Sistema de Características do Tratamento

SUMÁRIO

1.0 INTRODUÇÃO...........................................................................................................2
2.0 LODOS ATIVADOS..................................................................................................3
2.1 Evolução Histórica.................................................................................................3
2.2 Características do Tratamento...............................................................................4
3.0 SISTEMAS MAIS UTILIZADOS.............................................................................5
3.1 Lodos Ativados Convencionais (fluxo contínuo)................................................5
3.1.1 Suprimento de Oxigênio...................................................................5
3.2 Lodos Ativados por aeração prolongada..............................................................6
3.3 Lodos Ativados por Batelada...............................................................................6
3.3.1 Vantagens do Lodo Ativado por Bateladas, sobre os Sistemas Convencionais de Lodos Ativados.....................................................................................7
4.0 ETE INSULAR/FLORIANÓPOLIS...........................................................................8
5.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS......................................................................................9
6.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................11

1. INTRODUÇÃO

O sistema de Lodo Ativado consiste em um processo biológico em que o esgoto afluente e o lodo ativado são misturados, agitados e aerados (tanque de aeração), onde as bactérias presentes fazem a digestão da matéria orgânica presente no efluente.
Lodo ativado é um floco que é produzido no esgoto bruto decorrente do grande crescimento de bactérias, que ocorre na presença de oxigênio dissolvido na mistura. Sendo o lodo acumulado por causa do retorno de outros flocos que já haviam sido formados.
O sistema de lodos ativados é muito utilizado, em escala mundial, no tratamento de águas residuarias, principalmente quando necessita-se de uma qualidade elevada no tratamento do efluente e quando não há muita área disponível para o tratamento.
Os flocos de lodo ativado têm propriedades que facilitam o processo de tratamento:
- Separação facilitada no decantador;
- Propriedade de flocular;
- Matriz gelatinosa – aglutinação das bactérias e outros;
- Floco com maiores dimensões – facilita a sedimentação.

2.0 LODOS ATIVADOS

2.1 Evolução Histórica

No fim do século 19, e início do século 20 o tratamento biológico estava apenas sendo iniciado, suas bases científicas eram ainda muito primitivas, e as pesquisas se desenvolvem em torno de processos de filtração.
Nos Estados Unidos da América os trabalhos principais são conduzidos na Estação Experimental de Lawrence, no Estado de Massachussets, e buscam aerar filtros percoladores. Na Europa a maior parte das pesquisas se dá na Inglaterra, onde se acreditava que a presença de oxigênio poderia acelerar a oxidação dos contaminantes presentes no esgoto.
No fim do século 19 os processos biológicos de tratamento estavam restritos ao uso de filtros intermitentes, filtros biológicos, leitos percoladores, e tanques sépticos. Os tanques sépticos haviam perdido em parte sua popularidade, por força de uma restrição de patentes em 1896, mas foram logo em seguida substituídos por novos processos anaeróbios, incluindo os clássicos tanques Travis e Imhoff.
Mas eram os processos fisico-químicos os mais populares à época, incluindo a sedimentação, o tratamento químico, e a própria diluição. Contudo, nenhum desses processos oferecia um efluente de alta qualidade: ao contrário, as condições estéticas do efluente costumavam ser desfavoráveis, e a qualidade deixava a desejar. Nesse contexto, foi com grande esperança que foi recebida a comunicação do surgimento de um processo novo (chamado de “lodos ativados”) capaz de produzir um efluente claro, límpido, sem odor, de alta qualidade. Isto em 1913 e 1914, em reuniões técnicas.
Os trabalhos pioneiros foram os do Dr. Angres Smith, na Inglaterra em 1882, do Dr. Gilbert John Fowler, em Manchester, Inglaterra, em 1897, e os experimentos norte-americanos na Estação Experimental de Lawrence, de Clark e Gauge, em 1912.
Foi a partir de uma visita de Fowler em 1912, ao centro de Lawrence, que o pesquisador inglês decide usar nos seus experimentos uma cultura de biomassa suspensa. Em 1913 publica com Mumford resultados favoráveis obtidos em um tanque de aeração com biomassa em suspensão, e um decantador, mas ainda sem recirculação do lodo, mantendo uma inoculação contínua de organismos.
Em 1914 dois discípulos de Fowler, Andern e Lockett, em uma apresentação técnica defendem o princípio de que o “humus” sólido deverá ser preservado, ao invés de ser descartado. Esta era a grande inovação apresentada, que modificaria os conceitos até então aplicados. Para se ter uma idéia de como o processo era considerado inovador em relação à prática corrente da filtração biológica o trabalho pioneiro de Andern e Lockett se intitulava “Oxidation of Sewage Without Filters”. Ainda em 1914 e depois, em 1915, estes dois pesquisadores apresentariam outros trabalhos em operação contínua, discutindo aspectos tão atuais como o nível de aeração, o impacto de despejos industriais, e a aclimitação da biomassa.
Quase no mesmo tempo, em 1914, na mesma reunião em que Andern e Lockett apresentavam seu segundo trabalho, Melling comunica que estava aplicando o processo dos lodos ativados com sucesso em uma estação de tratamento para 300m³/d, em Salford, na Inglaterra, nos dez anos seguintes. O processo se firmara.
Nos Estados Unidos as instalações começaram a ser implantadas a partir de 1916, e têm geralmente um enorme desenvolvimento. As primeiras estações seguem as experiências de Bartow, da Universidade de Illinois, que visitara o grupo de Fowler em Manchester, em 1914.
Ocorre, na verdade, uma salutar troca de experiências e resultados nos Estados Unidos e na Inglaterra, que disputariam a partir de então a liderança e as inovações no processo.

2.2 Características do tratamento.

As necessidades de oxigênio dos flocos são elevadas, sendo necessário suprir oxigênio ao processo, por absorção forçada da atmosfera ou por injeção de ar no meio líquido. A quantidade de floco, naturalmente presente, é relativamente pequena, sendo necessários um tempo muito longo e um volume de tanque muito grande, para tornar efetivo o processo em condições naturais. Por esta razão se mantém nos tanques de aeração uma concentração elevada de flocos, através do retorno contínuo do lodo do decantador secundário aos tanques de aeração. (figura 1 e 2)

3.0 SISTEMAS MAIS UTILIZADOS

Existem dois tipos de processo de Lodos Ativados: Lodos Ativados Convencionais e Lodos Ativados Aeração Prolongada. Possuindo também dois tipos de fluxo: Fluxo contínuo e por Batelada.

3.1 Lodos Ativados Convencionais (fluxo contínuo)

A concentração da biomassa é muito grande no reator, pois há muitos sólidos sedimentáveis em recirculação no fundo do decantador secundário. A permanência do lodo no sistema é maior que a permanência do liquido, sendo assim garante que a retirada de DBO seja mais elevada. Necessita-se da remoção de uma quantidade de lodo (bactérias) equivalente à que é produzida. Este lodo removido necessita de uma estabilização na etapa de tratamento do lodo. A montante do reator há uma unidade de decantação primária, de forma a remover os sólidos sedimentáveis do esgoto bruto. (Anexo 3.0)
O tratamento convencional possui as seguintes etapas:
Tratamento preliminar: consiste na remoção dos sólidos grosseiros (gradeamento, caixas de areia, gordura, e o que mais as características do efluente a ser tratado exigirem).
Tratamento primário: sedimentação do esgoto bruto antes da aeração.
Tratamento intermediário: mistura com lodos ativados, agitação e aeração adequadas em tanques especiais.
Tratamento final: sedimentação para recuperar o lodo ativado a ser usado no processo e para remover o excesso de lodo.

3.1.1 Suprimento de Oxigênio
O oxigênio que o processo precisa para alimentar a vida biológica no lodo, pode ser fornecido por dois modos sendo o de aeração mecânica ou o de ar difuso. Quando utiliza-se o ar difuso há um problema relacionado a pouca eficiência na transferência do oxigênio para o líquido e conseqüentemente para os microorganismos, tal problema está ligado a solubilidade do oxigênio enquanto gás.
Além do problema anterior a transferência de oxigênio irá se associar a taxa de estabilização, as dimensões da ETE e aos custos do tratamento. A estabilização do efluente se complica quando não há um período de detenção ou uma alta carga de DBO no mesmo, mesmo havendo uma alta taxa de transferência de oxigênio para o efluente.
Já a aeração mecânica o oxigênio é retirado diretamente da atmosfera. Como ocorre no sistema Simplex de aeração mecânica, a mistura e a aeração são conseguidas pelo movimento de um cone central girando a 30 ou 50 rotações por minuto (RPM). O período de detenção deverá ser determinado em função da DBO do efluente e do resultado que deseja-se. Outro sistema de aeração mecânica é o “Kessner” no qual são instalados na superfície do tanque, a aeração e a movimentação do liquido, juntos.
Por ultimo o sistema “Sheffield” em que a aeração é promovida, por um sistema de canais longos, pouco profundos, nos quais a água sofre grande agitação por rodas d’água de tipo especial, movidas por motores elétricos.

3.2 Lodos Ativados por aeração prolongada

No sistema de aeração prolongada o lodo permanece por mais tempo (entre 18 a 30 dias), justificando assim o termo “aeração prolongada”. A quantidade de lodo será maior na aeração prolongada em relação ao sistema convencional, assim sucedesse o volume do reator e o tempo de detenção que será de 16 a 24 horas. Entende-se que haverá menos matéria orgânica e em consequência as bactérias utilizarão de alimento a própria matéria orgânica biodegradável componente das suas células.
Este processo causa um diferencial na estabilização do lodo, que ocorrerá dentro do próprio tanque e não em separado como no sistema convencional. Esta estabilização acontecerá em virtude da conversão da matéria orgânica celular das bactérias em CO2 e água, através da respiração.
Como não é necessário a estabilização do logo biológico excedente, também tenta-se evitar que no sistema de aeração prolongada seja gerado qualquer outra forma de lodo, ao qual possa necessitar uma estabilização posteriormente. Sendo assim não faz-se necessário, em alguns casos do sistema de aeração prolongada, a criação de decantadores primários, evitando-se assim a estabilização do lodo primário. Assim, o fluxograma da ETE torna-se mais simplificado. (Anexo 4.0)

3.3 Lodos Ativados por Batelada

O sistema de Tratamento de Efluente, tipo Lodo Ativado por Batelada, incorpora todas as unidades, processo e operações normalmente associados ao tratamento convencional de Lodos Ativados, ou seja, oxidação biológica e decantação, em um único tanque.
Num único tanque, esses processos e operações passam a ser simplesmente seqüência no tempo, e não unidades separadas como ocorre nos processos convencionais de fluxo contínuo. O processo de lodos ativados em batelada é dimensionado para a modalidade de aeração prolongada, que com tempos de aeração consideravelmente maiores, consegue-se o lodo já estabilizado no tanque de aeração e diminui o excesso de lodo a ser eliminado.
O processo de Batelada consiste de um reator onde ocorrem todas as etapas do tratamento. Isto é conseguido através do estabelecimento de ciclos de operação com durações definidas. A massa biológica permanece no reator durante todos os ciclos, eliminando dessa forma a necessidade de decantadores individuais. Os ciclos normais de tratamento são:
- Enchimento: entrada de esgoto bruto no reator;
- Reação: aeração/mistura da massa líquida contida no reator;
- Sedimentação: separação dos sólidos em suspensão do esgoto tratado;
- Esvaziamento: retirada do esgoto do reator;
- Repouso: ajuste de ciclos e remoção do lodo excedente.
A duração de cada ciclo pode ser alterada em função das variações da vazão, das necessidades do tratamento e das características do esgoto e da biomassa (lodo) no sistema. (Anexo 5.0)
O descarte do excesso de lodo geralmente ocorre durante o último ciclo (repouso), mas como este ciclo é opcional, já que a sua finalidade é a de permitir o ajuste entre os ciclos de operação do reator, o descarte pode se dar em outras fases do processo. A quantidade e a freqüência de descarte do lodo são estabelecidas em função dos requisitos de desempenho. Há algumas modificações nos sistemas de batelada, relacionadas, tanto à forma de operação, quanto à seqüência e duração dos ciclos associados a cada fase do processo.
Estas variações permitem simplificações adicionais ou a remoção biológica de nutrientes.

3.3.1 Vantagens do Lodo Ativado por Bateladas Sobre os Sistemas Convencionais de Lodos Ativados.

O sistema de Lodo Ativado por Batelada apresenta as seguintes vantagens:
- Construção mais simples e normalmente com menor volume de concreto, devido à ausência de decantador e tanque de equalização;
- Área de implantação menor;
- Não há necessidade de sistemas de bombeamento para o lodo recirculado;
- Maior tolerância a cargas de choque. Como o reator serve como bacia de Equalização, ele tolera mais facilmente as variações horárias sem degradação temporária do efluente tratado, uma vez que este não estará sendo descarregado como nos sistemas convencionais.
- Resiste aos arraste de sólidos no efluente tratado, pois o efluente não estará sendo descartado continuamente.
- Decantação ocorre em condições ideais - Na fase de decantação não ocorre curto-circuito, aos quais o sistema convencional é suscetível. Como a área de decantação é a mesma do reator, esta fase é feita em taxas muito baixa permitindo a separação de flocos pequenos.
- Controle de crescimento de microorganismos filamentosos, que prejudicam as condições de decantação dos flocos. A existência de condições anaeróbicas ou anóxica durante parte do ciclo de operação inibe o seu crescimento.
- Aumento na eficiência de aeração - No início da fase de enchimento o oxigênio dissolvido é zero, proporcionando um maior gradiente para a introdução de oxigênio, o que aumenta a eficiência da transferência.
- Remoção de Nutrientes - A nitrificação ocorre normalmente nos processos por aeração prolongada. Neste caso, a possível existência de uma fase anóxica permite a desnitrificação proporcionando a redução do nitrogênio.
- Necessidade de pouca atenção do operador, devido a automatização do sistema.

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