LODOS ATIVADOS Marcos von Sperling
Univer Uni versid sidade ade Fed Federa erall de Mina Minass Gera Gerais is
LODOS ATIVADOS
Programa • Visão geral do processo de lodos ativados • Princípios da remoção da matéria carbonácea • Di Dim men ensi sion onam amen ento to do re reat ator or bi biol ológ ógic icoo • Contro rolle do doss sól óliidos do sistema • Sistemas de ae aeração • Di Dime mens nsio iona name ment ntoo e cont contro role le do dec decan anta tado dorr secu secund ndár ário io • Remoção bi biol ológ ógiica de nut utrrientes
FUNDAMENTOS DO PROCESSO
Unidades básicas
LODOS ATIVADOS
ETE ET E Mo Morr rro o Al Alto to - MG COPASA, 10.000 hab
tanque de aeração decantador secundário
LODOS ATIVADOS
ETE Ar Arrudas - BH
COPASA, 700.000 hab
decantador secundário tanque de aeração
LODOS ATIVADOS
ETE ET E Su Sull - Br Bras asílília ia Lagoa Paranoá
CAESB, 330.000 hab
LODOS ATIVADOS
ETE na Alemanha (inverno)
VARIANTES DO PROCESSO
Tipos de variantes • Divisão quanto à idade do lodo • Lodos ativados convencional • Aeração prolongada • Divisão quanto ao fluxo • Fluxo contínuo • Fluxo intermitente (batelada) • Divisão quanto ao afluente à etapa biológica do sistema de lodos ativados • Esgoto bruto • Efluente de decantador primário • Efluente de reator anaeróbio • Efluente de outro processo de tratamento de esgotos
VARIANTES DO PROCESSO Aeraçã Aer ação o prolo prolonga ngada da - flu fluxo xo contí contínuo nuo
LODOS ATIVADOS
Reator aeróbio
Aeração mecânica
Ar difuso
LODOS ATIVADOS
Decantador secundário Circular, com remoção mecanizada do lodo
Retangular, sem remoção mecanizada do lodo
VARIANTES DO PROCESSO Lodos Lod os ativad ativados os conven convencio cional nal - flu fluxo xo contín contínuo uo
VARIANTES DO PROCESSO Lodos Lod os ativad ativados os conven convencio cional nal - flu fluxo xo contín contínuo uo Utilização de decantadores primários
VARIANTES DO PROCESSO Aeraçã Aer ação o prolon prolongad gadaa - flu fluxo xo inter intermit mitente ente
LODOS ATIVADOS
Fluxo intermitente ETE em um condomínio (NA variável no reator)
ETE Ria Riacho cho Fun Fundo do - DF (3 reatores aeróbios e um digestor aeróbio)
VARIANTES DO PROCESSO Sist Si stem emaa UASB UASB - lo lodo doss ativa ativado doss
LODOS ATIVADOS
Reat Re ator or UA UASB SB - lo lodo doss ati ativad vados os Vantagens: • Subs Substan tancia ciall redução redução da da produçã produçãoo de lodo lodo • Subs Substanc tancial ial reduç redução ão no consum consumoo de energia energia • Pequ Pequena ena reduç redução ão no volume volume total total das das unidade unidadess • Reduçã Reduçãoo no consumo consumo de produtos produtos químic químicos os para desidr desidratação atação • Menor número número de de unidades unidades diferentes diferentes a serem impl implementa ementadas das • Men Menor or neces necessid sidade ade de de equipa equipamen mentos tos • Mai Maior or simp simplic licida idade de opera operacio cional nal Desvantagem: • Menor capaci capacitação tação para remoçã remoçãoo biológica biológica de nutrientes nutrientes (N e P)
LODOS ATIVADOS
Reat Re ator or UA UASB SB - lo lodo doss ati ativad vados os Lodos ativados
Reator UASB
Cl
SP
LODOS ATIVADOS
Reat Re ator or UA UASB SB - lo lodo doss ati ativad vados os VADO V. ELE VA RESER V.
RAÇÃO NISTR ADM ADMINIST ATÓRIO LAB LABORATÓ DO RIFAD LMOXARIFA ALMO
NA D O R SA R E NA D E SA
N T O EA M E RA D EA G RA
Tanq Tanque ue de Equalização 1 º ÇÃ O N
( 2ª E ª ET APA)
E RA E D E A TA N Q U
T ANQUE DE AERA ÇÃO Nº 4 º 4
O N º 2 E RA ÇÃ E D E A TA N Q U
T ANQUE DE AER AÇÃO Nº 3 º 3
Reator Reator UAS UASB B
Tanque Tanque de Lodos Lodos Ativa Ativado doss
CDV-1
ÇÃ O TA TA ÇÃ S U B E S
SUB EST AÇÃO
DECANT . SECUND.-4 .-4
T. CA N T. D E CA 2 .- 2 D. D S E C U N
DECANT . SECUND.-3
Dec 1
SIST IST EMA EMA DE ADENSAMENT O E SECAGE AGEM DE LODO ODO
ÁREA DE DEPÓSIT O DE LODO
T. CA N T. D E CA .-1 D. D -1 S E C U N
Dec 2
ÁREA DE DEPÓSITO DE LODO (AM (AMPLIAÇÃO) PARSHALL SIST . DE REC.AG.UT .UT IL
E T N E U L F E O D L A N A C
ETE ET E Botu Botuca catu tu – SP (10 (100. 0.00 0000 hab) hab) – co conv nver ersã sãoo de aer aeraç ação ão pr prol olon onga gada da pa para ra US USBB-LA LA
COMPARAÇÃO ENTRE VARIANTES DO PROCESSO Item geral
Idade do lodo Relação A/M
Eficiência de remoção
Área requerida Volume total Energia (4) Volume5de lodo ( ) Massa de lodo
Item específico Convencional
Modalidade Aeração prolongada
UASB UASB – lodos lodos ativados
Idade do lodo (d) Relação A/M (kgDBO/kgSSVTA.d) DBO (%) DQO (%) Sólidos em suspensão (%) Amônia (%) Nitrogênio (%) ( 1) Fósforo (%) (1) Coliformes (%) Área (m2/hab) (2)
4 - 10
18 - 30
6 - 10
0,25 a 0,50 85 - 95 85 - 90 85 - 95 85 - 95 25 - 30 25 - 30 60 - 90 0,2 - 0,3
0,07 a 0,15 93 - 98 90 - 95 85 - 95 90 - 95 15 - 25 10 - 20 70 – 95 0,25 - 0,35
0,25 a 0,40 85 – 95 8 3 - 90 8 5 - 95 75 – 90 15 – 25 1 0 - 20 70 – 95 0,2 – 0,3
Volume (m3/hab) (3) Potência instalada (W/hab) Consumo energético (kWh/hab.ano) A ser tratado - (L lodo/hab.dia) A ser disposto (L lodo/hab.dia) A ser tratado - (g (g ST/hab.dia) A ser disposto (g ST/hab.dia) Implantação (R$/hab)
0,10 – 0,15 2,5 – 4, 4 ,5 18 - 26 3,5 – 8,0 0,10 – 0,25 60 - 80 80 30 - 45 45 80 - 150
0,10 – 0,15 3,5 – 5, 5 ,5 20 – 35 3,5 – 5,5 0,10 – 0,25 40 - 45 45 40 - 45 45 7 0 – 12 0
0,10 – 0,12 1,8 – 3, 3 ,5 14 – 20 0,5 – 1,0 0,05 – 0,15 20 – 30 30 20 – 30 30 60 – 100
LODOS ATIVADOS UASB – LA comparado com UASB-FBP UASB-FBP (filtro (filtro biológico biológico percola percolador) dor) VOLUME DE CONCRETO
) 3 m ( e m u l o V
POTÊNCIA INSTALADA PARA AERAÇÃO
10.000
3000
8.000
2500 ) V 2000 C ( a i c 1500 n ê t o 1000 P
6.000 4.000 2.000 0
2500
LAc onv
FBP es c ória
Dec.sec.
2.865
2.493
Reator aeróbio
2.352
6.064
500 0
0 LAconv
VOLUME DIÁRIO DE LODO A SER DISPOSTO
ETE para para 1.0 1.000. 00.000 000 hab LA – com nit nitrif rifica icação ção FBP FB P – se sem m ni nitr trifific icaç ação ão
100 90 80 ) d / 70 3 m 60 ( e 50 m 40 u l o 30 V 20 10 0
86 76
LAc onv
FBP es c ória
FBP es cória
LODOS ATIVADOS UASB UAS B – LA comp compara arado do com com UASBUASB-FB FBP P CUSTOS ANUAIS DE OPERAÇÃO
CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO 2.500.000
15.000.000 ) $ R ( o t s u C
10.000.000 5.000.000 0
LAc onv
F BP escória
Distrib. Distrib. FBP
0
1. 476. 000
Removv . lodo Remo
1. 920. 000
2. 048. 000
0
660. 129
5. 727. 500
0
Meio suporte FBP Aeração
2.000.000
) o n a / $ R ( o t s u C
1.500.000 1.000.000 500.000 0 Aeração
LA c onv
FB P es c ória
1.829. 118
0
470.850
416.100
Disposição lodo
CUSTOS POR kgDBO(C+N) REM (VALOR PRESENTE)
CUSTOS (VALOR PRESENTE) 30.000.000
0,35
25.000.000 ) $ R ( o t s u C
0,30
20.000.000 15.000.000 10.000.000 5.000.000 0
LAc onv
FBP es c ória
Operação
12. 995. 334
2.351. 058
Implantação
13 351 564
13 728 090
) O B 0,25 D g k / 0,20 $ R ( 0,15 s o t s 0,10 u C
0,05 0,00
Oper (R$/kg) Impl (R$/kg)
0,04
0,08
0,26
0,08
TRATAMENTO DO LODO
Fluxogramas usuais FASE FA SE LÍQUIDA L ÍQUIDA
ADENSAMENTO
DIGESTÃO
DESI ESID DRA RAT TAÇÃ ÇÃO O
HIG IGIE IEN NIZ IZA AÇÃ ÇÃO O
DISPOSIÇÃO FINAL
APLICAÇÃO NO SOLO ADENSADOR POR GRAVIDADE
LODOS ATIVADOS (AERAÇÃO PROLONGADA)
LEITO DE SECAGEM
ADIÇÃO DE CAL
APLICAÇÃO NO SOLO
ADENSAMENTO MECANIZADO
ATERRO SANITÁRIO
DESIDRATAÇÃO DESIDRATAÇÃO MECANIZADA
REUSO NÃO AGRÍCOLA
ADENSADOR GRAVIDADE
LODOS AT ATIVADOS IVADOS CONVENCIONAL
ADENSAMENTO MECANIZADO
DIGESTOR ANAERÓBIO
LEITO DE SECAGEM
ADIÇÃO DE CAL
APLICAÇÃO NO SOLO
ATERRO ATER RO SANITÁRIO DIGESTOR AERÓBIO
DESIDRATAÇÃO DESIDRATAÇÃO MECANIZADA
INCINERAÇÃO
TRATAMENTO DO LODO
Adensamento
TRATAMENTO DO LODO
Digestão
Digestão anaeróbia
Digestão aeróbia
TRATAMENTO DO LODO
Desaguamento
Leito de secagem
Desaguamento mecanizado
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Balanço de sólidos e substrato Sistema sem decantação secundária e sem recirculação de lodo
So S Q X Xo V
= = = = = =
concentração de substrato, ou DBO, afluente (mg/l ou g/m3) concentração de substrato, ou DBO, efluente (mg/l ou g/m3) vazão (m3/d) concentração de sólidos em suspensão no reator (mg/l ou g/m3) concentração de sólidos em suspensão afluente (mg/l ou g/m3) volume do reator (m3)
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Balanço de sólidos e substrato Sistema com decantação secundária e sem recirculação de lodo
Xe = concentração de sólidos em suspensão efluente (mg/l ou g/m 3)
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Balanço de sólidos e substrato Sistema com decantação secundária e com recirculação de lodo
Qr Qex Xr
= vazão de recirculação (m3/d) = vazão de lodo excedente (m3/d) = concentração de sólidos em suspensão no lodo recirculado (mg/l ou g/m3)
REPRESENTAÇÃO DA BIOMASSA Floco de lodo ativado FLOCO DE DE LODO ATIV ATIVADO ADO
matriz de polissacarídeos
partículas coloidai aderidas
bactérias filamentosas (estrutura rígida do floco)
bactérias formadoras de floc flocoo
protozoários
REPRESENTAÇÃO DA BIOMASSA Representação dos sólidos em suspensão
Quanto Qua nto à fra fração ção orgâni orgânica ca
Sólidos em suspensão totais (SS ou X)
Sólidos em suspensão inorgânicos (fixos) (SSi (SSi ou Xi) Xi) Sólidos em suspensão orgânicos (voláteis) (SSV ou Xv)
Quanto à biodegradabil biodegradabilidade: idade:
1.Sólidos em suspensão voláteis biodegradáveis (SSb ou Xb) 2.Sólidos em suspensão voláteis inertes ou não biodegradáveis (SSnb ou Xnb) Quanto Quanto à ativid atividade ade: :
1.Sólidos em suspensão voláteis ativos (SSa ou Xa) 2.Sólidos em suspensão voláteis não ativos (SSna ou Xna)
TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICA E IDADE DO LODO Sistema sem recirculação de sólidos
tempo de detenção hidráulica = t =
V Q
idade do lodo =
θc
=
volume de líquido no sistema volume de líquido retirado do sistema por unidade de tempo
XV . V XV . Q
massa de sólidos no sistema massa de sólidos retirada do sistema por unidade de d e tempo θc
=
V Q
t = θc
TEMPO DE DETENÇÃO HIDRÁULICA E IDADE DO LODO Sistema com recirculação de sólidos
tempo de detenção hidráulica = t =
V Q
idade do lodo =
θc =
volume de líquido no sistema volume de líquido retirado do sistema por unidade de tempo
Xv . V Qex . X vr
massa de sólidos no sistema massa de sólidos retirada do sistema por unidade de d e tempo
Como Qex << Q:
t < θc
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Produção de sólidos biológicos carga de DBO removida (kg/d)
PXV = Y.Q.(So-S) Produção bruta
Y = 0,5 a 0,7 gSSV/gDBO5 remov Q = vazão média afluente (m3/d) So = DBO total afluente ao reator biológico (mg/L) S = DBO solúvel efluente do reator biológico (mg/L)
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Produção de sólidos biológicos massa de sólidos biodegradáveis (kg)
PXV = Y.Q.(So-S) – Kd.f b.XV.V Produção Produção - Decaimento líquida = bruta Y = 0,5 a 0,7 gSSV/gDBO5 remov Kd = 0,06 a 0,10 gSSV/gSSV.d Idade do lodo (d) fb
4 0,75
8 0,71
12 0,67
16 0,64
20 0,61
0,8 f b = 1 + 0,2. K d .θ c 24 0,58
28 0,55
32 0,53
(para Kd = 0,08d-1)
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Influência da idade do lodo na relação SSV/SS Relação SSV/SS no reator 1
Obs: aumento da idade do lodo diminuição da relação A/M
0,9 0,8 0,7 0,6 0
5
10
15
20
25
Idade do lodo (d) SS no Decant. Coeficientes afluente primária Y (g/g) (g/g ) Kd (d-1) Não Não 0,50,5-0, 0,7 7 0,070,07-0, 0,09 09 Sim Sim 0,50,5-0, 0,7 7 0,070,07-0, 0,09 09 Sim Não 0,50,5-0, 0,7 7 0,070,07-0, 0,09 09
30
Relação SSV/SS no reator (kg/kg) 2 0,89 0,89 0,79 0,79 0,75 0,75
6 0,87 0,87 0,76 0,76 0,73 0,73
Idade Ida de do lodo (d) 10 14 18 22 0,85 0,85 0,84 0,84 0,83 0,83 0,82 0,82 0,75 0,75 0,73 0,73 0,72 0,72 0,71 0,71 0,71 0,71 0,70 0,70 0,69 0,69 0,69 0,69
26 0,81 0,81 0,71 0,71 0,68 0,68
30 0,81 0,81 0,71 0,71 0,68 0,68
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Concentração de sólidos em suspensão no reator (Xv ou SSVTA) Y . ( So - S) S ) θc .( ) Xv = 1 + K d . f b . θc t Sistema sem recirculação de sólidos: θc = t Xv pequeno V grande Sistema com recirculação de sólidos: θc > t Xv grande V pequeno
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Volume do reator Cálculo com base na idade do lodo
Y.θ c .Q.(So - S) V= X v .(1 + K d . f b . θc) Idade do lodo: •lodos ativados convencional: 4 a 10 dias •aeração prolongada: 18 a 30 dias Concentração de SSVTA (Xv): •lodos ativados convencional: 1500 a 3500 mg/L •aeração prolongada: 2500 a 4000 mg/L
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Influência da idade do lodo no volume do reator M assa assa de SSV (Xv.V (X v.V)) por por DB DBO O remov. remov. (Sr) 10 8 6 4 2 0 0
5
10
15
20
25
30
Idade do lodo (d)
Volume relativo do reator: Xv.V/Sr (kg (kgSSV SSV por kgD kgDBO/ BO/d) d) SS no afluente afluente -
Decant. primária -
Coeficientes Y (g/g) K d (d-1) 0,5 0,09 0,6 0,08 0,7 0,07
2 0,88 1,07 1,26
6 2,16 2,67 3,21
Idade do lodo (d) 10 14 18 22 3,11 3,88 4,55 5,15 3,87 4,85 5,70 6,47 4,69 5,92 6,98 7,93
26 5,71 7,17 8,80
30 6,24 7,84 9,62
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Volumee do reator - cálc Volum cálculo ulo com com base base na relaç relação ão A/M A/M A Q . S0 = M V. Xv
Q . So carga DBO afluente LA x 1000 V= = X v . (A/M) X v . (A/M) Relação A/M: •lodos ativados convencional: 0,3 a 0,5 kgDBO/kgSSVTA.d •aeração prolongada: 0,10 a 0,18 kgDBO/kgSSVTA.d Concentração de SSVTA (Xv): •lodos ativados convencional: 1500 a 3500 mg/L •aeração prolongada: 2500 a 4000 mg/L
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Relação entre idade do lodo e A/M Relação A/M em função da idade do lodo 1,20 d . 1,10 V S 1,00 S g 0,90 k / O 0,80 B 0,70 D g k 0,60 ( 0,50 M / A 0,40 o ã 0,30 ç a 0,20 l e 0,10 R 0,00
Y=0,5; Kd=0,09d-1 Kd=0,09 d-1 Y=0,6; Kd=0,08d-1 Kd=0,08 d-1 Y=0,7; Kd=0,07d-1 Kd=0,07 d-1
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Idade do lodo (d)
Rela Re laçã çãoo A/ A/M M (kgD (kgDBO BO5/ 5/kg kgSS SSV. V.d) d) em em fu funç nção ão da id idad adee do lod lodoo (d (d)) (ass (assum umin indo do E= E=0, 0,95 95)) Idade do lodo (d) Y (g /g )
Kd (d-1)
2
4
6
8
10
18
20
22
24
26
28
30
0,5
0,09
1,20
0,67
0,49
0,40
0,34
0,23
0,22
0,20
0,19
0,18
0,18
0,17
0,6
0,08
0,99
0,54
0,39
0,32
0,27
0,18
0,17
0,16
0,15
0,15
0,14
0,13
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA Principais parâmetros de projeto Idade do lodo: • lodos ativados convencional: • aeração prolongada :
θc = 4 a 10 dias θc = 18 a 30 dias
Tempo de detenção hidráulica: • •
lodos ativados convencional: aeração prolongada:
t = 6 a 8 horas (< 0,3 dias) t = 16 a 24 horas (0,67 a 1,0 dias)
Relação A/M: • •
lodos ativados convencional: aeração prolongada :
A/M = 0,3 a 0,8 kgDBO5/kgSSV.d A/M = 0,08 a 0,15 kgDBO5/kgSSV.d
Concentração de SSVTA: • lodos ativados convencional: • aeração prolongada:
Xv = 1.500 a 3.500 mgSSV/l X = 2.500 a 4.000 mgSSV/l
REMOÇÃO DA MATÉRIA CARBONÁCEA DBO solúvel e DBO particulada efluente DBO5 total = DBO5 solúvel + DBO5 particulada a) DBO total (mg/l): (mg/l): usual usual 10 a 30 30 mg/l mg/l (para (para proj projeto eto)) b) DBO par partic ticulad uladaa (mg (mg/l) /l):: fun funçã çãoo da co conc ncen entr traç ação ão de SS no ef eflu luen entte fifina nall DBO5 dos SS efluentes (mgDBO5/mgSS) = (SSV/SS).f b Lodos ativados convencional : Aeração prolongada :
0,45 a 0,65 mgDBO5/mgSS 0,25 a 0,50 mgDBO5/mgSS
SS efl eflue uent nte e : 20 a 30 30 mg/l mg/l (pa (para ra pr proj ojet eto) o)
c) DBO DBO solú solúve vell (m (mg/ g/l) l) = DBO DBO tot total al (mg (mg/l/l)) – DB DBO O part partic icula ulada da (m (mg/ g/l) l)
LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL E AERAÇÃO PROLONGADA Parâmetro Parâ metross de proj projeto eto - Reato Reatorr biológ biológico ico Parâmetro Idade do lodo (d) Relação A/M (kgDBO 5/kgSSVTA.d) Concentração de SSVTA (mg/l) SS efluente (mg/l) Razão de recirculação (Q r /Q) Concentração média de OD no reator (mg/l) Tempo de detenção hidráulica (h) Concentração de SSTA (mg/l) Relação SSV/SS no reator (-) Fração biodegradável dos SSVTA (f b) (-) DBO5 solúvel efluente (mg/l) DBO5 dos SS efl efluentes uentes (mgDBO ( mgDBO5/mgSS)
Lodos ativados convencional 4 - 10 0, 3 - 0, 8 1500 - 3500 10 - 30 0,6 - 1,0 1,5 - 2,0 6-8 2000 - 4000 0,70 - 0,85 0,55 - 0,70 5 - 20 0,45 - 0,65
Aeração prolongada 18 - 30 0,08 - 0,15 2500 - 4000 10 - 30 0,8 - 1,2 1,5 - 2,0 16 - 24 3500 - 5000 0,60 - 0,75 0,40 - 0,65 1-4 0,20 - 0,50
LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL E AERAÇÃO PROLONGADA Parâmetros Parâm etros de proje projeto to - Reato Reatorr biológ biológico ico Parâmetro
Lodos Aeração ativados prolongada convencional Produção de SSV por DBO 5 removida (kgSSV/kgDBO5) 0,5 - 1,0 0,5 - 0,7 Produção lodo secundário secundário por po r DBO 5 removida (kgSS/kgDBO5) 0,7 - 1,0 0,9 - 1,1 Requisito Requisi toss médios médios de O2 sem nitrificação (kgO2/kgDBO5) 0,7 - 1,0 Requisito Requisi toss médios médios de O2 com nitrificação nitrificação (kgO2/kgDBO5) 1,1 - 1,5 1,5 - 1,8 Requisitos de nutrientes - Nitrogênio (kgN/100kgDBO 5) 4,3 - 5,6 2,6 - 3,2 Requisitos de nutrientes - Fósforo (kgP/100kgDBO 5) 0,9 - 1,2 0,5 - 0,6 N remov. remov. por DBO5 removida (kgN/100kgDBO5) 0,4 - 1,0 0,1 - 0,4 P remov. remov. por po r DBO5 removida (kgP/100kgDBO 5) 4-5 2,4
SISTEMA UASB - LODOS ATIVADOS Parâmetro Parâ metross de proj projeto eto - Reato Reatorr biológ biológico ico
Item Tanque de aeração
Sistema de aeração
Parâmetro Idade do lodo (d) Relação A/M (kg DBO/kgSSVTA.d) DBO/kgSSVTA.d) Tempo de detenção hidráulica (h) Concentração de SSVTA (mg/L) Concentração de SSTA (mg/L) Relação Relação SSV/SS no reator (-) Requisitos médios de O2 – demanda carbonácea (kgO2/kgDQO aplicada ao LA) Requisitos médios de O2 – demanda carbonácea (kgO2/kgDBO aplicada ao LA) Requisitos médios de O2 – demanda para nitrificação (kgO 2/kgNTK aplicado ao LA LA)) Requisitos médios de O2 – demanda para nitrificação (kgO 2/kgN disponível) * Relação consumo máximo O2 / consumo médio O2 Eficiência de oxigenação padrão (kgO 2/kWh) Fator de correção: consumo O 2 padrão / consumo O2 campo campo
Valor 6 a 10 0,25 a 0,40 3a5 1100 a 1500 1500 a 2000 0,75 a 0,77 0,35 a 0,50 0,80 a 1,10 3,8 a 4,3 4,6 1,2 a 1,5 1,5 a 2,2 1,5 a 1,8
SISTEMA UASB - LODOS ATIVADOS Parâmetros de projeto Item Produção de lodo
Tratamento do lodo
Parâmetro Produç Pr odução ão de de lodo lodo aer aeróbi óbioo exce exced. d. (retor (retorna nado do ao ao UASB) UASB) (kgS (kgSS/k S/kgDB gDBO O rem removid ovidaa no LA) LA) Produção per capita de lodo aeróbio excedente (retornado ao UASB) (gSS/hab.d) Concentração de SS no lodo retornado ao UASB (mg/L) Eficiência de remoção de SSV do lodo aeróbio no reator UASB Produção de lodo anaeróbio (kgSS/kgDBO aplicada ao UASB) Produção per capita de lodo anaeróbio (gSS/hab.d) Produção de de lod lodoo mi misto to total (a se ser tr traata taddo) (kgSS/kgDBO ap aplicada ao si sistema) Produção per capita de lodo misto total (a ser tratado) (gSS/hab.d) Produção volumétrica per capita de lodo misto total (a ser tratado) (L/hab.d) Concentração do lodo misto (aeróbio + anaeróbio) retirado do UASB (%) Produção per capita de SS no lodo a ser disposto (gSS/hab.d) Produção per capita de SS no lodo a ser disposto (gSS/hab.d) Produção volumétrica per capita de lodo a ser disposto (L lodo/hab.d) Teor de sólidos (centrífuga, filtro prensa de correias) (%) Teor de sólidos (filtro prensa) (%) Teor de sólidos (leito de secagem) (%)
Valor 0,78 – 0,90 0,90 8 – 14 3000 – 5000 0,25 – 0,45 0,28 – 0,36 14 – 18 0,40 – 0,60 20 – 30 0,5 – 1,0 3,0 – 4,0 20 – 30 20 – 30 0,05 – 0,15 20 – 30 25 – 40 30 – 45
PROJETO DAS UNIDADES Configuração física do reator Mistura completa
Fluxo em pistão, alimentação escalonada
PROJETO DAS UNIDADES Configuração física do reator
Valo de oxidação Carrossel
PROJETO DAS UNIDADES Configuração física do reator Geometria: • aeraçã aeraçãoo mecânica: mecânica: função função do processo, processo, mas dependente dependente do do arranjo dos aeradores • ar difus difuso: o: funç função ão do pro proces cesso so Profundidade útil: • aer aeraçã açãoo mecâni mecânica: ca: 3,5 a 4,5 m • ar dif difus uso: o: 4,5 4,5 a 6, 6,00 m Borda livre: ~ 0,50 m Paredes:: ta Paredes talu ludad dadas as ou nã nãoo Concreto: • esp espess essura ura pared paredes: es: 0,20 0,20 a 0,30 0,30 m • es espe pess ssur uraa laj lajee de de fun fundo: do: ~ 0, 0,30 30 m • cu cust stoo da concr concret etag agem em (c (conc oncre reto to,, forma forma,, ferra ferragem gem): ): ~ R$1 R$1.1 .100 00/m /m3 Entrada: submersa ou sem turbilhonamento Saída:: vertedor Saída vertedores es (fi (fixos xos ou ajustá ajustávei veis) s)
RECIRCULAÇÃO DE LODO
Razão de recirculação: R = Qr / Q (usual entre 0,6 a 1,2)
X Qr R = = Q X r - X
(R + 1) X r = X. R
PRODUÇÃO DE LODO
Lodo a ser tratado Produção de lodo por DBO removida 1 ,4 1 ,2 1 0 ,8 0 ,6 0 ,4 0 ,2 0
Produção, Produç ão, em mas massa sa (kgSS/kgDBO5 removida)
0
5
10
15
20
25
30
Idade do lodo (d) SS no afluente afluente
Decant. primária primária
Coeficientes Coeficientes Y (g/g) Kd (d-1)
2
6
0,6 0,7
0,09 0,08 0,07
0,50 0,60 0,71
0,42 0,51 0,61
0,37 0,45 0,55
0,33 0,41 0,50
0,31 0,38 0,47
Não 0,5
Não
Idade do lodo (d) 10 14 18 22
26
30
0,29 0,36 0,44
0,28 0,34 0,42
0,28 0,34 0,40
Sim
Sim
0,5 0,6 0,7
0,09 0,08 0,07
0,83 0,96 1,04
0,75 0,87 0,95
0,70 0,81 0,88
0,67 0,78 0,84
0,65 0,75 0,80
0,63 0,73 0,78
0,63 0,71 0,76
0,63 0,71 0,74
Sim
Não
0,5 0,6 0,7
0,09 0,08 0,07
1,08 1,23 1,29
1,00 1,14 1,20
0,95 1,09 1,13
0,92 1,05 1,08
0,90 1,02 1,06
0,88 1,00 1,03
0,88 0,98 1,01
0,88 0,98 0,99
PRODUÇÃO DE LODO Lodo a ser tratado Expressão da concentração de sólidos: Concentraç ão (mg/L) x 100 Concentraç ão (%) = 1x10 6 (mg/kg) x Massa específica (kg/L)
Massa específica do lodo descartado: ~ 1,0 kg/L Concentração (mg/l) Concentração (%) ≈ 10.000
PRODUÇÃO DE LODO Lodo a ser tratado Relação entre vazão, concentração e carga: Vazão (m 3 /d) x Concentração (g/m 3 ) Carga (kgSS/d) = 1000 (g/kg)
Vazão lodo (m 3 /d) =
Carga SS (kgSS/d) Sól.secos (%) x Massa específica lodo (kg lodo/m3 lodo) 100
Vazão lodo (m 3 /d) =
Carga SS (kgSS/d) Sól.secos (%) x 10
PRODUÇÃO DE LODO Lodo a ser tratado Sistema
Lodos ativados convencional • Lodo primário • Lodo secundário • Total Lodos ativados – aeração prolongada UASB + pós-tratamento aeróbio (c) • Lodo anaeróbio (UASB) • Lodo aeróbio (lodos ativados) (d) • Total
Características do lodo produzido e descartado da fase líquida (dirigido à etapa de tratamento do lodo) kgSS / Teor de Massa de Volume de kgDBO sólidos secos lodo lodo (L/ aplicada (%)) (% (gSS/hab.d) hab.d) (a)) (a (b)) (b 0,70 – 0,90 0,50 – 0,70 1,20 - 1,60 1,00 – 1,10
2–6 0,6–1 1-2 0,8–1,2
35 - 45 25 - 35 60 - 80 40 - 45
0,6 – 2,2 2,5 – 6,0 3,1 – 8,2 3,3 – 5,6
0,24 – 0,36 0,16 – 0,28 0,40 – 0,64
3–4 3–4 3–4
12–18 8-14 20-32
0,3 – 0,6 0,2– 0,5 0,5 – 1,1
PRODUÇÃO DE LODO Estabilização do lodo Porc Po rcen enta tage gem m de rem remoç oção ão do doss sól sólid idos os gerados no re reator (%) c
(dias) 4 8 12 16 20 24 28 32
SS biodeg 23 40 53 65 75 84 92 100
SSV 18 29 37 42 47 50 53 55
PRODUÇÃO DE LODO Opções de retirada do lodo biológico excedente a) Retir Retirad adaa da da lin linha ha de re reci circ rcula ulaçã çãoo: • Maior concentração • M e no r v a z ã o b) Retir Retirad adaa dir diret etam amen ente te do re reato ator r : • Menor concentração • M a i or v a z ã o
PRODUÇÃO DE LODO Controle dos sólidos do sistema
• Qex controla a massa total de SS no sistema, mantendo-a em um valor especificado • Qr controla o balanço entre a massa de SS no reator e nos decantadores secundários, mantendo-a em uma relação especificada
PRODUÇÃO DE LODO Controle dos sólidos do sistema Vazão de recirculação Qr : • Qr constante • Qr pr propo oporci rciona onall à vaz vazão ão afluen afluente te Q • Qr função de IVL • Qr função do nível da manta de lodo nos decantadores secundários Vazão de descarte do lodo excedente Qex: • contr controle ole de SSTA SSTA (SST (SSTA A consta constante); nte); • contr controle ole da carga carga de lodo lodo (relaçã (relaçãoo A/M constan constante); te); • con contro trole le da da idade idade do lodo lodo (θc constante)
CONSUMO DE OXIGÊNIO Demandas
• oxidação da matéria orgânica carbonácea • oxid oxidação ação do carbon carbonoo orgânico orgânico para para fornecer fornecer energi energiaa para a síntese síntese bacteriana bacteriana • respiração endógena das células bacterianas • oxidação da amônia (nitrificação)
CONSUMO DE OXIGÊNIO Demanda carbonácea (oxidação da matéria orgânica) carga de DBO removida (kg/d)
massa de SSV no reator (kg)
RO (kg/d) = a’.Q.(So-S) + b’.Xv.V Síntese
a‘ = 1,46 - 1,42.Y b‘ = 1,42.f b.Kd
Respiração endógena
CONSUMO DE OXIGÊNIO Demanda carbonácea (oxidação da matéria orgânica) Consumo de O2 por DBO removida 1 ,2 1 0 ,8 0 ,6 0 ,4 0 ,2 0 0
5
10
15
20
25
30
Idade do lodo (d)
Requisito de oxigênio (kgO2 / kgDBO removida) SS no afluente -
Decant. primária -
Coeficientes Y (g/g) (g/ g) Kd (d-1) 0,5 0,09 0,6 0,08 0,0 8 0,7 0,07
2 0,84 0,70 0,57
6 0,95 0,83 0,70
Idade do 10 14 1,02 1,07 0,91 0,97 0,80 0,86
lodo (d) 18 22 1,10 1,13 1,01 1,05 0,91 0,95
26 1,14 1,07 0,98
30 1,14 1,07 1,01
CONSUMO DE OXIGÊNIO Demanda nitrogenada Formas do nitrogênio N total = amônia (NH4+) + nitrogên nitrogênio io orgânico orgânico + nitritos nitritos (NO (NO2-) + nitratos (NO3-) NTK = amônia + nitrogênio orgânico (forma predominante nos esgotos domésticos)
Esgotos brutos
N total N orgânico Amônia Nitrito Nitrato
Faixaa (m Faix (mg/ g/l) l) 35 – 60
Típi Tí pico co (m (mg/ g/l) l) 45
15 – 25 20 – 35 0 0–2
20 25 0 0
CONSUMO DE OXIGÊNIO Demanda nitrogenada (oxidação da amônia) Reação global da nitrificação: NH4+-N + 2O2
NO3--N + 2H+ + H2O + Energia
Estequiometricamente: RO (kg/d) = 4,57 x (Q.NTK/10 3) Em termos termos práticos práticos (devido (devido à incorpo incorporação ração de amônia amônia pela biomassa) biomassa):: RO (kg/d) = (3,8 a 4,3) x Q.NTK/10 3
CONSUMO GLOBAL DE OXIGÊNIO Oxidação da DBO e da amônia Valores para vazão média: Item
LA convencional
Aeração prolongada
UASB - LA
Oxidação DBO (kgO2/kgDBO aplicada)
0,7 – 1,0
1,1 – 1,2
0,9 – 1,2
Oxidação amônia (kgO2/kgNTK aplicado)
3,8 – 4,3
3,8 – 4,3
3,8 – 4,3
Para vazão máxima: multiplicar por 1,2 a 1,8
SISTEMA DE AERAÇÃO Fundamentos da transferência de gases
SISTEMA DE AERAÇÃO Fundamentos da transferência de gases Cinética de primeira ordem:
dC = K La.(Cs − C) dt dC/dt = tax dC/ taxaa de de mud mudan ança ça da co conc ncen entr traç ação ão de de oxi oxigê gêni nioo (g/ (g/m m3.s) C = co conc ncen entr traç ação ão em um te temp mpoo t qu qual alqu quer er (g (g/m /m3) Cs = concent concentraç ração ão de satur saturaçã açãoo (g/m3) KLa = coeficiente coeficiente global global de transferênci transferênciaa de oxigênio (s (s-1)
C = Cs − ( C s − C o ). e
− K L a.( t− t o )
SISTEMA DE AERAÇÃO Fundamentos da transferência de gases Água limpa
Líquido com consumo de OD (r)
Estado estacionário:
r C = Css −− r KKLLaa
R = taxa de consumo de O (g/m3.d)
SISTEMA DE AERAÇÃO Fundamentos da transferência de gases Concentração de saturação Cs Temperatura Tempera tura do líquido (oC)
Altitude (m) 0
500
1000
1500
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
11,3 11,1 10,8 10,6 10,4 10,2 10,0 9,7 9,5 9,4 9,2 9,0 8,8 8,7 8,5 8,4 8,2 8,1 7,9 7,8
10,7 10,5 10,2 10,0 9,8 9,7 9,5 9,2 9,0 8,9 8,7 8,5 8,3 8,2 8,1 8,0 7,8 7,7 7,5 7,4
10,1 9,9 9,7 9,5 9,3 9,1 8,9 8,7 8,5 8,4 8,2 8,0 7,9 7,8 7,6 7,5 7,3 7,2 7,1 7,0
9,5 9,3 9,1 8,9 8,7 8,6 8,4 8,2 8,0 7,9 7,7 7,6 7,4 7,3 7,2 7,1 6,9 6,8 6,6 6,6
SISTEMA DE AERAÇÃO Principais tipos Aeração mecânica Classificação com relação ao eixo de rotação : • aeradores de eixo vertical • baixa rotação, fluxo radial • alta rotação, fluxo axial • aeradores de eixo horizontal Classificaç Classi ficação ão com com relação relação à fixaç fixação ão: • aeradores fixos • aeradores flutuantes
Ar difuso • • •
difusor poroso (bolhas finas e médias): prato, disco, domo e tubo difusor não poroso (bolhas grossas): tubos perfurados ou com ranhuras outros sistemas: aeração por jatos, aeração por aspiração, tubo em U
SISTEMA DE AERAÇÃO Aeração mecânica
SISTEMA DE AERAÇÃO Aeração mecânica
Flutuante Alta rotação Fluxo axial
Fixo Baixa rotação Fluxo radial
SISTEMA DE AERAÇÃO Ar difuso
• • •
bolha fina: diâmetro inferior a 3 mm bolha média: diâmetro entre 3 e 6 mm bolha grossa: diâmetro superior a 6 mm
SISTEMA DE AERAÇÃO Ar difuso
SISTEMA DE AERAÇÃO Ar difuso
TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO
TTO padrão e TTO campo Taxa de transferência de oxigênio (capacidade de oxigenação) nas condições padrão:
água limpa temperatura do líquido = 20oC altitude = 0 m (nível do mar) sistema de aeração instalado num tanque de teste Taxa de transferência de oxigênio (capacidade de oxigenação) nas condições de operação (campo):
esgoto temperatura real do líquido altitude real da estação sistema de aeração instalado no reator real
TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE OXIGÊNIO
TTO padrão e TTO campo TTO campo TTO padrão = β. f H . C s − C L T− 20 . α.θ C s ( 20 o C ) TTOpadrão = Taxa de Transferência de Oxigênio Padrão (kgO 2/h) TTOcampo = Taxa de Transferência de Oxigênio no campo, nas condições c ondições de operação (kgO2/h) Cs = concentração de saturação de oxigênio na água limpa, na temperatura de operação no campo (g/m3) CL = concentração média de oxigênio mantida no reator (g/m3) Cs (20oC) = concentração de saturação de oxigênio da água limpa, nas condições padrão padrão (g/m3) f H = fator de correção de Cs para a altitu altitude de (= 1 – altit altitude ude / 9450) β = Cs (esgoto) / Cs (água limpa) (esg sgot oto) o) / KLA (água limpa) α = KLa (e θ = coeficiente de temperatura
EFICIÊNCIA DE OXIGENAÇÃO
TTO padrão EO = P
EO = efici eficiênci ênciaa de oxi oxigena genação ção (kg (kgO O2/kWh) P = potência consumida (k (kW)
DENSIDADE DE POTÊNCIA
P DP = V
DP = densi densida dade de de de potê potênci nciaa (W/m (W/m3) P = potência introduzida (W) V = volume do reator (m3)
REQUISITOS ENERGÉTICOS
Aeração mecânica Eficiência de oxigenação padrão: • aer aerado adores res de baixa baixa rot rotaçã ação: o: EO padrão = 1,4 a 2,0 kgO2/kWh • aer aerado adores res de alta alta rot rotaçã ação: o: EO EO padrão = 1,2 a 1,8 kgO2/kWh Eficiência de oxigenação no campo: EOcampo = 0,55 a 0,65 da EO padrão Potência requerida: Requisitos de O2 (kgO 2 /d) Potência (kW) = 24 (h/d).EO campo (kgO 2 / kWh )
kW / 0,75 = CV
SISTEMAS DE AERAÇÃO
Aeradores mecânicos Características básicas (alta rotação)
Faixa de potência dos aeradores (CV) 5 - 10 1 5 - 25 30 - 50
Profundidade normal de operação (m) 2, 0 - 3 , 6 3, 0 - 4 , 3 3 , 8 - 5, 2
Diâmetro de influência (m) Oxigenação 4 5 - 50 60 - 80 85 - 100
Mistura 1 4 - 16 19 - 24 27 - 32
Notas: Potências usuais dos aeradores: 1; 2; 3; 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40 e 50 CV. • Há aeradores de alta rotação com maiores potências, mas eles tendem, no conjunto, a • eficientes. A tabela apresenta diâmetros de influência (e não rai r aios) os)
SISTEMA DE AERAÇÃO Ar difuso Tipo de aeração
Bolhas finas Bolhas médias Bolhas grossas Aeradores por aspiração
Eficiência de transferência de oxigênio padrão média (%) 10 - 30 6 - 15 4-8 -
Eficiência de oxigenação padrão (kgO2/kWh) 1,2 - 2,0 1,0 - 1,6 0,6 - 1,2 1,2 - 1,5
Eficiência de oxigenação no campo: EOcampo = 0,55 a 0,65 da EO padrão kW / 0,75 = CV
Requisitos de O2 (kgO 2 /d) Potência requerida: Potência (kW) = 24 (h/d).EO campo (kgO 2 / kWh )
SISTEMA DE AERAÇÃO Comparação de custos Aeração mecânica x Ar difuso Custos de implantação: S i s te m a
R$/CV instalado
R$/kW instalado
Aerador mecânico flutuante (alta rotação) Aerador mecânico fixo (baixa rotação)
55 0 a 9 00 750 a 1300
750 a 1200 1000 a 1700
Ar difuso difuso (bolhas (bolhas finas) finas) - soprad sopradores, ores, tubos, difusores)
1500 a 2100 2000 a 2800
Custos operacionais (energia elétrica): • Consumo energét energético ico (tarifa (tarifa industr industrial): ial): R$0,12/k R$0,12/kWh Wh • Demand Demandaa (função (função da potência potência instalada instalada): ): acrescer acrescer ~ 15%
SISTEMA DE AERAÇÃO Comparação de custos: Ar difuso x Oxigênio puro CUSTOS PER CAPITA DE IMPLANTAÇÃO E MANUTENÇÃO AR DIFUSO X OXIGÊNIO PURO a t i p a c r e p s o t s u C
30 20 10 0 Ar difu di fuso so O2 líquido O2 fábrica
Custos de implantação (R$/hab)
Custos Custos de operação o peração (R$/hab.ano)
7,9 8,7 25,8
1,2 10,7 2,0 CUSTOS EM VALOR VAL OR PRESENTE AR DIFUSO D IFUSO X OXIG OX IGÊNIO ÊNIO PURO 60.000.000
População: 700.000 hab Fevereiro/2001; R$2,00/US$)
) $ R ( e t n e s e r p r o l a V
50.000.000 40.000.000 30.000.000 20.000.000 10.000.000 0 Operação
AR DIFUSO
O2 LÍQUIDO
O2 FÁBRICA
4.818.579,58
42.144.537,15
7.972.877,16
SISTEMA DE AERAÇÃO Controle do fornecimento de oxigênio (ar) Aeração mecânica
• lig liga-d a-desl esliga iga de de aerador aeradores es • variaç variação ão da velocidade velocidade de rotação rotação dos aeradores aeradores (duas velocid velocidades ades ou velocidades variáveis) • var variaç iação ão do nível nível das pás pás dos aerad aeradore oress (variaç (variação ão da submer submergênc gência ia dos aeradores através da atuação no seu eixo) • var variaç iação ão do nível nível do líqui líquido do (varia (variação ção da submer submergênc gência ia dos aerad aeradore oress através atrav és do ajust ajustee do verte vertedor dor de saída) saída) Aeração por ar difuso
• variaç variação ão da veloci velocidade dade dos soprado sopradores res • va vari riaç ação ão das das ale aleta tass de ent entra rada da • ajust ajustee das válvulas válvulas de sucção de todos todos os sopradores sopradores ligados, ligados, de forma a manter uma pressão constante na tubulação de alimentação de ar
SEDIMENTAÇÃO Decantador retangular
SEDIMENTAÇÃO Decantador retangular DECANTADOR DECANTADOR RETANG RETANGULAR ULAR DE FLUXO FLUXO HORIZONT HORIZONTAL AL corte longitudinal
ponte móvel defletor
entrada
vertedor de saída
defletor saída lodo de fundo raspador de lodo
saída de lodo
poço de lodo
defletor
planta
defletor raspador de lodo
vertedor de saída
entrada saída
SEDIMENTAÇÃO Decantador circular
SEDIMENTAÇÃO Decantador circular DECANT DECANTADOR ADOR CIRCULAR CIRCULAR corte transversal ponte rotatória vertedor de saída
saída
anel defletor
defletor
defletor
saída
camada de lodo
planta
raspador de lodo
entrada
saída de lodo
defletor
p o n t e e r o ot a at ó ó r ri i a a
anel defletor
entrada
entrada
canal de coleta do
saída
SEDIMENTAÇÃO Decantador tipo Dortmund
SEDIMENTAÇÃO Decantador tipo Dortmund DECAN DECANT TADOR ADOR TIPO TIPO DORTM DORTMUN UND D COM TR S C MARAS MARAS CORTE LONGITUDINAL DEFLETOR
DEFLETOR
VERTEDOR SAÍDA
ENTRADA TUBULAÇÃO DE SAÍDA DO LODO
TUBULAÇÃO DE RETIRADA DO LODO
POÇO DE LODO
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Tipos de sedimentação Remoção da areia
Tipo
Esquema
Discreta
Decantação primária
Floculenta
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Tipos de sedimentação Decantação secundária
Tipo
Esquema
Zonal
Adensamento por gravidade
Compressão
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação discreta
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação discreta Lei de Stokes:
1 g ρs − ρl 2 vs = . . .d 18 υ ρ l
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação discreta Tanque de sedimentação horizontal ideal
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação discreta Tanque de sedimentação horizontal ideal
H t= vs Q vs = A V H. A t= = Q Q
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação floculenta
Coluna
Tanque de sedimentação horizontal
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação zonal
TEORIA DA SEDIMENTAÇÃO Sedimentação zonal
PROJETO DAS UNIDADES Sedi Se dime ment ntaç ação ão zo zona nall - De Deca cant ntad ador or se secu cund ndár ário io Taxas de aplicação Taxa de aplicação hidráulica (TAH)
Q TAH = A
(m 3 /m 2 .h)
Taxa de aplicação de sólidos (TAS)
(Q + Q r ).X TAS = A
(kgSS/m 2 .h)
PROJETO DAS UNIDADES Decantador secundário Sistem Sistema a
Taxa de aplicação aplicação Taxa de aplicação de 3 2 2 hidráulica (m /m .h) .h) sólidos (kg/m .h) .h) Q média Q Q média Q máxima máxima Lodos ativ ativad ados os conv conven enci cio onal 0,6 0,67 - 1,33 ,33 1,70 ,70 - 2,00 ,00 4,0 - 6,0 10,0 Aeraçã ção o prolongada 0,33 - 0,67 1,00 - 1,33 1,0 - 5,0 7,0 Fonte: Metcalf & Eddy (1991)
Cálculo da área requerida com base em TAH: •Para Qméd: A = Q/(TAH para Qméd) •Para Qmáx: A = Qmáx/( /(TA TAH H pa para ra Qmáx) Cálculo da área requerida com base em TAS: •Para Qméd: A = Q/(TAS para Qméd) •Para Qmáx: A = Qmáx/( /(TA TAS S pa para ra Qmáx)
Adot Ad otar ar o mai maior or va valo lorr de de A
DECANTADOR SECUNDÁRIO Sedimentabilidade do lodo Floco ideal
Floco pulverizado
Lodo intumescido
DECANTADOR SECUNDÁRIO Sedimentabilidade do lodo Determinação da manta de lodo
Escuma
DECANTADOR SECUNDÁRIO Sedimentabilidade do lodo Teste de IVL H 30 x10 6 IVL = H 0 . SS
Sedimentabilidade Ótima Boa Média Ruim
Faixa de valores do Índice Volumétrico de Lodo (ml/g) IVL 0 - 50 5 0 - 10 0 100 - 200 200 - 300
IVLD 0 - 45 45 - 95 95 - 165 165 - 215
IVLA 0 - 50 50 - 80 80 - 140 140 - 200
IVLA3,5 0 - 40 40 - 80 80 - 100 100 - 120
DECANTADOR SECUNDÁRIO Sedimentabilidade do lodo Teste de IVL H 30 x10 6 IVL = H 0 . SS
IVL máximo atin a tingí gívvel em e m funçã função o da con c oncentra centração ção de sólido sólidoss em suspensão 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
2
4
6
Concentração de SS(kg/m3)
8
10
12
PROJETO DAS UNIDADES Decantador secundário VALORES DE Q/A PARA SATISFAZER SIMULTANEAMENTE CLARIFICAÇÃO E ADENSAMENTO 3,5 Em cada faixa: - curva superior: R=1.0 - curva central: R=0.8 - curva inferior: R=0.6
3,0 Clarificação controla
2,5 ) h / m ( A / Q
2,0
Adensamento controla
1,5
Clarificação controla
1,0 0,5 0,0 2,0
Adensamento controla
SEDIMENT. MÉDIA
SEDIMENT. RUIM
2,5
3,0
3,5
4,0 SSTA (kg/m3)
4,5
5,0
5,5
6,0
PROJETO DAS UNIDADES Decantador secundário Diâmetro do tanque (m) < 12 12 - 20 20 - 30 30 - 40 > 40
Profundidade Profundidade lateral lateral (m) Mínimo Recomendado 3,0 3,3 3,3 3,6 3,6 3,9 3,9 4,2 4,2 4,5
Declividade de fundo: ~ 1/12 (v/h) com raspadores ~ pla lanno com rem emooção po porr suc ucçção Custos dos equipamentos: • ra rasp spad ador ores es (R (R$/ $/m) m):: 6. 6.00 0000 a 8. 8.00 0000 • sucção: po pode ser 50 50% ma mais caro
PROJETO DAS UNIDADES Decantador secundário
Decantador
Condição Condição
Pequeno Grande
Fora da zona de virada das correntes corrent es
3
Taxa de vertedor vertedor (m /m.h) Vazão média Vazão máxima 5 10 15
SEDIMENTAÇÃO DO LODO Seletores e melhoria da sedimentabilidade do lodo
SELETOR
SELETORES
PROJETO DAS UNIDADES Layout da fase líquida
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Nitrificação e desnitrificação Nitrificação NH4+-N + 2O2 ------> NO3--N + 2H+ + H2O • Con onssum umoo de oxigên êniio (4,57 mg mgO2 / mg mg amô amônia nia ox oxid idada ada)) • Co Cons nsum umoo de al alca calilini nida dade de (7 (7,1 ,1 mg al alca calilini nida dade de / mg am amôn ônia ia ox oxid idad ada) a)
Desnitrificação 2NO3--N + 2H+ -----> N2 + 2,5O2 + H2O • Econ onoomia de oxi oxigên êniio (2,86 mgO mgO2 / mg nitr nitrat atoo re reduz duzido ido)) • Ec Econ onom omia ia de al alca calilini nida dade de (3 (3,5 ,5 mg al alca calilini nida dade de / mg mg nit nitra rato to re redu duzi zido do)) • Liberação de N2 ga gaso soso so (p (pro robl blem emas as em de deca cant ntad ador ores es se secu cund ndár ário ioss quan qu ando do nã nãoo co cont ntrrol olad ada) a)
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Nitrogênio em um sistema com nitrificação
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Nitrogênio em um sistema com nitrif. e desnitrif.
NITRIFICAÇÃO Fatores ambientais de influência • te tem mpe pera ratu tura ra • pH • ox oxig igêni ênioo di diss ssolv olvid idoo • sub substâ stânci ncias as tóxic tóxicas as ou inib inibido idoras ras Idade do lodo mínima para nitrificação Temperatura do líquido no reator (oC) 5 10 15 20
para nitrificação completa (dias) 12 9,5 6,5 3,5
c
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Principais fluxogramas
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Principais fluxogramas
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Taxas de remoção de nitrato Tipo
Posição da zona anóxica
Esgoto bruto
Zona anóxica anóxica a montante montante da zona aerada aerada
Metabolismo endógeno
Zona anóxica anóxica a jusante jusante da zona zona aerada aerada
Taxa de desnitrificação específica (mg NO3--N /mg SSV.d) 0, 0,03 03 - 0, 0,11 11 0, 0,01 0155 - 0, 0,04 0455
Sistemas com pré-d Sistemas pré-desnit esnitrific rificação ação (zon (z onaa an anóx óxic icaa a mont montan ante te)) Eficiência de remoção remoçã o de de nitratos máxima máx ima teórica
a i c n ê i c i f E
0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000
F NO3 rec =
0
1
2
3
4
Razão de recirc. total (Rlodo + Rint)
5
6
Rint + Rlodo Rint + Rlodo + 1
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO Desempenho dos processos Processo Reator com zona aeróbia apenas Reator com pré-desnitrificação Reator com pós-desnitrificação Bardenpho de quatro estágios Valo de oxidação Batelada
Amônia < 5 mg/l (a) X X X X X X
8 - 12 mg/l X X X X X
Nitrogênio total 6 - 8 mg/l X (b) X X (c) -
3 - 6 mg/l X -
(a): a nitrificação nitrificação ocorrerá ocorrerá consis consistentem tentemente ente desde que θc aeróbio seja superior a aproximadamente 5 d (b): com elevadas razões de recirculação interna (Rint entre 200 e 400%) (c): com eficiente controle automático do oxigênio dissolvido
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE N e P Principais fluxogramas
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE N e P Principais fluxogramas
REMOÇÃO BIOLÓGICA DE N e P Desempenho dos processos Processo
Efluente: 0,5 mgP/l
Efluente: 1,0 mgP/l
Efluente: 2,0 mgP/l
Biol
Biol + C
Biol + F
Biol +C +F
Bio l
Biol iol + C
Biol + F
Biol +C +F
Biol
Biol +C
Biol + F
Biol + C+F
A2O / Phoredox 3 estág.
N
N
N
S
V
S*
V
S
S
S
S
S
Bardenpho 5 estág. / Phoredox
N
N
N
S
V
S*
V
S
S
S
S
S
UCT / VIP / UCT modif.
N
N
N
S
V
S*
V
S
S
S
S
S
Batelada
N
N
N
S
V
S*
V
S
S
S
S
S
Biol = tratam tratamento ento biológi biológico co apenas Biol + F = trat. biol. + filtr filtração ação N = não atende o padrão de P S = atende o padrão de P
Biol + C = trat. biol. + coagul coagulante ante Biol + C + F: = trat. biol. + coagul coagulante ante + filt filtração ração V = atende o padrão de P de forma variável ou marginal S* = atende o padrão de P com clarificação eficiente
REATORES SEQUENCIAIS POR BATELADA Princípio de funcionamento
PROGRAMAÇÃO DE MONITORAMENTO Local Esgoto bruto
Efluente primário Reator
Lodo de retorno Efluente final
Parâmetro DBO DQO SS SSV Alcalinidade Alcalinidade Coliformes fecais DBO DQO SS Temperatura OD SS SSV NO3IVL SS DBO DQO SS SSV NH3 NO2 NO3 Coliformes fecais
Uso AD AD AD AD NTK pH CP AD AD AD AD CP CP CP CP CP CP CP AD AD AD AD NTK AD AD AD pH
AD
Amostra Freqüência semanal semanal semanal se manal semanal AD CP semanal semanal semanal semanal semanal se manal diária diária ou contínua diária ou contínua semanal semanal diária diária semanal semana l semanal semanal se manal semanal AD semanal semanal semanal DP semanal
Tipo composta composta composta composta semanal diária simples simples composta composta composta simples simples ou sensor simples ou sensor simples simples simples composta composta compost a composta composta composta semanal composta composta composta diária simples
composta simples
composta
simples
