PRA INICIO DE CONVERSA - 11/04/2013

01-. 1.0 – FUNÇÃO DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO A eficiência e a capacidade nominal de uma estação de tratamento de esgotos são definidas a partir de uma série complexa de fatores específicos a cada caso estudado. O tratamento pode atingir diferentes níveis denominados tecnicamente de tratamento primário, secundário ou terciário. A Figura 1.1, mostra esquematicamente a composição de uma estação de tratamento completo, até a desinfecção final. O tratamento primário envolve a remoção de sólidos grosseiros através de grades, geralmente, e a sedimentação (caixa retentora de areia e decantadoras) ou flotação de materiais constituídos principalmente de partículas em suspensão. Essa fase produz quantidade de sólidos que devem ser dispostos adequadamente. De maneira geral, os sólidos retirados em caixas retentoras de areia são enterrados, e aqueles retirados de em decantadores devem ser adensados e digeridos adequadamente para posterior secagem e disposição em locais apropriados. As formas de tratamento desse lodo variam de maneira bastante ampla. O tratamento secundário, por sua vez, destina-se a degradação biológica de compostos carbonáceos.  Quando é feita essa degradação, naturalmente ocorre a decomposição de carboidratos, óleos e graxas e proteínas a compostos mais simples, tais como: CO2, H2O, NH3, CH4, H2S, etc, dependendo do tipo de processo predominante. As bactérias que efetuam o tratamento, por outro lado, se reproduzem e têm sua massa total aumentada em função da quantidade de matéria degradada. Caso se empregue o processo aeróbio, para cada quilograma de DBO removida ocorre a formação de cerca de 0,4 a 0,7 quilograma de bactérias (matéria seca) e, caso se opte pelo processo anaeróbico, tem-se para cada quilograma de DBO removida a formação de 0,2 a 0,20 quilograma de bactérias aproximadamente. A pequena formação de biomassa do processo anaeróbio em relação ao aeróbio, é uma das grandes vantagens ao uso das bactérias que proliferam em ambiente anaeróbio pelo tratamento de efluentes, pois o custo e a dificuldade para tratamento, transporte e disposição final do lodo biológicos são bastante reduzidos, no caso. Geralmente, o volume de lodo no processo anaeróbio, em termos práticos é menor que 20% do volume produzido no processo aeróbio, para um mesmo efluente líquido. Após a fase em que é feita a degradação biológica, os sólidos produzidos devem ser removidas em unidades específicas para esse fim (lagoas de sedimentação, decantadores, flotadores, etc) e, posteriormente são submetidos a adensamento, digestão, secagem e disposição adequada. Dependendo do tipo de processo adotado pode-se recircular uma parcela da massa de bactérias ativas, de volta ao reator biológico. Conforme mostrado na Figura 1.1. Essa alternativa permite o aumento da produtividade do sistema e maior estabilidade no seu desempenho. De maneira geral, a maioria das estações construídas alcançam apenas o nível de tratamento secundário, aqui descrito, porém, em muitas situações, é obrigatório que esse tratamento alcance o nível denominado terciário. COLAR FIGURA O efluente do tratamento secundário ainda possui Nitrogênio e Fósforo em quantidade, concentração e formas que podem provocar problemas no corpo receptor, dependendo de suas condições especificas, dando origem ao fenômeno conhecido como eutrofização, que é sentido pela intensa proliferação de algas. O Tratamento terciário tem por objetivo, no caso de esgotos sanitários, a redução das concentrações de Nitrogênio e Fósforo, e é, geralmente fundamentado em processos biológicos realizados em duas fazes subseqüentes denominadas nitrificação e desnitrificação. A remoção de fósforo também pode ser efetuada através de tratamento químico, com sulfato de alumínio, por exemplo. Na nitrificação, o nitrogênio é levado á forma de nitrato e posteriormente, na desnitrificação, é levado à produção de N2, principalmente, que é volatizado para o ar. O tratamento terciário também produz lodo, que deve ser adensado, digerido, secado e disposto corretamente. Em essência, as operações e os processos descritos destinam-se a remoção de sólidos em suspensão e da carga orgânica, restando agora, para completar o tratamento, que se cuide da remoção de organismos patogênicos. Sistemas de tratamento que envolvem disposição no solo ou lagoas de estabilização, em muitos casos, já têm a capacidade de efetuar redução considerável no número de patogênicos, dispensando assim um sistema especifico para desinfecção. Nos outros casos, ainda se faz necessária a previsão de instalações para a desinfecção, que geralmente é efetuada através do uso do cloro, ozônio e, mais recentemente, radiação ultravioleta. 2.0 – ALTERNATIVAS PARA TRATAMENTO 2.1 – Introdução Antes de serem descritas as principais alternativas para tratamento de esgotos sanitários é interessante que sejam destacadas algumas observações sobre o tratamento primário e sobre alguns parâmetros utilizados para o dimensionamento. Como já foi descrito anteriormente, o tratamento primário visa a remoção de sólidos grosseiros, óleos e graxas, e de sólidos em suspensão, com eficiência tal que permita o bom funcionamento das partes seguintes que compõem uma estação de tratamento. Dependendo do tipo de tratamento adotado, os componentes do tratamento primário podem variar, conforme as alternativas destacada a seguir, sendo, porem, a caixa retentora de areia uma unidade que raramente pode ser dispensada.          Alternativa 1: Grade                              Caixa retentora de areia                              Medidor de vazão                              Decantador primário          Alternativa 2: Grade                              Caixa retentora de areia                              Medidor de vazão                              Peneira elástica          Alternativa 3: Grade                              Caixa retentora de areia                              Medidor de vazão Certos casos em que se opta pelo tratamento por disposição no solo, pode-se utilizar como tratamento preliminar apenas o gradeamento, seguido de medidor de vazão. A dispensa de decantador primário e peneira estática, geralmente só é admitida em sistemas de lagoas de estabilização e sistemas denominados de oxidação total ou aeração prolongada. Mais recentemente, também tem-se eliminado o decantador, quando se usam reatores anaeróbicos de manta de lodo, porem, nesse caso, é obrigatório o uso de gradeamento fino dos esgotos. Para facilitar e tornar mais objetiva a descrição sucinta de alternativas para tratamento secundário que serão apresentadas no item 2.2, supor-se-á que o tratamento preliminar (ou primário) já foi considerado adequadamente. Ainda como esclarecimento inicial, serão apresentados, a seguir, a simbologia de alguns parâmetros fundamentais utilizados por projetistas para estudos e para dimensionamento de unidades de tratamento de esgotos. -           Tempo de detenção hidráulico (td): é o tempo médio (geralmente expresso em dias) em que os despejos líquidos permanecem em uma unidade ou sistema. td = volume do reator (m3)      = dia      vazão media diária (m3/dia) ou td = altura ou comprimento de uma unidade (m) = dia          Velocidade média do liquido (m/dia) -           Taxa de carregamento orgânico (tco): é a quantidade de DBO, DQO ou de outro parâmetro, expressa em Kg, que é aplica por dia por unidade de volume ou de área de uma unidade. Tco = Kg DQO/ m3. dia           ou Tco = Kg DQO/ m2.dia           ou Tco = Kg DQO/ha.dia ha. = hectare = 10.000 m2 Quando a tco é referida por unidade de área (m ou ha), esse parâmetro costuma ser chamado por taxa de aplicação superficial. -           Taxa de escoamento superficial (tes): é q quantidade de efluente liquido que é aplicada por unidade de área de uma unidade durante um dia. tes = vazão dos esgotos (m3/dia) = m3/ m2  .dia = m/dia               Área da unidade (m2) -           Tempo de retenção celular (idade do lodo): é o tempo médio que os organismo que promovem o tratamento, permanecem em uma unidade (dia). Após esses esclarecimentos básicos, essenciais para o entendimento dos critérios fundamentais para projeto, são apresentados, no item 2.2, descrições sucintas sobre as seguintes alternativas para tratamento:              Tipo                                                                                Processo predominante -           disposição no solo                                                                          aeróbio e anaeróbio -           lagoa facultativa                                                                             aeróbio e anaeróbio -           sistemas de lagoas tipo australiano                                                aeróbio e anaeróbio -           lagoa aerada + lagoa de sedimentação                                           aeróbio e anaeróbio -           lodos ativados convencional                                                                             aeróbio -           lodos ativados (mistura completa)                                                                    aeróbio -           valo de oxidação                                                                                               aeróbio -           lodos ativados em reator do tipo batelada (batch)                                             aeróbio       -     poço profundo aerado (“Deep Shaft”)                                                              aeróbio -           filtro biológico aeróbio                                                                                      aeróbio -           filtro anaeróbio                                                                                              anaeróbio -           tanque séptico + filtro anaeróbio                                                                   anaeróbio -           reator anaeróbio de manta de lodo                                                                anaeróbio -           reator anaeróbio compartimentado (com chicanas)                                      anaeróbio -    reator anaeróbio de leito fluidificado                                                             anaeróbio -           reator aeróbio de leito fluidificado                                                                    aeróbio -           processo eletrolítico                                                                               físico-químico No item seguinte é apresentada uma abordagem sintética e objetiva sobre cada uma das alternativas mencionadas. 2.2 – Descrição sucinta de alternativas para tratamento de esgotos sanitários. 2.2.1 – Disposição de esgotos no solo A primeira evidencia do uso de tratamento de esgotos no solo foi constatada na antiga Atenas. Atualmente existem muitos sistemas funcionando, mesmo em paises desenvolvidos; talvez o mais antigo possa ser atribuído á cidade de Bunzlaw (Alemanha), que está sendo operado há mais de 300 anos. O tratamento do solo, de maneira geral, é conhecido por ações biológicas e físico-químicos, que ocorrem através de fenômenos atribuídos ao solo, plantas, bactérias, fungos, protozoários, vermes, etc. Trata-se de solução muito interessante quando se dispõe de área suficiente, com topografia adequada e a custos acessíveis, desde que se tomem todos os cuidados relativos a segurança dos trabalhadores e das comunidades vizinhas e também se respeite a capacidade do solo e das plantas que crescem na área utilizada para esse fim. Quando se adota essa alternativa deve-se previamente efetuar um estudo profundo sobre o impacto que esse sistema provocará no ar, água e solo. Na Figura 2.1 apresenta-se esquemas das diferentes formas de se fazer disposição de esgotos no solo.  Figura De maneira geral, são 3 as formas mais usuais para a disposição de esgotos no solo a saber: irrigação, infiltração rápida e escoamento superficial. No primeiro caso usam-se aspersores e é possível explorar a ação das plantas (consumo de nutrientes e evapotranspiração) para melhorar o tratamento. No caso de infiltração rápida ocupam-se áreas enormes, porem o problema de contaminação do lençol subterrâneo fica agravado. Quando se emprega a técnica de escoamento superficial, também conta-se com a colaboração de ações de plantas e, nesse caso, à jusante da área utilizada, deve-se dispor de um canal para a coleta do excesso não infiltrado. Sempre que se utilizar a disposição no solo deve-se prever um amplo cinturão de proteção e área adicional de segurança. 2.2.2 – Lagoa Facultativa O uso de lagoas facultativas é uma solução simples e de baixo custo, quando se dispõe de área com topografia adequada e de custo acessível. Na Figura 2.2 apresenta-se o esquema de uma lagoa facultativa com algumas características principais. Neste caso, o único cuidado complementar é a previsão de tratamento preliminar provido de grade e caixa retentora de areia. De maneira geral adota-se taxa de carregamento orgânico inferior a 250 Kg de DBO/ha.dia, no dimensionamento dessa unidade. Essa é uma alternativa extremamente simples para construção, e que exige operação mínima, sem qualquer necessidade de se contratar operador especializado. Quando bem dimensionada, raramente uma lagoa facultativa produz maus odores, porém recomenda-se que não sejam construídas junto a áreas residenciais. Deve-se levar em consideração o sentido predominante dos ventos e localizá-las a pelo menos 500 metros de residências.  Lagoas com geometria adequada e com tempo de detenção da ordem de 30 dias, podem promover elevada remoção de patogênicos, alcançando até a remoção de 99,99% de coliformes. Figura 2.2.3 – Lagoa Anaeróbia + Lagoa Facultativa O uso de lagoa anaeróbia seguida de facultativa (sistema australiano) é uma das melhores soluções técnicas que existem e também é uma das mais econômicas, quando se dispõe de área adequada e de baixo custo. Na figura 2.3 mostra esquematicamente um sistema australiano. Figura Na primeira lagoa ocorre a retenção e a digestão anaeróbia do material sedimentável e na segunda ocorre a degradação doas contaminantes solúveis e contidos em partículas suspensas muito pequenas. O lodo retido e digerido na primeira lagoa tem de ser removido em intervalos que geralmente variam de 2 a 5 anos. Na 1.ª lagoa predomina-se o processo anaeróbio e , na 2.ª lagoa o aeróbio, onde atribui-se as algas a função da produção e a introdução da maior parte do oxigênio consumido pelas bactérias. Nesse caso como em todas as situações em que se empregam lagoas, valem as mesmas recomendações destacadas em 2.2.2, assim como, deve-se ter cuidado especial para evitar grandes quantidades de líquidos infiltrados que podem degradar a qualidade da água do lençol subterrâneo. Sugere-se o revestimento interno da lagoa com camada de argila, pintura asfática, etc, para atenuar esses problemas. 2.2.4 – Lagoas de Maturação Na realidade, as lagoas conhecidas como lagoas de maturação não constituem, por si só, um sistema de tratamento, e sim, são utilizadas como tratamento complementar de efluentes secundários. Elas devem ser dimensionadas com taxas de carregamento orgânicos muito inferiores do que aquelas empregadas para dimensionamento de lagoas facultativas. Comumente se empregam 2 lagoas em série, com profundidade entre 1,0 e 1,5 m (ou menor), com função de melhorar a qualidade do efluente tratado e de possibilitar maior eficiência na remoção de organismos patogênico. Na figura 2.4 apresenta-se esquemas de 2 lagoas de maturação em série. Figura Essas lagoas podem ser implantadas, por exemplo, depois do sistema australiano, melhorando muito a qualidade do efluente tratado principalmente na remoção de patogênicos. Atualmente existem tendências a se colocar chicanas nessas lagoas para aumentar a sua capacidade de remover organismos patogênicos. Essas técnicas (uso de chicanas) também podem ser usadas em lagoas facultativas, porém, caso não seja feito estudo criterioso, pode-se provocar a ocorrência de maus odores junto aos primeiros compartimentos “criados” pelas chicanas. 2.2.5 – Lagoa Aerada + Lagoa de Sedimentação de Lodo Quando não se dispõe de área suficiente para a implantação de sistemas de lagoas de estabilização naturais, porem ainda dispõe de área considerável, pode-se utilizar sistemas constituídos por lagoa aerada seguida por lagoa de sedimentação de lodo. Veja a figura 2.5 Figura Nesse caso já se tem a necessidade de efetuar a aeração, na primeira lagoa, empregando-se aeradores superficiais ou difusores instalados no fundo da unidade. Apesar de ser um sistema que exige manutenção relativamente simples, já se tem um fator a mais, e de grande importância, relacionado com o consumo de energia elétrica. Essa lagoa aerada, quando precedida de decantador primário, pode ter tempo de detenção menor, porem quando se usa somente grade e caixa de areia, normalmente se emprega tempo de detenção hidráulico superior a 2 a 3 dias. Na aeração há a produção de lodo biológico que tem que ser removido antes do lançamento do efluente no corpo receptor. Por esse motivo emprega-se uma segunda lagoa que tem por objetivo a retenção e a digestão desse resíduo. Naturalmente esse lodo tem que ser removido em intervalos regulares e disposto em local adequado. Geralmente efetua-se limpeza dessa lagoa em intervalos de 2 a 4 anos. 2.2.6 – Sistemas de lodos ativados convencional. Esse processo provavelmente foi utilizado pela primeira vez há cerca de 90 anos e constitui uma verdadeira revolução tecnológica para tratamento de águas residuárias. Ele se baseia em processo biológico aeróbio e parte do principio que se tem de evitar a fuga descontrolada de bactérias ativas produzidas no sistema e que, portanto, deve-se recircula-la de modo a se manter a maior concentração possível de microorganismos ativos no reator aerado. Veja o esquema na figura 2.6, a seguir: Figura Esses microorganismos produzem flocos que podem ser removidos por sedimentação em decantador secundário (ou flotador por ar dissolvido). Parte do lodo é recirculada ao reator aeróbio e parte é descartada para o tratamento e destino final. Neste caso também é obrigatório o uso de decantador primário. Esses sistemas tem a vantagem de se basear em tecnologia conhecida perfeitamente e de alta eficiência e, adicionalmente, ocupa espaços relativamente pequenos quando se compara as propostas anteriores; porém, a operação exige pessoal especializado e o consumo de energia elétrica é bastante elevado. Provavelmente, nos paises desenvolvidos essa alternativa é empregada em mais de 90% das estações de médio e grande porte.