CONTROLO DA POLUIÇÃO MÓDULO III
TRATAMENTO DE EFLUENTES SESSÃO 2 www.nova-etapa.pt
Mód. III: Tratamento de Efluentes – Sessão 2
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ÍNDICE
1. Fases do Tratamento dos Esgotos
5
1.1. Pré-Tratamento ou Tratamento Preliminar
5
1.1.1. Equalização
6
1.1.2. Gradagem
7
1.1.3. Tamização
7
1.2. Tratamento Primário
8
1.2.1. Decantação Primária
8
1.2.2. Decantação Primária Quimicamente Assistida (CEPT)
9
1.3. Tratamento Secundário ou Tratamento Biológico
13
1.3.1. Lamas Activadas
15
1.3.2. Lagoas de Estabilização
16
1.3.3. Lagunagem
17
1.3.4. Lagoas Arejadas
17
1.3.5. Leitos Percoladores
18
1.3.6. Reactores Anaeróbicos
19
1.3.7. Novas Alternativas de Tratamento de Efluentes
23
1.4. Tratamento Terciário ou Pós-Tratamento
24
1.4.1. Remoção de Nutrientes (NEP)
24
1.4.2. Oxidação Química: Cloragem
25
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1.4.3. Oxidação Química: Ozonização
25
1.4.4. Canal de Ultravioletas
26
1.4.5. Osmose Inversa
27
1.4.6. Colunas de Carvão Activada
28
1.4.7. Desodorização
29
1.5. Tratamento e Destino Final das Lamas
30
1.5.1. Espessamento
31
1.5.2. Estabilização
31
1.5.3. Desidratação
31
1.6. Deposição Final de Efluentes
32
1.7. Reutilização de Efluentes
33
1.8. ETAR Compactas
33
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1.
FASES DO TRATAMENTO DOS ESGOTOS
De seguida faremos a descrição mais pormenorizada de cada fase.
1.1 PRÉ-TRATAMENTO OU TRATAMENTO PRELIMINAR O tratamento preliminar consiste na primeira fase de tratamento de águas residuais e tem como objectivo a remoção das partículas sólidas grosseiras, com granulometria superior a 0,25 mm, que se encontram em suspensão no afluente recorrendo somente a processos físico-químicos. Esta fase compreende a obra de entrada, que deverá ser constituída por grades, que asseguram a gradagem, desarenadores, que
asseguram
a
desarenação,
desengorduradores, que retiram a gordura e um descarregador tipo Parshall que permite fazer a medição do caudal de entrada, equalizar a velocidade a montante, sendo uma das formas mais utilizadas em ETAR para criar uma mistura hidráulica.
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Descarregador tipo Parshall
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1.1.1
EQUALIZAÇÃO
Neste processo o efluente entra num tanque de grandes dimensões, de onde é bombeado para a linha de tratamento. Permite os seguintes benefícios:
Colector e atenuador à entrada
Controlar os caudais no sistema
Controlar o pH do efluente
Evitar variações na carga orgânica
Ter capacidade de armazenamento
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Evitar elevadas concentrações de tóxicos
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1.1.2
GRADAGEM
Tem o objectivo de remover sólidos grosseiros, flutuantes e sedimentáveis, com dimensões maiores do que as aberturas dos equipamentos utilizados (grades), impedindo ainda a flutuação de detritos nos órgãos a jusante (decantadores), o entupimento de canalizações, o desgaste ou bloqueamento de equipamentos mecânicos e o aumento da eficiência de tratamento Equipamento mecânico
1.1.3
TAMIZAÇÃO
Neste processo, em vez de grades utilizam-se grelhas ou malhas para remover sólidos de grandes dimensões. É um processo rudimentar de separação de componentes de um sistema sólido-sólido, utilizado quando os componentes apresentam granulometrias diferentes. Este processo pode ser antecedido por uma trituração ou dilaceração dos sólidos, com o objectivo da redução do seu tamanho.
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1.2 TRATAMENTO PRIMÁRIO Nesta fase pretende-se remover sólidos em suspensão por meio de equipamentos com um tempo de retenção maior do que os tratamentos preliminares (decantação primária, flotação e filtração) ou recorrendo a precipitantes químicos. Procede-se ainda à neutralização da carga do afluente. O tratamento primário é responsável pela remoção de 50 a 60% de sólidos suspensos e de cerca de 35% da poluição existente na água.
1.2.1
DECANTAÇÃO PRIMÁRIA
Após o tratamento preliminar o esgoto ainda contem
sólidos
em
suspensão,
não
grosseiros, que são mais pesados do que a parte líquida. Estes sólidos sedimentam-se no fundo dos decantadores, formando as lamas
primárias
brutas.
Estas
são
removidas do fundo do decantador, através de raspadores mecanizados, tubulações ou bombas. Uma parcela dos sólidos em suspensão sedimentados é de natureza
Decantador primário sem afluente
orgânica, resultando consequentemente na redução da carga orgânica afluente ao tratamento secundário. Os tanques de decantação podem ser rectangulares ou circulares. Os sólidos sedimentados no fundo da unidade são continuamente raspados e direccionados para o poço de acumulação de lamas. Na fase sólida do tratamento, a lama primária é espessada, estabilizada e desidratada. Gorduras e óleos sobrenadantes são também continuamente raspados e removidos da superfície do decantador. O efluente do decantador primário é recolhido através de calhas vertedoras na periferia dos decantadores circulares ou no final dos decantadores rectangulares.
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1.2.2
DECANTAÇÃO
PRIMÁRIA
QUIMICAMENTE
ASSISTIDA (CEPT) O Tratamento Primário Quimicamente Assistido (CEPT - Chemically Enhanced Primary Treatment) ou Tratamento Primário Avançado (TPA) baseia-se na remoção de sólidos em suspensão por meio dos processos físico-químicos de coagulação, floculação, flotação e sedimentação. Coagulação Na coagulação são empregadas baixas concentrações de sais de ferro, combinadas ou não com polímeros catiónicos. Assim o processo consiste na adição de um coagulante que, ao reagir com a alcalinidade existente na água bruta, se hidrolisa provocando desestabilização e agregação coloidal. Floculação A floculação é um componente importante no processo de precipitação química. A
formação
dos
flocos
ocorre
nos
floculadores, onde as partículas previamente desestabilizadas (na etapa de coagulação) recebem agitação controlada para que se aumente a probabilidade de ocorrência dos choques. Antes é feita a adição suplementar de polímeros aniónicos para que a acção de forças
electrostáticas
promovam
Floculador sem afluente
o
agrupamento de partículas coaguladas em flocos de tamanho superior. A fenomenologia da floculação baseia-se em dois mecanismos complementares: adesão e transporte. O primeiro está relacionado com as cargas superficiais das partículas, que 8 www.nova-etapa.pt
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devem ser alteradas durante a coagulação para que os choques sejam efectivos. O segundo mecanismo respeita à agitação introduzida no meio e pode ser divido em outros três: movimento Browniano (floculação pericinética), movimento do fluído (floculação ortocinética) e sedimentação diferencial. Flotação A flotação por ar dissolvido (FAD) é um processo de separação sólido-líquido que utiliza bolhas de gás para diminuir a densidade média das partículas de forma que elas subam à superfície da lâmina líquida, onde serão removidas. Neste processo, a interacção entre os flocos provenientes do sistema de floculação (às vezes a floculação é desnecessária) e as
Sistema de flotação com microarejamento
micro-bolhas geradas pelo processo determina, em grande parte, a eficiência da FAD. Para cada caso em particular, existem condições óptimas de formação de flocos e de geração de micro-bolhas que garantem o máximo de desempenho associado ao menor custo. Sedimentação A sedimentação é uma das mais antigas técnicas aplicadas para separação sólidolíquido, e depende, em primeiro lugar, da acção da gravidade sobre os sólidos em suspensão, que está relacionada com o tamanho e com a massa específica das Sedimentador rectangular com água clarificada
partículas.
Ocorre em tanques chamados sedimentadores ou clarificadores e é um processo que pode utilizar-se também nas outras fases de tratamento das águas residuais.
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A água clarificada é separada dos flóculos uma vez que a sua maior densidade implica que se depositem no fundo dos tanques enquanto que o líquido clarificado se recolhe pela parte superior. Se se conseguir uma dose de coagulantes adequada, poderá conseguir-se uma velocidade de sedimentação que conduza a um tempo de operação economicamente interessante (entre 10 e 20 minutos). Este processo também é utilizado em outras fases de tratamento dos efluentes, como na fase de desarenamento (remoção de areias) e após processos biológicos. Os
sedimentadores
podem
ser
rectangulares
ou
circulares.
A
maioria
dos
sedimentadores rectangulares está equipada com passadeiras ao longo do fundo do tanque, que transportam as lamas sedimentadas para a extremidade da entrada do afluente onde são removidas. Os sedimentadores circulares podem ter alimentação periférica ou ao centro. O afluente é introduzido num poço
central,
sendo
o
efluente
removido pelo perímetro do tanque. No caso da alimentação ser periférica
Sedimentador circular, alimentação pelo centro
o efluente é retirado pelo centro do sedimentador. Filtração A filtração consiste na passagem de um afluente líquido através de um meio filtrante granular,
onde,
por
intermédio
de
mecanismos de transporte e adesão, as partículas presentes podem ficar retidas. Os filtros podem ser compostos por uma camada
de
carvão
mineral
e
várias
camadas de seixos e areia de várias
Filtro com carvão, areia e seixos
espessuras. É um método mecânico de separação, tendo como principal objectivo a remoção de sólidos suspensos ou flocos resultantes das operações de floculação/coagulação. 10 www.nova-etapa.pt
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Um dos fenómenos importantes que ocorre é o facto dos sólidos recolhidos também se tornarem superfície filtrante. Quando se pretende remover partículas de dimensão reduzida este processo pode tornar-se dispendioso. A filtração também é utilizada na desidratação de lamas resultantes dos diferentes tratamentos. Após finalizado o tratamento primário, o efluente possui as características necessárias para ser tratado na fase seguinte.
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1.3 TRATAMENTO
SECUNDÁRIO
OU
TRATAMENTO
BIOLÓGICO Este tratamento é responsável pela remoção de 80 a 90% da poluição e pela redução de 30% de sólidos suspensos. É constituído por processos biológicos, utilizando reacções bioquímicas, seguidos de processos físico-químicos. No processo biológico podem ser utilizados dois tipos diferentes de tratamento: - Aeróbios, onde se incluem, dependendo da característica do efluente, tanques de lamas activadas (o ar é insuflado com arejador de superfície), lagoas arejadas com macrófitos, leitos percoladores ou biodiscos; nestes processos os microrganismos alimentam-se da matéria orgânica convertendo-a em gás carbónico, água e material celular. Esta decomposição biológica do material orgânico necessita da presença de oxigénio e condições adequadas de temperatura, pH, tempo de contacto, etc. Bactérias
(CH2)n + O2
CO2 + NH3 + Energia + novas células + novos produtos
- Anaeróbios, podem ser utilizadas as lagoas ou digestores anaeróbicos. Bactérias
(CH2)n
Bactérias
nCH3 COOH
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CH4 + CO2
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Ainda se podem considerar os processos facultativos, nos quais se desenvolvem os dois processos anteriores. Temos, como exemplo, as lagoas facultativas, onde no fundo se desenvolve o processo anaeróbio enquanto que à superfície ocorre o aeróbio.
Microorganismos
Microorganismos
Anaeróbios
Aeróbios
Bactérias, Fungos, Protozoário, Rotíferos
Praticamente só Bactérias
O tratamento secundário recorre a várias tecnologias que funcionam sobre princípios semelhantes, destacando-se os sistemas aeróbios intensivos, quer por biomassa (microrganismos) suspensa sem nenhuma estrutura de sustentação (lamas activadas), quer por biomassa fixa a um meio de suporte (leitos percoladores e biodiscos ou discos biológicos), e os sistemas aquáticos por biomassa suspensa – lagunagem.
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Existem vários tipos de processos biológicos:
Lagoas de estabilização
Lamas activadas
Lagoas arejadas
Leitos percoladores
Reactor anaeróbio
1.3.1
Biodisco ou Disco biológico
LAMAS ACTIVADAS
Este processo é composto, essencialmente, por um tanque de arejamento (reactor biológico), um tanque de decantação (decantador secundário) e uma bomba de recirculação da lama. O princípio do sistema é a recirculação da lama do fundo de uma unidade de decantação para uma de arejamento. Em decorrência da recirculação contínua de lama do decantador e da adição contínua da matéria orgânica, ocorre o aumento da biomassa de bactérias, cujo excesso é retirado periodicamente. Os reactores biológicos são unidades onde ocorre remoção de matéria orgânica (CBO) do afluente
pela
acção
de
microrganismos
aeróbios, submetidos ao arejamento artificial, por fornecimento de ar por meio de dispositivos mecânicos que permitem a formação e contacto da biomassa em suspensão (floco biológico) com a matéria orgânica presente.
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Reactor biológico
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Os decantadores secundários são unidades onde ocorre a separação sólido/líquido do efluente do reactor biológico de forma a sedimentar e concentrar os flocos biológicos (lama) no fundo do tanque e permitir a clarificação do líquido. A adição de oxigénio é também importante
Decantadores secundários
como forma de remoção de alguns poluentes como ferro, manganês e dióxido de carbono, assim como na eliminação de compostos orgânicos que resistem aos processos biológicos, por meio de oxidação química. Serve também para repor os níveis de oxigénio na água residual (2 mg/l). É de salientar que a superfície específica das lamas é de 2000 a 10000 m 3 de volume arejado. Quando se atingem as concentrações de microrganismos ideais observa-se um “licor” de cor castanha que designamos por Mixed Liquor Volatil Solid Suspended (MLVSS). Esta concentração é garantida através da recirculação das lamas secundárias recolhidas no fundo do decantador secundário.
1.3.2
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO
Também chamadas de lagoas de oxidação. São lagoas de fácil construção onde os esgotos entram numa das extremidades e saem na oposta.
São
utilizadas
nas
zonas
rurais,
necessitando de grandes áreas. A matéria orgânica, na forma de sólidos em suspensão, vai para o fundo da lagoa, formando uma
lama
que
vai
sendo
Lagoas de estabilização
estabilizada
gradualmente, resultando a redução de sólidos suspensos, da CBO, microrganismos fecais e NH3. O processo baseia-se nos princípios da respiração e da fotossíntese: as algas existentes no esgoto, na presença de luz, produzem oxigénio que é libertado através da 15 www.nova-etapa.pt
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fotossíntese. O oxigénio dissolvido (OD) é utilizado pelas bactérias aeróbias (respiração) para se alimentarem da matéria orgânica em suspensão e dissolvida presente no esgoto. O resultado é a produção de sais minerais – alimento das algas – e de gás carbónico (CO2). Note-se que a profundidade destas lagoas não pode ir além do 0,5 a 1 metro para permitir a difusão do ar e a penetração da luz solar. Estas lagoas incluem as lagoas anaeróbias, facultativas e de maturação. Lagoas anaeróbias Têm profundidades compreendidas entre 3 a 5 metros, com o objectivo de minimizar ao máximo a presença de oxigénio para que a estabilização da matéria orgânica ocorra em condições anaeróbias. A eficiência nesse tipo de sistema poderá atingir até 60% na remoção de CBO (Carência Bioquímica de Oxigénio) conforme o valor da temperatura. Lagoas facultativas Atingem profundidades da ordem dos 1,5 a 3 metros. Neste tipo de lagoa ocorrem processos aeróbios e anaeróbios. Na região superficial desenvolvem-se os processos fotossintéticos realizados pelas algas, com libertação de oxigénio para o meio. Desta forma favorece-se o processo aeróbio e quando a matéria orgânica tende a sedimentar ocorrem os processos anaeróbios no fundo da lagoa. Lagoas de maturação São lagoas com profundidades de 0,8 a 1,5 m. A sua principal função é remover microrganismos patogénicos devido a boa penetração da radiação solar, elevado pH e elevada concentração de oxigénio dissolvido. Estas lagoas também se designam como lagoas de polimento. Permitem assim a desinfecção do efluente devido à eficácia da radiação ultravioleta.
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1.3.3
LAGUNAGEM
Este processo é o que mais se aproxima da simulação das condições naturais. A água residual percorre
uma
série
de
lagoas
(anaeróbias,
facultativas, maturação – remoção de organismos patogénicos), onde os processos são idênticos aos que se dão nos meios aeróbios e anaeróbios. Lagunagem
1.3.4
LAGOAS AREJADAS
As lagoas arejadas são uma técnica intermédia que conjuga características da lagunagem e das lamas activadas. No entanto, a técnica de lagunagem não é muito utilizada, uma vez que necessita de grandes áreas e está muito dependente das condições naturais, sendo de difícil controlo humano, além de se verificar emissão de odores. Tem a grande vantagem de também ser de fácil construção e de fácil manutenção.
1.3.5 São
LEITOS PERCOLADORES
sistemas
de
tratamento
de
águas
residuais com biomassa fixa. Forma-se um biofilme no material irrigado pelo efluente que vai aumentando até ter espessura que possibilite reacções anaeróbias. O
afluente
também
pode
entrar
num
distribuidor rotativo e criar no leito um filme biológico constituído por um aglomerado de
Leito percolador
bactérias que fazem a decomposição da matéria orgânica. Quando o efluente é escoado pode ser feita a recirculação em torno do leito percolador ou a descarga no meio receptor. No entanto, a recirculação deve ser feita de preferência a partir do efluente 17 www.nova-etapa.pt
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tratado do decantador secundário, pois neste caso a matéria orgânica encontra-se diluída e, por conseguinte, não ocorre o risco de o leito percolador sofrer colmatação dos espaços vazios de enchimento. Existem outros sistemas, biodiscos ou discos biológicos, semelhantes aos leitos percoladores, que também recorrem a processos biológicos aeróbios de degradação de matéria orgânica. Neste caso o filme está preso ao disco, contudo, como é necessária uma grande área de contacto juntam-se vários discos paralelos de espessura reduzida,
com
rugosidades,
aderência
dos
microrganismos.
para
maior
Os
discos
mergulham parcialmente num canal com água residual e vão girando, havendo a garantia de que os microrganismos estão em contacto com o ar em alternância com a matéria orgânica.
1.3.6
Biodisco
REACTORES ANAERÓBICOS
A digestão anaeróbia que ocorre nestes reactores, consiste num processo em que os resíduos orgânicos sofrem um processo de degradação, por acção de microrganismos anaeróbios, em ausência de oxigénio. Trata-se de um processo que ocorre naturalmente quando as condições envolventes são as adequadas e apresenta o metano como um dos principais produtos, gás com elevado potencial energético. A acção
Reactores anaeróbios
humana, através da construção de digestores anaeróbios, recria assim as condições naturais de forma controlada. Podem ser utilizados para tratar efluentes domésticos ou industriais com elevada carga orgânica. Utilizam-se isolados ou em unidades de pós-tratamento. 18 www.nova-etapa.pt
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A lama digerida é encaminhada para um tanque aberto, denominado digestor secundário, onde ocorre a separação lama/líquido. Comparativamente aos tratamentos aeróbios, têm algumas vantagens:
Consumos energéticos inferiores, não necessitam de fornecimento de oxigénio.
Recuperação e utilização do metano (CH4) como combustível.
Aguentam temperaturas baixas.
Lamas obtidas já estão estabilizadas
A desvantagem principal refere-se ao enorme período de arranque (4-6 meses) caso o inóculo não seja utilizado. Existem outras desvantagens na digestão anaeróbia, como sejam:
A especificidade do ambiente para os microrganismos.
O processo é mais lento.
Existe menor produção de lamas.
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O processo de degradação, ou digestão anaeróbia, ocorre por acção combinada de diferentes populações microbianas, anaeróbias facultativas ou anaeróbias obrigatórias.
Hidrólise enzimática e acidogénse A matéria complexa é transformada em compostos mais simples. Os pricipais produtos finais desta etapa são ácidos gordos voláteis, dióxido de carbono e hidrogénio. Em alguns processos industriais, o processo de hidrólise é efectuado numa etapa preliminar, de forma a degradar os hidratos de carbono antes da matéria ser adicionada ao digestor. Este método possibilita um maior rendimento na produção de metano e reduz o tempo de digestão.
Acetogénese Nesta etapa, as bactérias acetogénicas são responsáveis pela composição dos produtos da acidogénese. Os principais produtos deste processo são o acetato, o hidrogénio e o dióxido de carbono.
Metanogénese Nesta processo parte da matéria biodegradável é transformada, pelas bactérias metanogénicas, em biogás essencialmente constituído por metano e dióxido de carbono, resultando um excedente de produção, com possível valor comercial.
PROPOSTA DE ACTIVIDADE Sugerimos que visite a Internet e/ou pesquise informação sobre a ETAR do município da sua empresa ou residência.
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Biogás O biogás provém essencialmente dos efluentes agro-pecuários, da agro-indústria, dos efluentes urbanos (lamas das estações de tratamento dos efluentes domésticos) e ainda dos aterros de RSU (Resíduos Sólidos Urbanos). Constituído por uma mistura de metano (CH4) em percentagens que variam entre os 50% e os 70% sendo o restante essencialmente CO2. O metano, principal componente do biogás, não tem cheiro, cor ou sabor, os outros gases presentes conferem-lhe um ligeiro odor de alho ou de ovo podre. Existem ainda outros gases mas em proporções bastante pequenas, entre eles o gás sulfídrico SH2 que pode atingir até 1,5% na composição do biogás, devendo ser eliminado antes da utilização do biogás. O poder calorífico do biogás varia de 5.000 a 7.000Kcal/m3, dependendo das concentrações de metano (quanto maior a concentração de metano maior será o poder calorífico). A purificação do biogás através da remoção do gás carbónico, pode aumentar o seu poder calorífico para valores superiores a 8.700Kcal/m3. O biogás obtém-se no biodigestor onde se processa a digestão da matéria orgânica em meio anaeróbio (sem oxigénio) necessário para a produção de gás. Embora a reacção química ocorra em três fases como já referido anteriormente, é apenas na última que se processa a produção de metano e de dióxido de carbono. As bactérias metanogênicas estão activas a diferentes faixas de temperatura:
Abaixo dos 10º C temos as bactérias do grupo criofílico
Entre 10-45º C temos as que pertencem ao grupo mesofílico
Entre 45-60º C temos as do grupo termofílico
A maior parte dos biodigestores trabalham na faixa mesofílica. O biogás produzido depois de purificado e queimado em caldeiras ou grupos cogeradores origina energia eléctrica e energia térmica. A energia eléctrica é utilizada para consumo próprio e para venda à rede eléctrica como forma de autofinanciamento. O calor é aproveitado para o aquecimento do biodigestor. 21 www.nova-etapa.pt
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1.3.7
NOVAS
ALTERNATIVAS
DE
TRATAMENTO
DE
EFLUENTES
Sistemas biológicos com plantas O Centro de Engenharia Biológica e Química do Instituto Superior Técnico, entre as suas actividades de investigação, tem desenvolvido os sistemas biológicos com plantas, aplicando-os essencialmente à indústria. Sectores como a indústria agro-alimentar, têxtil e química, bem como lixiviados de aterros sanitários têm sido alvo de projectos de investigação cujas conclusões foram, nalguns casos, postas em prática. Estes sistemas consistem num leito de macrófitas ou zona húmida construída. Procedese à construção de uma lagoa impermeabilizada e cheia com gravilha, areia ou solo orgânico onde é plantada vegetação adequada e de preferência local, através do qual se faz passar o efluente a tratar. Existem dois tipos principais de leitos macrófitas, consoante a forma como são percorridas pelo efluente: Sistema com superfície líquida livre (o líquido permanece acima do nível do solo (que deverá ser impermeável); Sistema de fluxo sub-superficial (o líquido atravessa o solo para atingir a saída). No primeiro caso, podemos ter plantas flutuantes, como jacintos e lentilhas de água, cuja acção degradativa se deva à absorção do nutriente dos efluentes pelas raízes dessas plantas. Ainda para este caso, podem-se usar igualmente plantas com raiz do solo, como canas, juncos e caniços. As raízes servem de suporte aos microrganismos, que levam ao cabo a degradação biológica. No segundo caso, usam-se igualmente plantas de raiz no solo, como as referidas anteriormente, mas a degradação é devida, essencialmente, à microbiana que se encontra na rizosfera.
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1.4 TRATAMENTO TERCIÁRIO OU PÓS-TRATAMENTO Trata-se de um tratamento de afinação do efluente. É responsável por remover poluentes específicos (micronutrientes e patogénicos) assim como outros não retirados nos tratamentos anteriores. Remove completamente a matéria orgânica, incluindo microrganismos patogénicos, através de processos de desinfecção. Recorre apenas a tratamentos físico-químicos.
1.4.1
REMOÇÃO DE NUTRIENTES (NEP)
As águas residuais podem conter elevados níveis de azoto (N) e fósforo (P). Esta característica poderá provocar a eutrofização das águas receptoras, como já referido anteriormente. A desnitrificação requer condições anóxicas (ausência de oxigénio livre, mas presença de nitratos) para que as comunidades biológicas apropriadas se formem. Métodos de filtragem em areia, lagoas de polimento, etc., pode reduzir a quantidade de azoto. A remoção de fósforo pode ser feita por precipitação química, geralmente com sais de ferro (ex. cloreto férrico) ou alumínio (ex. sulfato de alumínio). A lama química resultante é de difícil tratamento e a utilização de produtos químicos torna-se onerosa. Não obstante, a remoção química de fósforo requer equipamentos de menor dimensão do que os usados quando se recorre a processos de remoção biológica. Além dos nutrientes, é necessário, como já referimos, remover os microrganismos das águas residuais. Na desinfecção das águas residuais aplicam-se geralmente três tecnologias: cloro, ozono e canal de ultravioletas (UV).
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1.4.2
OXIDAÇÃO QUÍMICA: CLORAGEM
A desinfecção das águas residuais pode ser levada a cabo por este método, que também contribui para a redução de odores. É o processo de menor custo e com maior grau de eficiência, quando comparado com a ozonização e com a radiação ultra-violeta, sendo que no caso desta última, nem é aplicável a todas as situações. Como agente desinfectante o cloro penetra nas células dos microrganismos e reage com as suas enzimas, destruindo-as. As enzimas são essenciais aos processos metabólicos das células vivas, por isso sem estas as células morrem. O cloro é bastante ineficaz na eliminação dos vírus e os resíduos da cloragem permanecem na corrente filtrada, com graves inconvenientes ambientais e de saúde pública.
1.4.3
OXIDAÇÃO QUÍMICA: OZONIZAÇÃO
O ozono é um gás oxidante muito potente, reactivo e instável. Estas propriedades permitem tratar a água, sem nenhum resíduo de ozono após a sua aplicação. Possibilita ainda a redução de metais às suas formas insolúveis (normalização), quebra da cadeia dos hidrocarbonetos (dissociação) e solidificação dos compostos orgânicos dissolvidos, causando a sua coagulação e precipitação (mineralização). A desinfecção por ozono é mais onerosa que a cloragem. O ozono não se mantém muito tempo na água, no entanto, formam-se no processo subprodutos contaminantes, que se mantêm na água tratada. Embora a cloragem e a ozonização sejam habitualmente utilizadas após os tratamentos secundários, também poderão ser aplicadas antes do tratamento primário. Nesse caso assumem as seguintes designações:
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Pré Cloragem Pré-oxidação com cloro das substâncias presentes na água bruta. A utilização do cloro gasoso ou de hipocloritos deve ser bem ponderada devido à formação de trihalomentanos, substâncias potencialmente cancerígenas e mutagénicas resultantes da reacção de substâncias orgânicas percursoras (sobretudo ácidos húmidos e fúlvicos) com o cloro.
Pré Oxidação Traduz o início do processo de tratamento da água bruta, na qual se injecta uma substância oxidante como, permanganato de potássio, dióxido de cloro, etc., para a oxidação das substâncias presentes nomeadamente, matéria orgânica, micropoluentes e metais. Esta fase é de grande importância pois favorece as fases seguintes, a floculação e filtração, evitando a proliferação de algas e microrgansimos nas instalações.
Pré Ozonização
Permite a diminuição da proliferação de algas; não se verifica a formação de trihalometanos pois os seus precurores orgânicose diminui a quantidade de color a utilizar; promove uma leve floculão, mesmo em pequenas concentrações, melhora o tratamento biológico da água ao separar as grandes moléculas orgânicas; elimina cheiros, sabores e cor devido à sua grande acção sobre as substâncias responsávies por estes fenómenos.
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1.4.4
CANAL DE ULTRAVIOLETAS
As ondas electromagnéticas de comprimento de onda intermédio entre o violeta (visível) e os Raios-X (invisíveis), matam certos organismos, embora não sejam letais para o Homem. A radiação UV é utilizada para a desinfecção de água por inactivação dos contaminantes. A reacção com a luz causa a morte de microrganismos por destruição da parede celular, não originando resíduos nem subprodutos tóxicos e evitando o uso de produtos químicos. O sistema de desinfecção por ultravioletas, igualmente mais
Canal de ultravioletas
oneroso que a cloragem, é uma tecnologia mais recente que não produz quaisquer resíduos tóxicos e obtém óptimos resultados na destruição de vírus e bactérias, apresentando-se a solução mais adequada para um tratamento terciário. No quadro que se segue poderemos distinguir as várias características dos tratamentos de cloragem, ozonização e canal de ultravioletas. Quadro n.º 1 – Desinfecção de Água - Métodos Alternativos (Comparação)
Custo Custo Operacional Manutenção Eficiência Desinfecção Viricida Efeito na Água Problemas Operacionais Tempo de Contacto Dosagem Toxicidade Química Tecnologia Comprovada
Cloro Baixo Baixo Baixo
Ultravioleta Médio Baixo Baixo
Ozono Baixo Baixo Baixo
Bom
Bom
Bom
Bom
Bom
Nenhum
Nenhum
Bom Produz THMs Tóxicos
Baixo
Alto
Médio
2-4 Seg 30 mg/l Não 100% p/ Efluentes
5-10 min 0,5-5 mg/l Sim Sim p/ água potável
30-60 min 5-20 mg/l Sim
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Sim
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1.4.5 Este
OSMOSE INVERSA método
é
um
processo
físico
de
separação por membranas. Uma membrana é uma barreira permeável ou semi-permeável que separa duas fases e que restringe
o
movimento
de
determinadas
espécies, ou seja, transfere selectivamente massa entre fases.
Princípio da osmose inversa
Também é denominada hiperfiltração, a osmose inversa assim feita com membranas semipermeáveis que permitem a passagem da água, mas não dos seus solutos, com excepção de algumas moléculas orgânicas com polaridade e tamanho molecular semelhantes às da água. Na osmose “normal”, a água tende a passar pela membrana desde a parte mais diluída até à mais concentrada, por meio de pressão hidrostática (pressão osmótica) até entrar em equilíbrio osmótico. Caso seja aplicada uma pressão superior à pressão osmótica na zona mais concentrada, a água passará da zona de maior concentração de solutos para a de menor concentração, ficando estes retidos na membrana. As moléculas de água difundem-se desde a água “bruta,” através da membrana, para a água pura. As matérias “estranhas” existentes na água bruta não conseguem passar e ficam retidas. Este processo de tratamento por osmose inversa remove de forma definitiva compostos recalcitrantes, produzindo água susceptível de ser utilizada para recarga de aquíferos. A osmose remove todos os materiais suspensos e coloidais e a maioria dos sólidos dissolvidos, reduzindo bastante a carência química de oxigénio, a carência bioquímica de oxigénio, azoto amoniacal e metais pesados, em efluentes onde estes parâmetros não são facilmente removidos com outras tecnologias disponíveis.
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1.4.6
COLUNAS DE CARVÃO ACTIVADO
Estas são utilizadas recorrendo à absorção sobre o carvão. Os processos são físico-químicos. O carvão activado é preparado a partir da madeira numa atmosfera oxidante e a altas temperaturas formando-se uma estrutura porosa com área superficial elevada. Este processo pode ser usado para afinar a água após o tratamento biológico, mas também como aditivo nos tanques biológicos de lamas activadas quando o efluente contém produtos orgânicos não biodegradáveis. Coluna de carvão activado
A eficiência da coluna diminui com a absorção da matéria orgânica e pode ser melhorada com lavagens em contra corrente. O carvão pode ser regenerado num forno onde a matéria orgânica é oxidada e removida da superfície do carbono, ou como alternativa podem utilizar-se solventes, oxidação química ou tratamento com ácidos ou bases. Existem ainda outros recursos que recorrem igualmente a lógicas físico químicas para fazer reequilíbrio das águas do tratamento secundário de forma a retirar as substâncias indesejáveis.
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1.4.7
DESODORIZAÇÃO
Os odores são formados em grande parte por compostos de enxofre na forma de sulfetos,
que ocorrem em condições anaeróbias, a partir da decomposição das
proteínas. Entre os produtos formados encontramos a amónia (NH3), as aminas, o dióxido de carbono, os ácidos orgânicos, o escatol, as mercaptanas e o gás sulfídrico (H2S) . A bactéria Desulfovibrio desulfuricans, causadora de corrosão industrial, produz H2S a partir de sulfatos e iões de ferro existentes na água e, posteriormente, Sulfeto de Ferro (FeS). No caso de resíduos industriais com maus odores como os condensados de cocção para recuperação de proteínas das carcaças de animais ou as lamas de material fecal, não devem ser lançados na rede de esgotos mas directamente nos tanques de aeração ou nos digestores das estações de tratamento, isto porque em presença de oxigénio não se forma gás sulfídrico. A eliminação de H2S pode ser feita por outros oxidantes: requer aproximadamente 2kg de cloro, ou 0,5kg de oxigénio, ou 1,6kg de anidrido nítrico ou 1kg de nitrato de sódio.
O arejamento que produza pequenos volumes de ar como é o caso do arejamento com oxigénio puro e o arejamento com ar difuso de bolhas finas, em tanques profundos, pode ser usado para minimizar o desprendimento de odores. A utilização de arejadores superficiais possibilita o contacto do esgoto
com
volumes
de
ar
consideráveis,
possibilitando espalhar os odores para longas
Arejador de fundo
distâncias. Os processos de desodorização contemplam também o uso do ozono, peróxido, filtros de carvão activo e difusão do ar viciado em tanques de lamas activadas, por microbolhas. 29 www.nova-etapa.pt
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1.5 TRATAMENTO E DESTINO FINAL DAS LAMAS Nos processos de tratamento de efluentes existe a transferência da poluição de um meio líquido para uma fase sólida em suspensão. Essa fase sólida assume a designação de lamas. Estas vão sendo retiradas ao longo das várias fases de tratamento dos efluentes e necessitam também de serem tratadas, uma vez que são altamente putrescíveis (pelo elevado teor em matéria orgânica) e não podem ser lançadas no esgoto. A sequência de purificação das lamas pode incluir o espessamento, estabilização e secagem. Esquema n.º 1 – Sequência de purificação das lamas
Tratamento preliminar
Tratamento Preliminar
Gradagem
Desarenação
Tratamento primário
Tratamento secundário
Tratamento Primário
Tratamento Secundário
Sedimentação primária
Lama primária Gradados
Tratamento terciário ou póstratamento Tratamento Terciário
Reactor biológico
Lama recirculação
Mat.
Lama excesso
Precipitação química
arenosos Desidratação Espessamento
Estabilização
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Lama química
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1.5.1
ESPESSAMENTO
Com o espessamento pretende-se reduzir o volume das lamas a tratar aumentando a sua concentração. Existem vários processos para se conseguir este efeito:
Por gravidade
1.5.2
Por flotação
Por centrifugação
ESTABILIZAÇÃO
Neste processo pretende-se a redução de microrganismos patogénicos, eliminar os maus cheiros e evitar a putrefacção. Aplica-se sobretudo nas lamas que não provieram do tratamento terciário. Os métodos utilizados poderão ser:
A cal – a lama é alcalinizada;
O calor;
Oxidação – com cloro;
Digestão anaeróbia – a matéria orgânica é convertida em CH4 e CO2 dentro de
um tanque fechado. Desta forma a lama deixa de ser putrescível e o seu conteúdo em microrganismos patogénicos diminui bastante.
1.5.3
DESIDRATAÇÃO
É um processo que consiste em retirar água das lamas, por processos de centrifugação, prensagem, vácuo, etc. Desta forma o seu transporte será mais facilitado.
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1.6 DEPOSIÇÃO FINAL DE EFLUENTES O efluente é habitualmente descarregado no meio hídrico mais próximo que tenha capacidade para recebê-lo sem causar efeitos prejudiciais. Este meio receptor pode ser um canal de drenagem, um rio, um lago ou oceano. Em alguns casos é necessário construir um colector submerso equipado na secção de saída com um difusor, para que a diluição adequada e efectiva do efluente no meio receptor seja assegurada. Quando a descarga do efluente é efectuada nas zonas costeiras é usual recorrer a um emissário submarino sobretudo em duas situações:
quando
não
é
efectuada
desinfecção do efluente e quando este tem limites de contaminação bacteriana acima do limite junto à costa. Emissário submarino
Este tipo de processo favorece a diluição e proporciona mais tempo para o decaimento natural das bactérias, antes que algum efluente mesmo muito diluído chegue à costa.
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1.7 REUTILIZAÇÃO DE EFLUENTES Geralmente é possível reutilizar efluentes na agricultura, na rega de áreas ajardinadas e florestas mas, no caso de cultura de vegetais que irão ser consumidos crus ou se for utilizada rega por aspersão, é recomendável proceder a desinfecção ou armazenamento dos efluentes por algum tempo antes de aplicação (AEA, 1998). As águas residuais tratadas podem ser aplicadas para utilizações secundárias na indústria, como no arrefecimento, sem outro tratamento além de desinfecção e dosagem de um algicida. Em zonas com carência de água são usados sistemas duplos (sistema dual) de abastecimento em edifícios de habitação ou públicos, que consistem em ter um sistema de tubagens separado para o autoclismo para além do sistema normal de água potável para todos os outros usos. É possível assim utilizar efluente tratado na sanita se forem tomadas precauções adequadas para evitar trocas e interligações entre tubagens de sistemas diferentes, como seja usar códigos de cor para as tubagens ou coloração do efluente tratado, e que o efluente seja desinfectado e doseado com algicida (AEA, 1998).
1.8 ETAR COMPACTAS Com
a
necessidade
de
adaptação
constante das populações com o fim de não
comprometer
a
sustentabilidade
ambiental, têm surgido novas soluções, também para fazer face às limitações económicas actuais e à inexistência de estações
de
tratamento
em
alguns
Princípio de funcionamento de uma ETAR
aglomerados populacionais. As ETAR compactas são aplicáveis ao tratamento de efluentes domésticos e industriais que lhe sejam equiparáveis recorrendo à tecnologia ECTED (estação compacta de tratamento de efluentes domésticos). 33 www.nova-etapa.pt
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Estas ETAR baseiam-se no processo de tratamento biológico por lamas activadas na variante de arejamento prolongado. Complementando este sistema com um tratamento terciário de desinfecção e depuração adequado, é possível recuperar água para ser utilizada em circuitos de rega, lavagens e autoclismos.
Nunca é de mais lembrar….Como poupar água em casa
Diminuir a quantidade de água de descarga pelo autoclismo
colocando no seu interior, sem interferir no mecanismo, uma garrafa de plástico cheia de água;
Evitar banhos de imersão e, quando tomar duche fechar a água
enquanto se ensaboa. Não demorar demasiado tempo no duche;
Não deixar a água a correr enquanto lava os dentes;
Evitar usar as máquinas de lavar roupa e/ou louça com a capacidade
insuficiente; r os programas curtos ou ecológicos;
Quando se lava louça à mão, deve encher-se o lava-loiças com água
e usar apenas o detergente necessário;
Nunca deixar uma torneira a pingar;
Para uma poupança mais efectiva, podem ainda instalar-se
redutores de caudal nas torneiras.
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Resumo Existem alguns conceitos que devem ser considerados para existir uma maior sensibilidade ao tratamento dos efluentes. A água é imprescindível para a vida no planeta
mas
70%
encontra-se
neste
momento
contaminada.
O tratamento dos seus eventuais contaminantes, torna-se assim uma necessidade para garantir a sustentabilidade deste recurso. Existem dois grandes grupos de águas residuais: domésticos e industriais. A opção do tipo de tratamento está dependente do tipo de água a tratar. Existem essencialmente quatro fases no tratamento de águas residuais: tratamento preliminar, tratamento primário, tratamento secundário e pós tratamento ou terciário. O secundário difere dos outros por recorrer a microrganismos para desenvolver o seu processo e por produzir biogás e que por sua vez pode ser utilizado para produzir energia. Através do tratamento das águas resultam lamas cujo espessamento e estabilização são necessários, para se tornarem inócuas para o meio ambiente tanto na sua utilização como na simples deposição. As ETAR compactas aparecem para suprir a necessidade de pequenos aglomerados populacionais onde a instalação de uma ETAR ainda não é viável.
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