Sistema de Tratamento de Esgoto Doméstico: Etapas e Problemas, Notas de aula de Desvio

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO TECNOLÓGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E

AMBIENTAL

Giliane Feital Klaus

ESTUDO DE UM SISTEMA COMPACTO DE TRATAMENTO

DE EFLUENTES SANITÁRIOS DO TIPO LODOS ATIVADOS.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal de Santa Catarina para Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental. Orientadora: Jamile Wagner, Msc.

Florianópolis 2012

Dedico este trabalho a minha família, pelo amor incondicional, em especial ao meu pai pelo carinho, apoio e confiança nas difíceis escolhas de minha vida.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente aos meus pais, Rudi Delmar Klaus e Regina Maria Barra Feital Klaus, que não deixaram de lutar e sonhar nem por um segundo pela formação de seus filhos. São meus fortes exemplos de coragem, de união, de amor e de vitória. A eles, toda gratidão! A minha irmã, minha metade, minha amiga e incentivadora, pelas conversas e confiança. Agradeço ao Henrique da Cunha Sant’anna, pelo grande amor, companheirismo, incentivo e paciência ao longo da minha formação, agradeço principalmente por ter acreditado. Agradeço a minha orientadora, Jamile Wagner, pelo enorme conhecimento e paciência a mim dedicada. Uma jovem mulher com garra e dedicação para o melhor. À MWV Rigesa, pela oportunidade do aprendizado profissional. Em especial gostaria de agradecer ao meu “padrinho” o Engenheiro Sanitarista Jacson Roberto Guimarães e a todos da empresa com quem convivi durante o período de estágio. Agradeço aos meus amigos, os de infância, os da faculdade, os do trabalho, os da vida, sem eles as etapas se tornariam mais difíceis de serem vencidas. Obrigada a todos os tutores que passaram ao longo de minha formação, com certeza carrego um pouco de cada um em minhas palavras e atitudes. E por fim, agradeço a Deus, pelo apoio, vida e fé.

ABSTRACT

Compact wastewater treatment is ideal for small and isolated communities, with enough efficiency to compliance with current legislation related to low investment cost. The present study aims to evaluate a compact wastewater treatment Activated Sludge type, used for treating domestic sewage, installed in the housing of employees of the paper industry MWV Rigesa, in Três Barras, Santa Catarina. The treatment system consisted of the following steps: preliminary treatment, secondary treatment (anoxic tank, aeration tank, secondary clarifier and sludge recirculation), infiltration trench and disposal of sludge. From the evaluation of the system, it was concluded that the WWTP compact had an average efficiency of removal of carbonaceous organic matter equal to 81% and ammonia equal to 95%. In the treated effluent was obtained average concentrations of BOD5,20°C and NH 4 +-N equal to 58.0 mL·g- and 2.4 mL·g-1, respectively. The sludge had a great sedimentation, averaging sludge volume index equal to 50.9 mL·g-1. For sedimented solids in the Imhoff cone was obtained a mean value of 0.1 mL·L-1, given the limits specified in release Brazilian law. It was possible to identify issues regarding the occurrence of denitrification in the secondary clarifier, causing sludge flotation in this unit and damaging the quality of treated effluent. In order to solve this problem, it was proposed a readjustment of the WWTP. In general, compact WWTP proved as an efficient and economical for decentralized treatment of sewage.

Keywords: compact wastewater treatment; Activated Sludge; sanitary wastewater treatment.

ÍNDICE GERAL

• 1 INTRODUÇÃO..............................................................................
• 2 OBJETIVOS...................................................................................
  • 2.1 Objetivo Geral
  • 2.2 Objetivos Específicos
• 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
  • 3.1 Lodos Ativados
    • 3.1.1 Lodos Ativados do Tipo Convencional
    • 3.1.2 Lodos Ativados do Tipo Aeração Prolongada
  • 3.2 Remoção Biológica de Nitrogênio
    • 3.2.1 Amonificação e Assimilação
    • 3.2.2 Nitrificação
    • 3.2.3 Desnitrificação...................................................................
  • 3.3 Microbiologia em Lodos Ativados
• 4 METODOLOGIA
  • 4.1 Local de Estudo
  • 4.2 Estação Compacta de Tratamento por Lodos Ativados
  • 4.3 Análises e Instalações Laboratoriais
  • 4.4 Cálculos realizados
    • 4.4.1 Vazão de Recirculação
    • 4.4.2 Índice Volumétrico do Lodo
    • 4.4.3 Relação Alimento/Microrganismo (A/M)
    • 4.4.4 Eficiência de remoção
    • 4.4.5 Carga Orgânica Volumétrica
• 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
  • 5.1 Monitoramento da ETE Compacta
    • 5.1.1 Caracterização Preliminar da ETE Compacta
    • 5.1.2 Características do Esgoto Bruto
    • 5.1.3 Comportamento do pH e da temperatura
    • 5.1.4 Comportamento dos Sólidos
    • Nitrogenada 5.1.5 Comportamento da Matéria Orgânica Carbonácea e
    • 5.1.6 Microscopia
  • 5.2 Alternativas de Melhoria da ETE
• 6 CONCLUSÕES
• 7 RECOMENDAÇÕES
• 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Figura 20 - Concentrações de Sólidos Suspensos no Lodo de

Recirculação e a proporção de SSV/SST. .............................................. 66

Figura 21 - Comportamento do Índice Volumétrico do Lodo................ 67 Figura 22 - Valores de Sólidos Sedimentáveis em Cone de Imhoff por 1

hora na saída da ETE. ............................................................................ 68

Figura 23 – Concentrações de DBO5,20°C no afluente e efluente, com a

eficiência de remoção............................................................................. 71

Figura 24 - Concentrações de NH 4 +-N no afluente e efluente, com a

eficiência de remoção............................................................................. 71

Figura 25 - Lodo flotado no decantador secundário (11 de Abril de

2012). ..................................................................................................... 72 Figura 26 – Flocos de lodo ativado presentes no tanque de aeração

(100x). .................................................................................................... 74

Figura 27 – a. Ciliado livre; b. Rotífero (400x); c. Ciliado livre; d.

Arcella sp. (400x).................................................................................... 75

Figura 28 – a. Vorticella spp. (ciliado fixo); b. Ciliado livre; c.

Aspidisca spp. (400x); d. Ciliado livre. .................................................. 76

Figura 29 - Desprendimento de lodo do fundo do decantador

secundário. ............................................................................................. 77

Figura 30 – Esquema de um sistema MLE (Modified Ludzack-Ettinger). ............................................................................................................... 78

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 – Idade do lodo mínima para a ocorrência da nitrificação. ..... 33 Tabela 2 - Agrupamento de organismos de diversos gêneros comumente

encontrados em Sistemas de Lodos Ativados......................................... 39

Tabela 3 – Condições de desempenho num sistema operado por Lodos

Ativados de acordo com a predominância da fauna microscópica. ........ 40

Tabela 4 - Rotina das análises laboratoriais. .......................................... 53

Tabela 5 - Parâmetros físico-químicos e técnicas analíticas utilizadas.. 54

Tabela 6 – Vazão de recirculação do lodo de acordo com a razão de

recirculação. ........................................................................................... 60 Tabela 7 – Características do esgoto bruto e cargas aplicadas. .............. 61

Tabela 8 – Resultados de pH e temperatura obtidos em amostras de

afluente, tanque de aeração e efluente. ................................................... 62

Tabela 9 – Concentrações de sólidos suspensos no tanque de aeração e

na recirculação do lodo. .......................................................................... 65

Tabela 10 – Eficiência de remoção de DBO5,20°C e NH 4 +-N. ................. 70

Tabela 11 - Concentrações de nitrito e nitrato no afluente e no efluente

da ETE. ................................................................................................... 73

1 INTRODUÇÃO

O controle ambiental é uma grande preocupação governamental e dos centros de pesquisa que estudam tecnologias adequadas para reverter a tendência à degradação do meio ambiente. Junto com a conscientização da sociedade e a criação de legislações ambientais mais restritivas, estes fatores tendem a assegurar a não ocorrência de prejuízos irreparáveis e garantir a melhoria da qualidade de vida das gerações atuais e futuras. Segundo dados da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico, realizado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) em 2008, apenas 55,16% dos municípios brasileiros apresentavam serviço de esgotamento sanitário com rede coletora de esgoto e 28,5% possuíam tratamento dos efluentes. As atividades humanas são um dos fatores de principal causa de lançamento inadequado de esgotos não tratados diretamente nos corpos receptores, promovendo uma acelerada deterioração da qualidade da água. Além do material orgânico carbonáceo, esses efluentes podem conter concentrações de outros compostos que servem de nutrientes para o crescimento de microrganismos, sendo capazes de ocasionar um efeito poluidor ainda maior. Elevadas concentrações de nitrogênio e fósforo presentes nas águas residuárias, quando dispostos no ambiente aquático sem tratamento, provocam a degradação do corpo hídrico e podem acarretar em um fenômeno denominado de eutrofização. A eutrofização tem como consequência o acentuado crescimento de algas, principalmente as cianofíceas; redução dos teores de oxigênio dissolvido; comprometimento da estética do meio; e problemas de transparência, gosto, odor e potabilidade das águas. Diante do exposto e considerando os problemas que o lançamento de efluentes sanitários pode provocar no meio ambiente, é fundamental o desenvolvimento de pesquisas, monitoramentos e otimização dos parâmetros operacionais de estações de tratamento de efluentes de águas residuárias. Além disso, de acordo com Sousa & Chernicharo (2005), diante do perfil sanitário e sócio-econômico das comunidades brasileiras, constata-se a necessidade por sistemas simplificados de coleta e tratamento dos esgotos, com baixos custos de implantação e operação, simplicidade operacional e sustentabilidade do sistema como um todo. Os sistemas centralizados de tratamento de esgotos são amplamente utilizados em grandes cidades e são normalmente associados a uma elevada eficiência tecnológica, com altos custos empregados na concepção do sistema, principalmente no que se refere ao

transporte de efluentes. Estações compactas são ideais para o atendimento de pequenas comunidades e habitações isoladas, apresentando eficiência suficiente para cumprimento da legislação vigente relacionada a baixo custo de investimento (PROSAB, 2009). Nunes (2004) salienta que essas estações compactas não precisam ser necessariamente pré-fabricadas, elas podem também ser construídas em alvenaria no local. O autor ressalta ainda que a principal vantagem dos sistemas pré-fabricados é a facilidade com que os mesmos podem ser desmontados e relocados em outro local. Na área de tratamento de efluentes, os processos biológicos que utilizam microrganismos para remoção da matéria orgânica e nutrientes em geral, constituem uma alternativa mais econômica. Desta forma, os processos biológicos vêm sofrendo inovações não só nas variantes dos processos existentes como também na amplitude de suas aplicações. Dentre os processos de tratamento biológico, o sistema de Lodos Ativados é atualmente o mais utilizado, a nível mundial, para a depuração de efluentes sanitários e industriais caracterizados por contaminação de carga orgânica e/ou produtos nitrogenados, em situações em que é necessária uma elevada qualidade do efluente e reduzidos requisitos de área (VON SPERLING, 2002). O princípio do processo baseia-se na oxidação bioquímica para remoção de compostos orgânicos e inorgânicos presentes no esgoto bruto, mediada por uma população microbiana diversificada e mantida em suspensão num meio aeróbio, que se utiliza do substrato presente no efluente para se desenvolver. A eficiência do processo depende, dentre outros fatores, da capacidade de floculação da biomassa ativa e da composição dos flocos formados. As unidades fundamentais que integram um sistema de lodos ativados constituem-se basicamente de um tanque de aeração, de um decantador secundário e da recirculação do lodo. Podendo as variantes do sistema serem adaptadas para incluir remoções biológicas de nitrogênio e fósforo. Sendo assim, o presente trabalho tem como objetivo principal avaliar uma estação compacta, do tipo Lodo Ativado, utilizada para o tratamento de esgoto sanitário, instalada no alojamento de colaboradores da indústria papeleira MWV Rigesa Celulose, Papel e Embalagens Ltda., no município de Três Barras, Santa Catarina.