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TRATAMENTO BIOLÓGICO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
Partida, Operação, Controle de Processo e Análise de Problemas Operacionais
APRESENTADOR: 1. Eng. Luiz Fernando Matusaki
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Processo Biológico • Objetivos:
– oxidar a matéria orgânica através da atividade dos microorganismos
• Condições ótimas: – pH (6,5 a 8,5) – Temperatura (< 40 oC) – Ausência de metais pesados e substâncias tóxicas – Vazão contínua – Nutrientes
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Processos Anaeróbicos • Efluentes com DQO elevadas (> 10.000
mg/L) • Eficiências de 40 a 85 % de remoção de
DQO • Reações mais lentas • Processo mais sensíveis à variações de
carga e vazões • Menor geração de lodo
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Processos Anaeróbicos
• reatores de fluxo ascendente (UASB)
Efluente Bruto
Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)
Efluente Tratado
Saída de Gás
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Processos Aeróbicos
• Maiores eficiências de remoção de DBO/DQO ( > 90 %)
• Maior geração de lodo em relação ao anaeróbico
• Processo mais estável • Utilizados principalmente em casos
em que se requer reuso
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Processos Aeróbicos
• Lagoas Aeradas • Lodos Ativados por Batelada (LAB) • Lodos Ativados convencional (aeração
+ decantador) • Lodos Ltivados com flotação (aeração +
flotador) • Lodos ativados com membranas (MBR)
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Processos Aeróbicos
• Lagoa Aerada
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Processos Aeróbicos
• Lodos Ativados por Batelada (LAB)
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Processos Aeróbicos
• Lodo Ativado convencional (aeração + decantador)
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Processos Aeróbicos
• Lodo Ativado com flotação (aeração + flotador)
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Processos Aeróbicos
• Lodos ativados com membranas (MBR)
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Definição do Projeto • Caracterização quantitativa e qualitativa
– Importância de se definir a correta vazão dos efluentes – Tipo de Amostragem
• Simples • Composta • Proporcional
– Preservação das amostras – Eleição do laboratório – Confiabilidade dos resultados
• Eleição da Concepção
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Implantação do Projeto • Aquisição dos equipamentos • Obras civis • Montagem • Comissionamento
– ETE concluída – Equipe de operação já contratada – Presença de técnicos da montadora/construtora – Testes em vazio x carga – Testes com Efluente
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Partida (Start-up) • Requisitos
– Efetuado comissionamento – Encher aeração com água industrial – Produtos químicos comprados – Laboratório de monitoramento interno montado
• Avaliar necessidade de aclimatação dos microorganismos
• Programação do início do descarte de lodo
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Operação – Lodos Ativados • Monitoramentos gerais recomendados
– Vazão de alimentação (mais contínua possível) – Verificar eficiência dos tratamentos primários
• Remoção de óleos e graxas • Remoção de metais pesados • Remoção de inibidores • Correção do pH
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Operação – Lodos Ativados • Balanceamento de Nutrientes
– Relação DBO:N:P de 100:5:1 – Dosagem de uréia e ácido fosfórico – Monitorar residual (nitrogênio NTK de 2 a 5 mg/L e
fósforo de 0,1 a 0,3 mg/L)
Tanque de Preparação e Bombas Dosadoras
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Operação – Lodos Ativados • Aeração
– pH no tanque de aeração (ideal de 7,00 a 8,00) – Grau de mistura (evitar a decantação de sólidos) – Oxigênio dissolvido (mínimo de 2,00 mg/L) – Microbiologia
• Tipos de microorganismos – bactérias – protozoários – pedunculados – rotíferos – nematóides
• Microscópio – aumento de 300 vezes, no mínimo
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Controle de Processo – Lodos Ativados • Parâmetros de Controle
– Fator F/M
)3()/()/()/3(
mVtaeLmgSSVTALmgDBOdmQ
MF
⋅⋅
= [d-1]
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Controle de Processo – Lodos Ativados • Parâmetros de Controle
– Índice Volumétrico de Lodo (IVL)
100030⋅=
SSTTARSIVL [mL/g]
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Controle de Processo – Lodos Ativados • Parâmetros de Controle
– Idade do Lodo (vida útil dos microorganismos) esquema 1
SSVrecVDDSSVtaeVtaeIL
**
= [dias], sistemas com decantador ou flotador
VDLVtaeIL = [dias], sistemas MBR esquema 2
• Objetivo do descarte de lodo: renovação da população de microorganismos
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Atendimento Legislação
• DBO/DQO de Entrada e Saída • Oxigênio Dissolvido • Resíduo Sedimentável 60 minutos (RS60 < 1 mL/L) • Sólidos Suspensos Totais no Efluente Tratado (SST) • pH (5,00 a 9,00) • Temperatura (< 40 oC) • Nitrogênio amoniacal e Fósforo • Demais itens da legislação ambiental estadual e
federal
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Principais Problemas Operacionais • Problemas Mecânicos
– Equipamentos principais em stand-by – Gerador para quedas de energia – Manutenções preventivas – Peças de responsabilidade em estoque
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Principais Problemas Operacionais • Problemas na Aeração
– deficiência de oxigênio (odor e queda de eficiência) – mistura inadequada (decantação de sólidos) – turbulência elevada (quebra de flocos) – ondas – espuma
• identificar tipo de espuma • tomar medidas corretivas
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Principais Problemas Operacionais
• Problemas no Decantador – Ideal é um efluente final claro e límpido – Perda de Sólidos – Bulking
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Perda de Sólidos (cont.) Causas Medidas Corretivas
Problemas nos equipamentos (removedor de lodo, bombas de descarte/reciclo)
•verificar se o removedor de lodo está funcionado adequadamente •verificar se as borrachas raspadoras de fundo estão intactas •observar o nivelamento dos vertedores série-periférico
Sobrecarga hidráulica • verificar o valor da velocidade de escoamento superficial. Se for superior a 24 m3/m2/d, poderá haver arraste de lodo. A solução não é tão fácil, pois aumento de área indica a necessidade de construção de novo decantador
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Perda de Sólidos Sobrecarga de sólidos - verificar a carga de sólidos da unidade. O
valor recomendado é de no máximo 146 kg/m2/d
- reduzir o SST na aeração, aumentando o descarte de lodo
- reduzir a recirculação de lodo e avaliar comportamento do sistema
- utilizar auxiliares de decantação (FeCl3, polímeros, PAC ou Al2(SO4)3). Trata-se de medida paliativa e emergencial
- se não houver outra alternativa, aumentar a área de decantação, com a construção de nova unidade
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Principais Problemas Operacionais • Bulking filamentoso
- Presença de microorganismos filamentosos: • Baixo OD na aeração • Nutrientes em dosagem insuficiente • pH fora de faixa • Variação de carga orgânica • Elevado teor de sulfetos • F/M < 0,05 d-1
- Seletores anaeróbicos - Auxiliares de decantação - Choque anaeróbico
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Principais Problemas Operacionais
• Bulking disperso – ausência de microorganismos filamentosos:
• Carga orgânica elevada • Aeração excessiva • Presença de substâncias tóxicas
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Exemplo de Tratamento Físico-Químico Gradeamento + Parshall + Elevatória
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Exemplo de Tratamento Físico-Químico Equalização
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Exemplo de Tratamento Físico-Químico Correção do pH + Coagulação
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Exemplo de Tratamento Físico-Químico Flotador
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Exemplo de Tratamento Físico-Químico Flotador – Concha Raspadora
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Exemplo de Tratamento Biológico Aeração – Ar Difuso
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Exemplo de Tratamento Biológico Desaguamento de Lodo
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Exemplo de Tratamento Biológico Efluente Tratado
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Casos de Reuso
• Quando a estação for bem operada e as eficiências atingidas forem elevadas, dependendo do caso e do tipo de indústria, o reuso poderá ser possível
• Exemplos – Shopping CenterVale – São José dos Campos – SP – Petrom – Petroquímica de Mogi das Cruzes – SP – Saint- Gobain Abrasivos – Igarassu - PE
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CenterVale Shopping • Inauguração: 28 de Maio de 1987 • Área Construída: 102.852,50 m2
• Área Bruta Locável: 46,7 mil m2 • Área do Terreno: 90.559,49 • Número de Lojas: 230 • Fluxo de Pessoas: 1.200.000/ mês • Empreendedores: Ancar Ivanhoe Shopping Center, Real Engenharia e Incorporações e Real
Engenharia Investimentos • Faturamento Anual: R$ 300.000.000,00
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CenterVale Shopping • Trata-se de um shopping-center localizado em São José dos
Campos – SP. Possuía uma estação de tratamento de efluentes líquidos com concepção de lodos ativados.
• O projeto de adequação englobou as seguintes alterações: – Instalação de peneira estática – Sistema de correção do pH – Substituição do sistema de oxigênio puro por ar difuso – Substituição do decantador secundário por flotador por ar dissolvido – Instalação de tanque de condicionamento de lodo e filtro-prensa – Instalação de filtro de areia/carvão após a ozonização
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CenterVale Shopping • Foram mantidas as seguintes unidades
– Tanques de equalização – Sistema de ozonização
• O efluente tratado é reutilizado em: – vasos sanitários – irrigação das áreas verdes
• A capacidade do sistema de tratamento é de 15 m3/h • Investimento: R$ 200.000,00
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CenterVale Shopping
Peneira Estática Equalização e Aeração
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COMPARATIVO ENTRADA E SAÍDA DA ETE
Entrada: Esgoto Bruto Água Tratada
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CenterVale - Tratamento e reuso da água
• DBO bruta 700 mg/L / DBO tratada < 5 mg/L • Retorno do investimento pela economia de
água e esgoto: 10 meses
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Reciclagem do óleo comestível • Todo o óleo utilizado nos restaurantes do CenterVale Shopping
é coletado e reciclado, reduzindo entupimentos na rede de esgoto e proliferação de insetos, evitando a poluição de rios e córregos
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Petrom - Tratamento e reuso da água
• Tratamento – Primário (flotação para remoção de óleos e graxas) – Primeiro estágio biológico (aeração + flotador) – Segundo estágio biológico (MBR) – Centrífuga
• Investimento: R$ 5.200.000,00 (2007) • DBObruta 1.200 mg/L / DBOtratada < 10 mg/L
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• ÁREA TOTAL 400.000 m²
• ÁREA CONSTRUÍDA 25.000 m²
• FUNCIONÁRIOSE COLABORADORES
Aprox. 200
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Produtos e Capacidade Produtiva
• ANIDRIDO FTÁLICO 82.000 TON/ANO Estabilizantes de PVC, Fenolftaleína, Secantes p/ tinta, Aromatizantes e Corantes
• PLASTIFICANTES 108.000 TON/ANO
Mangueiras, Calçados, Brinquedos, Fios e cabos
• ÁCIDO FUMÁRICO: - TÉCNICO 4.000 TON/ANO - FEED GRADE Resinas , Adesivos, Inseticidas, Fungicidas
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Estação de Tratamento de Efluentes
• Inicialmente haviam duas estações de tratamento, sendo uma para o efluente industrial e outra para o efluente sanitário, ambas com a concepção do sistema de valo de oxidação.
• Havia um projeto de adequação que encontrava-se paralisado visando tratar os dois efluentes em conjunto.
• O projeto de adequação aproveitou as unidades existentes e foi direcionado para o atendimento legal do limite de 10 mg/L de DBO para o efluente tratado, exigido pela Cetesb.
• A concepção do novo sistema possui: Tratamento físico-químico (remoção de plastificante) Tratamento biológico (lodo ativado com flotação) Polimento por membranas (MBR)
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Estação de Tratamento de Efluentes
• As unidades do tratamento são: – Peneira estática (esgoto sanitário) – Tanque de equalização do efluente industrial – Tanques de neutralização e coagulação – Flotador primário – Tanque de equalização do efluente industrial após físico-químico – Tanque de aeração – Flotador biológico – Tanque de membranas (MBR) – Tanque de Lodo – Centrífuga
• Investimento: R$ 5.200.000,00 (2007) • Vazão: 10 m3/h
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- Área Ocupada: 1.150 m2
- Capacidade Total do Sistema: 240 m3/dia - Vazão de Tratamento Atual: 120 m3/dia ( 100 m3/dia efluente industrial e 20 m3/dia de esgoto sanitário)
Estação de Tratamento de Efluentes
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O tratamento físico-químico é iniciado quando o efluente industrial é transferido da Unidade de Produção de Plastificantes para o tanque de equalização. Sua homogeneização e mistura é efetuada através de um sistema de recirculação através de bombas.
Tanques de Equalização
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Tanques de Neutralização e de Adição de Polieletrólito
O efluente equalizado é transferido para o tanque de neutralização onde é dosada Soda Cáustica a fim de se promover a correção do pH dos efluentes na faixa de 4 a 6. Em seguida, é adicionado polímero que promove a coagulação dos efluentes.
Tanques de Neutralização e Coagulação
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Esta unidade foi projetada para promover a remoção das partículas oleosas e sólidos suspensos. No flotador o ar comprimido é dissolvido juntamente com o efluente proveniente do Tanque de Coagulação. No interior do flotador ocorre o surgimento de microbolhas de ar que arrastam as partículas oleosas e os sólidos em suspensão para a superfície do equipamento. Através de um removedor de superfície, o produto suspenso é coletado e enviado, por gravidade, para o tanque intermediário e reutilizado na Unidade de Plastificantes e o efluente clarificado é enviado, por gravidade, para o tanque de equalização para alimentação do tratamento biológico.
Flotador Primário
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O pH de saída do tratamento físico-químico varia de 4 a 6. Assim, é necessária a correção até a faixa de 7 a 8,5 ideal para o tratamento biológico. A correção é automática, com a dosagem em linha de Soda Cáustica.
Na aeração são reunidos os efluentes industriais pré-tratados com o pH corrigido e os esgotos sanitários. Esse tanque é dividido em três células de mesmo volume, cada uma com capacidade de 500 m3 , totalizando 1.500 m3. A profundidade útil do tanque é de 6,00 metros.
A aeração é realizada será através de difusores de ar comprimido do tipo membrana de bolhas finas. O Oxigênio é gerado por três sopradores instalados e sua vazão controlada por medidores de Oxigênio Dissolvido no interior de cada célula. Para um melhor controle do processo e economia de energia todos os motores elétricos possuem inversores de frequência.
Tratamento Biológico
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Esta unidade tem a função de clarificar o efluente proveniente dos tanques de aeração assim como promover o adensamento do lodo biológico, sendo necessária dosagem de polímero.
O lodo biológico adensado é encaminhado a um tanque de acúmulo para posterior reciclo à aeração e recalque ao tanque de descarte de lodo para desaguamento em centrífuga.
O efluente clarificado do flotador é encaminhado, por gravidade, para o tanque de tratamento por membranas para polimento final do efluente.
Flotador Secundário
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Tanque de Acúmulo de Lodo
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O objetivo deste segundo estágio de aeração é efetuar o polimento final do efluente de modo a enquadrá-lo aos padrões de qualidade do corpo receptor. A clarificação do efluente é dada pela membranas de ultrafiltração o que garante uma qualidade excelente ao efluente final.
A remoção de bactérias e vírus através da filtração produz um efluente final
desinfectado, sendo possível a sua utilização em muitas aplicações industriais . A utilização de um processo de Ultrafiltração serve como uma barreira física que
não permite a passagem e escape de sólidos para o efluente final. Assim o processo é mais estável e seguro do que os sistemas de lodos ativados convencionais.
O efluente final será encaminhado diretamente para utilização como água de
reposição em torres de resfriamento.
Tanque de Tratamento por Membranas
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Tanque de Tratamento por Membranas
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Água Tratada
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Nesta unidade são desaguados os lodos biológico dos dois estágios de aeração (tratamento biológico e tanque de membranas) que são reunidos no tanque de descarte de lodo. O condicionamento do lodo será feito através da adição de polímero na linha de alimentação da centrífuga.
O lodo desaguado é armazenado em caçamba metálica até sua destinação final que será para co-processamento.
O clarificado é enviado, por gravidade, para o tanque de equalização do processo físico-químico para posterior recalque ao tanque de aeração.
Desaguamento do Lodo
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Automação
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Objetivo: • Reuso: Make up das Torres de Resfriamento • Vazão de Make-Up: 550 m3/dia • Vazão da água tratada: 144 m3/dia
Justificativa: • Efluente zero: não haverá lançamento de efluente no corpo receptor • Não há necessidade de tratamento complementar • Baixa carga orgânica • A água encontra-se desinfectada • Turbidez reduzida • pH neutro
Reuso de Água Tratada
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Local DQO DBO SST SSV OG Fenol
Efluente Bruto 3.740 64 2,7
Efluente Equalizado 3.370 39
Efluente Doméstico 272 58
Flotador 74
Membranas (água tratada) 19 9 3 0,003
Reator 1 2.684 2.090
Reator 2 2.625 2.245
Reator 3
Membrana (efluente) 9.634 6.937
Retorno Lodo 17.020
Monitoramento
Unidades: mg/l
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Saint-Gobain Abrasivos • Unidade de Igarassu - PE • O projeto de adequação englobou as seguintes alterações:
– Tratamento primário (2004) – Segundo estágio de aeração com:
• Tanque de Anoxia • Tanque de Aeração com Membranas (MBR)
– Objetivos: • Redução de nitrogênio amoniacal para valores < 20 mg/L • Redução da DQO residual
• Investimento no MBR: R$ 800.000,00 (2011) • Vazão: 2,00 m3/h
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Saint-Gobain Abrasivos • Atualmente o efluente vem sendo reutilizado para fabricação
de colas e limpeza de equipamentos • Partida: dezembro/2011
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Saint-Gobain Abrasivos • Resultados:
– N-amoniacal < 5 mg/L – DQO < 300 mg/L (DQO bruto 30.000 mg/L) – DBO < 10 mg/L
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Controle de Processo
Esgotos
Descarte/ Reuso
Lodo Ativado
1,8 a 6,0 m TR = 3 a 14 d
Aerador
Aterro/
Compostagem
Decantador ou Flotador
Descarte Reciclo
SST 3.000 a 5.000 mg/L
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