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Lodos ativados. Prof. Paulo Roberto Koetz Prof. Marcelo Hemkemeier. 15/06/2007 14:26:01. Introdução. O sistema de tratamento aeróbio retorno da biomassa ativa para o reator Biomassa suspensa. Lodos Ativados - Esquema De Funcionamento. Introdução. Alta taxa de sólidos Lodo - PowerPoint PPT Presentation
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Lodos ativados
Prof. Paulo Roberto KoetzProf. Marcelo Hemkemeier
15/06/2007 14:26:01
Introdução
O sistema de tratamento aeróbioretorno da biomassa ativa para o reator
Biomassa suspensa
Lodos Ativados - Esquema De Funcionamento
Introdução
Alta taxa de sólidosLodo
MicroorganismosBactériasProtozoáriosFungosRotíferos
Produtos FinaisCO2
H2ONO3
SO4--
Lodo ativado
E > 90 %Excesso de lodo
adubo
Lodo ativado. Microbiologia
Constituído por flocos Fragmentos orgânicos não digeridos Fração inorgânica
● grãos de areia Células mortas
Bactérias Pseudomonas, Achromobacter,
Flavobacterium, Citromonas, Zooglea
Bactéria filamentosas Nocardia sp, Sphaerotilus natans, Microthrix
parvicella, Thiothrix
Lodo ativado. Microbiologia
Estrutura do floco é subdividida em dois níveis Macroestrutura
● Formada por bactérias filamentosas▪ Importante consumidora de matéria orgânica
● Forma o esqueleto do floco● Em excesso, provoca o “bulking” do sedimentador● Em escassez, provoca a formação de flocos
pequenos. Microestrutura
● Base do floco▪ composta de agregados de células
Lodo ativado. Características dos flocos
Separação sólido líquido Boas características presença de bactérias formadoras de flocos
(microestrutura) e bactérias filamentosas (macroestrututra) em equilíbrio
Formação de flocos grandes boa resistência mecânica.
Lodo ativado. Características dos flocos
Separação sólido líquido Características inadequadas Presença excessiva de bactérias filamentosas Ausência de bactérias filamentosas
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
História Zooglea ramigera matriz gelatinosa (zooglea) Não é mais aceita
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
As bactérias são capazes de flocular, dependendo das características ecológicas que as cercamA aglutinação de bactérias
Causando a formação de flocos resultado de forças físicas de atração, semelhantes às
que ocorrem nas micelas de uma suspensão coloidal
Uma suspensão de bactérias em um meio líquido comporta-se um verdadeiro colóide, dentro de certos limitesO equilíbrio do sistema só deveria ser mantido enquanto as forças de atração entre as partículas (forças de van der Waals) fossem anuladas pelas forças de repulsão de natureza elétrica (potencial zeta)
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
As forças de repulsão não são maiores do que as de atração
Toda suspensão de bactérias deveria flocular
Teoria da motilidade Explica a não formação de flocos total das
bactérias. Formação de flocos
● Fase final do crescimento exponencial● Falta de nutrientes em relação a quantidade de
biomassa
Lodo ativado. Teoria de formação dos flocos
Teoria da motilidade A morte de bactérias produz polímeros no meio, provocando a floculação.
Lodo ativado. Fungos
Não são habitantes freqüentes em lodos ativados
Condições pH baixo (~ 5,0) Grande quantidade de carboidratos Deficiência de nutrientes
Estabilização a matéria orgânicaPossuem filamentos
BulkingGêneros
Geotrichum, Fusarium, Penicillum, Cladosporium
Lodo ativado. Algas
Turbidez impede o crescimento Pouco estudadas Cianofíceas, clorofíceas, diatomáceas
Lodo ativado. Protozoários
UnicelularesMicroscópicos
5 µm a 5 000 µm Maioria: 30 µm a 300 µm
Algumas espécies formam colôniasForma das células é bastante variada
A esférica A oval A alongada Achatada.
Translúcidos (transparentesPodem apresentar coloração devido a ingestão de alimento, material de reserva ou pigmento (clorofila).Alimentam-se de bactérias, outros protozoários e de matéria orgânica dissolvida e particulada
Lodo ativado. Protozoários
Subdivididos de acordo com o tipo de organela utilizada para a locomoção e captura de alimentos:Ciliados
Cílios são organelas curtas e numerosas em forma de fio, que se projetam da parede da célula
Os cílios encontram-se arranjados em sentido longitudinal, diagonal e oblíquos● apresentando movimentos ondulatórios e
coordenados ao longo da célula Ciliados livre nadantes
● possuem cílios distribuídos regularmente por toda a célula e nadam livremente entre os flocos presentes
Lodo ativado. Ciliados livre nadantes
Ciliados livre nadantes
Paramecium
Ciliados fixos
Lodo ativado. Protozoários
Ciliados Predadores de flocos A célula é achatada dorsoventralmente Os cílios são modificados e agrupados na parte
que fica em contato com o substrato O batimento dos cílios ventrais sobre o
sedimento remove o substrato
Lodo ativado. Protozoários
Ciliados Fixos ou pedunculados
● podem ser isolados ou coloniais● Ligados ao substrato por um pedúnculo e seus cílios
encontram-se concentrados na região anterior, próximo a boca
● O batimento dos cílios cria uma corrente de água que capta o alimento do meio circundante
● Possuem uma fase larval livre nadante● Algumas espécies possuem estruturas semelhantes
a espinhos no lugar dos cílios. Alguns gêneros são providos de uma organela
contrátil, conhecida por mionema, que se localiza no interior do pedúnculo.
Lodo ativado. Protozoários
Flagelados Protozoários que se locomovem através do
flagelo● organelas em forma de filamento alongado, pouco
numerosos, que se projetam de pontos específicos da célula (geralmente na parte anterior)
Executam movimento ondulatório na água, propelindo a célula para o próprio lado ou para o lado oposto da inserção do flagelo.
Sob condições adversas, o flagelo pode se perder, mas sua regeneração ocorre prontamente
São subdivididos em dois grupos
Lodo ativado. Amebas
Locomovem-se através de organelas transitórias, os pseudópodes
prolongamentos do protoplasma, formados em qualquer ponto da célula
Transparentes e não possuem forma bem definida. A carapaça pode ser secretada pela própria ameba
ou ser formada de partículas retiradas do meio. Natureza calcária, silicosa, ou orgânica Lentos e sua visualização muitas vezes fica
comprometida● podem ser confundidas com os flocos aos quais se
ligam A forma estrelada adotada por muitas espécies está
relacionada com o stress sofrido quando da manipulação da amostra em que se encontra
Lodo ativado. Micrometazoários
Formados por várias células que, agrupadas, formam verdadeiros tecidos.Células diferentes possuem funções diferentesNo processo de lodos ativados
Anelídeos Rotíferos Nematóides Tardígrados
Lodo ativado
Mais usado sistema de tratamento de efluentesCusto baixo O sistema gerador de ar deve fornecer a quantidade de oxigênio necessária ao processoOs tempos de detenção são da ordem de 1 d
Lodo ativado
Parâmetros de projetoRelação F/M
aeração de tanque no SSVXoalimentaçã de Vazão Qaeração de tanque do Volume V
reação de tanque do hidráulico detenção de TempoTDHbiomassa a e substatoo entre RelaçãoMF
X TDHSMF
/
/ 0
Lodo ativado
Parâmetros de projetoTempo de detenção celular
tratado efluente no SSVXtratado efluente do VazãoQ
decarte de lodo no SSVXlodo de descarte do VazãoQ
aeração de tanque no biomassa de oconcentrçãXaeração de tanque do volumeV
aeração de tanque no biomassa da detenção de TempoXQXQ
VX
e
e
d
d
c
eeddc
Lodo ativado
Parâmetros de projetoTempo de detenção celular O tempo de detenção celular irá considerar a
biomassa existente em todo o sistema● Grande quantidade de biomassa fora do tanque de
aeração● Consideração da respiração endógena
c
Lodo ativado
Parâmetros de projeto (empíricos)Tempo de detenção hidráulicoCarga orgânica aplicada Os dois parâmetros dimensionam reatores de
menor volume São adequados para esgoto doméstico Sub-dimensionam para efluentes industriais
Lodo ativado
Valores típicos de projeto F/M
● 0,05 d-1 a 1,0 d-1
Tempo de detenção celular● 6 d a 15 d
TDH● 4 h a 8 h
B● 0,3 kg.m-3.d-1 (DBO) a > 3 kg.m-3.d-1 (DBO)
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionaisCinética das reações do processoNecessidade de transferência de oxigênioCaracterísticas do efluenteCondições ambientais locaisCusto de construçãoCusto de manutenção
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionaisCinética das reações do processo Reatores de mistura perfeita Reatores pistão Os TDH são os mesmos porque a remoção de
substrato solúvel e não solúvel são de primeira ordem em relação ao substrato e aprox. de primeira ordem em relação à biomassa
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionaisNecessidade de transferência de oxigênio Modificações dos reatores pistão originais
● Suprimento de oxigênio em excesso na cabeça do reator
● Suprimento de oxigênio em vários pontos● Introdução dos reatores de mistura perfeita● Otimização do desenho e da aplicação de oxigênio● Uso de oxigênio puro
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionaisCaracterísticas do efluente Choques de cargas de matéria orgânica e de
matéria tóxica nos esgotos, por efluentes industriais
Os reatores de mistura perfeita são mais resistentes à choques de cargas.
Dispositivos de equalização podem ser necessários.
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionaisCondições ambientais locais Temperatura
k = taxa de reação específica, constante de velocidade, s-1
● Coeficiente de temperatura 1,0 a 1,03 T = temperatura
)(
1
2 12 TT
kk
c
Seleção do tipo de reator
Fatores operacionaisCustos Os custos devem incluir o tanque de aeração e o
sistema de decantação● O principal fator é a concentração de biomassa na
aeração
Seleção do tipo de reator
0
2
4
6
8
10
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0mg.L-1 SSV
Cus
to re
lativ
o
Tanque de sedimentação
final
Reator biológico + tanque de
sedimentação
Reator biológico
Sedimentador. Decantador secundário
Papel fundamental no processo de lodos ativadosSeparação dos sólidos em suspensão presentes no reator
Saída de efluente clarificado
Adensamento dos sólidos em suspensão no fundo do decantador
Retorno do lodo com concentração de SSVT mais elevada
Sedimentador. Decantador secundário
Armazenamento dos sólidos em suspensão no decantador
Complementando o armazenamento realizado no reatorA evitar para não propiciar a desnitrificação no decantador liberação do gás nitrogênio, arrastando os flocos
filamentosos do lodo Interferindo na qualidade do efluente final
Sedimentador. Decantador secundário
A sedimentação é uma etapa fundamental para o processo de lodos ativados
A operação depende o sucesso da estação como um todo
Produção de lodo
A quantidade de lodo produzida afeta o projeto de manipulação de lodo e de sua disposição final
Seleção do tipo de reator
Vazão de descarte
descarte de VazãoQXQXQ
VX
d
eedc
Produção de lodo
Produção de lodo
No caso de processos aeróbios e anaeróbios, o valor de kd é o do aeróbio.
)(1
)( 0
ctcdobs
1-X
obsX
ou kYY
d SSVlodo de ProduçãoP
SSQYP
Lodo ativado
Decantador 1º Tanque de ativação Decantador 2º
Efluentebruto
Digestor
Efluente tratado
Instalações
Sistemas de AeraçãoAr DifusoAerador FlutuanteAerador SubmersoOxigênio Puro
Forças ou ligações de Van der Waals
Forças intermoleculares, caracterizadas por existirem entre moléculas eletricamente neutrasResponsáveis por muitos fenômenos físicos e químicos, como a adesão, o atrito e a viscosidadeObservado entre moléculas que não interagem quimicamenteO fenômeno das forças repulsivas ainda não é completamente conhecidoDescobertas pelo físico holandês Johannes van der Waals
1910, Prêmio Nobel de Física.
Forças ou ligações de Van der Waals
Dividem-se emForças de Van der Waals do tipo dipolo-dipolo Responsáveis pela interação entre duas moléculas que
possuem momento de dipolo elétrico permanente, isto é, são moléculas polares
Forças de Van der Waals do tipo polarizabilidade-polarizabilidade Responsáveis pela interação entre duas moléculas que
apresentam momento de dipolo elétrico instantaneamente induzido, isto é, são moléculas polarizáveis
Forças de Van der Waals do tipo dipolo-polarizabilidade Responsáveis pela interação entre uma molécula que
apresenta momento de dipolo elétrico permanente e outra que apresenta momento de dipolo induzido
Bulking
Agentes de formação do bulkingvariações na vazão de alimentaçãovariações na
Composição pH Temperatura
Septicidadebalanço de nutrientesnatureza dos componentes do efluentesuprimento limitado de oxigêniomistura insuficientecurto circuitoprojeto do sedimentador secundáriocapacidade limitada do reciclo de lodobaixa concentração de oxigênio dissolvidobaixo A/MDBO5 solúvel insuficiente. voltar
Referencias
Beal, L.L., Monteggia, L.O., Della Giustina, S.V. Otimização de uma estação de tratamento de efluentes de uma indústria de embalagens de papel. Engenharia Sanitária e Ambiental.São Paulo, V. 11, n. 3, p. 283-289. 2006. Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1413-41522006000300012&lng=en&nrm=iso. Acesso em: 20 nov. 2007.
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