

É necessário todo um ambiente adequado para os microorganismos possam agir, tais como

disponibilidade de Oxigênio Livre, Concentração adequadas de Nutrientes, Temperatura, pH, entre

outros fatores básicos. No interior da célula dos microorganismos irá ocorrer a transformação da

matéria orgânica, através de processos de oxidação e síntese.

Os microorganismos produzidos são as novas células sintetizadas e são aquelas que darão

origem aos chamados “flocos biológicos”, juntamente com as impurezas em suspensão que a eles

serão agregados. Os flocos serão retirados nos Decantadores Secundários, também chamados de

Decantadores Finais, formando consequentemente o lodo secundário.

Lagoas de Estabilização

As lagoas de estabilização são sistemas de tratamento biológico em que a estabilização da

matéria orgânica é realizada pela oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação

anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas.

Estas são unidades de tratamento de águas residuais vantajosas sempre que existir

disponibilidade de terreno e área suficiente, pois apresentam reduzidos custos de implantação e

operação. O processo é simples, de fácil operação e sem necessidade de equipamentos elétricos e

mecânicos, e funcionam baseadas no processo biológico.

São os mais simples métodos que existem para tratamento de esgotos. São constituídas de

escavações rasas cercadas de taludes de terra. As principais vantagens de um sistema de lagoas

são a facilidade de construção, operação e manutenção e respectivos custos reduzidos, além da

sua satisfatória resistência a variações de carga. Uma grande desvantagem é a necessidade de

grandes áreas para a construção.

De acordo com a forma predominante pela qual se dá a estabilização da matéria orgânica,

e dependendo da área disponível, topografia do terreno e grau de eficiência desejado, podem ser

classificados em lagoas anaeróbias, facultativas, estritamente aeróbias ou de maturação.

Lagoas Anaeróbias

São projetadas sempre que possível em associação com lagoas facultativas ou aeradas.

Tem a finalidade de oxidar compostos orgânicos complexos antes do tratamento através de

lagoas facultativas ou aeradas. As lagoas anaeróbias não dependem da ação fotossintética das

algas, podendo assim ser construídas com profundidades maiores do que as outras lagoas,

variando de 2,0 a 5,0 metros. Removem cerca de 50% da DBO.

Lagoa anaeróbica seguida de lagoa facultativa (ao fundo)

Fonte: http://hidrocomeduardo.blogspot.com.br/2013/03/tratamento-de-esgoto-hidrocom-materiais.html

Lagoas Facultativas

Tem profundidades entre 1,0 a 2,0 metros e áreas relativamente grandes. Funcionam

através da ação de algas e bactérias sob a influência da luz solar (fotossíntese). São chamadas de

facultativas devido às condições aeróbias mantidas na superfície liberando oxigênio e às condições

anaeróbias mentidas na parte inferior onde a matéria orgânica é sedimentada. São as do tipo

mais usadas. O tempo de detenção é superior a 20 dias, e o processo se dá predominantemente

por bactérias facultativas. Removem cerca de 70 a 90% da DBO.

Lagoas Estritamente Aeróbias

O processo necessita de oxigênio e a profundidade das lagoas varia de 2,5 a 4,0 metros.

Os aeradores servem para garantir oxigênio no meio e manter os sólidos bem separados do

líquido (em suspensão). A qualidade do esgoto que vem da lagoa aerada não é adequada para

lançamento direto, pelo fato de conter uma grande quantidade de sólidos. Por isso, são

geralmente seguidas por outras, quando a separação dessas partículas pode ocorrer. Pela ação da

luz solar, transformam o gás carbônico em hidratos de carbono, libertando oxigênio, que é

utilizado de novo pelas bactérias e assim por diante. São, portanto, lagoas onde a oxidação e a

fotossíntese aparecem balanceadas ao limite de produzir completamente uma estabilização

aeróbia.

Lagoas de Maturação

Normalmente são empregadas como Tratamento Terciário. Servem como polimento para

efluentes das estações de tratamento de lodos ativados e lagoas facultativas. O principal objetivo

destas lagoas é a remoção de organismos patogênicos, e não da remoção adicional de matéria

orgânica. Diversos fatores contribuem para a remoção de patógenos, como temperatura,

insolação, pH, escassez de alimento, organismos predadores, competição, compostos tóxicos etc.

Vários destes mecanismos se tornam mais efetivos com menores profundidades da lagoa, o que

justifica o fato das lagoas de maturação serem mais rasas e consequentemente requererem

grande área de implantação. A eficiência das lagoas de maturação é expressiva principalmente em

termos de redução do número de bactérias (da ordem de 99%). Possui profundidade útil entre

0,80 e 1,20 metros.

Lodo Ativado

Lodo Ativado é o floco produzido num esgoto bruto ou decantado, pelo crescimento de

bactérias ou outros organismos, na presença de oxigênio dissolvido, e acumulado em

concentrações suficiente graças ao retorno de outros flocos previamente formados.

É um processo biológico no qual o esgoto afluente, na presença de oxigênio dissolvido,

pela agitação mecânica e pelo crescimento e atuação de microorganismos específicos, forma um

lodo biológico. Essa fase do tratamento objetiva a remoção de matéria orgânica biodegradável

presente nos esgotos. Após essa etapa, a fase sólida é separada da fase líquida em outra unidade

operacional denominada decantador.

Este processo de tratamento de esgotos apresenta vantagens como a exigência de pouca

área para implantação; maior eficiência e maior flexibilidade de operação; no entanto, apresenta

um custo operacional mais elevado; necessita de controle laboratorial diário, sendo uma operação

mais delicada.

O processo de lodo ativado é totalmente biológico, pois o esgoto afluente e o lodo ativado

são intimamente misturados, agitados e aerados em unidades chamadas tanques de aeração,

para logo após se separar o lodo tratado no decantador secundário. O lodo ativado separado

retorna para o processo ou é retirado para tratamento específico ou destino final, enquanto o

esgoto já tratado passa para o vertedor do decantador no qual ocorreu a separação. A aeração

pode ser por agitação mecânica por aeradores de superfície, dispersão de ar ou combinação dos

dois sistemas.

Tanque de Aeração - Lodos Ativados

Fonte: http://www.acquaeng.com.br/noticias/obra-em-turn-key-e-finalizada-no-nordeste/

Filtração Biológica Aeróbia

Na verdade, o processo não realiza qualquer operação de peneiramento ou filtração. No

interior da unidade vai existir um meio de enchimento, que pode ser de pedra britada, anel

plástico ou colmeia plástica, no qual os microorganismos que promovem a transformação da

matéria orgânica irão se fixar.

Essa matéria orgânica é estabilizada por via aeróbia, por meio de bactérias que crescem

aderidas ao suporte. Usualmente, o esgoto é aplicado por meio de braços giratórios. O fluxo

contínuo do esgoto, em direção ao fundo do tanque, permite o crescimento bacteriano na

superfície do meio suporte, possibilitando a formação de uma camada biológica, denominada

biofilme. O contato do esgoto com a camada biológica possibilita a degradação da matéria

orgânica. A aeração desse sistema é natural, ocorrendo nos espaços vazios entre os constituintes

do meio suporte.

O mecanismo do processo é caracterizado pela alimentação e percolação contínua de

esgoto através do meio suporte. A continuidade a passagem dos esgotos nos interstícios promove

o crescimento e a aderência da massa biológica na superfície do meio suporte. Esta aderência é

favorecida pela predominância de colônias gelatinosas, denominadas de “zoogleas”, mantendo

suficiente período de contato da biomassa com o esgoto.

É necessária a colocação de decantador secundário após o filtro biológico, uma vez que a

biomassa agregada ao material de enchimento se desprende com o tempo, devido ao próprio

aumento na espessura da camada biológica e também à ação do líquido sobre a camada.

Nos filtros biológicos, bem como nas estações de lodo ativado, ocorre normalmente a

recirculação do lodo. As vantagens da recirculação do lodo são:

· maior período de contato, semeando o Filtro Biológico completamente ao longo de sua

profundidade, com uma variedade de organismos;

· redução do odor e de moscas;

· redução da formação de escumas nos decantadores primários;

· maior qualidade do efluente após o decantador secundário.

Processos Anaeróbios

Aparentemente nova, a solução é considerada uma das mais antigas e surgiu com a

evolução dos filtros biológicos convencionais. O filtro anaeróbio está contido em um tanque de

forma cilíndrica ou prismática de seção quadrada, com fundo falso para permitir o escoamento de

efluente do tanque séptico.

O filtro anaeróbio é um processo de tratamento apropriado para o efluente do tanque

séptico, por apresentar resíduos de carga orgânica relativamente baixa e concentração pequena

de sólidos em suspensão. Consistem de tanques com leito de pedras ou outro material suporte

para desenvolvimento de microrganismos. Entre os fenômenos que ocorrem no filtro anaeróbio

temos a retenção por contato com o biofilme, sedimentação forçada de sólidos de pequenas

dimensões, partículas finas e coloidais e ação metabólica dos microrganismos do biofilme sobre a

matéria dissolvida. As pequenas britas que o compõem retêm em sua superfície as bactérias

anaeróbias (criando um campo de microrganismo), responsáveis pelo processo biológico,

reduzindo a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO).

São indicados para esgotos com contaminantes predominantemente solúveis, pois quanto

maior a quantidade de contaminantes particulados, os sólidos suspensos, maior a possibilidade de

entupimento. Podem ser construídos com fluxo ascendente, descendente ou horizontal. A

eficiência de redução de DBO pode variar de 40 a 75%, para DQO de 40 a 70%; para sólidos

suspensos, de 60 a 90% e para sólidos sedimentáveis, 70% ou mais.

Os filtros anaeróbios apresentam efluentes clarificados e com baixa concentração de

matéria orgânica. Não consomem energia, removem matéria orgânica dissolvida, têm baixa

produção de lodo, a água tratada presta-se para disposição no solo, resistem bem às variações de

vazão afluente, a construção e operação são simples, não necessitam de lodo inoculador nem

recirculação de lodo. Entre as desvantagens citam-se a produção de um efluente rico em sais

minerais e risco de entupimento.

A fossa séptica serve como tanque de retenção/sedimentação para tratamentos

preliminares de água e os filtros anaeróbios como redutores de DBO (demanda biológica de

oxigênio), carga orgânica e nutrientes. São equipamentos que funcionam normalmente sem gasto

de energia, por gravidade. O filtro anaeróbio é uma tecnologia conhecida, eficiente e robusta,

capaz de obter reduções substanciais redução de DBO.

Tratamento do Lodo

Os sólidos suspensos, lodo produzido diariamente correspondente à reprodução das células

que se alimentam do substrato, devem ser descartados do sistema para que este permaneça em

equilíbrio. O lodo excedente extraído do sistema é dirigido para a seção de tratamento de lodo. O

lodo retido nas diversas fases dos Tratamentos Primário e Secundário, sofrem os seguintes tipos

de tratamento, na sequência:

· Adensamento do Lodo;

· Digestão Anaeróbia do Lodo;

· Secagem do Lodo;

· Disposição do Lodo.

Adensamento do Lodo

Etapa na qual ocorre a estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica

presente no lodo fresco. Possui como principal finalidade reduzir o volume a processar, e

consequentemente reduzir os custos de implantação e operação das unidades de digestão e

secagem. O adensamento pode estabilizar total ou parcialmente as substâncias instáveis e matéria

orgânica presentes no lodo fresco, reduzindo o volume do lodo através dos fenômenos de

liquefação, gaseificação e adensamento, tornando suas características favoráveis em relação a

redução de umidade que permitir a sua utilização, quando estabilizado, como fonte de húmus ou

condicionador de solo para fins agrícolas.

A estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica presente no lodo fresco

também pode ser realizada através da adição de produtos químicos. Esse processo é denominado

estabilização química do lodo.

Normalmente o líquido removido é retornado para o tratamento primário da ETE, em

alguns casos pode ser lançado a montante do tratamento biológico.

Digestão Anaeróbia do Lodo

Etapa na qual ocorre a estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica

presente no lodo fresco. Corresponde a um processo de decomposição anaeróbia, conduzido sob

condições controladas onde a matéria orgânica é convertida principalmente em gás metano (CH4)

e gás carbônico (CO2). A digestão é realizada com as seguintes finalidades: destruir ou reduzir os

microrganismos patogênicos; estabilizar total ou parcialmente as substâncias instáveis e matéria

orgânica presentes no lodo fresco; reduzir o volume do lodo através dos fenômenos de liquefação,

gaseificação e adensamento; dotar o lodo de características favoráveis à redução de umidade e

permitir a sua utilização, quando estabilizado convenientemente, como fonte de húmus ou

condicionador de solo para fins agrícolas.

A estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica presente no lodo fresco

também pode ser realizada através da adição de produtos químicos. Esse processo é denominado

estabilização química do lodo, e utiliza de produtos como: cloreto férrico, cal, sulfato de alumínio e

polímeros orgânicos. O condicionamento químico, usado antes dos sistemas de desidratação

mecânica, tais como centrifugação, filtração por filtro prensa ou belt press, resulta na coagulação

de sólidos e liberação da água adsorvida.

Os digestores são grandes tanques cobertos, geralmente de formato circular, onde ocorre a

estabilização do lodo pelo processo anaeróbio. Nos digestores o lodo é introduzido de forma

contínua ou intermitente e aí permanece durante certo tempo. O lodo estabilizado é retirado

também de forma contínua ou intermitente do digestor, sendo que os organismos patogênicos são

em grande parte removidos.

Tipos de Digestores

· Normal: onde não ocorre a mistura interna do lodo fresco com o existente, nem

aquecimento e com tempo de detenção que varia de 30 a 60 dias;

· Alta Taxa: onde ocorre a mistura interna do lodo fresco com o existente, com

aquecimento e o tempo de detenção é menor do que 15 dias.

As condições para uma boa digestão são:

· adição de lodos frescos;

· pH favorável (7,0 a 7,4);

· temperatura conveniente (ótima entre 30 e 35º C);

· agitação do lodo.

Secagem do Lodo

Após a digestão do lodo, este ainda possui teores de umidade em torno de 96 %, ou seja,

somente 4% de sólidos. Nesta etapa é feita a secagem do lodo, podendo ser feita através de meio

natural como os leitos de secagem localizados ao ar nos tanques retangulares ou artificial com o

uso de Secador Térmico, como um Filtros Prensa ou Centrífugas A Secagem do Lodo é um

processo de redução de umidade através de evaporação de água para a atmosfera com a

aplicação de energia térmica, podendo-se obter teores de sólidos da ordem de 90 a 95%. Com

isso, o volume final do lodo é reduzido significativamente.

Disposição do Lodo

O lodo tem como destino final normalmente os aterros sanitários, principalmente os

oriundos dos tratamentos primário e secundário. Alguns tipos de lodo já estabilizados que não

possuem patogênicos em abundância podem ser empregados para outros usos, como aterros de

parques e aplicação no solo, como fertilizantes.

AULA 6

Estabilização

Os sistemas de lagoas de estabilização naturais ou artificiais constituem-se na forma

mais simples para tratamento de esgotos, apresentando diversas variantes com diferentes

níveis de simplicidade operacional e requisitos de área através de processos naturais de

decomposição.

Bactérias e algas são os seres vivos que habitam as lagoas, coexistindo em um

processo de simbiose e, desta forma, tratando os esgotos através da decomposição da

matéria orgânica pelas bactérias. O processo se baseia nos princípios da respiração: as

algas existentes no esgoto na presença de luz produzem o oxigênio que é liberado através

da fotossíntese.

Esse oxigênio dissolvido é utilizado pelas bactérias aeróbicas (respiração) para se

alimentarem da matéria orgânica em suspensão e dissolvida presente no esgoto. O

resultado é a produção de sais minerais (alimento das algas) e de gás carbônico.

A DBO é a quantidade de oxigênio dissolvido, necessária aos microorganismos, na

estabilização da matéria orgânica em decomposição, sob condições aeróbias. Nas

condições normais de tratamento por lodos ativados, a biomassa retirada do sistema

contém grande quantidade de matéria orgânica, necessitando de uma etapa posterior

para sua estabilização.

Lagoa de estabilização

Fonte: http://o2engenharia.com.br/index.php/atuacao/projetos

Em geral, a eficiência do tratamento por lodos ativados depende da quantidade de

matéria orgânica contida no efluente, do tempo de contato do efluente com o lodo ativo e

do tempo de detenção hidráulico. Num efluente, quanto maior a quantidade de matéria

orgânica biodegradável maior é o índice de DBO, e este também é proporcional ao tempo,

ou seja, quanto maior o tempo, mais matéria orgânica biodegradável é decomposta pela

atividade aeróbica das bactérias. Cinco dias são usados como tempo padrão nas medidas

de DBO de uma água ou efluente. No teste de medição, a amostra deve ficar incubada a

20oC, durante cinco dias.

A matéria orgânica em suspensão (DBO particulada) tende a sedimentar, vindo a

constituir o lodo de fundo, na zona anaeróbia, que sofrerá processo de decomposição por

microorganismos anaeróbios, sendo convertido lentamente em CO2, água, metano e

outros. Após um período de tempo, apenas a fração inerte (não biodegradável)

permanece na camada de fundo. O gás sulfídrico gerado não causa problema de mau

cheiro, pelo fato de ser oxidado, por processos químicos e bioquímicos, na camada

aeróbia superior.

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. Nesta zona, a matéria orgânica é oxidada por meio de respiração aeróbia. Há a

necessidade da presença de oxigênio, o qual é suprido ao meio pela fotossíntese realizada

pelas algas.

Tem-se, então, um perfeito equilíbrio entre o consumo e a produção de oxigênio e gás

carbônico. As bactérias consomem O2 e produzem CO2 e as algas através da fotossíntese

produzem O2 e consomem CO2. A zona facultativa é aquela intermediária onde pode

ocorrer a presença ou ausência de O2.

Digestão anaeróbia e aeróbia

Como também já mencionado em aulas anteriores, se tratando de reações de

natureza biológica, a velocidade de decomposição do esgoto aumenta de acordo com a

temperatura, sendo a faixa ideal para atividade biológica contida entre 25 e 35ºC, sendo

ainda 15ºC a temperatura abaixo da qual as bactérias formadoras do metano se torna

inativo na digestão anaeróbia. Dentro dos tanques sépticos (fossas), por exemplo, ocorre

a digestão anaeróbia.

Havendo oxigênio livre (dissolvido), são as bactérias aeróbias que promovem a

decomposição. Na ausência do oxigênio, a decomposição se dá pela ação das bactérias

anaeróbias. A decomposição aeróbia diferencia-se da anaeróbia pelo seu tempo de

processamento e pelos produtos resultantes.

Em condições naturais, a decomposição aeróbia necessita três vezes menos tempo

que a anaeróbia e dela resultam gás carbônico, água, nitratos e sulfatos, substâncias

inofensivas e úteis à vida vegetal. O resultado da decomposição anaeróbia é a geração de

gases como o sulfídrico, metano, nitrogênio, amoníaco e outros, geralmente, gases

malcheirosos.

A digestão anaeróbia (ou anaeróbica) é um processo de decomposição de matéria

orgânica por bactérias em um meio onde não há a presença de oxigênio gasoso. Este

método é usado há muito tempo pelo homem mesmo antes dele descobrir de que se

tratava ou mesmo de saber sobre a existência dos microorganismos responsáveis por isso.

Unidade de Digestão Anaeróbia

Fonte:

http://www.valnor.pt/AValnor/Interven%C3%A7%C3%A3o/UnidadedeDigest%C3%A3oAnaer%C3%B3bia/tabid/184/lan

guage/en-US/Default.aspx

Na digestão anaeróbia ocorrem diversos processos que juntos resultam na

decomposição da matéria: a primeira fase é a liquefação ou hidrólise onde o material

orgânico complexo é transformado em compostos dissolvidos ou matéria orgânica volátil;

a segunda fase é a gaseificação que pode ser subdividia em duas fases fermentação ácida

ou acidogênese, onde os compostos são transformados em ácidos orgânicos voláteis

(fórmico, acético, propiônico, butírico e valérico), e a fermentação acetogênica ou

acetogênese, onde os produtos da subfase anterior são transformados em acetato,

hidrogênio e monóxido de carbono; a terceira e última fase é a metanogênese, onde os

produtos da acetogênese são transformados, principalmente em metano (CH4), embora

também sejam gerados outros gases.

Alguns processos para a digestão anaeróbia em estações de tratamento de esgoto

são: lodo ativado, filtro biológico, lagoas anaeróbias e reatores anaeróbios, entre outros,

para a decomposição e tratamento de esgoto em primeiro plano, não para a obtenção de

biogás.

Biodigestor

Fonte: http://www.snatural.com.br/Bio-Digestores-Tratamento-Agua.html

Cabe lembrar que a digestão anaeróbica é uma reação biológica, realizada

basicamente em três estágios por bactérias, tais como Archeo-bacter, Suphovibryum,

Thiobacius Sulphuricans, Acetobacter e Metaníferas, e na total ausência de oxigênio. O

Grupo de bactérias fundamental nesse processo é o grupo de bactérias Metanogênicas,

que atuam na última etapa, metabolizando o Ácido Acético e excretando Metano (CH4). Os

estágios de produção do metano são:

Estágio 1 - Nesse primeiro estágio, a Matéria Orgânica é convertida em moléculas

menores pela ação de bactérias hidrolíticas e fermentativas. As primeiras quebram as

cadeias proteicas, em peptídeos e aminoácidos (originando amônia), monossacarídeos e

polissacarídeos; gorduras e fosfolipídios, em ácidos graxos, pela ação de enzimas

extracelulares, como a protease, a amilase e lípase. As segundas, bactérias fermentativas,

transformam esses produtos em ácidos solúveis (ácido propiônico e butílico, por exemplo),

álcool e outros compostos. Nessa etapa também são formados: dióxidos de carbono

(CO2), gás hidrogênio (H2) e ácido acético (CH3COOH).

Estagio 2 – Nessa etapa, bactérias Acetogênicas metabolizam os produtos obtidos na

primeira etapa, e excretam ácido acético (CH3COOH), hidrogênio (H2) e dióxido de

carbono (CO2). Essas bactérias são facultativas, ou seja, elas podem atuar tanto em meio

aeróbico, como anaeróbico. O oxigênio necessário para efetuar essas transformações, é

retirado dos próprios compostos que constituem o material orgânico.

Estagio 3 – A última etapa na produção do biogás é a formação de metano pelas

bactérias Metanogênicas, que transformam o hidrogênio (H2) e o ácido acético

(CH3COOII) em metano (CH4) e (CO2). Essas bactérias são obrigatoriamente anaeróbicas

e extremamente sensíveis a mudanças no meio, como temperatura e PH (sendo ideais

30ºC e PH 8). As bactérias envolvidas na formação do biogás atuam de modo simbiótico.

As bactérias que produzem ácido Acético (Acetobacteres) geram os produtos que serão

consumidos pelas bactérias Metanogênicas. Sem esse consumo, o acúmulo excessivo de

substâncias tóxicas (ácidos) afetará o metabolismo das bactérias produtoras de Biogás,

matando-as.

Alguns fatores influenciam na produção do biogás, uma vez que a produção de biogás

é toda feita por Bactérias, já que os fatores que afetam seu metabolismo, ou

sobrevivência das mesmas, irão afetar diretamente a produção do biogás. Alguns dos mais

importantes e que devem ser controlados são:

O processo desenrola-se na ausência de ar - as bactérias Metanogênicas são

essencialmente anaeróbias, portanto, o biodigestor deve ser perfeitamente

vedado. A decomposição de matéria orgânica na presença de ar (oxigênio) irá

produzir apenas dióxido de carbono (CO2).

Temperatura - as bactérias produtoras do biogás, em especial as que produzem

metano, são muito sensíveis a alterações de temperatura (são termosensíveis);

a Faixa ideal para a produção de biogás é de 30ºC a 45ºC (bactérias

mesofílicas). Também se pode obter biogás com biodigestores trabalhando na

faixa de 50ºC a 60ºC (bactérias termofílicas), mas a temperatura deve

permanecer constante. Não deve haver variações bruscas de temperatura, pois

as bactérias não sobrevivem ao choque térmico e, portanto, a produção de

biogás diminui consideravelmente.

Alcalinidade e PH - a acidez ou alcalinidade do meio é indicada pelo seu fator

PH; a alcalinidade é uma medida da quantidade de carbonato de cálcio,

carbonato de magnésio ou seus equivalentes na solução em digestão. É fator

importante porque, conforme as bactérias e fungos produzem ácidos, o que

implica em uma diminuição do PH, os carbonatos reagem com esses ácidos, o

que leva a uma neutralização da acidez (efeito tampão do carbonato).

As Bactérias que produzem o metano sobrevivem numa faixa estreita de ph (7 a 9).

Assim, enquanto as bactérias acidofilicas (estágios 1 e 2 da digestão anaeróbica)

produzem ácidos, as bactérias produtoras de metano, consomem esses ácidos, mantendo

o meio alcalino. Como as reações envolvidas nos estágios 1 e 2 são mais rápidas que a

produção do metano, ao se iniciar a produção do biogás, é necessário que já exista uma

população de bactérias metanogênicas presentes.

Os processos de biodigestão para geração do biogás, como forma de obtenção de

energia, podem ser divididos por biodigestores “em batelada” ou biodigestores

“contínuos”, que, por sua vez, se dividem em vários modelos dentre os quais podemos

citar: o modelo indiano, que foi o primeiro a ser usado, o modelo chinês, o modelo,

paquistanês, tailandês, coreano, filipino, o de deslocamento vertical e o modelo em

plástico flexível.

Em sistemas de digestão aeróbia são utilizados aeradores mecânicos ou difusos que

promovem a mistura e fornece o oxigênio necessário a biomassa, seu principal benefício é

o menor tempo requerido para o processo e, portanto apresenta menor volume do

tanque, porém deve-se mencionar que o custo energético é maior. Henrique explica que

em ambos os processos o fenômeno é muito similar, ou seja, o lodo ainda muito ativo e

com excesso de matéria orgânica é enviado ao digestor, ficando submetido à condição de

pouco alimento, no caso fazendo referência ao material presente na água residuária já

previamente removido no tratamento da fase líquida.

Lagoa aerada aeróbica – ETE Tambaú

Fonte: http://infraestruturaurbana.pini.com.br/solucoes-tecnicas/26/estacoes-compactas-280963-1.aspx

Desidratação

Os despejos industriais pós-tratamento produzem um lodo que deve ser disposto de

maneira que não afete o meio ambiente. Esse lodo possui grande teor de umidade a qual

deve ser removida para facilitar principalmente o transporte e destinação final. O processo

de desidratação serve para remover essa umidade relativa que se encontra presente no

lodo, com o uso de equipamentos tais como centrífuga, filtro prensa ou belt press.

Os processos mecânicos de desidratação do lodo necessitam de alguns pré-requisitos

para que o lodo seja convenientemente desidratado. Normalmente, o lodo, após passar

por um adensador, é encaminhado para o condicionamento químico, que deve ser

adaptado a cada tipo de lodo, em função da sua composição físico-química e estrutural e

da técnica de desidratação a ser utilizada; já os sistemas de processos naturais

constituídos, basicamente, de leitos de secagem e lagoas de secagem, são bastante

utilizados em sistemas de tratamento simplificados, situados em locais com clima

semelhante ao do Brasil.

Os leitos de secagem são unidades de tratamento, geralmente projetadas e

construídas em forma de tanques retangulares, que têm por objetivo desidratar, por meios

naturais, o lodo digerido. São operados em regime de batelada, sendo que a remoção do

lodo seco, antes da aplicação de cada nova batelada, é necessária para o bom

funcionamento do leito. Inicialmente, a percolação é o processo que mais contribui na

remoção da água; todavia, a percolação só é viável até que o lodo atinja,

aproximadamente, teor de sólidos de 20%, de modo que a evaporação é essencial para se

obter lodo com teor mais elevado de sólidos.

O emprego do processo de secagem do lodo a partir de leitos de secagem tem sido

considerado a alternativa mais coerente, por motivos técnicos e econômicos, quando

utilizada em estações de tratamento que empregam reatores UASB. Destaca-se, também,

que a secagem natural do lodo resulta em um produto com baixo teor de água, o que

facilita, sobremaneira, sua remoção e transporte, e possível ausência de patogênicos,

acarretada pela exposição ao sol.

Essas considerações possibilitam a alternativa de utilização do lodo seco na

agricultura; todavia, o processo de desidratação de lodo em leitos de secagem não é

muito bem definido, existindo uma lacuna quanto ao perfeito entendimento dos

fenômenos que englobam a secagem do lodo e dos parâmetros que possam ser tomados

para o dimensionamento do leito.

A própria Norma Brasileira 12209/90, que fixa as condições para o tratamento do

lodo, não possui critérios que levem em conta as características do lodo ou da região em

que o leito de secagem vai ser construído.

Para empresas que geram pequena quantidade de lodo, uma das alternativas mais

viáveis para redução da umidade é o sistema de leito de secagem. Os leitos de secagem

são de baixo custo de construção e destinam-se a receber o lodo oriundo de processos

biológicos, para promover a redução da umidade, através da drenagem e evaporação da

água liberada durante o processo de secagem.

O lodo biológico, após secagem, gera um resíduo sólido que, ao atender critérios

agronômicos, sanitários e de metais pesados, poderá ter como destinação final à

reciclagem agrícola.

A escolha dentre os métodos de secagem depende das características do lodo a ser

tratado, das vantagens e desvantagens de cada equipamento e do custo.

Dentre os diversos processos disponíveis de disposição do lodo, destaca-se o

encapsulamento com vias de desidratação, através do uso de tubos geotêxteis. Essa

solução resulta em benefícios técnicos, operacionais e econômicos, que viabilizam de

maneira limpa e sistemática a disposição dos resíduos dentro de tais tubos, capazes de

filtrar o líquido proveniente do lodo, tornando a parte sólida totalmente encapsulada e

passível de tratamento na condição de resíduo sólido.

Esses tubos geotêxteis são confeccionados em geotêxtil tecido de elevada resistência

mecânica, inerte à degradação biológica e resistente a ataques químicos (álcalis e ácidos)

com dimensões finais adequadas para atender à disponibilidade de espaço.

O processo de desidratação inicia com o bombeamento do lodo devidamente floculado

para o interior do tubo geotêxtil através de seus bocais de enchimento e o tubo, por sua

vez, permite o escoamento da fração líquida através de seus poros retendo a fase sólida

no seu interior; reduzindo assim o volume total do material inserido e aumentando a

porcentagem de matéria sólida desidratada.

Após atingir o teor de umidade desejado, o material sólido confinado no tubo geotêxtil

poderá ser disposto em aterros sanitários e/ou industriais para descarte final ou

reutilização como um subproduto. Caso os tubos geotêxteis, dispostos horizontalmente ou

em pilhas, ocupem grandes áreas, após o processo de desidratação e uma vez

consolidados, podem ser encapsulados definitivamente por uma camada espessa de solo,

a fim de criar uma área passível de remediação.

Tubos geotêxteis

Fonte: http://www.saneatech.com.br/servicos.php

A decomposição do esgoto é um processo que demanda vários dias, iniciando-se com

uma contagem elevada de DBO, que vai decrescendo e atinge seu valor mínimo ao

completar-se a estabilização. A determinação da DBO é importante para indicar o teor de

matéria orgânica biodegradável e definir o grau de poluição que o esgoto pode causar ou

a quantidade de oxigênio necessária para submeter o esgoto a um tratamento aeróbio.

Lodo consolidado após desidratação

Fonte: http://www.saneatech.com.br/servicos.php

Da mesma forma que ocorrem nas outras estruturas de tratamento, são realizados

vários tipos de análises, onde são levantados dados a respeito de PH, Temperatura,

Sólidos Totais, Sólidos Totais dissolvidos, Sólidos Suspensos, Sólidos Sedimentáveis,

DBO5, DQO, Coliformes Fecais e Coliformes Totais.

AULA 7

Tratamento local

No Brasil, temos boa parte da população sem rede de esgoto nas suas cidades. O método

tradicionalmente utilizado por estas populações é o tratamento local com o uso de fossas, filtros e

sumidouros.

Em comunidades pequenas e médias, onde não existe rede coletora de esgoto, as soluções

locais e individuais para tratamento e destino final dos esgotos domésticos são particularmente

adotadas.

O tratamento local pode ser assim chamado quando nas instalações individuais os

responsáveis pelo uso e manutenção é o próprio usuário. Muitas vezes, os próprios usuários não

possuem conhecimentos específicos sobre o funcionamento dos dispositivos que utilizam. Em

muitos casos, podem estar causando danos ao meio ambiente e à própria comunidade.

Quando não há um sistema de abastecimento, por exemplo, na zona rural dos municípios,

podem ser adotadas algumas soluções para que se resolva o problema do esgotamento sanitário.

Uma delas é a chamada Privada com Fossa Seca, que possui uma casinha e uma fossa seca

escavada no solo que vai receber somente as fezes sem o uso de água.

Com o passar do tempo, as fezes retidas no interior vão se decompondo através do

processo de digestão anaeróbia. Elas devem ser construídas em locais onde não possa haver

enchentes e desmoronamentos, o mais longe possível dos poços e fontes e sempre situadas em

uma cota inferior para que não exista a possibilidade de contaminação dos mananciais.

Corte de uma fossa seca tradicional

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/SBER4.html

As vantagens do uso desta fossa é o baixo custo, não há o uso de água, a manutenção é

muito simples, pode ser construída em vários tipos de terrenos, pode ser construída com diversos

materiais e é aplicável para comunidades com média e baixa densidade. As desvantagens é que

ela pode contaminar o solo e não é aplicável para a alta densidade demográfica.

A massa orgânica dentro da fossa irá sendo consumida pelas bactérias até atingirem um

volume muito grande. Neste caso, o volume deverá ser retirado e levado para um destino final

apropriado ou em muitos casos simplesmente será tapado e construído em outro lugar.

Outra tipo é a Privada com Fossa Estanque que consiste em um tanque destinado a receber

os dejetos também sem a descarga de água porém, é indicada geralmente em locais onde o

lençol freático é muito superficial, também em terrenos rochosos ou muito duros. O tanque deste

tipo de fossa deverá ser construído em alvenaria ou concreto e devidamente impermeabilizado. A

vantagem em relação à fossa seca simples é que não há a possibilidade de contaminação do solo,

pois após algum tempo, o material é retirado do tanque e dado um destino adequado ao mesmo,

não havendo também necessidade de mudança de local.

Fossa estanque

Fonte: Manual de saneamento, 2006.

A Privada com fossa de fermentação conhecida também como tipo Cynamon, é projetada

com duas câmaras contíguas e independentes onde vão receber os dejetos da mesma forma que

ocorre nas privadas de fossa seca. Ela é indicada para outros tipos de terrenos onde a construção

de privada de fossa seca não é indicada.

De acordo com o tipo de solo, as privadas de fermentação poderão ter tanques enterrados,

semienterrados, ou totalmente construídos na superfície do terreno. O revestimento das câmaras

é em função das características do solo e da área de locação da privada e nos terrenos onde pode

haver alagamentos e perto de poços, as paredes e o fundo deverão ser construídos de concreto

ou de tijolos com impermeabilização feita de argamassa de cimento e a estrutura da casinha pode

ser do mesmo tipo da privada de fossa seca.

Como vantagem, ela pode ser aplicada em locais de lençol freáticos próximo da superfície,

porque a profundidade das câmaras é de apenas 1,00m e também pode ser aplicada em terrenos

rochosos em que a escavação poderá ser mais rasa com câmaras semienterradas e possui

duração maior que a fossa seca sendo uma solução praticamente definitiva.

O processo de tratamento se dá da seguinte maneira, observando-se a figura abaixo.

Especificando como sendo I e II as duas câmaras, primeiro isolar a câmara II, vedando a

respectiva tampa no interior da casinha e usar a câmara I, até esgotar a sua capacidade. Após a

câmara I ficar cheia, será isolada e o material acumulado sofrerá fermentação natural. Será usada

então a câmara II, até esgotar a sua capacidade. Durante o período de uso, o material da câmara

I terá sido mineralizado então, deve- se retirar o material da câmara I, removendo as respectivas

tampas externas recolocando-as após.

Durante a limpeza, deve-se deixar pequena quantidade de material já fermentado para

auxiliar o reinício da fermentação. Após isto, repetir o processo.

Fossa Cynamon

Fonte: Manual de saneamento, 2006.

Onde a comunidade possui água encanada, pode ser adotado o Tanque Séptico ou Fossa

Séptica cujo destino final do efluente pode ser para um Sumidouro, Vala de Infiltração ou Vala de

Filtração.

O Tanque Séptico também pode ter o efluente passando por um Filtro Biológico

antes de ir para o destino final.

O Tanque Séptico possui a uma ou mais câmaras fechadas para deter os esgotos

domésticos por um tempo estabelecido para permitir a decantação dos sólidos e a retenção do

esgoto tratando bioquimicamente e o modificando em substâncias e compostos mais simples e

estáveis.

Economicamente o tanque séptico é recomendado para até 100 habitantes e que as

unidades domiciliares possuam um suprimento de água. No processo de retenção, o esgoto passa

um tempo na fossa por um período determinado variando de 12 a 24 horas, mas depende das

contribuições de esgoto.

Ao mesmo tempo, durante a retenção ocorre uma sedimentação cerca de 60 a 70% dos

sólidos em suspensão formando-se o lodo.

Parte dos sólidos não decantados, formados por óleos, graxas, gorduras e outros materiais

misturados com gases é retida na superfície livre do líquido, no interior do tanque séptico

possuindo o nome de escuma. Já a digestão tanto o lodo como a escuma é efetuada pelas

bactérias anaeróbias e que promovem uma destruição total ou parcial dos organismos

patogênicos. Deste processo de digestão resultam gases, líquidos e uma grande redução de

volume dos sólidos retidos e digeridos que se estabilizam permitindo que o efluente líquido do

tanque séptico possa ser lançado em segurança bem melhores do que as do esgoto bruto.

O tanque séptico é feito para receber os despejos de cozinhas, lavanderias, vasos

sanitários, chuveiros, ralos de piso e outros. Para as canalizações provenientes de cozinhas é

necessária a instalação de caixa de gordura e não pode haver qualquer despejo que possa causar

condições problemas ao bom funcionamento dos tanques sépticos ou que possam ter um alto

índice de contaminação.

Tanque séptico

Fonte: ABNT NBR 7229/93

O Filtro anaeróbico é uma solução tradicional e aparece junto aos filtros biológicos

convencionais. Ele é formado por um leito de brita nº 4 dentro de um tanque geralmente de forma

cilíndrica ou prismática com seção quadrada e, com fundo vazado para permitir o escoamento de

esgoto do tanque séptico, O filtro anaeróbio é um processo de tratamento apropriado para os

esgotos do tanque séptico pois apresenta resíduos de carga orgânica e concentração de sólidos

em suspensão relativamente baixa.

Fonte: http://www.habitissimo.com.br/orcamentos/minas-gerais/santa-luzia/outros-trabalhos-construcao-fossas-septicas-58

É na superfície das britas que as bactérias anaeróbias, na forma de um conjunto de

microrganismos, que o processo biológico ocorre, reduzindo a Demanda Bioquímica de Oxigênio

(DBO).

Filtro anaeróbico Fonte: http://www.macae.rj.gov.br/midia/conteudo/arquivos/1397515917.pdf

Os poços absorventes ou sumidouros são escavações feitas no terreno para receber os

efluentes do tanque séptico, que vão se infiltrando no solo geralmente pelo fundo ou pelas

laterais. Para termos as dimensões dos sumidouros tem-se que saber a capacidade de absorção

do solo.

Eles devem ser construídos de alvenaria de tijolos ou de anéis pré moldados de concreto.

Podem ter enchimento de cascalho, coque ou brita no fundo com altura igual ou maior que 0,50m

e deve ficar ao nível do terreno, feito em concreto armado e com abertura de inspeção com

fechamento eficiente.

Sumidouro

Fonte: Manual de saneamento, 2006.

Os Valos de infiltração são um conjunto de canalizações colocadas a uma profundidade

determinada onde a absorção do esgoto efluente do tanque séptico se dará através do solo.

Quando o líquido infiltrar através do solo vai propiciar o processo de mineralização dos esgotos,

antes que se transformem em uma fonte de contaminação dos lençóis freáticos e superficiais.

Alguns fatores devem ser observados para a instalação de como por exemplos, devem ser

assentados em tubos de drenagem com no mínimo 100mm de diâmetro e a tubulação deve ser

envolvida em um material filtrante apropriado e deve haver pelo menos duas valas de infiltração

para disposição do efluente de um tanque séptico.

Valas de infiltração

Fonte: ABNT NBR 7229/93

Filtros anaeróbios

Consistem de tanques com leito de pedras ou outro material suporte para desenvolvimento

de microrganismos, nos quais ocorre a retenção por contato com o biofilme, sedimentação

forçada de sólidos de pequenas dimensões, partículas finas e coloidais e ação metabólica dos

microrganismos do biofilme sobre a matéria dissolvida.

São indicados para esgotos com contaminantes predominantemente solúveis, pois quanto

maior a quantidade de contaminantes particulados, os sólidos suspensos, maior a possibilidade de

entupimento. Podem ser construídos com fluxo ascendente, descendente ou horizontal. A

eficiência de redução de DBO pode variar de 40 a 75%, para DQO de 40 a 70%; para sólidos

suspensos, de 60 a 90% e para sólidos sedimentáveis, 70% ou mais.

Os filtros anaeróbios apresentam efluentes clarificados e com baixa concentração de

matéria orgânica. Não consomem energia, removem matéria orgânica dissolvida e têm baixa

produção de lodo. A água tratada pode ser reutilizada no solo. Vale lembrar que, como

consequência ocorre a produção de um efluente rico em sais minerais e se deve levar em conta o

risco de entupimento.

Fonte: http://www.naturaltec.com.br/Tratamento-Agua-Fossa-Filtro.html

Estações de tratamento compactas

Os sistemas de tratamento de esgotos compactos podem vir a ser em determinados casos

uma solução de baixo custo e de fácil implantação, pois os sistemas compactos de tratamento de

esgoto podem ser utilizados onde não existam redes de esgoto públicas. Elas são ideais para o

tratamento dos esgotos de residências, conjuntos residenciais, edifícios de escritórios, shopping

centers, chácaras, hotéis, motéis, pousadas, restaurantes, condomínios residenciais e comerciais,

pequenos bairros ou pequenos distritos urbanos.

Possuindo os mesmos módulos de uma Estação de Tratamento de Efluentes convencional,

porém em uma escala bem reduzida e adaptável, uma ETE compacta pode ser formada por tonéis

de PVC ou outro material resistente a corrosivos normalmente implantados em uma base

concretada fixa, podendo ser ampliada de acordo com o crescimento de sua demanda. Além

disso, é importante prever, na instalação, uma manutenção preventiva nas bombas, sistema de

aeração, filtros, na parte hidráulica, elétrica, e mecanismos de desvio do esgoto para um tanque

de armazenamento, que será usado caso haja um funcionamento inadequado da ETE.

Esquema de uma estação compacta

Fonte: http://ecosus.com.br/ete-compacta/

ETE compacta

Fonte: http://www.snatural.com.br/ETE-Estacao-Compacta-Tratamento-Efluentes-Esgotos.html

Assim, observa-se que os tratamentos individuais ou locais, ainda realizados

em grande quantidade no Brasil, em todos os estados, são necessários, sem

dúvida, uma vez que apenas parte das cidades brasileiras é contemplada por rede

de esgotamento sanitário.

Na verdade, esses tratamentos locais, muito embora pareçam ineficientes,

se devidamente projetados e com manutenção adequada, é uma opção muito

melhor do que esgotamento a céu aberto e lançamento de esgoto in natura nos

corpos receptores.

AULA 8

Efluentes industriais

A grande diversidade das atividades industriais ocasiona a geração

de efluentes, que podem contaminar o solo e a água, sendo preciso

observar que nem todas as indústrias geram efluentes com poder

impactante nesses dois ambientes. As diferentes composições físicas,

químicas e biológicas, as variações de volumes gerados em relação ao

tempo de duração do processo produtivo, a potencialidade de toxicidade e

os diversos pontos de geração na mesma unidade de processamento

recomendam que os efluentes sejam caracterizados, quantificados e

tratados e/ou acondicionados, adequadamente, antes da disposição final no

meio ambiente.

As características físicas, químicas e biológicas do efluente industrial

são variáveis com o tipo de indústria, com o período de operação, com a

matéria-prima utilizada, com a reutilização de água etc. Com isso, o

efluente líquido pode ser solúvel ou sólido, com ou sem coloração, orgânico

ou inorgânico, com temperatura baixa ou elevada.

Entre as determinações mais comuns para caracterizar a massa

líquida estão as determinações físicas (temperatura, cor, turbidez, sólidos

etc.), as químicas (pH, alcalinidade, teor de matéria orgânica, metais etc.) e

as biológicas (bactérias, protozoários, vírus etc.).

O conhecimento da vazão e da composição do efluente industrial

possibilita a determinação das cargas de poluição, o que é fundamental

para definir o tipo de tratamento, avaliar o enquadramento na legislação

ambiental e estimar a capacidade de autodepuração do corpo receptor.

Desse modo, é preciso quantificar e caracterizar os efluentes, para evitar

danos ambientais, demandas legais e prejuízos para a imagem da indústria

junto à sociedade.

O tratamento físico-químico apresenta maiores custos, em razão da

necessidade de aquisição, transporte, armazenamento e aplicação dos

produtos químicos. No entanto, é a opção mais indicada nas indústrias que

geram resíduos líquidos tóxicos, inorgânicos ou orgânicos não

biodegradáveis.

O tratamento biológico é menos dispendioso, baseando-se na ação

metabólica de microrganismos, especialmente bactérias, que estabilizam o

material orgânico biodegradável em reatores compactos e com ambiente

controlado. No ambiente aeróbio são utilizados equipamentos

eletromecânicos para fornecimento de oxigênio utilizado pelos

microrganismos, o que não é preciso quando o tratamento ocorre em

ambiente anaeróbio.

Apesar da maior eficiência dos processos aeróbios em relação aos

processos anaeróbios, o consumo de energia elétrica, o maior número de

unidades, a maior produção de lodo e a operação mais trabalhosa

justificam, cada vez mais, a utilização de processos anaeróbios. Assim, em

algumas estações de tratamento de resíduos líquidos industriais estão

sendo implantadas as seguintes combinações:

unidades anaeróbias seguidas por unidades aeróbias;

unidades anaeróbias seguidas de unidades físico-químicas.

Processos Físicos

Este costuma ser o primeiro dos estágios, pois remove a sujeira mais

grossa da água. No processo físico, são removidos sólidos em suspensão

sedimentáveis e, também, flutuantes, através de separações físicas —

como, por exemplo, peneiramento, caixas separadoras de óleos e gorduras,

gradeamento, sedimentação e flotação.

Também remove a matéria orgânica e inorgânica que está em

suspensão coloidal — reduzindo ou eliminando os microrganismos que

estejam presentes, através de processos de filtragem com areia ou

membranas (microfiltração e ultrafiltração). Nesse tipo de tratamento de

efluentes industriais, os processos também têm a finalidade de desinfecção,

como no caso de radiação ultravioleta.

Processos Químicos

Para este processo, utilizam-se agentes de coagulação, floculação,

neutralização de pH, oxidação e redução e desinfecção dos sistemas de

tratamento.

Processos Biológicos

O tratamento de efluentes industriais por processos biológicos tem o

objetivo de retirar a matéria orgânica que estiver dissolvida e em suspensão

para poder transformá-la em sólidos sedimentáveis ou gases. Esse

tratamento reproduz os mesmos fenômenos que acontecem na natureza,

só que em um tempo reduzido.

Tratamento de Compostos Voláteis

Extração de Voláteis e Amônia (Stripping)

Entre os sistemas de tratamento mais eficazes para a redução de

Compostos Orgânicos Voláteis - COVs, os sistemas de extração podem

representar uma solução financeira e técnica favorável. Comumente

utilizado dentro da indústria química, eles estão sendo amplamente

utilizados na área de remediação de águas subterrâneas contaminadas em

locais caracterizados por compostos orgânicos voláteis.

Tipos de sistemas de extração (Strippers)

A tecnologia de extração envolve basicamente a passagem do ar

pressurizado/oxigênio através de um dado volume de água contaminada

que extrai os contaminantes do líquido para a fase gasosa. Sistemas de

extração podem, essencialmente, ser divididos nos seguintes tipos:

• sistemas de placa horizontal;

• sistemas de torre convencionais;

• sistemas de circuito fechado de extração.

O sistema de extração com placas horizontais contém uma série de

placas onde o ar, gerado por um soprador, é introduzido sob pressão. A

turbulência criada pela pressão do ar em conjunto com os vórtices que são

produzidos pelo caminho forçado, dão origem a ciclones muito amplos que

eficazmente removem os voláteis presentes no líquido a ser tratado.

A placa de extração horizontal Geostream pode ser dividida em três

categorias de acordo com o fluxo do líquido a ser descontaminado (5m3/ h,

10 m3/ h, 15 m3/ h); o corpo do sistema de extração é feito de aço

inoxidável e as placas são dimensionadas de acordo com a capacidade. A

estrutura externa e interna é concebida para maximizar o espaço disponível

e permitir um bom acesso para limpeza de qualquer incrustação e para

permitir os trabalhos de manutenção em qualquer um dos componentes de

distribuição de ar.

Os sistemas podem ser montados em contentores normais e podem

ser equipados com monitoramento contínuo de COVs e de tratamento do

efluente gasoso usando tanto de carbono ativado quanto oxidantes

catalíticos.

A torre de extração (Packed Tower Aeration, PTA) executa um

processo de aeração em cascata, em que a água a ser tratada flui através

dos meios de suporte que aumentam a área de superfície para troca entre

o ar e a água. A aplicação dos sistemas de extração de torre e com placas

horizontais, produzidos pela Geostream, permitiu endereçar diferentes

requisitos de projetos através da implementação de tecnologias mais

adequadas para os diferentes tipos de contaminação. Torres de extração

tradicionais utilizadas em sistemas de vácuo foram refinadas para ajudar a

gerenciar o fluxo de água com uma baixa razão água/ar.

O sistema de circuito fechado de extração permite alcançar a

máxima eficiência no tratamento de efluentes gasosos. A recirculação do

fluxo de gás através do meio filtrante permite a saturação completa, sem a

necessidade de quaisquer emissões para a atmosfera.

Adsorção em Carvão Ativo

Dentre os vários adsorventes existentes no mercado, o experimento

de interesse utiliza o carvão ativo. Para compreender o fenômeno da

adsorção é necessário conhecer as propriedades físico-químicas do material

adsorvente, no caso carvão ativo.

As propriedades físicas do carvão ativo dependem dele estar sendo

utilizado na forma de carvão ativo em pó (CAP), utilizado quando se tem

fase líquida, ou na forma granular, utilizado para o adsorbato na fase

gasosa. Para o CAP as propriedades mais importantes são filtrabilidade e

densidade, enquanto na forma granular são a dureza e o tamanho das

partículas. Logo, as propriedades do carvão ativo vão influenciar a taxa e a

capacidade de adsorção sendo necessário levá-las em conta na escolha do

carvão e na concretização do projeto dos equipamentos.

A distribuição de tamanhos de poros e as atividades químicas

superficiais dos diversos tipos de carvão são bastante dependentes de sua

origem (coque de petróleo, carvão vegetal, carvão betuminoso, lignita,

entre outros). O carvão ativo pode apresentar caráter ácido ou básico,

relacionado com a oxidação na sua superfície. Este caráter é dependente

das condições de manufatura do carvão e da temperatura na qual se

processa a oxidação. Um carvão ácido apresenta comportamento ácido, ou

seja, adsorve quantidades apreciáveis de bases, tendo pouca afinidade por

ácidos, enquanto que o carvão básico apresenta comportamento oposto ao

carvão ácido.

Nitrificação e Desnitrificação

Nitrificação

A nitrificação é a primeira etapa do processo biológico de eliminação

do nitrogênio via nitrificação/desnitrificação e se baseia na oxidação

biológica do nitrogênio amoniacal por parte das bactérias amônio oxidantes

(AOB) e Bactérias nitrito oxidantes (NOB). Este grupo de bactérias se

caracteriza por: obter sua energia para crescer da oxidação de compostos

inorgânicos (NH4+ e NO2

-), utilizar o carbono inorgânico (CO2) como fonte

de carbono e o oxigênio (O2) como aceptor de elétrons.

As AOB oxidam o amônio a nitrito e dentro deste grupo podem ser

encontrados gêneros como Nitrosococcus e Nitrospira, sendo que as mais

estudadas são as Nitrosomonas. Continuando, as NOB oxidam o nitrito a

nitrato e dentro deste grupo se encontram os gêneros Nitrospira, Nitrospina

e Nitrococcus, sendo as mais estudadas as Nitrobacter.

Na nitrificação ocorre a produção de hidroxilamina (NH2OH) como

composto intermediário. No primeiro passo, as AOB transformam o amônio

em hidroxilamina por meio da enzima amônio mono oxigenase (AMO).

Posteriormente, convertem a hidroxilamina a nitrito, mediante a

enzima hidroxilamina óxido reductase (HAO), sendo este o passo que

permite extrair energia para as AOBs. A oxidação da hidroxilamina produz

4e-, único sítio redutor onde se gera energia, o que explica porque estas

bactérias têm um rendimento e crescimento tão baixo.

Estas reações tornam possível a oxidação de amônia a nitrito em

condições energeticamente favoráveis. No entanto, em condições de

oxigenação insuficiente, as AOB podem produzir óxidos de nitrogênio (NO e

N2O), diminuindo ainda mais o rendimento e crescimento bacteriano.

As bactérias nitrificantes, por serem autotróficas, se caracterizam por

ter velocidades de crescimento muito baixas em comparação com as

bactérias heterotróficas.

O processo de nitrificação é limitado pela concentração de OD e

temperatura, além de ser inibido pela concentração de amônia e ácido

nitroso. As expressões matemáticas que interpretam as velocidades de

crescimento específico das AOB e NOB são características da cinética de

Haldane. Na cinética da nitrificação se consideram os tipos de inibição: por

substrato e competitiva. Também está incluído o efeito produzido pela

limitação de substrato (nitrogênio) e OD. Isso mostra uma grande

sensibilidade das bactérias nitrificantes à concentração de seus substratos.

Desnitrificação

A desnitrificação é um processo respiratório anóxico, realizado por

bactérias heterotróficas. Os gêneros mais representativos incluem

Alcaligenes, Paracoccus, Pseudomonas, Thiobacillus e Thiosphaera. A

desnitrificação compreende uma série de passos até a formação de N2.

A capacidade de desnitrificar está relacionada com a quantidade de

substrato biodegradável presente (relação carbono orgânico/nitrogênio).

Geralmente, nos tratamentos biológicos de efluentes, a presença de

substrato facilmente degradável é baixa. Com uma relação

carbono/nitrogênio (C/N) maior do que 4, a taxa de desnitrificação se

incrementa de um fator 1,5 a 1,7; relações C/N menores do que 2,5 não

possibilitam uma desnitrificação satisfatória, portanto se necessita de uma

fonte externa de carbono.

De acordo com Cox (2009), a velocidade de crescimento das

bactérias desnitrificantes depende da presença de matéria orgânica e da

concentração de NOx (nitrito e nitrato, aceptores finais de elétrons)

Nitrificação e Desnitrificação Simultâneas

Uma alternativa de tratamento para otimizar o processo de

eliminação de nitrogênio corresponde à nitrificação e desnitrificação

simultânea (SND), onde a nitrificação e desnitrificação acontecem em um

mesmo reator, sem separação, nas mesmas condições e ao mesmo tempo.

Do ponto de vista físico, a SND ocorre dentro do biofilme ou flocos

microbianos, devido ao gradiente de oxigênio através da biomassa.

Bactérias nitrificantes se encontram ativas em áreas que possuem maior

concentração de oxigênio, enquanto que em áreas onde a concentração de

oxigênio é limitante, estão localizadas as bactérias desnitrificantes. A

distribuição desigual de oxigênio dentro da biomassa permite a proliferação

simultânea de bactérias nitrificantes e desnitrificantes.

Por outro lado, foi provada a capacidade de algumas bactérias,

especificamente Alcaligenes faecalis e Thiosphaera pantotropha

desenvolverem SND utilizando substratos orgânicos para transformar

aerobicamente amônia em gás nitrogênio. Além disso, algumas bactérias

nitrificantes podem realizar desnitrificação na presença de pequenas

concentrações de oxigênio.

Portanto, o nitrogênio amoniacal pode ser diretamente convertido

em nitrogênio gasoso (N2) sem acumulação de nitrito nem de nitrato. A

SND oferece vantagens sobre os tratamentos convencionais como

economias de espaço e infraestrutura. No entanto, as condições nas quais

ocorre uma eficiente SND ainda não estão totalmente esclarecidas.

Para obter uma SND completa, a taxa de oxidação de amônio deve

ser preferencialmente igual à taxa de desnitrificação. Como a nitrificação

autotrófica é geralmente mais lenta em comparação com a desnitrificação,

é necessário que haja um substrato orgânico lentamente degradável; este

substrato orgânico pode se encontrar intrinsicamente no efluente. A

conversão de carbono orgânico facilmente biodegradável em um polímero

de armazenamento bacteriano tal como Poli-β-hidroxibutirato, preserva o

carbono orgânico solúvel como substrato lentamente degradável.

Em um reator operado em modo SBR existem dois períodos de

acordo com a presença ou ausência de matéria orgânica facilmente

degradável:

1) Período de saciedade. Isto ocorre quando existe um excesso de

matéria orgânica exógena. Este substrato se difunde no biofilme, sendo

armazenado como uma reserva de substrato (lípidos de glicogênio e PHB)

em condições adversas. O substrato de reserva dominante é o PHB.

A penetração de oxigênio é baixa porque ele é rapidamente

consumido por bactérias autotróficas e heterotróficas. No período de

saciedade, o oxigênio é utilizado na nitrificação, oxidação do acetato e no

crescimento da biomassa aeróbia.

2) Período de fome. Quando não há matéria orgânica exógena.

Portanto, o PHB armazenado pode ser usado como uma fonte de matéria

orgânica para a desnitrificação, o que explicaria porque o fenômeno é típico

dos sistemas de SND operados em modo de SBR.

Stripping de Amônia Lixiviado

O lixiviado é um líquido altamente poluidor, haja vista, possuir altas

concentrações de nitrogênio amoniacal. Tratar lixiviado é uma tarefa muito

difícil devido a sua composição ser muito complexa. Um tratamento que

vem sendo desenvolvido é o stripping de amônia, onde a amônia vai ser

removida do lixiviado por transferência de massa da fase líquida para a fase

gasosa.

O stripping é o método mais usado para eliminar altas concentrações

de nitrogênio amoniacal, tanto no tratamento de esgotos quanto no

tratamento de lixiviado de aterros. O desempenho desse método pode ser

avaliado em termos de eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal.

Neste método, além do nitrogênio amoniacal, medido na forma de amônia,

é possível remover outros gases e compostos orgânicos voláteis.

Dentre os gases que podem ser removidos por arraste, merecem

destaque alguns que sofrem ionização em meio aquoso: amônia (NH3), gás

carbônico (CO2) e gás sulfídrico (H2S). Somente a forma não ionizada pode

ser removida por arraste, pois é gasosa e pode ser volatilizada. As formas

ionizadas desses compostos são totalmente solúveis e não podem ser

removidas por arraste.

No caso da amônia o processo recebe o nome de “arraste de amônia

com ar” (air stripping of ammonia), podendo ser chamado resumidamente

de “arraste de amônia”. A forma em inglês ammonia stripping é incorreta,

pois literalmente significa que a amônia está sendo usada como gás de

arraste. Se esse fosse o caso, estaria aumentando a concentração de

amônia na fase líquida.

A dissolução da amônia livre em líquidos depende da pressão parcial

do gás amoníaco na atmosfera adjacente. Se essa pressão parcial for

reduzida, a amônia tenderá a sair da água. Então, é possível remover

amônia colocando gotículas do efluente em questão em contato com ar

livre de amônia. Nessas condições a amônia sairá da fase líquida numa

tentativa de restabelecer o equilíbrio. Caso o gás de arraste escoe

continuamente, em tese chegará um momento em que todo o composto

indesejado será removido da fase líquida.

A transferência de massa da fase líquida para a fase gasosa recebe o

nome técnico de dessorção, embora o termo mais utilizado na engenharia

sanitária e ambiental seja mesmo arraste (stripping).

Troca Iônica para Contaminantes de Nitrogênio

O Processo de troca iônica tem sido utilizado em sistemas de

tratamento de efluentes para a remoção de nitrogênio, metais pesados e

SDT. Para o controle de nitrogênio, os tons removidos da corrente de

efluentes são o amônio (NH4) e o nitrato (NO3-). O íon que o amônio

desloca na resina dependerá da solução utilizada para a regeneração do

leito.

Embora seja possível utilizar materiais naturais ou sintéticos para

essa aplicação, as resinas sintéticas são mais utilizadas em função da sua

maior durabilidade. Alguns materiais naturais, como as zeólitas, também

podem ser utilizadas para a remoção do amônio presente em efluentes. A

clinoptilolita, uma zeólita natural, demonstrou ser um dos melhores

materiais com capacidade de troca iônica e apresentar uma grande

afinidade com os tons amônio em comparação com outros materiais, bem

como baixo custo em comparação aos materiais sintéticos.

Uma das inovações em relação a esses materiais é o sistema de

regeneração empregado. Quando exaurida, a zeólita pode ser regenerada

com uma solução de hidróxido de cálcio [Ca(OH)2], ocorrendo a conversão

do íon amônio para o gás amônia, em decorrência do valor elevado do pH.

A corrente líquida da qual a amônia foi extraída é armazenada em um

tanque para posterior reúso.

Um problema a ser solucionado nesse sistema está relacionado à

precipitação de carbonato de cálcio no leito de zeólita, nas torres de

extração, nas tubulações e em outros equipamentos. O leito de zeólitas é

equipado com um dispositivo de contralavagem para remover os depósitos

de carbonato de cálcio que são formados durante a operação do sistema.

Quando se utilizam as resinas sintéticas para a remoção de nitrato,

dois problemas podem ocorrer. Primeiro, apesar de a maioria das resinas

aniônicas ter grande afinidade com o nitrato em comparação com o cloreto

ou o bicarbonato, elas apresentam uma afinidade significativamente maior

com o sulfato, o que limita a capacidade da resina para a remoção de

nitrato.

Fonte: http://www.naturaltec.com.br/Tratamento-Agua-Efluentes-Arraste-VOC-amonia.html

Tratamentos por Radiação

Ozonização

O Ozônio é uma molécula composta por três átomos de Oxigênio em

vez dos usuais dois átomos componentes do Oxigênio atmosférico. Ozônio

apresenta-se sob forma gasosa em condições ambientais normais, sendo

altamente reativo e instável, o que significa que não pode ser transportado

ou armazenado, tendo que ser produzido no local de aplicação.

O alto interesse no uso de Ozônio para desinfecção deve-se ao seu

poder oxidante pois trata-se de uma das substâncias de mais alto potencial

de oxidação (somente excedido pelo flúor e radicais OH- de vida curta)

aliado a outras características interessantes para esta aplicação: sua

pressão parcial é bastante inferior à do Oxigênio diatômico, sendo

facilmente absorvido pela água numa interface de bolhas (cinquenta vezes

mais rápido que Oxigênio diatômico).

Na água, o Ozônio realiza três funções: oxidação, precipitação, e

sanitização. Recentemente, as autoridades dos EUA tem recomendado a

ozonização das águas de abastecimento público, como substituição à

cloração e outros métodos de desinfecção.

No passado, o uso mais intenso do Ozônio foi inibido pelo alto

investimento de capital e custo operacional das instalações de produção,

bem como a elevada toxicidade do produto. Recentemente foram

desenvolvidas tecnologias muito econômicas de produção de Ozônio em

baixas concentrações (geração de ozônio em lâmpadas de luz ultravioleta),

tornando a sua aplicação altamente interessante.

Fonte: http://revistapesquisa.fapesp.br/2013/03/15/ozonio-trata-residuos-de-mineracao/

Reações do Ozônio na Água

Quando aplicado na água, o Ozônio, como potentíssimo oxidante,

reage com contaminantes produzindo moléculas inócuas precipitadas,

gerando Oxigênio como subproduto. A ação do Ozônio é extremamente

rápida (< 1/10 s) e não-seletiva (mata todos micro-organismos: bactérias,

fungos, bolores, vírus, etc.). Segue um resumo das características do

Ozônio:

• Reduz metais à suas formas insolúveis (normalização);

• Destrói hidrocarbonetos por dissociação (quebra das cadeias);

• Solidifica (mineraliza) compostos orgânicos dissolvidos causando a

sua coagulação e precipitação;

• Eleva o potencial redox da água, causando microfloculação

(microprecipitação) dos patogênicos e pirógenos destruídos, que podem

facilmente ser removidos por filtração;

• O tempo de reação é tão reduzido que não há Ozônio residual

remanescente na água.

Geração de Ozônio

Para a geração do Ozônio são utilizadas três tecnologias diversas:

a) Por passagem de ar ou oxigênio através de uma descarga elétrica

voltaica silenciosa (efeito corona), sendo que o uso de Oxigênio resulta em

concentrações de Ozônio bem mais elevadas que o uso de ar (0,5 – 10 %

em peso).

A produção de Ozônio é de aproximadamente 150 g/kWh. Trata-se

de instalações complexas e caras tanto do ponto de vista do investimento

como do custo operacional. As altas concentrações e quantidades de

Ozônio produzidas requerem monitoramento cuidadoso e constante, bem

como eliminação do Ozônio residual no ar por catálise, irradiação UV ou

passagem por carvão ativado. Utiliza-se este tipo de instalação quando é

necessária a produção de grandes quantidades de Ozônio.

b) Por eletrólise direta da água: foram desenvolvidas células

eletrolíticas capazes de produzirem Ozônio diretamente no meio aquoso,

através de eletrólise. Estas instalações são mais econômicas que as

anteriormente descritas e capazes de produzirem altas concentrações de

Ozônio diretamente dissolvido na água.

A capacidade de produção é de até 5,0 g Ozônio/h, porém somente

em águas com características físico-químicas de potabilidade

(especialmente ausência de turbidez e coloração). A produção de Ozônio é

de aproximadamente 5 g/kWh. Em função destas limitações utiliza-se este

tipo somente para a desinfecção de águas potáveis ou de uso farmacêutico.

c) Por irradiação de uma corrente de ar atmosférico: a irradiação do

ar atmosférico por radiação UV-C com comprimento de onda de 185 nm

transforma uma parte do Oxigênio diatômico em Ozônio. A irradiação se dá

em lâmpadas fluorescentes de vapor de mercúrio similares às usadas para

a desinfecção por UV, porém com uma linha de radiação óptica

pronunciada no comprimento de onda de 185 nm.

Trata-se de equipamentos extremamente simples e econômicos,

tanto do ponto de vista de investimento como do de custo operacional. A

produção de Ozônio é limitada por motivos práticos a até 50 g/h, a

produtividade é de 4,0 – 5,0 g/kWh. Em função da excelente relação custo-

benefício, este tipo de equipamento tem sido usado com sucesso nas mais

diversas aplicações: desinfecção de águas e esgotos, tratamento de águas

industriais, de resfriamento, água de piscina etc.

Dosagem requerida

Diferentes aplicações requerem diferentes dosagens de Ozônio. Mais

que em qualquer outro sistema de tratamento, a aplicação da ozonização

requer um conhecimento preciso da qualidade da água a ser tratada para o

estabelecimento da dosagem adequada de Ozônio, e para a definição de

quaisquer outros pré-tratamentos necessários.

A presença simultânea de vários contaminantes tem que ser

considerada, além disso condições físicas tais como temperatura, pH e

tempo de residência afetam a operação do sistema.

Formas de aplicação do Ozônio

O Ozônio deve ser posto em contato com o meio aquoso sob a forma

de bolhas de gás de menor tamanho possível. Para tanto, existem diversos

sistemas utilizados isolada ou conjuntamente:

• Injeção por meio de difusores;

• Injeção por meio de ejetores;

• Injeção por meio de circuitos de injeção.

O tempo de residência necessário à aplicação é obtido pelo uso de

tanques de contato ou reatores. Em baixas concentrações de Ozônio tais

como as utilizadas no tratamento de água potável (até 1,5 mg/l) estes

podem ser construídos em PVC ou PP, porém nas aplicações que requerem

altas concentrações o material de construção do reator tem que ser

resistente à alta corrosividade do Ozônio, requerendo o uso de materiais

nobres tais como o aço inoxidável ou vitrificado. Neste caso há também a

necessidade de sistemas de destruição do ozônio residual que escapa do

reator pelo respiro.

Como vantagens deste processo de desinfecção, temos:

• Efetiva: todos os micro-organismos são suscetíveis à desinfecção

por Ozônio;

• Conveniente: além da desinfecção elimina contaminantes

orgânicos, metais oxidáveis, reduz a dureza;

• Ozônio não adiciona nada à água exceto Oxigênio;

• Econômica: apresenta baixo custo de capital e custos operacionais

baixos;

• Simples: instalação e operação descomplicadas.

Radiação UV

A Radiação Ultravioleta (R-UV) é a parte do espectro eletromagnético

referente aos comprimentos de onda entre 100 e 400nm. De acordo com a

intensidade que a R-UV é absorvida pelo oxigênio e ozônio e, também pelos

efeitos fotobiológicos costuma-se dividir a região UV em três intervalos:

• UV-C (Comprimento de onda entre 100nm e 280nm)

• UV-B (Comprimento de onda entre 280nm e 315nm)

• UV-A (Comprimento de onda entre 315nm e 400nm)

Instalação Industrial de Desinfecção de Água por Radiação Ultravioleta

Fonte: http://www.naturaltec.com.br/Ultravioleta-UV-Desinfeccao-Agua-Reuso.html

Modelos de Fonte Artificial de Radiação Ultra Violeta

As lâmpadas de baixa pressão de vapor de mercúrio

(monocromáticas) emitem de 80 a 90% da energia no comprimento de

onda de 253,4 nm. Deve ser observado que a energia emitida no

comprimento de onda de 253,4 nm representa de 30 a 50% da potência

nominal da lâmpada. O restante da energia é emitida em outros

comprimentos de onda e dissipada na forma de calor. A potência nominal é

indicativa do consumo de energia, não da energia emitida. As potências

variam de 11 a 325W.

As lâmpadas de média pressão de vapor de mercúrio

(policromáticas) emitem espectro mais amplo, variando de 180 a 1370 nm.

A potência nominal varia de 2 a 9,6kW. Com isso, o tempo de exposição e o

número de lâmpadas são muito menores do que os utilizados nas unidades

que empregam as lâmpadas de baixa pressão de vapor de mercúrio.

Desinfecção

A desinfecção é a redução na concentração de microrganismos

patogênicos para níveis não infecciosos. Os raios emitidos pelas lâmpadas

UV causam a destruição dos Microrganismos patogênicos de modo a

prevenir o alastramento de doenças presentes na água e no ar, provocando

a queima da membrana de proteção da célula destes organismos

inativando-os.

“Microrganismo" é um termo amplo que inclui vários grupos de

germes que provocam doenças. Diferem em forma e ciclo de vida, mas são

semelhantes em seu pequeno tamanho e simples estrutura relativa. Os

cinco maiores grupos são vírus, bactérias, fungos, algas e protozoários.

Focando-se numa célula básica de bactéria, interessa-nos a parede da

célula, a membrana citoplasmática e o ácido nucléico.

O alvo principal da desinfecção por luz ultravioleta é o material

genético - ácido nucléico. Os micróbios são destruídos por ultravioleta

quando a luz penetra através da célula e é absorvida pelo ácido nucléico. A

absorção da luz ultravioleta pelo ácido nucléico provoca um rearranjo da

informação genética, que interfere com a capacidade de reprodução da

célula. Os microrganismos são, portanto, inativados pela luz UV como

resultado de um dano fotoquímico ao ácido nucléico.

A desinfecção atinge vários níveis de redução:

1 log ............ 90%

2 log ............ 99%

3 log ............ 99,9%

4 log ............ 99,99%

5 log ............ 99,999%

A esterilização é quando se dá a total eliminação de microganismos

patogênicos abaixo de um nível de medição especificado. A esterilização é

definida como uma redução de contaminantes igual ou superior a 8 logs ou

99,999999%.

A radiação UV pode ser usada em:

• Desinfecção de água para abastecimento: municipal, hospitais,

consultórios odontológicos, escolas, quartéis, centros comunitários, hotéis,

residências, piscinas, poços artesianos, água da chuva para fins não

potáveis;

• Desinfecção de efluentes: esgotos sanitários de condomínios,

residências, indústrias e municípios;

• Comercial: aquicultura, hidroponia, laboratórios, aquários, piscinas,

restaurantes e padarias;

• Industrial: farmacêutica, água mineral, bebidas, eletrônica,

alimentícia, têxtil, cosméticos, gráfica etc;

• Proteção para outras tecnologias de tratamento de água:

membranas (osmose reversa e ultrafiltração), resinas de deionização, filtros

de carvão ativado.

• Aplicações de UV no ar: exaustão de tanques, ar comprimido

estéril, dutos de ar condicionado e ambientes com contaminação.

Tratamento para Sólidos Orgânicos Dissolvidos

Troca Iônica

O tratamento de água quer para uso humano quer para uso

industrial, requer tratamentos ou filtrações variáveis, de acordo com a

necessidade. Alguns usos industriais exigem tratamentos mais cuidadosos e

completos que o tratamento para uso humano (potabilidade). Empresas

como a indústria farmacêutica demandam água de alta qualidade e

necessitam água de alta pureza, com um polimento final e tirando todos os

sais presentes.

Em alguns casos, é preciso retirar um metal pesado especifico,

dificilmente conseguido com tratamento usual. Água de caldeira, por

exemplo, precisa de retirada de dureza (cálcio e magnésio) que poderia

entupir a tubulação e reduzir a capacidade de funcionamento. Para estas

aplicações mais específicas se desenvolveram as resinas de troca iônica

(aniônica e catiônica) que retira estes ions da água, seletivamente.

Resinas de troca iônica são grânulos que tem em sua estrutura

molecular radicais ácidos ou básicos passíveis de troca por outros íons em

solução. Os íons positivos ou negativos fixos nestes radicais são

substituídos pelos íons contaminantes na solução. A operação de troca

iônica é a troca entre estes íons presentes (contaminantes) e íons sólidos

presentes na resina.

As resinas de troca iônica podem ser tipo gel ou macroporos. A

estrutura molecular é obtida por polimerização e a diferença apenas em

porosidade. O tipo gel tem porosidade reduzida à distância intermolecular

(microporo) e o tipo macroporo é formada adicionando uma substância que

produz o efeito.

As resinas de troca iônica podem ser monofuncionais, se tiverem

apenas um tipo de radical, ou polifuncionais se a molécula tiver vários tipos

de radicais intercambiáveis.

Resinas catiónicas de ácido forte: são produzidas por sulfonação do

polímero com ácido sulfúrico, o grupo funcional é o ácido sulfônico, -SO3H,

estas resinas trabalham em qualquer pH, separam todas as sais e requerem

de uma quantidade elevada de regenerante. Esta é a resina que é escolhida

para quase todas as aplicações de abrandamento de água.

A resina catiônica forte (em ciclo sódio) habitualmente utilizada nos

abrandadores pode remover ferro e manganês quando presentes sob a

forma iônica (dissolvida). No entanto, só se deve utilizar este método se as

concentrações presentes forem reduzidas, tendo sempre o cuidado de

eliminar qualquer contato com o ar (para evitar formação de precipitados).

O sistema deve ser regenerado antes que atinja a exaustão da capacidade

de troca iônica do leito de resinas. Existem dados de fabricantes que

colocam o limite em 5ppm de ferro dissolvido (ou de ferro mais manganês).

Resinas catiónicas de ácido fraco: O grupo funcional é um ácido

carboxílico -COOH, presente em um dos componentes, principalmente o

ácido acrílico ou metacrílico. Este tipo de resina é altamente eficiente e não

precisa de uma quantidade elevada de regenerante, estas resinas tem uma

menor capacidade de troca iônica devido à variação na velocidade do fluxo

e a baixas temperaturas

Resinas aniônicas de base forte: São obtidas a partir da reação de

estireno-DVB com aminas terciárias. O grupo funcional é uma sal de

amônio quaternário. Os dois grupos principais destas resinas podem ser

Tipo 1 (tem três grupos metilo) e as de tipo 2 (um grupo etanol substitui

um dos grupos metil)

Resinas aniônicas de base fraca: Resinas funcionalizadas com grupos

de amina primária (NH4), secundária(NHR), e terciária (NR2). Podem ser

aplicadas na adsorção de ácidos fortes com boa capacidade, mas sua

cinética é lenta. Resinas Quelantes, são seletivas, mas são pouco utilizadas

por ser custosas e cineticamente lentas.

Resinas catiônicas e aniônicas fortes de leitos mistos

• polimento final da água desmineralizada;

• reter os cátions e os ânions que passam pelo sistema de osmose

reversa;

• garantir os limites de especificações da água para caldeiras.

Abrandador e Abrandamento de Água

Equipamentos utilizados para redução dos teores de cálcio e/ou

magnésio em água dura. É um processo parcial de troca iônica,

denominado de abrandamento, é obtido, quando a água bruta (potável)

passa em um leito de resina catiônica forte, no ciclo sódio. Os íons cálcio e

magnésio, Ca2+ e Mg2+, solúveis na água, são retidos no grupamento do

ácido sulfônico e os íons sódio, (Na+), da resina, liberados para a água.

Quando todos os íons sódio presos ao grupamento do ácido sulfônico foram

trocados por cálcio e magnésio, a resina se encontra no estado saturado e

necessita, então, ser regenerada.

A regeneração das resinas do abrandamento compreende quatro

estágios:

• Exaustão: saturação da resina com íons cálcio e magnésio;

• Expansão: contra-lavagem do leito saturado da resina, expandindo-

a até a parte superior do vaso. A finalidade da expansão ou contra-lavagem

é soltar as impurezas sólidas presas aos cristais e descompactação;

• Regeneração: é a rejeição dos íons de cálcio e magnésio (Ca2+ e

Mg2+) captados da água, por meio da passagem de uma salmoura a 10%

substituídos por íons de sódio que voltam a se prender ao grupamento do

ácido sulfônico;

• Enxágüe: o enxágüe lento completa a regeneração da resina e o

enxágüe rápido final remove todo o excesso da salmoura regenerante do

leito.

As resinas de troca iônica são utilizadas há décadas em processos de

desmineralização de água, abrandamento, polimento de condensado, pré-

tratamento de água para caldeiras, processos industriais etc. Resinas

trocadoras se deterioram naturalmente com o uso, mas o processo pode

ser acelerado por agentes externos tais como oxidantes ou outros

contaminantes. Práticas inadequadas de operação também podem acelerar

a deterioração da resina e diminuem a qualidade da água produzida.

A detecção de contaminantes microbiológicos, determinação da

capacidade total de troca e eficiência de regeneração para resinas

catiônicas e aniônicas, detecção de resina catiônica no leito de resina

aniônica, remoção de contaminação por óleo, determinação da capacidade

de retenção de água, determinação da capacidade total de troca de cisão

salina em resinas aniônica forte e básica, determinação da porcentagem de

quebra de esferas de resinas. Uma resina de troca iônica pode ter sua vida

útil superior a 10 anos, desde que o projeto e a operação dos sistemas

estejam adequados. Para o calculo da resina, da quantidade e do sistema

de regeneração é preciso conhecer a água que se vai tratar e a finalidade

ou uso a que se destina. As características mais importantes requeridas

para dimensionamento em mg/litro.

Osmose Reversa

A osmose é um fenômeno encontrado na natureza, que consiste na

difusão entre duas soluções de concentrações salinas diferentes, através de

uma membrana semipermeável. Membranas deste tipo são tecidos que

permitem a difusão preferencial da água e retêm sais minerais nela

dissolvidos, assim como colóides e bactérias.

Um sistema de osmose direta, contendo dois compartimentos

separados por membrana semipermeável, onde se encontra uma solução

diluída em um dos compartimentos e água salina no outro. Imediatamente,

observa-se, um fluxo preferencial da solução diluída difundindo-se através

da membrana, reduzindo a concentração salina da água, encontrada no

outro compartimento.

A passagem da água pura, através da membrana semipermeável,

provoca um aumento no volume da água salinizada, com a formação de

uma coluna de água. Este efeito físico é decorrente da pressão exercida

sobre a membrana, no lado da água salinizada. A pressão corresponde à

altura da coluna, que em situação de equilíbrio interrompe a difusão da

água pura para água salinizada, entrando então os sistemas em equilíbrio.

Esta pressão hidrostática de equilíbrio é denominada pressão osmótica da

solução salina em questão.

Na osmose reversa, o fluxo de água no sistema é invertido. A água

salina é pressurizada além da pressão osmótica natural e bombeada através

da membrana semipermeável. A membrana comporta-se como uma peneira

molecular, rejeitando seletivamente quase todas as moléculas dissolvidas e

permitindo somente a passagem de água pura. A osmose reversa tem a

capacidade de separar a água de seus contaminantes, tais como: sólidos

dissolvidos, colóides, sólidos suspensos, bactérias, vírus e matéria orgânica.

Mecanismo de Funcionamento

O mecanismo mais aceito, dentre outros, é o da solubilização e

difusão molecular. Cada molécula da solução a tratar, se dissolve na

membrana, segundo Leis de distribuição e equilíbrio, se difundindo através

dela, em função dos diferenciais de concentração e pressão, existentes em

cada lado da membrana.

Portanto, o bom funcionamento da osmose reversa é em função dos

gradientes de concentração e pressão, entre a água salinizada (denominada

rejeito) e a água produzida (denominada permeado).

Tipos de Membranas utilizadas

Existem vários tipos de membranas, podendo ser citados o Acetato

de Celulose, as Poliamidas Aromáticas-Aramidas e as Poliamidas Hidrazidas

(por serem fibras finas e ocas, possue uma estrutura, mas fechada,

possibilitando trabalhar com água do mar com salinidade de 45.000 ppm),

a Poliamida de composição avançada e as Polisulfonas.

Algums circunstâncias podem alterar o desempenho e o tempo de

vida das membranas utilizadas como osmose reversa, por exemplo:

• pH da água: a variação de pH nas faixas fortemente ácidas ou

fortemente alcalinas afeta as diferentes membranas utilizadas.

• Temperatura: As membranas de acetato de celulose se hidrolizam,

quando a temperatura da água excede 30º.

• Compactação ou Deformação Física: estes problemas podem

acontecer nas membranas, quando as pressões de bombeamento da água

bruta excedem de 90 kgf/cm2.

• Cloro livre: sendo o cloro livre um agente oxidante energético, ele

pode afetar a maioria das membranas, sendo nestes casos, necessária a

decloração da água bruta. – Fouling: É produzido no interior da membrana,

pela associação de sólidos suspensos e material biológico. Seria adequado

evitá-lo, utilizando cloração e posterior decloração da água bruta e filtrando

em malha de 0,2 µm.

• Incrustações: na malha de membrana, a água bruta precipita

dureza temporária, carbonato de cálcio e hidróxido de magnésio e dureza

permanente, sulfato de cálcio. A dureza temporária é impedida de

precipitar, trabalhando-se com valores de pH da água bruta, entre 4,5 –

5,0. A dureza permanente é impedida de precipitar, dosando-se

continuamente, um antiincrustante específico para sulfato de cálcio.

Os produtos químicos adequados à aplicação em sistemas de osmose

reversa são: Acidulantes/alcalinizantes, Inibidores de depósitos, Biocidas e

Seqüestrante de cloro.

Eletrodiálise

Eletrodiálise é uma técnica eletroquímica que utiliza membranas de

troca iônica para remoção de íons pela aplicação de um campo elétrico. É

uma operação unitária na qual a separação parcial dos componentes de

uma solução iônica é induzida por uma corrente elétrica em função da

quantidade de íons dissolvidos no meio.

O seu princípio baseia-se numa série de membranas catiônicas e

aniônicas arranjadas alternadamente entre dois eletrodos. Cada membrana

é separada, uma da outra, por espaçadores formando compartimentos

individuais. Quando uma solução iônica é bombeada através desses

compartimentos sob efeito de uma diferença de potencial entre os

eletrodos, os cátions migrarão para o cátodo, atravessando a membrana

catiônica e em seguida serão retidos pela membrana aniônica.

Esta técnica vem encontrando grande crescimento de aplicação no

polimento de água pré desmineralizada por troca iônica (cátion+ânion) ou

por osmose reversa, em substituição ao leito misto de troca iônica. Trata-se

de uma tecnologia de separação que, em geral, não envolve mudança de

fase, o que significa uma economia no consumo de energia, principalmente

se comparado aos processos tradicionais.

A dessalinização de águas através da eletrodiálise ocorre devido a

uma diferença de potencial elétrico nas superfícies de membranas

bipolares. Esse tipo de membrana promove eletricamente a difusão

acelerada de cátions e ânions através das superfícies das membranas

gerando durante o processo, dois efluentes: um com elevada concentração

de sais (água concentrada) e outro com uma baixa concentração de sais

(água diluída ou dessalinizada).

As vantagens deste processo são o fato de serem operações

contínuas, que não necessitam de regenerações periódicas, nem consomem

produtos químicos, sendo de fácil manuseio e instaladas em ambientes

fechados.

Há diversas soluções para a descontaminação do meio poluído pelos

efluentes industriais; algumas são mais radicais e definitivas do que outras,

porém mais dispendiosas e complexas, uma vez que a contaminação pode

possuir características distintas e atingir meios variados.

Nesse caso, cabe ao profissional responsável decidir qual método

será mais adequado para ser adotado para a manutenção do ambiente

atingido pelos excedentes contaminantes despejados.