Aula 12 introdução aos metodos tratamento - prof. nelson (area 1) - 13.10

Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental

Programa

II UNIDADE
 Caracterização e tratamento dos efluentes
industriais:
 galvanoplastia, ind. papel e celulose, têxtil,
laticínios, abatedouros e frigoríficos,
curtumes, ind. química e petroquímica,
farmacêutica, ind. alimentícia e bebidas.
 Controle de Processo e Análise de Custo

Visita Técnica: CETREL (Polo Camaçari) – Data a definir
3

UNIDADES QUE COMPÕEM O SISTEMA DE SANEAMENTO

DISINFECÇÃO
BARRAGEM

CONSUMIDOR

RIO

ETA

DISTRIBUIÇÃO ETE

Tratamento de Efluente

Efluente Industrial

Fonte
geradoras

Tratamento visando Tratamento
atendimento aos padrões visando reuso

Pré Tratamento Atendimento aos
tratamento completo padrões de reuso

Rede Corpo Processo produtivo
pública receptor ou utilidades

ETE

5

Métodos de
Tratamento

Introdução

Esquema Convencional
Destino final do
Remoção
efluente tratado (lago,
rio, corpo d´água) especial
Entrada
ETE
Caixa de Decantador Decantador
areia primário secundário
grades
Retorno sobrenadante Reator
Legenda: Bomba
biológico
• Fase liquida sendo clarificada de lodo
• Sobrenadante retorno a ETE Recirculação de lodo
• Lodo (sólido) remoção e
tratamento
Espessador Flotador
Destino final do de lodo
lodo desidratado
(aterro sanitário)

Condicionamento e
Digestor de lodo
secagem de lodos


Fases do Tratamento

Pré • Processos Físicos
Tratamento

Tratamento
• Processos Físicos
primário

Tratamento
• Processo Biológico
secundário

• Remoção de
Tratamento nutrientes
terciário
• Desinfecção
8


efluente
Fases do Tratamento

Tratamento • Objetivo: remoção física de sólidos grosseiros e areia
Preliminar • Unidades:caixas de areia, grades, peneiras,...

• Objetivo: remoção física e bioquímica dos sólidos
facilmente sedimentáveis
Tratamento primário • Unidades: fossas sépticas, reatores anaeróbios,
decantadores primários,...
• Objetivo: remoção bioquímica da matéria orgânica
Tratamento dos esgotos
secundário
• Unidades: lodos ativados, biofiltros, reatores
anaeróbios, lagoas de estabilização,....
• Objetivo: remoção de microrganismos patogênicos,
Tratamento terciário remoção de nutrientes e processos específicos
• Unidades: reatores com UV, ozônio, precipitação dos
fosfatos, stripping de amônia, etc.
afluente 9


Fases do Tratamento

Pré Tratamento (Tratamento Preliminar)

10


Fases do Tratamento

Pré Tratamento
 o esgoto é sujeito aos processos de
separação dos sólidos mais
grosseiros através do gradeamento
que pode ser composto por grades
grosseiras, finas e/ou peneiras
rotativas, em seguida a areia é
removida através das caixas de
areia e a remoção de óleos e graxas
através das caixas de gordura ou
em separadores água/óleo
11


Fases do Tratamento

Pré Tratamento

 Nesta fase, o esgoto é, desta
forma, preparado para as fases
de tratamento subsequentes,
podendo ser sujeito a uma pré-
areação e a uma equalização
tanto de vazão como de cargas
poluentes.

12


Fases do Tratamento

Tratamento Primário

13


Fases do Tratamento


 A primeira fase de tratamento
é designada por tratamento
primário, onde a matéria
poluente é separada da água
por sedimentação nos
sedimentadores primários.

14


Fases do Tratamento

 Este processo exclusivamente
de ação física pode, em alguns
casos, ser ajudado pela adição
de agentes químicos que
através de uma coagulação/
floculação possibilitam a
obtenção de flocos de matéria
poluente de maiores dimensões
e assim mais facilmente
decantáveis. 15


Fases do Tratamento
Tratamento Secundário

16


Fases do Tratamento
 Objetivo: remoção de matéria
orgânica dissolvida e da matéria
orgânica em suspensão não
removida no tratamento primário
 Consistindo num processo
biológico, do tipo lodo ativado ou
do tipo filtro biológico, onde a
matéria orgânica (poluente)
coloidal é consumida por
microrganismos nos chamados
reatores biológicos. 17


Fases do Tratamento
Tratamento Secundário (filtro biológico)

18



Matéria orgânica + bactérias + O2  CO2 + H2O + biomassa

contato entre os
Reator microrganismos e o
biológico material orgânico
contido no esgoto

Participação de
microrganismos

19


Fases do Tratamento
Tratamento Secundário (aeração)

20


Fases do Tratamento

 O efluente saído do reator
biológico contêm uma
grande quantidade de
microrganismos, sendo muito
reduzida a matéria orgânica
remanescente.
 Os microrganismos sofrem posteriormente um
processo de sedimentação nos sedimentadores
(decantadores) secundários.
21


Fases do Tratamento

Tratamento Secundário – Sistemas Aeróbios
 Sistema são adequados a
quase todos os tipos de
efluentes, e dentre os tipos de
sistemas aeróbios podemos
citar:
 Lodos ativados
 Lagoas aeradas
 Vasos de oxidação
22


Fases do Tratamento

 A eficiência de um tratamento
secundário pode chegar a 95%.
 Findo o tratamento secundário,
as águas residuais tratadas
apresentam um reduzido nível
de poluição por matéria
orgânica, podendo na maioria
dos casos, serem admitidas no
meio ambiente receptor.
23


Fases do Tratamento
Tratamento Terciário
 Normalmente, antes do lançamento final
no corpo receptor, é necessário proceder
à desinfecção das águas residuais
tratadas para a remoção dos
organismos patogénicos
 em casos especiais, à remoção de
determinados nutrientes, como o
nitrogênio e o fósforo, que podem
potencializar, isoladamente ou em
conjunto, a eutrofização das águas
receptoras. 24


Fases do Tratamento

Remoção de Nutrientes
 As águas residuais podem
conter altos níveis de nutrientes
como nitrogênio e fósforo. A
emissão em excesso destes
pode levar à acumulação de
nutrientes, fenômeno chamado
de eutrofização, que encoraja o
crescimento excessivo de algas
e cianobactérias.
25


Fases do Tratamento

Remoção de Nutrientes
 A maior parte destas algas
acaba morrendo, porém a
decomposição das mesmas por
bactérias remove oxigênio da
água e a maioria dos peixes
morrem. Além disso, algumas
espécies de algas produzem
toxinas que contaminam as
fontes de água potável.
26


Fases do Tratamento

Desinfecção
 A desinfecção das águas
residuais tratadas tem
como objetivo a remoção
dos organismos
patogénicos.

27


Métodos

Como tratar um efluente industrial ?

 A remoção dos contaminantes presentes em
efluentes industriais se dá através de métodos
físicos, químicos e biológicos envolvendo
processos e operações unitárias de natureza
física, química e biológica utilizadas
isoladamente ou em uma multiplicidade de
combinações. (Cavalcanti, – Manual de
Tratamento de Efluentes Industriais)
28


Métodos

Operações Processos
unitárias unitários

Reação
Forças
química ou
físicas
biológicas

29


Métodos

• gradeamento • Acerto de pH • Processo

Tratamento biológicos
Tratamento químicos
Tratamentos Físicos

• Peneiramento • Preciptação química aeróbicos
• Sedimentação • Oxi-redução • Lodos ativados
• Separação • Troca-iônica • Lagoas aeradas
gravidade • Lagoas de
diferencial estabilização
• Flotação • Filtros biológicos
• Filtração • Contactores
• Aeração biologicos rotativos
• Stripping • Processos
• Adsorção anaeróbicos
• Reatores fluxo
ascendente

30


Principais Processos
Óleos e Graxas
• Separador por gravidade diferencial
• Flotação
• Filtração por membrana

Sólidos em suspensão
• Peneiramento
• Remoção de areia
• Sedimentação
• Filtração
• Flotação
• Coagulação / sedimentação

31


Orgânicos biodegradáveis
• Lodos ativados e suas modalidades
• Filtros biológicos
• Reatores biológicos rotativos
• Lagoas aeradas e de estabilização
• Sistemas anaeróbicos

Orgânicos voláteis
• “Stripping a Ar dissolvido” (dessorção)
• Adsorção em carvão ativado

Orgânicos Refratários
• Adsorção com carvão ativado
• Precipitação Química
• Tratamentos oxidativos avançados
• Incineração
32


Nitrogênio
• Tratamentos biológicos
• “stripping” de amônia
• Troca iônica
• Cloração ao “break point”

Fosforo
• Coagulação
• Tratamento biológico

Sólidos dissolvidos
• Troca iônica
• Osmose reversa
• Eletrodiálise reversa
• Eletrodeionização
33



Metais Pesados
• Troca iônica
• Precipitação química

Patógenos
• Cloração
• Permanganato potássio
• Ozonização
• UV
• Dióxido de cloro
• Peróxido de hidrogênio

34



No que consiste os tratamentos físicos?

 São operações unitárias em que atuam forças
físicas promovendo a separação de fases de
modo a que cada uma dessas fases
segregadas sofra tratamentos específicos ou
complementares.

35



Composição simplificada Esgoto Sanitário x Tratamento

99,9% Água de abastecimento utilizada na remoção do
esgoto dos comércios e residências
água
Sólidos grosseiros Grades
0,1%
sólidos Areia Caixas de areia
(*)
Sólidos sedimentáveis Decantação

Sólidos dissolvidos Processos biológicos
e/ou especiais
(*) Após o tratamento, o efluente final das ETEs ainda contém certa % de sólidos, e a
maior ou menor quantidade de sólidos no efluente dependerá da eficiência da ETE.
36



Os tratamentos físicos são caracterizados
pelos seguintes processos:

Separação de Transição de Transferência Separação
fases fases de fases molecular
• Sedimentação • Destilação • Adsorção • Microfiltração
• Decantação • Evaporação • “stripping” • Ultrafiltração
• Flotação • Cristalização • extração • Nanofiltração
• centrifugação • Osmose reversa
• eletrodiálise


O tratamento físico pode ser considerado
propriamente uma depuração ?
 Não. Só uma transferência de fases, onde uma
delas concentrada de poluentes ou contaminantes.

Qual a importância dos tratamentos físicos ?
 Viabilização para as fases subsequentes do
tratamento, visto que permite a retirada de
determinados poluentes refratários do fluxo
principal de despejo.
38


Principais tratamentos físico de ETE
Gradeamento / Peneiramento

Sedimentação

Separação por gravidade diferencial

Flotação

Filtração

Aeração

“Stripping”

Adsorção

Eletrodiálise
39



 É utilizado na separação de sólidos grosseiros
impedindo obstrução e danos às unidades e
equipamentos de jusante.
 Diferentes tipos de grades e peneiras:
 Grades: grossas ou finas (limpeza manual ou
mecanizada)
 Peneiras: tipo inclinada ou tambor rotativo

40


Grades
 Normalmente instaladas na seção transversal de
canais ou canaletas, em posição inclinada (30º a
60º) ou vertical
 Classificadas em grosseiras, médias e finas
Tipos Grosseiras 4 a 10 cm espaçamento
grades
Médias 2 a 4 cm espaçamento

Finas 1 a 2 cm espaçamento

41



Grade fina mecanizada

Grade Grossa

retém os sólidos grosseiros remove mecanicamente os
(estopas, plásticos, papéis) sólidos de dimensões
que são removidos menores que passaram pela
manualmente grade grossa.
42


Peneiras
 São também indicadas para remoção de sólidos
 Dada sua capacidade de remoção de sólidos
finos e mesmo de sólidos suspensos residuais de
tratamento biológico, têm sido utilizadas como
tratamento primário, substituindo decantadores
primários
 Tipos: hidrostática e de tambor rotativo

43


Peneira Hidrostática
 São dispositivos dotados de telas em inox, dispostas inclinadas por
onde passa a suspenção de sólidos grosseiros
 Os sólidos escorrem por gravidade ao longo da tela, enquanto o
filtrado escorre por entre as ranhuras da tela

44


Peneiras Tambor Rotativo

remove
mecanicamente o
material sólido de
diâmetro acima de
“6 mm” evitando
que os mesmos se
dirijam para os
reatores
anaeróbios.
Peneira Mecânica

45


Peneiras – O que você precisa saber para
dimensionar uma !
 Identificação do material a ser filtrado (tipos de
sólidos, peso, dimensões médias e máximas,
 Vazão mínima e máxima,
 Presença de óleo, gordura ou material aderente,
 Porcentagem de sólidos,
 Abertura da tela,
 Material da tela,
 Forma como o material adentra a peneira
(bombeando ou por gravidade)
 Posição do tubo de saída. 46


Separador água - óleo
 A exemplo dos sólidos grosseiros, constitui também
uma das primeiras providências a serem encetadas
na preparação dos despejos
 Vários dispositivos baseados na gravidade
diferencial e no principio da coalescência com ou
sem adição de produtos químicos.,
 Separador API (American Petroleum Institute)
 Separador PPI (Parallel Plate Interceptor)
 Separador CPI (Corrugated Plate Interceptor)
 Separador CFI (Cross Flow Interceptor)
47


Separador API (água – óleo)
 São constituídos por um tanque ou uma série de tanques,
que tem uma performance variável, dependendo de
diversos fatores, tais como: tempo de retenção, natureza
das paredes internas, propriedades do óleo, condições
físicas e características hidráulicas do fluxo de entrada
 Trata-se de um equipamento simples sem partes móveis e
ajustáveis. Tem como desvantagem ser ineficiente para
gotículas de óleo menores de 150 micras, apresenta
turbulência, esta sujeito a curto-circuito, exala odores, o
óleo separado contém água podendo exigir separação
adicional
48


Separador API (água – óleo)

http://www.snatural.com.br/Separadores-Agua-oleo.html
49


Separador água/óleo


Separador API – O que você precisa saber
para dimensionar um !
 Temperatura da água,
 Peso especifico da água residuárias,
 Peso especifico do óleo,
 Viscosidade da água residuárias,
 Presença ou ausência de emulsão,
 Concentração de sólidos em suspensão,

51


 A velocidade de ascensão é regulada pela lei de
Stokes aplicada a glóbulos maiores que 0,015 cm,
segundo um no. Reynolds menor que 0,5
𝑔 𝑃𝑤 − 𝑃𝑜 𝑑2
 Onde, 𝑉𝑎 =
 Va = velocidade de ascensão (m/s) 18µ
 g – aceleração da gravidade (m/s2)
 Pw – peso específico da água (g/cm3)
 Po - peso específico do óleo (g/cm3)
 d – diâmetro dos glóbulos (cm)
 µ - viscosidade da água (g/cm.s) 52


Quando um corpo se
move no seio de um
fluído viscoso a
resistência que
apresenta o meio
depende da velocidade
relativa e da forma do
corpo

53


 A velocidade horizontal máxima permitida é Vh = 15
Va, mas não pode ultrapassar a 0,914 m/min (3 ft/min).
Sendo assim, a seção transversal mínima (A), é a
seguinte: 𝑄
𝐴=
𝑉ℎ
 Onde,  De acordo com as recomendações
 A – seção transversal (m2) da API as dimensões limites são:
 H – profundidade (m): 0,91 a 2,44
 Q – vazão (m3/min)  L – largura (m): 1,83 a 6,1
54


 O comprimento do separador é calculado pela seguinte
fórmula:
𝑉ℎ
𝐿 = 𝐹1 + 𝐹2 . . 𝐻
𝑉𝑎
 Onde,  Obs.: O fator F1 é
 L – comprimento do separador (m) função da velocidade do
 F1 – fator de turbulência fluxo horiz. e da veloc.
 F2 – fator de curto-circuito (=1,2) ascensional das
partículas de óleo
55


 A tabela a seguir apresenta os valores de F1 em
função de Vh e Va:
Vh / Va F1
15,1 a 20 1,45
10,1 a 15 1,37
6,1 a 10 1,27
3,1 a 6,0 1,14
Menor 3,0 1,07

Fonte: Cavalcanti, José Eduardo – Manual de Tratamento de Efluentes
Industriais – pg. 208 (com adaptação) 56


Separador API – Exemplo
 Calcular um separador API para uma vazão de 2 m3/min:
 Dados:
 T – temperatura da água = 35º C
 Pw – peso específico da água = 0,995 g/cm3
 Po - peso específico do óleo = 0,890 g/cm3
 µ - viscosidade da água = 0,007 g/cm.s
 d – diâmetro dos glóbulos = 0,015 cm
 g – aceleração da gravidade = 9,8 m/s2
 F2 – fator de curto-circuito = 1,2

57


 Cálculo da velocidade de ascensão Va:

𝑔 𝑃𝑤 − 𝑃𝑜 𝑑2
𝑉𝑎 =
18µ
9,8 0,995 − 0,890 (0,015)2
𝑉𝑎 =
18(0,007)
𝑉𝑎 = 1,84 𝑥 10 − 3 𝑚/𝑠

58


 Cálculo da relação Vh / Va:
 Considerando Vh máxima permitida, 0,914 m/min (3 ft/min)

𝑉ℎ 0,914
= = 8,31
𝑉𝑎 0,11
 Cálculo da seção transversal mínima considerando Vh =
0,914 m/min:
𝑄 2
𝐴= = = 2,19 𝑚2
𝑉ℎ 0,914
59


 Sendo a área da seção transversal de 2,19 m2 a
profundidade de água de 0,91 m e largura de 2,4 m
satisfazem a relação:
 No exemplo, para Vh/Va = 8,31, tem-se F1 = 1,27
 Finalmente o cálculo do comprimento do separador:

𝐿 = 1,27 + 1,2 . 8,31. 0,91 = 18,7 𝑚

60


Separador água/óleo

http://www.capeonline.com.br/com_sep.htm
61


Sedimentação

 É a decantação, por gravidade, de parte dos
sólidos em suspensão contidos nos despejos.
 Tanques retangulares ou circulares;
 Arraste do lodo de fundo (manual ou
mecanizado)
 Retirada lodo de fundo (gravidade ou recalque)
 Escuma na superfície remoção (manual ou
mecanizada)
62


Stripping de Amônia

O que é “Stripping de amônia” ?

 é um processo de dessorção simples usado para
reduzir o teor de amônia de uma corrente de águas
residuais. Alguns efluentes contêm grandes
quantidades de amônia e/ou nitrogênio contendo
compostos que podem facilmente formar amônia.
Muitas vezes, é mais fácil e menos dispendioso
remover o nitrogênio de águas residuais na forma
de amônia que a convertem em nitratos e
nitrogênio, antes de removê-lo (Culp et al., 1978).
63



Onde é aplicado o “Stripping de amônia” ?

 O processo de “stripping de amônia” funciona bem
com água residuária de teores de amônia entre 10
e 100mg / l. Para teores maiores de amônia (mais
de 100mg / l), pode ser mais econômico usar
técnicas de remoção de amônia alternativo, tais
como métodos de vapor ou biológicas. Air Stripping
também pode ser usado para remover muitas
moléculas orgânicas hidrofóbicas (Nutrient Control,
1983)
64



65



soda cáustica é
adicionada ao efluente
até pH 10,8-11,5

66


Poluentes Aquáticos

Poluentes Orgânicos Biodegradáveis

Poluentes Orgânicos Recalcitrantes/Refratários

Metais

Nutrientes

Sólidos em Suspensão

Calor

Microrganismos Patogênicos


Poluentes Orgânicos Biodegradáveis

 Lançamento de matéria orgânica (esgoto doméstico) e
decomposição:
 a) Por organismos aeróbios na presença de oxigênio,
podendo levar à morte organismos que dependem do
oxigênio para respirar (peixes);
 b) Por organismos anaeróbios, na ausência de oxigênio,
formando gases como metano e sulfídrico
 O impacto causado pelo lançamento de esgotos se dá
pela queda no teor de O2 dissolvido na água e não pela
presença de substâncias tóxicas nesses despejos.


Poluentes Orgânicos Recalcitrantes/Refratários

 Compostos não biodegradáveis ou de degradação lenta, na maioria
criados por processos tecnológicos recentes, sem organismos
naturais capazes de digeri-los. O impacto está associado à sua
toxicidade:
 a) Defensivos agrícolas: tóxico ao homem, largamente disseminado;
 b) Detergentes sintéticos: tóxico para os peixes e microrganismos
decompositores, dificulta trocas gasosas ar-água, ocasiona formação
de espuma que dispersa poluentes;
 c) Petróleo: várias taxas de biodegradabilidade com formação de
película que dificulta trocas gasosas ar-água, veda estômatos e
órgãos respiratórios, impermeabiliza raízes de plantas e penas ou
pelos de aves e mamíferos, além de conter substâncias tóxicas.


Metais
 Todos os metais podem ser solubilizados pela água e gerar danos
à saúde em função: da quantidade ingerida, da toxicidade e do
potencial carcinogênico, mutagênico ou teratogênico
 Organismos podem ser ou não sensíveis ao metal, mas o bio
acumula.
 Metais tóxicos: arsênico, bário, cádmio, cromo, chumbo e
mercúrio.
 Metais menos tóxicos: cálcio, magnésio, sódio, ferro, manganês,
alumínio, cobre e zinco (que podem produzir inconvenientes para
o consumo humano, como alteração de cor, sabor e odor da
água).
 Fontes: atividades industriais, agrícolas e de mineração.


Nutrientes

 Excesso de nutrientes pode levar à proliferação de
algas, acarretando prejuízo para certos usos da
água, como mananciais de água potável.
 Fontes: erosão dos solos, fertilização dos campos
agrícolas e a própria decomposição de matéria
orgânica.


Sólidos em Suspensão

 Aumentam a turbidez, que reduz a fotossíntese e
altera a cadeia alimentar. Sedimentos podem ser
tóxicos e se depositar ao fundo.
Calor
 Afeta as características físicas, químicas e
biológicas da água.
 Fonte: efluentes aquecidos de termoelétricas,
independentemente do combustível utilizado – fóssil
ou nuclear.


Microrganismos Patogênicos

 A água (e o esgoto) pode transmitir um grande
número de doenças. As principais classes de
organismos patogênicos e suas doenças são:
 bactérias: cólera, febre tifóide, febre paratifóide,
disenteria, salmoneloses leptospirose;
 vírus: hepatite infecciosa, poliomielite, febre amarela,
dengue, sarampo, rubéola, gripe;
 protozoários: amebíase, malária (Plasmodium),
giardíase;
 helmintos: esquistossomose e ascaridíase.

Onde Estudar a Aula de Hoje

Nos Livros
• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de
Tratamento de Efluentes Industriais – ABES –
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental ( Cap. 9)

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