NÍVEIS DE TRATAMENTO DE ESGOTO Universidade Federal do Espírito Santo Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental NÍVEIS DE TRATAMENTO DE ESGOTO Ricardo Franci Gonçalves Giovana Martinelli da Silva

Tratamento de Esgoto Procedimentos Iniciais: Definir os objetivos do tratamento; Estudo de Impacto Ambiental no corpo receptor; Definição do nível de tratamento do esgoto.

Tratamento de Esgoto Tratamento: remover as impurezas físicas, químicas , biológicas e organismos patogênicos do efluentes. Objetivos: adequação a uma qualidade desejada ou ao padrão de qualidade vigente.

Tratamento de Esgoto O tratamento de esgotos pode ser dividido em níveis de acordo com o grau de remoção de poluentes ao qual se deseja atingir. Níveis de tratamento: Preliminar Primário Secundário Terciário. Desarenação O mecanismo de remoção da areia é o de sedimentação: os grãos de areia, devido às suas maiores dimensões e densidade, vão para o fundo do tanque, enquanto a matéria orgânica, de sedimentação bem mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades seguintes. As finalidades básicas da remoção de areia são: - Evitar abrasão nos equipamentos e tubulações; - Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tanques, orifícios, sifões etc; - Facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas diversas fases. O desarenador (foto5) é do tipo desengraxado aerado e é constituído de 1+1 sopradores de 400 Nm3/h a 3,70 mca, canal longitudinal com ponte rolante, bomba de areias 50 m3/h a 1,50 mca, concentrador de gorduras, medidor de vazão eletromagnético. A ponte rolante passa pelo canal removendo a areia e a gordura. A gordura é empurrada através do canal da esquerda até cair em um outro tanque onde recebe um pouco de água para poder ser transportada até os tanques que a levarão para um aterro sanitário. A areia sedimenta no tanque da direita e é sugada do fundo e transportada para tanques juntamente com a gordura. Gradeamento Ocorre a remoção de sólidos grosseiros, onde o material de dimensões maiores do que o espaçamento entre as barras é retido. Há grades grosseiras (espaços de 5,0 a 10,0 cm), grades médias (espaços entre 2,0 a 4,0 cm) e grades finas (1,0 a 2,0 cm). As principais finalidades da remoção dos sólidos grosseiros são: - Proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (bombas e tubulações); - Proteção das unidades de tratamento subseqüentes; - Proteção dos corpos receptores.

Tratamento de Esgoto Planta de tratamento

Gradeamento/ Caixas de Areia Decantadores Primários Tanques de Aeração Decantadores Secundários Tratamento de lodo ETE-Franca – SP

Níveis de Tratamento Tratamento Preliminar Mecanismos Físicos Peneiramento Sedimentação Grades grosseiras Desarenador Desarenação O mecanismo de remoção da areia é o de sedimentação: os grãos de areia, devido às suas maiores dimensões e densidade, vão para o fundo do tanque, enquanto a matéria orgânica, de sedimentação bem mais lenta, permanece em suspensão, seguindo para as unidades seguintes. As finalidades básicas da remoção de areia são: - Evitar abrasão nos equipamentos e tubulações; - Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tanques, orifícios, sifões etc; - Facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência de lodo, em suas diversas fases. O desarenador (foto5) é do tipo desengraxado aerado e é constituído de 1+1 sopradores de 400 Nm3/h a 3,70 mca, canal longitudinal com ponte rolante, bomba de areias 50 m3/h a 1,50 mca, concentrador de gorduras, medidor de vazão eletromagnético. A ponte rolante passa pelo canal removendo a areia e a gordura. A gordura é empurrada através do canal da esquerda até cair em um outro tanque onde recebe um pouco de água para poder ser transportada até os tanques que a levarão para um aterro sanitário. A areia sedimenta no tanque da direita e é sugada do fundo e transportada para tanques juntamente com a gordura. Gradeamento Ocorre a remoção de sólidos grosseiros, onde o material de dimensões maiores do que o espaçamento entre as barras é retido. Há grades grosseiras (espaços de 5,0 a 10,0 cm), grades médias (espaços entre 2,0 a 4,0 cm) e grades finas (1,0 a 2,0 cm). As principais finalidades da remoção dos sólidos grosseiros são: - Proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos (bombas e tubulações); - Proteção das unidades de tratamento subseqüentes; - Proteção dos corpos receptores. Poluentes Removidos Sólidos em suspensão Grades Médias Sólidos grosseiros Areia

Níveis de Tratamento Remoção de sólidos grosseiros Proteção dos dispositivos de transporte dos esgotos Proteção das unidades de tratamento subseqüentes Proteção dos corpos receptores Remoção da areia Evitar abrasão nos equipamentos e tubulações Eliminar ou reduzir a possibilidade de obstrução em tubulações, tanques e orifícios Facilitar o transporte líquido, principalmente a transferência do lodo em suas diversas fases

Níveis de Tratamento Tratamento Primário Poluentes Removidos Sólidos em suspensão sedimentáveis Matéria orgânica em suspensão Lodo primário bruto Sólidos Flutuantes Óleos e Graxas

Níveis de Tratamento Tratamento Primário Decantador primário Decantador Primário Os tanques de decantação podem ser circulares ou retangulares. Os esgotos fluem vagarosamente através dos decantadores, permitindo que os sólidos em suspensão, que apresentam densidade maior do que a do líquido circundante, sedimentem gradualmente no fundo. Essa massa de sólidos, denominada lodo primário bruto, pode ser adensada no poço de lodo do decantador e ser enviada diretamente para a digestão ou ser enviada para os adensadores. Uma parte significativa destes sólidos em suspensão é compreendida pela matéria orgânica em suspensão. Peneira Rotativa Dependendo da natureza e da granulometria do sólido, as peneiras podem substituir o sistema de gradeamento ou serem colocadas em substituição aos decantadores primários. A finalidade é separar sólidos com granulometria superior à dimensão dos furos da tela. O fluxo atravessa o cilindro de gradeamento em movimento, de dentro para fora. Os sólidos são retidos pela resultante de perda de carga na tela, são removidos continuamente e recolhidos em caçambas. Vista aérea dos decantadores primários Sedimentação: parte sólida do esgoto - lodo primário; Flotação : óleos e graxas contidos nos esgotos.

Níveis de Tratamento Tratamento Secundário Poluentes removidos Matéria orgânica dissolvida Matéria orgânica em suspensão Sólidos não sedimentáveis Nutrientes (parcialmente) Patogênicos (parcialmente)

Níveis de Tratamento Tratamento Secundário Decomposição dos poluentes Reações bioquímicas realizada por microrganismos Condições controlada Intervalos de tempo menores que na natureza Acelerar os mecanismos de degradação que ocorrem naturalmente nos corpos receptores

Níveis de Tratamento Tratamento Secundário Processo Biológico Contato entre os microrganismos e material orgânico contido no esgoto Bactérias Bactérias + Matéria Orgânica N processo aeróbio, a M.O é convertida em matéria celular, CO2 e água pela ação de bactérias na presença de oxigênio dissolvido. Parte do carbono serve como fonte de energia para os organismos e parte é utilizada juntamente com fósforo e nitrogênio para formar novas células H2O + C O2 (Processo Aeróbio) H2O + CO2 + CH4 + H2S (Processo Anaeróbio)

Níveis de Tratamento Tratamento Secundário Métodos mais comuns de tratamento secundário Lagoas de estabilização Lodos ativados Filtros biológicos Tratamento anaeróbio Disposição sobre o solo Decantador secundário

Lagoas de estabilização DBO CO2 O2 Algas Bactérias Fotossíntese Respiração Esta ETE foi implantada no ano de 1981 e atende ao bairro Jardim Paulistano I pertencente ao município de Franca. O tratamento de esgotos é realizado através de uma lagoa facultativa. Esta estação atende atualmente 8.627 habitantes e no final de plano atenderá 9.718 habitantes.             Outras Informações sobre a Estação:   A capacidade nominal do sistema existente é de 14,96 l/s e o volume médio diário de esgoto tratado atualmente é de 1.149,10 m3/dia.  A ETE possui uma área construída de 3.100  m2 e  área espelhada da lagoa facultativa de 17.954m2. Os parâmetros utilizados pela ETE para avaliar o desempenho da lagoa, bem como seus valores médios encontram-se na tabela abaixo. Processo de construção simples Eficiência satisfatória Necessita de grandes áreas Tempo de detenção típico 20dias LAGOA JARDIM PAULISTANO I Franca-SP

Lagoas de estabilização 40a50% DBO         Esta ETE atende aos bairros Jardim Paulistano II e Jardim Brasilândia, ambos pertencentes ao município de Franca. O tratamento dos esgotos é realizado através de um Sistema Australiano (lagoa anaeróbio + lagoa facultativa)  + uma lagoa de maturação (para a remoção de patogênicos). A população atendida pela ETE atualmente é de 17.385 habitantes.          Outras Informações sobre a Estação: A capacidade nominal do sistema é de 10,84 l/s e o volume diário médio de esgoto tratado é de  2306,08 m3/dia. As áreas espelhadas das lagoas são de 2.092 m2 (lagoa anaeróbia), 4.020 m2 (lagoa facultativa) e 5.550 m2 (lagoa de maturação. O sistema Australiano foi implantado em 1983 e Lagoa de Maturação em 1995. Os parâmetros utilizados pela ETE para avaliar o desempenho do sistema, bem como seus valores médio, estão presentes na tabela abaixo. Conhecido por sistema australiano Economia de 1/3 de área em relação a facultativa Possibilidade de liberação de maus odores( gás sulfídrico)

Lagoas de estabilização O2 obtido através de aeradores Dimensões menores que as facultativas convencionais Consumo de energia elétrica Tempo de detenção típico 5 a 10 dias

Lagoas de estabilização Tanque de Aeração A remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios (bactérias, protozoários, fungos etc) no tanque de aeração. A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos esgotos, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos convertem a matéria orgânica em gás carbônico, água e material celular (crescimento e reprodução dos microrganismos). Os sólidos são mantidos em suspensão e mistura completa Maior contato matéria orgânica – bactéria Tempo de detenção típico 2 a 4 dias

Lodos ativados Os sólidos são recirculados do fundo da unidade de decantação, por meio de bombeamento para a unidade de aeração Bactéria em suspensão Assimilação de M.O.

Lodos ativados LODOS ATIVADOS – FLUXO CONTÍNUO (CONVENCIONAL / PROLONGADO)

Filtros biológicos A biomassa cresce aderida a um meio suporte Sistemas aeróbios Leito de material grosseiro ( pedras, ripas ou plástico) Aplicação de esgoto na forma de jatos ou gotas Crescimento bacteriano na superfície do material do leito Filtro biológico de baixa carga com distribuidor rotatório

Tratamento Anaeróbio Filtro anaeróbio A biomassa cresce aderida a um meio suporte Fluxo de líquido ascendente O filtro trabalha afogado A unidade é fechada Baixa produção de lodo SubProjeto 2 : Filtro Biológico Anaeróbio (FBA) Nesta pesquisa pretendeu-se obter parâmetros para dimensionamento de um filtro biológico anaeróbio, utilizando anéis inteiros e semi-anéis de bambu como recheio, tais como: profundidade do leito; partida; tempo de detenção hidráulica; características do lodo e durabilidade do material de enchimento. A instalação da planta piloto, constituída por quatro reatores cilíndricos de aço inox com volume individual aproximado de 0,75 m3, foi feita junto a uma ETE existente na cidade de Limeira, distante 60 km de Campinas, SP. Esta planta piloto incluiu remoção preliminar de sólidos em peneira estática e bombeamento para tanques alimentadores com carga hidráulica constante. Bambu foi o material de recheio utilizado. A partida dos reatores foi feita com inoculo proveniente de uma ETE, operando com processo anaeróbio para acelerar o processo. A eficiência dos reatores foi avaliada por meio de parâmetros de controle, tais como tempo de detenção hidráulico (de 7 e 9 horas), carga orgânica afluente e porcentagens de remoção da matéria orgânica e de sólidos. As principais análises que foram realizadas são: DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), Ácidos Voláteis, Alcalinidade, pH, Série de Sólidos, Óleos e Graxas. Filtro Biológico Anaeróbio (FBA)

Tratamento Anaeróbio Reator anaeróbio de manta de lodo A biomassa cresce dispersa no meio A biomassa se aglutina formando grânulos Fluxo de líquido ascendente Formação de gases (CH4 e CO2) Baixa produção de lodo ETE - UFES Afluente Coleta do afluente Compartimento de decantação Partícula de lodo Compartimento de digestão Separador Trifásico Bolha de gás Manta de lodo Leito de lodo

Disposição sobre o solo Forma de disposição final e tratamento Nível Primário Nível Secundário Nível Terciário Retenção na matriz do solo Retenção pelas plantas Aparecimento na água subterrânea Disposição no solo em tabuleiros inclinados

Escoamento superficial no Solo (EES) Disposição sobre o solo Tipos mais comuns Infiltração Lenta ( irrigação) Infiltração Rápida (altas taxas) Infiltração superficial Escoamento superficial Escoamento superficial no Solo (EES) SubProjeto 3 : Disposição de esgoto sanitário no solo coberto com capim elefante Para este subprojeto foram construídos cinco tabuleiros inclinados, perto da ETE do Campus da UFRN e alimentados com os efluentes dos reatores anaeróbios pilotos. Estava sendo estudados: aspectos de projeto (taxa de aplicação e intermitência, declividades, tipos de cobertura vegetal, dispositivos de distribuição dos esgotos e coletas dos excedentes, etc.); a eficiência (remoção de matéria orgânica, sólidos, patogênicos, nutrientes eutrofizantes, etc.); a produção de biomassa vegetal; aspectos funcionais do sistema solo-planta (aeração, saturação, salinidade, sodicidade, oligoelementos, etc.); e problemas construtivos e operacionais (distribuição de fluxos, erosão, proliferação de insetos, odores, etc.). SubProjeto 2 : Pós tratamento de efluente anaeróbio: tratamento no solo por irrigação sub superficial em vala de filtração modificada. Os resultados obtidos durante o edital I mostrou que os sistemas anaeróbios não eram altamente eficientes, atingindo valores abaixo de 80 %, o que não satisfaz a legislação. Era necessário a continuidade nas pesquisas no aperfeiçoamento dos reatores e em sistemas que promovessem o pós tratamento de seus efluentes. Nesta pesquisa pretendia-se implantar e operar um sistema de irrigação sub superficial em vala de filtração modificada, como pós tratamento do efluente anaeróbio, com taxas hidráulicas na faixa de 25 a 40 L/m2.dia, com base na norma ABNT 7.229 de 1993. Pretendia-se com esta associação desenvolver um sistema compacto e de baixo custo, onde o tratamento global do sistema tivesse um maior desempenho, e melhorasse significativamente a qualidade do efluente, de modo a atender os parâmetros exigidos pela Legislação. SubProjeto 1: Escoamento Superficial de Esgotos Sanitários no Solo Este subprojeto visou à obtenção de parâmetros para dimensionamento do sistema de disposição controlada no solo, pelo método de escoamento superficial, tais como determinação de comprimento ótimo da rampa, e adequabilidade do tipo de vegetação de cobertura. A planta piloto foi constituída por dois patamares localizados em um conjunto de casas populares na cidade de Piracicaba, SP, distante a 80 km de Campinas, SP. O primeiro possuia suas rampas localizadas uma ao lado da outra, medindo cada uma 4 metros de largura por 25 metros de comprimento, onde a gramínea de cobertura foi a Brachiaria Humidicola. O segundo patamar foi constituído por uma rampa de 4 metros de largura por 22 metros de comprimento, onde a gramínea de cobertura foi a Tifton. Cada umas das rampas possuia declividade de 4 por cento. O efluente distribuído em cada rampa foi esgoto sanitário que foi aplicado por tubulações de PVC perfuradas. Foram realizadas análises de: DQO (Demanda Química de Oxigênio), DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), Alcalinidade, pH, Série de Sólidos Vala de filtração

Níveis de Tratamento Tratamento Terciário Poluentes Removidos Nutrientes Patogênicos Compostos não biodegradáveis Metais pesados Sólidos inorgânicos dissolvidos Sólidos em suspensão remanescentes Ovo de helminto.

Níveis de Tratamento Tratamento Terciário Métodos mais comuns de tratamento terciário Lagoas de maturação Desinfecção Processos de remoção de nutrientes Filtração final

Lagoa de Maturação A função desta lagoa é a remoção de patogênicos. Esta é uma alternativa mais barata à outros métodos como por exemplo a desinfecção por cloração. Lagoas de Maturação Aplicadas ao Pós-Tratamento de EFLUENTES de Reatores de Manta de Lodo. Para o desenvolvimento das atividades de pesquisa desse sub-projeto foram construídas, na ETE Nova Vista, em Itabira- MG, duas lagoas de maturação em escala piloto (32 m3/lagoa) que eram alimentadas por um reator UASB compartimentado em escala de demonstração (9 m3). Uma das lagoas possuía chicanas, forçando a ocorrência do regime tubular de escoamento. Foto 1: Lagoa de maturação A partir do monitoramento dessas unidades, pretendia-se: avaliar a eficiência do sistema na remoção de patogênicos e de nutrientes; avaliar e otimizar os parâmetros de projeto e operação (tempo de detenção hidráulica, profundidade e relação comprimento/largura da lagoa); determinar a influência da dispersão hidráulica na remoção de coliformes (número de chicanas na lagoa); determinar a influência da profundidade na atividade fotossintética e, em decorrência, no pH e na remoção de nutrientes; determinar os coeficientes de remoção de DBO e de coliformes, levando em consideração o regime hidráulico na lagoa. Lagoa de maturação

Principal forma de desinfecção Tipos de Desinfecção: Cloração Raios utravioleta Ozonização (O3) Reator de Desinfecção com Tecnologia Ultravioleta. Principal forma de desinfecção ClO2 Cl2 NaOCl Ca(OCl)2 No Brasil não tem sido usual clorar esgoto bruto ou tratado, em razão de seus elevados custos, e por questões de ampla deficiência na capacidade de tratamento nas grandes cidades. ClO2 (Dioxido de cloro) Cl2 (gás cloro) NaOCl (Hipoclorito de sódio) Ca(OCl)2Hipoclorito de Cálcio) Cloração Utilizado em estações de grande porte Utilizados em estações de menor porte

Desinfecção Cloração O cloro,Cl2, penetra nas células dos microrganismos e reage com suas enzimas destruindo-as . Outras vantagens da cloração: Controle do odor; Facilita a remoção de escuma em decantadores; Aumenta a eficiência na decantação; No Brasil não tem sido usual clorar esgoto bruto ou tratado, em razão de seus elevados custos, e por questões de ampla deficiência na capacidade de tratamento nas grandes cidades. ClO2 (Dioxido de cloro) Cl2 (gás cloro) NaOCl (Hipoclorito de sódio) Ca(OCl)2Hipoclorito de Cálcio)

Desinfecção Cloração ETE Caçadores (CAMBÉ-PR) - Tanque de contacto do Processo de Dióxido de Cloro. Em caso de epidemias e reutilização do efluente, é possível a desinfecção da água de saída com hipoclorito de sódio. O sistema utilizado para a cloração(6) é composto por um tanque de hipoclorito de sódio (17.000 litros) e 1+1 bombas dosadoras 150 l/h a 60 mca.   Tanque de hipoclorito de sódio

Aspectos contrários à Cloração Desinfecção Aspectos contrários à Cloração Formação de cloraminas: NH3 + HOCl NH2Cl + H2O (monocloramina) NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O (dicloramina) NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O (tricloramina) HOCl = Ácido Hipocloroso A capacidade bactericida das cloraminas é bastante reduzida.

Aspectos contrários à Cloração Desinfecção Aspectos contrários à Cloração Demanda de cloro: O cloro adicionado reage com Fe, Mn, NO2-, H2S, CN-, aumentando sua demanda e diminuindo a eficiência da desinfecção. Composto organoclorados: Cloro residual: é a concentração de cloro que permanece após um certo tempo, durante o qual a demanda foi satisfeita. Cloro residual combinado: é a concentração de cloro residual que existe em combinação com a amônia ou com compostos orgânicos nitrogenados. Cloro residual livre: é a concentração de cloro residual que existe sob a forma de ácido hipocloroso e íon hipoclorito. Havendo matéria orgânica no esgoto a ser clorado, o cloro passa a reagir com esta matéria formando compostos organo-clorados, que são substâncias carcinogênicas. matéria orgânica + Cloro = Compostos organoclorados Substâncias carcinogênicas

Eficiência de remoção E = Co – Ce * 100 Co E = eficiência de remoção Co= Concentração afluente do poluente Ce = Concentração efluente do poluente

Eficiência de remoção Estimativa da eficiência de remoção esperada nos diversos níveis de tratamento incorporados numa ETE. Tipo de tratamento Matéria orgânica  (% DBO) Sólidos em suspensão  (% SS) Nutrientes  (% nutrientes) Bactérias  (% remoção) Preliminar 5 – 10 5 –20 Não remove 10 – 20 Primário 25 –50 40 –70 25 –75 Secudário 80 –95 65 –95 Pode remover 70 – 99 Terciário 40 - 99 80 – 99 Até 99 Até 99,999 Fonte: (CETESB, 1988 - http://www.fec.unicamp.br/~vanys/sisttrat.htm)

Conclusão O nível de tratamento que um efluente deve receber esta relacionado com os impactos e os usos previstos para corpo receptor. De acordo com a área, com os recursos financeiros disponíveis e com o grau de eficiência que se deseja obter, um ou outro processo de tratamento pode ser mais adequado.

Agradecimentos LABSAN PPGEA