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ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE UM SISTEMA DE LODOS ATIVADOS COM
REATOR DE LEITO MVEL (MBBR)
Bibiana Karina Hernndez Izquierdo
DISSERTAO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAO DOS
PROGRAMAS DE PS-GRADUAO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS
PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS EM ENGENHARIA
CIVIL.
Aprovada por:
____________________________________________
Prof. Jos Paulo Soares de Azevedo, Ph.D.
____________________________________________
Prof. Eduardo Pacheco Jordo, Dr.Eng
____________________________________________
Prof. Isaac Volschan Junior, D.Sc.
____________________________________________
Prof. Geraldo Lippel SantAnna Junior, Dr.Eng.
____________________________________________
Prof. Pedro Alem Sobrinho, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
DEZEMBRO DE 2006
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IZQUIERDO, BIBIANA KARINA HERNNDEZ
Estudo do Comportamento de um Sistema de
Lodos Ativados com Reator de Leito Mvel
[Rio de Janeiro] 2006.
XV, 116 p. 29,7 cm
(COPPE/UFRJ, M.Sc., Engenharia Civil,
2006)
Dissertao - Universidade Federal do
Rio de Janeiro, COPPE
1. Reator de Leito Mvel (MBBR)
2. Qualidade da gua
3. Lodos Ativados
I. COPPE/UFRJ II. Ttulo ( srie )
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Este trabalho dedicado aos meus pais, Hugo Alberto Hernndez Herdenes e
Guadalupe Izquierdo de Hernndez, meu esposo, Fabio Orlando Surez Castrilln e
a meu filho, Gabriel David Surez Hernndez.
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Agradecimentos
Muitos foram aqueles que contriburam de algum modo para a concluso deste
trabalho. No entanto, algumas pessoas tiveram participao mais significativa nesta
etapa de minha vida, sendo este o momento oportuno para registrar a minha enorme
gratido a elas.
Meu primeiro agradecimento dedicado ao Prof. Eduardo Pacheco Jordo, meu
orientador, pelos conhecimentos transmitidos e pelo acompanhamento na produo da
dissertao. Registro assim minha admirao por seu talento, seu conhecimento e sua
inteligncia. Agradeo tambm ao meu orientador Prof. Jos Paulo Soares de
Azevedo por todas as oportunidades oferecidas ao longo deste perodo de pesquisa.
Gostaria tambm de agradecer de maneira muito especial o Eng. ngelo, diretor da
empresa Ambio Engenharia, que foi um colaborador sempre presente nesta pesquisa.
equipe do LEMA (Laboratrio de Engenharia do Meio Ambiente da Escola
Politcnica da UFRJ) registro minha gratido por toda a dedicao e empenho durante
o desenvolvimento do trabalho experimental.
Ao Laboratrio da FIOCRUZ, em especial ao Wagner, ao Dr. Ernesto Hofer e Dr
Ana Luca Lauria, agradeo pelo comprometimento durante o desenvolvimento do
estudo bacteriolgico. Destaco tambm a Eng Simone Vendramel (Laboratorio de
Poluio das guas PEQ/COPPE), pessoa que me orientou durante o estudo de
protozorios. Ao PROSAB e ao CT-Hidro que colaboraram diretamente para a
realizao da Estao de Tratamento (CETE/EFRJ) e as anlises nesta pesquisa.
Meu reconhecimento aos operadores do Centro Experimental, Paulo Cesar e Marcelo,
que com tanta responsabilidade e dedicao me ajudaram a encarar todos os
problemas apresentados nesta pesquisa. Esses, alm de colegas de trabalho, se
tornaram amigos.
Agradeo aos colegas e funcionrios do LHC e DRHIMA e, em especial, a Iene por
sua colaborao direta neste trabalho e por sua amizade. Deixo por fim minha sincera
gratido a todas as pessoas que convivi durante o mestrado, por colaborarem to
ricamente para minha aprendizagem aqui no Brasil.
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Resumo da Dissertao apresentada COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessrios para a obteno do grau de Mestre em Cincias (M.Sc.)
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE UM SISTEMA DE LODOS ATIVADOS COM
REATOR DE LEITO MVEL (MBBR)
Bibiana Karina Hernndez Izquierdo
Dezembro/2006
Orientadores: Jos Paulo Soares de Azevedo
Eduardo Pacheco Jordo
Programa: Engenharia Civil
O presente documento busca comparar a performance de um tratamento de Lodos
Ativados convencional, operando sob condies tpicas, com um Sistema de Lodos
utilizando Leito Mvel, incrementando sua vazo 2.5 vezes a mais da utilizada no
tratamento de Lodos Ativados convencional, no qual se obteve eficincia de remoo
para DQO entre 8893%, para DBO entre 88-94% e para SST entre 88-98%. O meio
suporte usado nesta pesquisa de forma cilndrica, lisa na superfcie e com divises
em sua parte interna. Suas dimenses so 23 mm de dimetro e 25 mm de altura. Amassa especfica de cada meio suporte encontra-se entre 0,99 e 1,00 g/cm3, sua rea
de 0,0222 m2 e rea superficial ou de contacto equivalente a 443,50 m2/m3. O
sistema foi instalado na unidade de lodos ativados do CETE/UFRJ, com vazo varivel
de 0,39 a 0,95 L/s, tendo operado por 13 meses. Com o uso desta tecnologia (MBBR)
foi possvel manter a mesma eficincia com aumento das vazes e com relaes A/M
crescentes desde 0,20 a 1,00 d-1. Pode-se concluir nesta pesquisa que mesmo com o
crescimento da relao A/M aproximadamente de 5 vezes, e da vazo de 2,5 vezes,
manteve-se a mesma eficincia, o que significa grande economia no dimensionamentodo tanque de aerao.
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Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
Study of the performance of the activated sludge system with a moving bed biofilmreactor (MBBR).
Bibiana Karina Hernndez Izquierdo
Dezember/2006
Advisors: Jos Paulo Soares de Azevedo
Eduardo Pacheco Jordo
Department: Civil Engineering
The present dissertation seeks to compare the performance of a standard Activated
Sludge treatment, operating under typical conditions, with that of a Sludge System
using Moving Bed, increasing the original flow rate up to 2.5 times that employed in the
standard activated sludge treatment. The resulting removal efficiencies for COD ranged
from 88 to 93%, that of BOD removal from 88 to 94%, and that of TSS from 88 to 98%.
The engineered plastic media (carriers) adopted in this research are cylindrical, have
smooth surfaces and are baffled inside. They are 23 mm long and 25 mm high. The
density of each carrier lies between 0.99 and 1.00 g/cm3, its area is 0.0222 m2 and its
surface area or equivalent contact area is 443.50 m2/m3. The system was set up in the
activated sludge unity of CETE/UFRJ, with variable flow rate ranging from 0.39 to 0.95
L/s, and was in operation over 13 months. By using this technology (MBBR), it was
possible to keep the same efficiency with increasing flow rates and increasing food-
microorganism rates ranging from 0.20 to 1.00 day-1. It can be concluded, from the
experimental results, that despite the approximately 5 times increase in the food-
microorganism rate and the 2.5 increase in the flow rate, the same efficiency was kept,
which means a substantial saving in the dimensioning of the aeration tank.
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NDICE
1. INTRODUO 01
2. OBJETIVOS 022.1. Objetivo Geral 02
2.2. Objetivos Especficos 02
3. REVISO BIBLIOGRFICA 03
3.1. Legislao Ambiental 03
3.2. Legislaes Ambientais Estaduais 04
3.3. Reator de Leito Mvel 06
3.3.1. Breve histrico da tecnologia MBBR 06
3.3.2. Princpios de funcionamento da tecnologia MBBR 07
3.3.3. Parmetros clssicos operacionais 103.3.3.1. Tempo de deteno hidrulica 10
3.3.3.2. Slidos em suspenso no tanque de aerao 11
3.3.3.3. Matria Orgnica 14
3.3.3.4. Carga Orgnica 15
3.4. Desempenho do Processo MBBR 15
4. METODOLOGIA 18
4.1. Descrio da unidade experimental 18
4.2. Caracterizao da unidade experimental 19
4.2.1. Tratamento preliminar 194.2.2. Reator ou tanque de aerao 21
4.2.3. Decantadores secundrios 21
4.2.4. Sistema de recirculao 23
4.3. Condies operacionais 25
4.3.1. Fase preliminar 25
4.3.2. Fase Experimental 25
4.3.2.1. Fase A 26
4.3.2.2. Fase B 26
4.4. Caracterizao do meio suporte mvel (MBBR) 284.5. Monitoramento da unidade 32
4.5.1. Perodo de monitoramento 32
4.5.2. Sistema de amostragem 32
4.5.3. Parmetros Fsico-Qumicos 33
4.5.4. Clculo do ndice Volumtrico do Lodo (IVL) 33
4.5.5. Clculo de slidos em suspenso no descarte do lodo em excesso 33
4.5.6. Caracterizao da Vazo de Recirculao 34
4.5.7. Parmetros microbiolgicos 34
4.5.8. Anlises Estatsticas 384.6. Padres de Lanamento de Efluentes 39
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5. RESULTADOS E DISCUSSO 40
5.1. Estatstica descritiva 47
5.1.1. Apresentao dos resultados 47
5.1.2. Discusso dos resultados 70
5.2. Slidos em Suspenso Totais e Volteis no Tanque de Aerao 715.2.1. Apresentao dos resultados 71
5.2.2. Discusso dos resultados 73
5.3. Determinao de parmetros no tanque de aerao 74
(A/M, Td, IVL, IL e OD)
5.3.1. Apresentao dos resultados 74
5.3.2. Discusso dos resultados 77
5.4. Anlise microbiolgica 78
5.4.1. Apresentao dos resultados 78
5.4.1.1. Protozorios e rotferos 785.4.1.2. Bactrias 81
5.4.2. Discusso dos resultados 82
5.4.2.1. Protozorios e rotferos 82
5.4.2.2. Bactrias 82
5.4.2.3. Organismos filamentosos 82
5.5. Anlise de nutrientes 82
5.6. Caracterizao do lodo de descarte 82
5.6.1. Apresentao dos resultados 82
5.6.2. Discusso dos resultados 835.7. Recirculao de Lodo 83
5.7.1. Apresentao dos resultados 83
5.7.2. Discusso dos resultados 83
5.8. Relao ao atendimento aos padres de lanamento do efluente 84
5.8.1. Apresentao dos resultados 84
5.8.2. Discusso dos resultados 85
6. CONCLUSES 86
7. RECOMENDAES 88
8. REFRENAS BIBLIOGRFICAS 89ANEXO A 94
ANEXO B 103
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LISTA DE ABREVIATURAS
A/M Relao Alimento Microrganismo
CETE-Poli/UFRJ Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da EscolaPolitcnica da UFRJ
COT Carbono Orgnico Total (mg/l)
DBO Demanda Bioqumica de Oxignio (mg/l)
DQO Demanda Qumica de Oxignio (mg/l)
DQO a Demanda Qumica de Oxignio do afluente (mg/l)
DBO e Demanda Bioqumica de Oxignio de eflunte (mg/l)
DBO sol Demanda Bioqumica de Oxignio Solvel (mg/l)
DP Desvio Padro
Ho Hipteses Nula
H1 Hipteses Alternativa
IL Idade do Lodo (dia)
IVL ndice Volumtrico do Lodo
MBBR Reator de Leito Mvel (Moving Bed Biofilm Reactor)
OD Oxignio Dissolvido (mg/l)
Q Vazo (m3/s ou L/d)
Qa Vazo do afluente (m3/s ou L/d)
Q Vazo de descarte (m3/s ou L/d)
SD30 Volume do lodo (ml) que se sedimenta num cone graduado de 1L, aps media hora em repouso
So Concentrao de DBO5 afluente (mg/l)
SS Concentrao dos Slidos em Suspenso (mg/l)
SST Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais (mg/l)
SSTA Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais no Tanque de
Aerao(mg/l)
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SSTa Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais do afluente
(mg/l)
SSTe Concentrao dos Slidos em Suspenso Totais do efluente
(mg/l)
SSV Concentrao dos Slidos em Suspenso Volteis (mg/l)
TA Tanque de Aerao
TAmb Temperatura Ambiente
TAS Taxa de Aplicao Superficial
Td Tempo de Deteno Hidrulica (s)
TL Teor de Slidos (mg/l)
V Volume (m3)
Xav Concentrao de Slidos em Suspenso Volteis no Tanque de
Aerao (mg/l)
Xuv Concentrao de Slidos em Suspenso Volteis no Descarte
(mg/l)
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LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 Vantagens e desvantagens do processo de Lodos Ativados.
Tabela 3.2 Condies de sedimentao de lodo segundo valores de IVL.
Tabela 3.3 Eficincia de remoo mnima ou concentrao mxima de matria
orgnica exigida.
Tabela 3.4 Concentraes mximas permitidas para DQO, DBO e SST para
diferentes estados Brasileiros.
Tabela 4.1 Resumo das caractersticas das unidades do CETE Poli/UFRJ.
Tabela 4.2 Caractersticas das Fases A e B
Tabela 4.3 Nomenclatura das fases com relao as diferentes vazes.
Tabela 4.4 Pontos de coleta.
Tabela 4.5 Parmetros analisados nos diferentes pontos de coleta.
Tabela 5.1 Resultados Mdios de concentraes (DQO, DBO e SST) da Fase
Preliminar.
Tabela 5.2 Resultados Mdios de concentraes (DQO, DBO e SST) da Fase A
Tabela 5.3 Resultados Mdios de concentraes (DQO, DBO e SST) da Fase B
Tabela 5.4 Valores mdios, mximos e mnimos de resultados complementares
dentro do Tanque de Aerao.
Tabela 5.5 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de DQO
Tabela 5.6 Estatsticas descritivas das concentraes efluentes de DQO
Tabela 5.7 Estatsticas descritivas das eficincias de DQO
Tabela 5.8 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de DBO
Tabela 5.9 Estatsticas descritivas das concentraes efluentes de DBO
Tabela 5.10 Estatsticas descritivas das eficincias de DBO
Tabela 5.11 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de DBO solvel
Fase II
Tabela 5.12 Estatsticas descritivas das concentraes afluentes de SST
Tabela 5.13 Estatsticas descritivas das concentraes efluentes de SST
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Tabela 5.14 Estatsticas descritivas das eficincias de SST
Tabela 5.15 Resumo das concentraes de DQO e DBO afluentes e efluentes com
MBBR (mg/l)
Tabela 5.16 Clculo da mdia do coeficiente X para cada vazo da Fase BTabela 5.17a Resultados Mdios de SS no tanque de aerao na Fase A
Tabela 5.17b Resultados Mdios de SS no tanque de aerao na Fase B
Tabela 5.18 Clculo da massa de SSTA
Tabela 5.19 Valores mdios de A/M, A/M equivalente e IVL na Fase A e B
Tabela 5.20 Resultados estatsitcos do parmetro A/M e A/M equivalente
Tabela 5.21 Resultados Td
Tabela 5.22 Resumo valores mdios de OD
Tabela 5.23 Resumo da classe predominante de protozorios e rotsfero
Tabela 5.24 Resumo Bactrias detectadas nas anlises microbiolgicas
Tabela 5.25 Anlises tpicas do lodo descartado
Tabela 5.26 Mdias das concentraes (DQO, DBO e SST) e carga orgnica em
cada nas Fases A e BTabela 5.27 Desempenho das unidades segundo diferentes vazes comparadas s
legislaes estaduais.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 Diferentes modelos de meios suportes para uso da tecnologia MBBR
Figura 4.1 Fluxograma da CETE Poli/UFRJ.
Figura 4.2 Fluxograma do processo de Lodos Ativados da CETE Poli/UFRJ.
Figura 4.3a Entrada de esgoto e grade
Figura 4.3b Caixa de areia ou desarenador
Figura 4.4a Tanque de aerao
Figura 4.4b Entrada do esgoto afluente e recirculao no tanque de aerao
Figura 4.5a Decantador vazio
Figura 4.5b Vista geral dos decantadores secundrios
Figura 4.6 Defletor concntrico ou bafle
Figura 4.7a Sada do efluente do decantador
Figura 4.7b Medidor Parshall no decantador secundrio
Figura 4.8a Vista geral do sistema de recirculao
Figura 4.8b Sada da tubulao dos decantadores secundrios
Figura 4.8c Chegada da tubulao a calha de concreto
Figura 4.8d Entrada do lodo a calha de concreto
Figura 4.8e Passagem do lodo pela calha parshall
Figura 4.9a Meio suporte
Figura 4.9b Tanque de 1 m3 preenchido com meio suporte
Figura 4.10a Pesagem do meio suporte com biofilme aderido
Figura 4.10b Meio Suporte na cpsula de porcelana
Figura 4.10c Meio suporte dentro da estufa
Figura 4.10d Meio suporte com biofilme seco
Figura 4.10e Pesagem do meio suporte com biofilme aderido
Figura 4.10f Pesagem do meio suporte sem biofilme
Figura 4.11a Placa de Petri com amostra
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Figura 4.11b Microscpio Hund Wetzlar
Figura 4.11c Lentes de aumento
Figura 4.12a Cmara de proteo biolgica ( Veco/Bio-protector 09)
Figura 4.12b Placas de petri se semeadura
Figura 4.12c Placas de petri com crescimento de bactrias
Figura 4.12d Centrfuga ( Eppendorf/Centrifuge 5810R)
Figura 5.1 Series Temporais - concentrao afluente-efluente DQO
Figura 5.2 Series Temporais - concentrao efluente DQO
Figura 5.3 Series Temporais - concentrao afluente-efluente DBO
Figura 5.4 Series Temporais - concentrao efluente DBO
Figura 5.5 Series Temporais - concentrao efluente DBO solvel
Figura 5.6 Series Temporais - concentrao afluente-efluente SST
Figura 5.7 Series Temporais - concentrao efluente SST
Figura 5.8 Series Temporais das eficincias DQO
Figura 5.9 Series Temporais das eficincias DBO
Figura 5.10 Series Temporais das eficincias SST
Figura 5.11 Grfico Box-Wiskersda DQO afluente
Figura 5.12 Grfico Box-Wiskersda DQO efluente
Figura 5.13 Grfico Box-Wiskersdas eficincias de DQO
Figura 5.14 Grfico Box-Wiskersda DBO afluente
Figura 5.15 Grfico Box-Wiskersda DBO efluente
Figura 5.16 Grfico Box-Wiskersdas eficincias de DBO
Figura 5.17 Grfico Box-Wiskersda DBO solvel Fase B efluente
Figura 5.18 Grfico Box-Wiskersda SST afluente
Figura 5.19 Grfico Box-Wiskersda SST efluente
Figura 5.20 Grfico Box-Wiskersdas eficincias de SST
Figura 5.21 Porcentagem de remoo mdia, 75% e 90% em relao as fases para
DQO
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Figura 5.22 Porcentagem de remoo mdia, 75% e 90% em relao s fases para
DBO
Figura 5.23 Porcentagem de remoo mdia, 75% e 90% em relao s fases para
SST
Figura 5.24 Serie Temporal do coeficiente X na Fase B
Figura 5.25 Concentrao afluente, mg DBO/l Vs Taxa de Aplicao Orgnica
utilizando o MBBR, g DBOa/m2d
Figura 5.26 Remoo de DQO ( % ) Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR,
g DBOa/m2d
Figura 5.27 Concentrao efluente, mg DBO/l Vs Taxa de Aplicao Orgnica com
MBBR, g DBOa/m2d
Figura 5.28 Remoo de DBO ( % ) Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR,
g DBOa/m2d
Figura 5.29 A/M Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR, g DQOa/m2d
Figura 5.30 A/M Vs Taxa de Aplicao Orgnica com MBBR, g DBOa/m2d
Figura 5.31 A/M Vs Remoo de DQO
Figura 5.32 A/M Vs Remoo de DBOFigura 5.33 Comparao entre SST e SST equivalentes no Tanque de Aerao com
MBBR
Figura 5.34 Comparao entre SSV e SSV equivalentes no Tanque de Aerao
com MBBR
Figura 5.35 Sries Temporais de IVL nas fases
Figura 5.36 Sries Temporais de A/M (Fase A e B) e A/M equivalente (Fase B)
Figura 5.37 Grfico Box-Wiskersde A/M para as Fases
Figura 5.38 Metazorio: Classe Rotfera
Figura 5.39 Protozorio: Classe Ciliado Penduculado (Epistylis)
Figura 5.40 Protozorio Ameba
Figura 5.41 Protozorio: Ciliados livres Natantes
Figura 5.42 Protozorio: Classe Mastigophora
Figura 5.43 Metazorio: Classe Nematoda
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1. INTRODUO
Ao fim do sculo XIX e incio do sculo XX, o estudo do tratamento biolgico de
esgotos estava apenas iniciando, dando-se maior nfase aos processos de filtraobiolgica. Ento, entre 1913 e 1914, surgiu um novo processo de tratamento biolgico
que utilizava biomassa suspensa, chamado Lodos Ativados. Tal tecnologia era capaz
de produzir efluentes claros, lmpidos, sem odor e de alta qualidade.
Esse processo, atualmente adotado em praticamente todo o mundo, evoluiu e
estimulou novas pesquisas que buscavam otimiz-lo com vistas a aumentar sua
capacidade de tratamento e mantendo as eficincias de remoo de matria orgnica
e nutrientes, sem necessidade de se realizarem obras civis nas estaes jimplantadas. Surgiu, ento, na Noruega, a tecnologia denominada Moving Bed Biofilm
Reactor, mais conhecida como MBBR ou Reator de Leito Mvel, empregada h mais
de dez anos nos pases europeus.
Apesar de pesquisas comprovarem o excelente desempenho do MBBR na remoo
de matria orgnica, observa-se que a aplicao do processo ainda incipiente no
Brasil.
O presente trabalho tem como principal objetivo estudar o desempenho dessa
tecnologia, utilizando meios suporte de maiores dimenses que quelas conhecidas
no comrcio internacional, sob condies climticas tpicas e elevada vazo de esgoto
aplicada a uma unidade de lodos ativados existente. A pesquisa desenvolveu-se
segundo duas diferentes fases: (i) caracterizao do processo de Lodos Ativados de
Aerao Prolongada em funcionamento no Centro Experimental de Tratamento de
Esgoto CETE-Poli/UFRJ (Fase I); (ii) implementao da tecnologia MBBR, com a
insero de 10% e 20% de recheio no tanque de aerao do processo de Lodos
Ativados existente e aumento de vazo em at 2,5 vezes quela aplicada na Fase A
(Fase B).
No presente trabalho as denominaes de Reator de Leito Mvel ou MBBR sero
utilizadas como sinnimos para referncia da tecnologia. A utilizao dessa ltima
mais comum, sendo essa sigla reconhecida por estudiosos do mundo inteiro.
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2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Geral
Avaliar o desempenho de uma unidade de tratamento de Lodos Ativados utilizando a
tecnologia MBBR quando comparada ao processo de Lodos Ativados de Aerao
Contnua.
2.2. Objetivos Especficos
Avaliar o comportamento de um Sistema de Lodos Ativados de Aerao
Contnua sob uma determinada relao de A/M.
Nas mesmas condies anteriores, avaliar o comportamento do Sistema de
Lodos Ativados aps preenchimento parcial com meio suporte, transformando-
o em Sistema de Leito Mvel (MBBR).
Avaliar o comportamento do Sistema MBBR quando so aplicadas diferentes
vazes, cargas no reator biolgico, crescentes taxas de escoamento superficial
no decantador e diferentes relaes A/M.
Para as condies anteriores, verificar o crescimento microbiolgico, atravs
de observaes preliminares dos principais microrganismos presentes e
eventual intumescimento do lodo (bulking).
Verificar a formao do biofilme no meio suporte e sua influncia no processo
de tratamento.
Comparar os resultados obtidos com os principais parmetros legais de
lanamento nos estados de Rio de Janeiro, So Paulo e Minas Gerais.
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3. REVISO BIBLIOGRFICA
3.1 Legislao Ambiental
Por causa da escassez de gua a lei federal n 6938/81 define a POLTICA
NACIONAL DO MEIO AMBIENTE, que discorre sobre o uso racional dos recursos
ambientais.
A POLTICA NACIONAL DO MEIO AMBIENTE est constituda da seguinte maneira:
SISNAMA (SISTEMA NACIONAL DO MEIO AMBIENTE): encarregado de coordenar,
por meio do Sistema Nacional de Informaes sobre o Meio Ambiente (SISNAMA), o
intercmbio de informaes entre os rgos a ele integrados, permitindo a obteno
de subsdios necessrios tomada de decises na rea.
CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente): rgo consultivo e deliberativo do
SISNAMA.
SEMA (Secretaria do Meio Ambiente): rgo de poder executivo que tem como
finalidade planejar, coordenar, supervisionar e executar aes governamentais
relacionadas aos recursos do meio ambiente, visando o fortalecimento da economiado Estado e a melhoria da qualidade de vida de sua populao.
IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renovveis):
rgo executor das leis ambientais no Brasil.
A fiscalizao e o controle dos critrios, normas e padres de qualidade ambiental
cabem aos estados e municpios, atravs dos rgos estaduais ou municipais,
encarregados de aplicar as normas tanto federais como estaduais e municipais; tal o
caso da FEEMA (Fundao Estadual de Engenharia do Meio Ambiente no Rio deJaneiro), da FEAM (Fundao Estadual do Meio Ambiente em Minas Gerais) e outros
organismos.
Os critrios e padres de qualidade da gua so desenvolvidos em funo do uso das
guas. No Brasil, a resoluo CONAMA n 357 de 17/03/05 dispe sobre a
classificao dos corpos dgua e fornece diretrizes ambientais para o seu
enquadramento, bem como estabelece as condies e os padres de lanamento de
efluentes aos corpos receptores.
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3.2 Legislaes Ambientais Estaduais
As legislaes ambientais de cada estado permitem estabelecer, em complementao
legislao federal, limites aos parmetros principais que controlam os lanamentos
de efluentes nos diversos corpos dgua. Entre os principais parmetros considerados,
tem-se: DBO, DQO e SST.
Na presente dissertao, alm da legislao do estado do Rio de Janeiro (onde foi
desenvolvido o trabalho) sero mencionadas outras legislaes, como as de Minas
Gerais e So Paulo, estados vizinhos ao Rio de Janeiro e de grande importncia na
rea ambiental.
No estado do Rio de Janeiro encontra-se em vigor a Diretriz DZ-215R-3, que controla
as cargas orgnicas biodegradveis em efluentes lquidos de origem no industrial;essa diretriz estabelece exigncias de controle de poluio das guas enfocadas para
os nveis mnimos de remoo de carga orgnica, baseados em nveis de tecnologia
existentes, independente da capacidade assimilativa dos corpos receptores. Alm
dessas, prev exigncias adicionais sempre que for necessria a compatibilizao dos
lanamentos com os critrios e padres de qualidade de gua, estabelecidos para o
corpo receptor, segundo seus usos benficos e classes que agrupam determinados
usos preponderantes (CONAMA n 357).
A DZ-215R-3 estabelece uma relao para eficincia de remoo mnima ou
concentrao mxima permitida de DBO e SST (RNFT) com a carga orgnica bruta,
como parmetro de lanamento, conforme tabela abaixo.
Tabela 3.1 Eficincia de remoo mnima ou concentrao mxima de matriaorgnica exigida
Concentraes MximasPermitidas
(mg/l)Carga Orgnica Bruta (C)(Kg DBO/dia)
Eficincia Mnima deRemoo
(%) DBO RNFT
C 5 30 180 180
5 < C 25 60 100 100
25 < C 80 80 60 60
C > 80 85 40 40
Fonte: DZ-215.R-3 FEEMA/RJ
O estado de Minas Gerais encontra-se amparado pela Deliberao Normativa COPAMn 10, de 16 de dezembro de 1986, cujo rgo estadual de gesto do meio ambiente -
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FEAM, estabelece normas e padres para qualidade das guas e lanamento de
efluentes nos corpos receptores.
Para os parmetros de maior importncia (DBO, DQO, SST) no presente estudo, a
COPAM N 10 define como valores mximos:
DBO 60 mg/l (Com tolerncia de 80%)
DQO 90 mg/l
SST100 mg/l (diria) ou
60 mg/l (mdia aritmtica mensal)
No estado de So Paulo, encontra-se em vigor o Decreto n 8468 que aprova oregulamento da Lei n 997, de 31 de maio de 1976, supervisionado pela Companhia
Estadual de Tecnologia de Saneamento Bsico e de Defesa do Meio Ambiente
CETESB. Essa lei dispe sobre a preveno e o controle da poluio do meio
ambiente.
O Decreto N 8468 prev concentrao mxima permitida para lanamento de
efluentes em corpos dgua receptores, somente de DBO, cuja concentrao pode ser,
no mximo, de 60mg/l, podendo esse valor ser ultrapassado somente no caso deefluentes de sistema de tratamento de guas residurias que reduzam a DBO em no
mnimo 80%.
Apresenta-se um quadro resumo das concentraes mximas permitidas para
diferentes parmetros, para os estados citados.
Tabela 3.2 Concentraes mximas permitidas para DQO, DBO e SST, para
diferentes estados brasileiros
Concentraes Mximas PermitidasEstado Legislao
DQO (mg/l) DBO (mg/l) SST (mg/l)
RJ DZ-215 - 40 180 (a) 40 180 (a)
MG COPAM n 10 90 (b) 60 (c) 60/100 (d)
SP Decreto 8468 - 60 (e) -
(a) Valor varivel de acordo com a carga orgnica afluente ao sistema de tratamento(b) Concentrao mxima permitida ou eficincia mnima de 90%(c) Concentrao mxima permitida ou eficincia mnima de 85%
(d) 60 mg/l de concentrao mdia aritmtica mensal ou 100 mg/l de concentrao mxima diria(e) Concentrao mxima permitida ou eficincia mnima de 80%
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Existem restries para casos especiais em alguns estados mencionados, a saber:
No Rio de Janeiro para cargas poluidoras de 80 kg DBO/d e uma populao
em torno de 1500 habitantes, a concentrao mxima permitida de DBO de
40 mg/l.
O estado de Minas Gerais prev um limite para DQO fixado em 90 mg/l e, de
acordo com a Deliberao Normativa COPAM n32, de 18 de dezembro de
1998, Artigo 15, alnea h, esse limite para DQO s poder ser ultrapassado
no caso do sistema de tratamento de guas residurias reduzir a carga
poluidora de efluente em, no mnimo, 90%.
Vale mencionar que o Rio de Janeiro o nico estado entre os pesquisados que fixa
os valores de acordo com a carga orgnica bruta, fornecendo dessa forma maior
flexibilidade s empresas envolvidas no tratamento de guas residuais.
3.3 Reator de Leito Mvel (Moving Bed Biofilm Reactor- MBBR)
3.3.1 Breve Histrico da tecnologia MBBR
Em 1988 as autoridades de Controle de Poluio da Noruega recomendaram o
desenvolvimento de um projeto de estaes pequenas de tratamento de esgoto com
grande capacidade de tratamento, baseando-se em processos biolgicos e qumicos.Esse interesse visava aproveitar a maioria das estaes existentes (aproximadamente
70% do total existente), j que elas eram de pequeno porte (leia-se estaes que
tratavam o esgoto para uma populao de 50 a 2000 pessoas).
Tomando o mencionado anteriormente como referncia comea-se a trabalhar com
diferentes cenrios de biofilmes aderidos a um meio suporte no interior do reator.
Esses tratamentos eram combinados com pr-tratamentos de grandes tanques
spticos e ps-tratamento com uso de reagentes qumicos que faziam o papel decoagulantes. Ento, uma companhia da Noruega (Kaldnes Miljoteknologi) desenvolveu
uma tecnologia chamada Reator de Leito Mvel, tambm conhecida como MBBR
(Moving Bed Biofilm Reactor). Esse trabalho contou com a ajuda da Fundao de
Pesquisa Cientfica e Industrial para Cincia e Tecnologia, da Universidade da
Noruega (SINTEF) (RUSTEN et al, 1998); a qual leva em conta a recomendao feita
pela autoridade do estado. Sua experincia foi realizada em 1992, durante o outono,
em duas estaes existentes (ODEGAARD et al, 1993). Os resultados desse trabalho
demonstraram bom desempenho do MBBR, devido principalmente otimizao dacapacidade do reator, aproveitando-se o volume j construdo da unidade. Em relao
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aos nutrientes (N e P) requeria-se maior quantidade de recheio como meio suporte no
reator ou a execuo de outros processos para facilitar a remoo de nutrientes,
como, por exemplo, a f loculao. (OBEGAARD et al, 1993; ODEGAARD, 2006).
3.3.2 Princpio de Funcionamento da Tecnologia MBBRA Tecnologia MBBR pode ser caracterizada como uma variante do processo de Lodos
Ativados. Trata-se, portanto, de um processo biolgico de tratamento de esgoto,
aplicvel para despejos domsticos e industriais. As unidades que fazem parte desse
processo so:
Tanque de aerao ou reator
Tanque de decantao ou decantador
Sistema de recirculao e de descarte do lodo
O Processo de Lodos Ativados consiste em, primeiramente, fazer passar o esgoto
afluente por um tratamento primrio (gradeamento, caixa de areia e decantao
primria) e, depois, submet-lo aerao com lodo ativado produzido em um reator
biolgico. A ocorrero as reaes bioqumicas de degradao da matria orgnica
carboncea e, em algumas condies, da parcela nitrogenada. O tempo de reteno
do reator deve permitir uma relao adequada entre carga orgnica emicroorganismos no tanque de aerao (relao A/M) e uma idade de lodo - tempo de
reteno celular - apropriada. Esse efluente , ento, encaminhado para o decantador
secundrio onde, atravs de sedimentao, sero depositados no fundo os flocos ou
slidos que tero se desenvolvido e floculado no reator.
A maior parte desses slidos ser recirculada para o reator, aumentando a biomassa
no mesmo; esse processo o responsvel pela eficincia do sistema. A outra parte de
slidos sedimentados, denominada lodo em excesso, ser retirada do processo. Oesgoto que verte na superfcie do decantador pela canaleta o efluente j tratado.
Segundo JORDO & PESSOA (2005) o Lodo Ativado o floco produzido no
tratamento do esgoto bruto ou decantado, devido o crescimento de bactrias zooglias
ou outros organismos e a presena de oxignio dissolvido, e acumulado em
concentrao suficiente graas ao retorno de outros flocos previamente formados.
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Vale ressaltar que esse processo apresenta algumas vantagens e desvantagens em
relao a outros processos; dentre as principais, descritas por JORDO & PESSOA
(2005), esto:
Tabela 3.3 Vantagens e desvantagens do processo de Lodos Ativados
VANTAGENS DESVANTAGENS
Maior eficincia no tratamento Operao mais delicada
Maior flexibilidade na operao Necessidade de completo controle delaboratrio
Menor rea ocupada em relao filtraobiolgica e lagoas
Custo maior de operao em relao ao filtrobiolgico
O funcionamento da Tecnologia MBBR consiste em introduzir, no tanque de aerao
de um processo de Lodos Ativados, peas plsticas cilndricas (meios de suporte), que
ficaro flutuando e movimentando-se dentro dele. s peas plsticas ficar aderida
uma biomassa, ou biofilme, que permitir o aumento da massa e da concentrao de
slidos no tanque de aerao, sendo possvel obter-se uma concentrao de slidos
disponveis no tanque de aerao superior que se mantm apenas em suspenso,
permitindo melhor eficincia do processo e utilizando um mesmo volume de reator.
O material utilizado para sua fabricao polietileno, cuja densidade varia de acordo
com o fabricante. Segundo PASTORELLI et al. (1997) a densidade deve ser menor
que 1g/cm3. ODEGAARD et al (1994) prope que as dimenses dos cilindros com
densidade de 0,95 g/cm3 sejam: dimetro entre 10 e 20 mm; largura entre 7 e 30 mm.
Apresentam-se, na figura 3.1, alguns tipos de meio suporte utilizados, atualmente, no
MBBR (ODEGAARD et al, 1993; ODEGAARD et al, 1994; RUSTEN et al, 1998;
ANDREOTTOLA et al, 2000).
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No presente estudo foi usado um meio suporte fabricado pela empresa AMBIO,
detalhado no item 4.4 adiante, cujas dimenses so: 23 mm de dimetro e 25 mm de
altura.
O conceito bsico para a introduo desses pequenos meios suporte no tanque de
aerao obter maior rea de superfcie para o crescimento de biofilme ou biomassa
nessa unidade. Assim, em volumes menores de reator biolgico, aumentar-se-ia a
atividade biolgica e promover-se-ia alto tempo de reteno celular. Desse modo,
facilita-se o aumento da capacidade de remoo de matria orgnica e nitrogenada.
Para saber a quantidade adequada de meios suporte que se deve introduzir no tanque
de aerao, preciso conhecer a superfcie especfica potencial de crescimento do
biofilme, o que depende do tamanho e do desenho da pea. usual referir-se
quantidade de peas a adicionar no tanque de aerao como um percentual do seu
volume. Segundo estudos feitos por ODEGAARD et al (1993); ODEGAARD et al
(1994); RUSTEN et al (1998); ANDREOTTOLA et al(2000), o mximo que deve ser
adicionado em um tanque de aerao 70% do seu volume. ODEGAARD et al(1994)
introduziu em seus estudos 70% de meios suporte no tanque de aerao, sendo a
rea especfica da pea de 500m2/m3, portanto, a rea mxima efetiva especfica de
criao de biofilme de 350m2/m3 de tanque.
O percentual adicionado, em termos de volume do tanque de aerao, e a superfcie
especfica de cada pea, indicam a rea total disponvel para criao do biofilme.
Assim, assume grande importncia a superfcie especfica da pea, sendo usual
Figura 3.1 Diferentes modelos de meio
suporte para uso da tecnologia MBBR
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encontrarem-se valores na faixa de 335 a 350 m2/m3 para 70% do volume
(ODEGAARD, 2006).
Dentre as principais vantagens da tecnologia de Leito Mvel (MBBR) tem-se ento:
Permite o uso de sistemas reduzidos e compactos.
No se observa colmatao das peas, como pode acontecer nos leitos
fixos, evitando saturao do sistema.
Permite a supresso da etapa de recirculao do lodo.
Apresenta menor sensibilidade aos picos de carga hidrulica e orgnica.
Apresenta menor sensibilidade s variaes de pH e de temperatura.
Apresenta menor custo operacional.
Permite a reduo do custo de implantao.
Apresenta-se como soluo para upgradeem ETEs existentes.
3.3.3 Parmetros Clssicos Operacionais
Como a tecnologia MBBR funciona dentro de um processo de Lodos Ativados
Convencional ou de Aerao Prolongada, os parmetros operacionais de controle de
qualidade do efluente so os mesmos, alterando-se, no entanto, suas faixas usuais de
aplicao. Na continuao so mencionados os principais parmetros e os aspectos
interferentes na tecnologia MBBR.
3.3.3.1 Tempo de Deteno Hidrulica (Td)
O tempo de deteno hidrulica a relao entre o volume do reator e a vazo do
esgoto afluente.
Td = V/Q
Onde:
V = volume do reator ou tanque de aerao
Q= vazo afluente
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3.3.3.2 Slidos em Suspenso no Tanque de Aerao (SSTA ou Xa)
O controle dos SSTA de grande importncia j que representa a biomassa no reator
e um parmetro selecionado no projeto para a operao do sistema.
Segundo a Norma ABNT 570, a concentrao de slidos em suspenso no interior dotanque de aerao deve estar compreendida entre 1500 e 6000 mg/l.
Os principais parmetros que sofrem variao no processo de Lodos Ativados esto
descritos a seguir.
Relao Alimento / Microrganismo (A/M)
Essa relao mede a razo entre o alimento presente no esgoto afluente ao reator e
os organismos. um parmetro de grande importncia no controle operacional do
tratamento por lodos ativados, tambm utilizado no dimensionamento desse processo.
A equao para calcular a relao A/M :
A/M = Q.So / (V.Xav)
Onde:
Q = vazo do afluente
So = Concentrao de DBO5 afluente
V = Volume reator
Xav = Concentrao dos SSV no reator
O aumento de Xav tambm influencia esse parmetro, devido ao fato de existir um
aumento de biomassa dentro do tanque, gerando, dessa forma, maior capacidade de
recebimento de substrato e, conseqentemente, beneficiando o aumento da
quantidade de esgoto a tratar.
Segundo a Norma ABNT-570, a relao A/M deve ser encontrada entre 0,07 e 1,1 Kg
DBO5 / Kg SSVTA.d.
Idade do Lodo ou Tempo de Residncia Celular (IL)
Representa o tempo mdio que uma partcula em suspenso permanece sob aerao
(JORDO & PESSOA,2005). Pode ser calculado atravs da relao entre a massa de
slidos no sistema e a massa de slidos retirada do sistema, por unidade de tempo.
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IL = Xav.V / (Xuv.Q)
Onde:
Xav = Concentraes de Slidos em Suspenso Volteis no reator.
V = Volume do reator.
Q = Vazo de descarte.
Xuv = Concentraes de Slidos em Suspenso Volteis no descarte.
Tipicamente o processo de Lodos Ativados convencional tem como valores de IL entre
5 e 15 dias. Estudos apresentados com MBBR por RUSTEN et al(1998) obtiveram IL
at 6,4 dias. Segundo a Norma ABNT 570, a IL deve estar compreendida entre 2 e 40
dias.
Condies Relativas do Lodo
A qualidade do floco formado exerce um papel fundamental no processo de
sedimentao e adensamento no decantador secundrio, porquanto a sedimentao
uma operao fsica de separao de partculas slidas com densidade superior do
lquido circulante. Por tal razo os decantadores secundrios so a ltima unidade do
sistema, j que eles so responsveis por um efluente lmpido, com baixa turbidez emenor concentrao de slidos em suspenso e de DBO, e mesmo de nutrientes
(SPERLING, 1996).
Para fins de controle operacional, os decantadores e o reator devem ser analisados
conjuntamente, visto que as duas unidades so partes integrantes e indissociveis da
etapa biolgica de tratamento.
A concentrao do teor de slidos (TL - teor de lodo) no reator pode ser determinada
atravs do cone Imhoff, que define o volume de lodo (em ml) que sedimenta num cone
graduado de um litro, aps meia hora em repouso (SD30).
Existem alguns ndices de lodo usados como ferramenta de controle do processo e
sedimentabilidade do lodo, com o objetivo de avaliar o seu comportamento na fase
biolgica. O ndice mais usado o ndice Volumtrico do Lodo(IVL), que significa o
volume, em mililitros, ocupados por um grama de lodo aps uma sedimentao de
trinta minutos. Pode ser definido como a razo entre SD30min e sua concentrao no
tanque de aerao.
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IVL = SD30min / Xa
Onde:
SD30min = volume de lodo (em ml) que sedimenta num cone graduado de um litro, aps
meia hora em repouso (mg/l).
Xa = Slidos em suspenso no reator.
Segundo SPERLING (1994a e 1994b), FRES E SPERLING (1995) e FRES (1996),
os diferentes valores do IVL correspondem a diversas condies de sedimentao de
lodo, conforme mostra a tabela 3.4.
Tabela 3.4 Condies de sedimentao de Lodo, segundo valores de IVL
SEDIMENTAO IVL (ml/g)
tima 0 50
Boa 50 100
Mdia 100 200
Ruim 200 300
Pssima > 300
Por outro lado, JORDO & PESSOA (2005) indicam que os valores do IVL entre 40 e
150 ml/g apresentam, geralmente, lodo de boa qualidade e os valores superiores a
200 ml/g indicam menor qualidade do lodo (slidos muito leves); por esse motivo, sua
sedimentao no boa.
Com a tecnologia MBBR o IVL sofreria uma considervel diminuio devido
ocorrncia de uma maior quantidade de slidos no tanque, incluindo a massa aderida,
obtendo dessa forma um menor valor do IVL. No obstante, como o IVL calculado
com a relao entre o volume de slidos que sedimenta no Cone Imhoff ou na proveta
graduada, e a concentrao de SS nesse mesmo cone ou proveta, a concentrao de
slidos a ser tomada no clculo do IVL a de Slidos em Suspenso no tanque de
aerao.
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3.3.3.3 Matria Orgnica
A matria orgnica a principal causa de poluio das guas, devido ao consumo de
oxignio dissolvido pelos microrganismos para realizar, atravs de processos
metablicos, sua degradao.
Existem dois mtodos indiretos para quantific-la: o primeiro atravs da medio de
oxignio usando como parmetros a Demanda Qumica de Oxignio (DQO), a
Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO) e Oxignio Dissolvido (OD); o segundo
mtodo atravs da medio de Carbono Orgnico Total (COT).
Os parmetros controladores mais utilizados para verificar a eficincia de remoo de
matria orgnica no processo de Lodos Ativados esto descritos a seguir.
Demanda Qumica de Oxignio (DQO)
Mede o consumo de oxignio ocorrido durante a oxidao qumica da matria
orgnica. Segundo VON SPERLING (1997), a eficincia de remoo para esse
parmetro na modalidade de Lodos Ativados Convencional pode estar entre 85 e 90%
e na modalidade de Aerao Prolongada entre 90 e 95%.
Demanda Bioqumica de Oxignio (DBO)
Esse parmetro retrata a quantidade de oxignio requerida para estabilizar,
biologicamente, a matria carboncea, a 20C, aps 5 dias. A DBO usada como
parmetro bsico para o dimensionamento de uma estao de tratamento de esgoto.
A DBO efluente total do processo de Lodos Ativados composta pela DBO solvel e
pela DBO particulada ou em suspenso.
Segudo VON SPERLING (1997), a eficincia de remoo para esse parmetro na
modalidade de Lodos Ativados Convencional est entre 85 e 95% e na modalidade de
Aerao Prolongada entre 93 e 98%.
Oxignio Dissolvido (OD)
Tal como no processo de Lodos Ativados Convencional, a aerao cumpre um papel
importante na aplicao da tecnologia MBBR; primeiro por manter em movimento o
meio suporte adicionado no tanque e, segundo, por proporcionar o oxignio
necessrio para manter ativa a biomassa no tanque.
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Segundo a Norma ABNT 570, a concentrao de Oxignio Dissolvido no tanque de
aerao a ser considerada no dimensionamento do equipamento de aerao deve ser
de 1,5 mg/l, nos casos onde a idade do lodo superior a 18 dias, e 2,0 mg/l quando a
idade do lodo for inferior a 18 dias.
3.3.3.4 Carga Orgnica
A Carga Orgnica a concentrao de matria orgnica (DQO ou DBO) multiplicada
pelo volume, por unidade de tempo. Para a tecnologia MBBR, possvel relacionar a
carga orgnica rea de superfcie de contato do meio de suporte. A unidade de
referncia ser carga orgnica dividida pela rea de contato, dada em mg de DQO ou
DBO/m2.d.
3.4 Desempenho do Processo MBBRBORGHEI & HOSSEINI (2004) trabalharam com dois MBBR com volume unitrio igual
a 22 litros, preenchido com meio suporte de densidade e superfcie especfica igual a
0,96 g/cm e 350 m/m, respectivamente. Os tempos de deteno utilizados foram: 8,
12, 16, 20, 24 horas. A maior eficincia de remoo de DQO, equivalente a 96%, foi
obtida para Td de 8 horas. Para as cargas orgnicas volumtricas (COV) aplicadas de
0,044 kg DQO/m3.d e 0,0088 kg DQO/m3.d a eficincia de remoo da DQO foi de
75% e de 96%, respectivamente. A concentrao de OD nesse trabalho manteve-se
em torno de 4,5 mg/l.
WANG et al (2006) utilizou no seu estudo em escala de laboratrio um MBBR de
volume efetivo igual a 13 litros, a uma temperatura controlada entre 18 e 20C. A
razo entre o volume do meio suporte e o volume do reator foi de 50%. A densidade
desses meios suporte estava compreendida entre 0,95 e 0,99 g/cm e sua superfcie
especfica 320 m/m. Durante o trabalho, o Td de 6 horas manteve-se constante; j a
concentrao de OD variou entre 1, 2, 4, 6 mg/l; a DQO entre 145 e 432 mg/l; o pH
entre 6,2 e 7,5 e a relao entre DBO/DQO entre 0,31 e 0,52. Observou-se que aeficincia de remoo de DQO aumentou de 71,3 para 77,1% com o aumento da
concertrao de OD de 2 para 6 mg/l, entretanto, essa eficincia foi de 57,6% quando
a concentrao de OD usada era de 1 mg/l. A COV variou de 1,17 a 1,29 kg DQO/m3d,
para uma concentrao de OD igual a 6 mg/l; para COV igual a 1,29 kg DQO/m 3d
apresentou eficincia de remoo de DQO de 77,1%. A razo entre DBO/DQO ficou
entre 0,07 e 0,15 para concentrao de OD maior que 2 mg/l, ou seja, houve uma
maior biodegradabilidade.
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LUOSTARINEN et al (2006) trabalhou com quatro unidades MBBR, em escala de
laboratrio, com 2 litros cada. Desses reatores apenas um trabalhou de forma
contnua e com a introduo de meio suporte equivalente a 50% do seu volume; o
meio suporte apresentava 150 kg/m de densidade e 500 m/m de superfcie
especfica. O sistema MBBR era precedido de um processo anaerbio de tratamento
composto por um reator UASB seguido de tanque sptico. A vazo de operao foi de
1l/d com Td de 2,4 0,7 horas; o pH variando entre 5,7 e 7,4; nitrognio total de 15
2,6 mg/l; DQO de 57 19 mg/l; DQO dissolvida de 34 12 mg/l, mantendo a
concentrao de OD em torno de 9 mg/l e COV de 0,023 0,027 kg DQO/m3.d.
Obtm-se assim um afluente final com uma mdia de eficincia de remoo de DQO
de 68 % e DQO dissolvida de 57%. Em relao a DBO7 e SST, o efluente manteve-se
menor que 3 mg/l e em torno de 19 mg/l, respectivamente.
JAHREN et al(2002) trabalhou com um MBBR em escala laboratorial, com 8,55 litros,
onde foi introduzida uma razo, entre o volume do meio suporte e o volume do reator
de 11%, de densidade igual a 0,95 g/cm, dimetro 10mm e altura 7mm. A
temperatura foi mantida em 55C, a concentrao de OD ficou entre 2 3 mg/l. Vale
ressaltar que o aparato experimental no continha o decantador secundrio. O estudo
foi realizado com um efluente de empresa de celulose e papel denominado gua
Branca de Polpa Termoqumica. O reator foi inoculado com lodo ativado (36 g de
SSV) de um planta mesoflica que trata gua residuria de uma fbrica de papel. A
relao de SSV/SS do inculo era 0,71.O Td foi diminudo, gradualmente, de 30 h
para 14 h, depois de 70 dias de operao. O pH no reator era 8,0 8,5. Inicialmente, a
COV era de 1,5 2 kg DQO/m3.d, com aumento gradual, at atingir um valor mximo
de 3,8 kg DQO solvel/m3.d (aps 70 dias de operao). A eficincia de remoo de
DQO solvel foi de 60 65% ao longo de todo experimento, atingindo taxas de
degradao de 1,5 2,4 kg DQO solvel/m3.d. Aproximadamente 70% do nitrognio
de afluente e 40 45% do fsforo saram com o efluente. A relao de DQO
solvel/DBO solvel era 2,0 para o afluente e 3,1 para o efluente. A eficincia de
remoo de DBO solvel foi de 74 76%.
O concentrao de SSV no efluente foi de 220 600 mg/L. A quantidade de biomassa
fixa nos meios suporte aumentaram gradualmente at que chegou a um estado fixo de
1200 1600 mg SSV/l aps 78 106 dias de operao. J a quantidade total de
biomassa no reator era 1400 1900 mg SSV/l, sendo que o crescimento fixo
equivaleu a 80 85%. A relao de SSV/SS era de 0,78 no efluente e 0,91 na
biomassa fixa. O crescimento de lodo durante os 107 dias de operao do reator,
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baseado em determinaes de biomassa suspensas no efluente, teve uma mdia de
0,19 g SSV/DQO solvel removida e 0.25 g SS/g DQO solvel removida.
Estudos de RUSTEN et al(1998) mostram que possvel se obter boa qualidade do
efluente na carga da hora pico de at 40 g DQO solvel/m2
.d, mantendo-se aconcentrao de Oxignio Dissolvido acima de 3 mg O2/l. RUSTEN et al (1998)
observou tambm nesse trabalho que o percentual de eficincia de remoo de DBO
fica entre 50 80%, independente da carga orgnica aplicada. As concentraes dos
efluentes para a DBO filtrada mantiveram-se na faixa de 10 30 mg/l para carga
orgnica de at 25 g DBO filtrada/m2.d. O aumento da carga para valores superiores a
esse provocaram uma notvel deteriorao da qualidade do efluente.
A concentrao tipica de biomassa, observada por RUSTEN et al. (1994, 1995a,1998), encontra-se na faixa de 2 5 Kg SS/m3, similar a verificada nos processos de
Lodos Ativados Convencionais.
ODEGAARD (1993 e 1994) obteve eficincias de remoo de DQO total na faixa de
93,3 97,5%. No caso das estaes de Steinsholt (Noruega), a eficincia mdia de
remoo da DQO total foi de 94,4% e no Svarstad de 89%. Quando considerada a
remoo de DBO7, os resultados mdios obtidos foram de: 97,4% para Steinsholt,
98,9% para Tretten e 97,7% para Frya. Os tempos de deteno observados foram
inferiores a 1 hora (ODEGAARD, 2006).
ANDREATTOLA et al (2003), em seu estudo realizado na Itlia, observou que a
capacidade hidrulica pode ser incrementada em at 60% com o uso de MBBR. Desse
modo, possvel diminuir o tempo de deteno hidrulica em relao ao processo de
Lodos Ativados Convencional.
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4. METODOLOGIA
4.1 Descrio da Unidade Experimental
A pesquisa foi desenvolvida no Centro Experimental de Tratamento de Esgoto da
Escola Politcnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (CETE Poli/UFRJ),
localizado no Campus da Cidade Universitria da UFRJ Ilha do Fundo.
O CETE Poli/UFRJ consiste em uma central de operaes, processos e tecnologias
de tratamento de esgotos, tendo como objetivo principal a realizao de pesquisas dos
cursos de graduao e ps-graduao (especializaes, mestrados e doutorados)
voltados engenharia de recursos hdricos, sanitria e ambiental.
Essa central dotada de 13 diferentes unidades, apresentadas na figura 4.1. Na figura
4.2 apresenta-se o fluxograma da unidade experimental utilizada durante essa
pesquisa.
Figura 4.1 Fluxograma do CETE Poli/UFRJ.
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Figura 4.2: Fluxograma do Processo de Lodos Ativados da CETE Poli/UFRJ
O CETE Poli/UFRJ encontra-se instalado ao lado da Estao Elevatria da CEDAE
(Companhia Estadual de guas e Esgoto do Rio de Janeiro), que recalca esgotogerado no Campus Universitrio para a ETE-Penha.
4.2 Caracterizao das Unidades Experimentais
4.2.1 Tratamento Preliminar
O tratamento preliminar do CETE Poli/UFRJ comum para todos os processos de
tratamento nele implantados e constitudo por uma grade e por um desarenador,
como se observa na Figura 4.3a e 4.3b
1 Elevatria de esgoto CEDAE RJ (Bomba submersvel de alimentao do CETE Poli/UFRJ)
2 Tratamento preliminar (grade de barras)
3 Tratamento preliminar (desarenador)
4 Elevatria de alimentao do Castelo (bomba submersvel)
5 Castelo (alimenta tanque equalizador e tanque de aerao)
6 Tanque Equalizador
7 Tanque de Aerao8 Decantadores
PC 01 Ponto de coleta 01 (afluente ao CETE Poli/UFRJ)
PC 02 Ponto de coleta 02 (efluente tratado do sistema de lodos ativados)
PC 03 Ponto de coleta 03 (Tanque de Aerao)
PC 04 Ponto de coleta 04 (Recirculao)
14
32
PC 03
PC 01
Esgoto
bruto
8
PC 02
Esgoto
tratado
7
Lodo Mistura Esgoto
Misturado
PC 04
5
6
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A grade tem como objetivo a remoo de slidos grosseiros e est localizada a jusante
da elevatria de esgoto bruto e a montante da caixa de areia. O material empregado
para sua confeco fibra de vidro. A grade tem espessura de 0,64 cm (),
comprimento de 5 cm e espaamento de 2,5 cm. Com essas dimenses, pode-se
consider-la como uma grade do tipo mdia. Sua profundidade de 80 cm e sua
limpeza realizada, periodicamente, duas vezes por semana, de forma manual.
O desarenador tem a funo de remover os minerais de maior densidade, evitando,
dessa forma, o comprometimento de diversos equipamentos. A caixa de areia
apresenta as seguintes dimenses: largura de 0,40 m, comprimento de 2,50 m e
profundidade de 1,0 m. Ela est instalada a jusante da grade de barras e sua limpeza
tambm feita manualmente, duas vezes por semana.
Figura 4.3a - Entrada de Esgoto e Grade.
Figura 4.3b - Caixa de Areia ou Desarenador.
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Aps a passagem pelo tratamento preliminar, o esgoto encaminhado a uma
elevatria onde se realiza sua mistura com o efluente do tanque equalizador,
composto pela diluio de lodo seco digerido com esgoto. Essa mistura garante que
os esgotos utilizados nos experimentos tenham suas caractersticas prximas quelas
tpicas de esgoto domstico. Na elevatria, encontra-se instalada uma bomba
submersvel ABS 400 com 3450 rpm e capacidade de recalque mxima de 34 m3/h.
Essa bomba recalca o esgoto at uma torre ou castelo responsvel pela alimentao
do tanque de aerao da unidade de Lodos Ativados, mostrado na figura 4.2.
4.2.2 Reator ou Tanque de Aerao
O reator a unidade responsvel por promover a decomposio aerbica do substrato
orgnico solvel do esgoto e pela formao de flocos biolgicos, que, posteriormente,
sero removidos por sedimentao no decantador secundrio. A recirculao desses
slidos eleva a concentrao de biomassa, garantindo assim a eficincia da remoo
da matria orgnica, aqui representada pela DBO e DQO.
O tanque instalado no CETE Poli/UFRJ possui extenso de 4,5 m, largura de 1,5 m
e profundidade de 3,0 m. O sistema de aerao consta de um compressor de ar Omell
(Potencia 2,2 HP) e de uma malha difusora de bolhas finas Sanitaire (20 cermicos
porosos) instalada no fundo do tanque. O tanque pode ser visto nas figuras 4.4a e
4.4b.
4.2.3 Decantadores Secundrios
O efluente do Tanque de Aerao encaminhado para dois decantadores
secundrios, fabricados em fibra de vidro, com superfcie quadrada de 1,70 m de lado
por 2,20 m de altura. Seu formato tronco piramidal apresenta inclinao de paredes,formando um ngulo de 60, como se observa nas figuras 4.5a e 4.5b.
Figura 4.4a Tanque Aerao Figura 4.4b Entrada do Esgoto afluente e derecirculao
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A alimentao dos decantadores d-se pela parte superior, atravs de uma tubulao
que se estende at o espelho da gua, onde se instalou um defletor concntrico ou
baffle de 50 cm de altura, minimizando a turbulncia do escoamento. Tal detalhe
pode ser observado na figura 4.6.
Figura 4.6 - Defletor concntrico ou Baffle
A utilizao dos dois decantadores visou atender norma da ABNT NB 570/1990
Projeto de Estao de Esgoto Sanitrio, que recomenda como taxa mxima de
aplicao em um decantador secundrio o valor de 36 m3/m2d. Por considerar esse
valor elevado, Jordo & Pessoa (2005) recomendam a adoo de uma taxa inferior a24 m3/m2d, com vistas obteno de um efluente mais lmpido. Sendo assim, a taxa
mxima adotada nesse trabalho foi 24 m3/m2d, atendendo s duas referncias acima
citadas.
O efluente decantado em cada decantador verte por meio de vertedores triangulares
v-notch, seguindo para uma calha coletora (figura 4.7a), onde se encontra instalado
um medidor tipo Parshall com uma garganta de 1 (2,54 cm), que permite a medio
de vazo dos esgotos tratados (figura 4.7b) em cada um dos decantadores.
Figura 4.5b - Vista Geral dos DecantadoresSecundrios
Figura 4.5a - Decantador Vazio
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4.2.4 Sistema de RecirculaoA retirada do lodo do fundo dos decantadores para recirculao feita por meio de um
sistema air-lift, usando o mesmo compressor que proporciona ar ao tanque de
aerao. A vazo aproximada de retirada de cada decantador oscila entre 70 e 100 l/h,
sendo essa operao realizada continuamente.
O lodo recirculado retirado do decantador por meio de tubulaes de PVC ( = 50
mm) e Ferro Fundido ( = 60 mm) e lanado em uma calha de concreto onde se
encontra instalado um medidor de vazo tipo Parshall de garganta de 1 (2,54 cm),seguindo ento para a entrada do tanque de aerao. Esse aparato ilustrado nas
figuras 4.8a a 4.8e.
Figura 4.7a - Sada do efluente doDecantador
Figura 4.7b - Medidor Parshall noDecantador Secundrio
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Figura 4.8d - Entrada do Lodo a Calha deConcreto
Figura 4.8e - Passagem do Lodo pela Calha Parshall
Figura 4.8a - Vista Geral do Sistema deRecirculao
Figura 4.8c - Chegada da Tubulao a Calhade Concreto
Figura 4.8b Sada da tubulao
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Alm dos sistemas mencionados anteriormente, existe uma tubulao responsvel por
retirar o lodo em excesso depositado no fundo dos decantadores. Esse lodo retirado
por gravidade e levado elevatria da CEDAE atravs de uma tubulao subterrnea
de PVC ( = 100 mm).
A tabela 4.1 apresenta um resumo das principais caractersticas das unidades
descritas anteriormente.
Tabela 4.1 Resumo das caractersticas das unidades do CETE Poli/UFRJ
TratamentoPreliminar
Descrio
Grade Caixa deAreia
Reator ouTanque deAerao
DecantadorSecundrio
Material Concreto ArmadoConcretoArmado Fibra de Vidro
Comprimento (m) 2,5 4,5 1,7
Largura (m) 0,4 1,5 1,7
Altura (m) 0,8 1,0 3,0 2,2
Volume (m3) 0,8 1,0 20,25 2,7
4.3 Condies Operacionais
4.3.1 Fase Preliminar
O objetivo dessa fase foi aclimatar o processo, permitindo a obteno de algumas
informaes caractersticas de operao da unidade. O perodo de coleta ocorreu
entre os dias 08/07/2004 e 13/10/2004, cujas informaes encontram-se apresentadas
no anexo A1.
A periodicidade de coleta foi de uma vez por semana. A vazo de operao foi de 0,45
L/s encaminhada a um decantador secundrio apenas. Os parmetros analisados
foram os slidos volteis no tanque de aerao (Xav), slidos sedimentveis aps 30
minutos de decantao (SD30), ndice volumtrico de lodo (IVL) e DQO.
4.3.2 Fase Experimental
Essa pesquisa foi desenvolvida entre outubro de 2004 at outubro de 2005, dividindo-
se em duas fases operacionais descritas a seguir.
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4.3.2.1 Fase A
Teve como objetivo principal operar o sistema como Lodos Ativados Convencional de
Aerao Contnua e caracterizar os parmetros do processo. Seu monitoramento teve
incio no dia 20/10/2004 e estendeu-se at o dia 17/03/2005.
Os principais parmetros analisados foram DQO, DBO5, SST (afluente, efluente,
recirculao e reator), SSV (afluente, efluente, recirculao e reator), DBOsol, SD30.
Adicionalmente, foram determinados parmetros importantes, a saber: idade do lodo
(IL) e relao alimento/microrganismos (A/M). Parmetros como SST e SSV no
descarte foram amostrados a partir do dia 16/02/2005.
Inicialmente, o descarte do lodo era dado s segundas-feiras, quartas, sextas e aos
domingos, s 7 horas e nos outros dias s 13 horas. O volume descartado era de 170litros, uma vez que a concentrao de slidos no tanque de aerao era baixa em
funo das caractersticas operacionais da fase preliminar (cinco descartes dirios e
pequena recirculao). A partir do dia 16/02/05 o descarte passou a ocorrer
diariamente s 13 horas (volume de 170 L), buscando o aumento da concentrao de
slidos no reator.
A vazo de operao inicial foi igual a utilizada na Fase Preliminar (0,45 L/s), obtendo
uma taxa de aplicao superficial no decantador (TAS) de 23 m3/m2d. Aps quatro
dias de operao nessas condies optou-se por diminuir a vazo de operao para
0,39 l/s com o objetivo de diminuir a taxa de aplicao superficial para 20 m3/m2d.
Aps tal alterao observou-se um melhor desempenho do processo, evidenciado por
seus parmetros de controle. Durante a Fase A, a sedimentao secundria fez uso
de apenas um decantador.
No anexo A2 encontram-se os dados de DQO, DBO e SS determinados nessa fase,
juntamente com suas respectivas vazes e os demais parmetros obtidos ou
calculados, respectivamente.
4.3.2.2 Fase B
Essa fase teve como caracterstica a introduo do meio de suporte plstico no
Tanque de Aerao. O incio do monitoramento ocorreu em 03/05/2005, um ms aps
a insero das peas plsticas, garantindo assim a formao de biofilme na sua
superfcie.
O descarte do lodo era feito todos os dias de operao, s 13 horas, exceto algunsdias, nos quais os teores de slidos no tanque abaixavam por causa de problemas
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tcnicos. O volume descartado era de 370 L por cada decantador, ou seja, eram
descartados 740 L por dia.
A vazo de operao na Fase B foi de 0,59 L/s, equivalente a 1,5 vezes a vazo da
Fase A (0,39 l/s). Para evitar a elevao excessiva da taxa de aplicao superficial nodecantador, optou-se por empregar dois decantadores secundrios em paralelo. O
volume inicialmente introduzido de peas plsticas foi de 2,0 m3, equivalente a 10% do
volume do tanque de aerao. Aps duas semanas de operao nessas condies,
adicionaram-se mais 2,0 m3 de peas plsticas, operando sob a mesma vazo (0,59
l/s) e mesma TAS (15 m3/m2d). Num segundo momento, adotou-se a vazo de 0,78 l/s
e TAS de 20 m3/m2d como nova condio operacional, cujo monitoramento foi feito por
12 semanas.
Por ltimo testou-se o comportamento do sistema de tratamento para as vazes de
0,88 L/s e 0,95 L/s, com as TAS de 22 m 3/m2d e 24 m3/m2d, respectivamente. As
quantidades do meio suporte suspensas no tanque de aerao foram as mesmas
utilizadas anteriormente.
Os resultados de concentraes de DQO, DBO e SS podem ser observados no anexo
A3. No mesmo anexo apresentam-se os demais parmetros determinados para essa
fase. A tabela 4.2 apresenta um resumo das principais caractersticas das Fases A e
B. A tabela 4.3 apresenta como ser denominada cada fase com relao s mudanas
de vazes, sendo essa a nomenclatura utilizada durante a pesquisa nos grficos e
tabelas.
Tabela 4.2 - Caractersticas das Fases A e B
TAS = Taxa de aplicao superficial %V = Porcentagem de volume do reator
FaseN
AmostrasQ (l/s)
NDecantadores
A/MA/M
equivalenteTAS
m3/m2d%V
NdePeas(und)
Tempo deoperao
(dias)0,45 0,56 23 40,39 0,16 20 21
0,59 0,73 0,36 15 10 40000 60,59 0,52 0,28 15 20 80000 30,78 0,98 0,39 20 20 80000 280,88 0,78 0,35 22 20 80000 80,95 1,00 0,47 24 20 80000 8
- -1
2
-A
B
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Tabela 4.3 Nomenclatura das Fases com relao s diferentes vazes.
4.4 Caracterizao do Meio Suporte Mvel (MBBR)
O meio suporte usado nessa pesquisa foi fabricado e fornecido pela empresa Ambio
Engenharia. Essa pea cilndrica, lisa na superfcie e com divises em sua parteinterna, como mostra a figura 4.9a. Suas dimenses so 23 mm de dimetro e 25 mm
de altura. A densidade de cada meio suporte encontra-se entre 0,99 a 1 g/cm 3, sua
rea de 0,0222 m2 e rea superficial ou de contacto equivalente a 443.50 m2/m3.
Esse ltimo dado foi calculado nessa pesquisa e seus resultados encontram-se no
anexo A5. A determinao da quantidade de peas contidas em 1,0 m3 foi feita com
auxlio de um tanque com esse volume (figura 4.9b). O valor encontrado foi de 20.000
peas por metro cbico.
Figura 4.9a - Meio Suporte
Fase Q (l/s) %V% Vazo
aumentadaA/M
0,45 - - A"0,39 - Q1 A"0,59 10 1,5 Q1 B110,59 20 1,5 Q1 B120,78 20 2,0 Q1 B20,88 20 2,25 Q1 B30,95 20 2,5 Q1 B4
B
A
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Procederam-se quatro ensaios com objetivo de estimar a quantidade de biomassa
acumulada no interior das peas. Esses testes foram realizados no Laboratrio de
Engenharia do Meio Ambiente da Poli/UFRJ (LEMA Poli/UFRJ). Os primeiros trs
ensaios seguiram o seguinte protocolo (Figuras 4.10a at 4.10f):
Para cada ensaio tomaram-se 20 peas com biofilme, colocadas
separadamente em cpsulas de porcelana, sendo devidamente pesadas emuma balana analtica eletrnica (Quimis/RS232). O peso mdio da pea sem
biofilme definido como P1.
Levaram-se essas cpsulas para a estufa (Quimis/Q-317B) a uma temperatura
de 103C, por no mnimo uma hora, de forma a permitir a evaporao do
lquido.
Deixaram-se as amostras esfriarem por 40 minutos para, a seguir, serem
pesadas novamente, obtendo assim P2.
A diferena entre os pesos P1 e P2 determinou a massa de slidos retidos em
cada pea = P total.
A partir desses resultados determinou-se uma mdia para cada ensaio e uma
mdia geral; essa foi ento utilizada na determinao de SS aderida pea em
cada fase da Fase B, como est apresentada na tabela 5.18, no captulo 5.
Figura 4.9b - Tanque de 1 mpreenchido com Meio Suporte
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Figura 4.10a - Pesagem do Meio Suporte
com biofilme aderido
Figura 4.10c - Meio Suporte dentro daEstufa
Figura 4.10d - Meio Suporte com biofilmeseco
Figura 4.10f - Pesagem do Meio Suportesem biofilme
Figura 4.10e - Pesagem do MeioSuporte com biofilme aderido
Figura 4.10b - Meio Suporte na
cpsula de porcelana
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No captulo 5, a tabela 5.18 formada por dez colunas. O significado de cada coluna
explicado a seguir:
Coluna 1: Indica a Fase de clculo.
Coluna 2: Indica a Quantidade de Slidos em Suspenso Total aderidos s peas.
Considera-se esse valor constante, pois o ensaio feito para esse clculo foi realizado
durante uma fase da pesquisa.
Coluna 3: Indica a rea de contato da pea. Esse valor tambm constante durante a
pesquisa, pois as peas so iguais.
Coluna 4: Indica as Gramas de Slidos em Suspenso por metro quadrado. Calcula-se
esse valor baseando-se na relao existente entre a quantidade de SST aderidos pea e a rea de contato da pea.
Coluna 5: Indica o Nmero de pea. Esse valor calculado com dados subministrados
pela empresa fabricante, segundo a qual, por cada metro quadrado, existem 20000
peas. Durante essa fase trabalha-se com dois (40000 peas) e quatro (80000 peas)
metros quadrados.
Coluna 6: Indica a Massa Aderida, a qual se calcula ao multiplicar a coluna 2 (SST
aderidos s peas) com a 5 (Nmero de peas).
Coluna 7: Indica os Slidos em Suspenso no Tanque de Aerao, clculo obtido no
laboratrio pela mdia para cada fase.
Coluna 8: Indica a Massa em Suspenso no Tanque de Aerao. Calcula-se esse
valor ao multiplicar a coluna 7 (SSTA) pelo volume do tanque de aerao.
Coluna 9: Indica a Massa Total, a qual se calcula com a somatria entre a coluna 6
(massa aderida pea) e a coluna 8 (massa em suspenso no tanque de aerao).
Coluna 10: Indica os Slidos em Suspenso Totais Equivalentes; valor calculado pela
relao entre a coluna 9 (massa total) e o volume do tanque de aerao.
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4.5 Monitoramento da Unidade
4.5.1 Perodo de Monitoramento
Como foi mencionado anteriormente, o monitoramento foi feito de outubro de 2004 at
outubro de 2005. As amostragens foram do tipo amostra composta, de 8h da manhat 15h da tarde.
Na Fase A, eram realizadas duas amostragens semanais, ocorridas s quartas-feiras
e quintas-feiras. Esse procedimento estendeu-se at fevereiro de 2005. A partir de
maro de 2005 as coletas passaram a ocorrer tambm s teras-feiras, totalizando
trs amostragens semanais.
A Fase B, iniciada em maio de 2005, procedeu s coletas s teras-feiras, quartas-
feiras e quintas-feiras. Esporadicamente algumas coletas foram realizadas s
segundas-feiras.
4.5.2 Sistema de Amostragem
Os pontos de coleta de amostras e os parmetros de controle foram escolhidos de
modo a melhor monitorar o desempenho da unidade. Esses pontos esto identificados
na figura 4.2 e descritos na tabela 4.4, abaixo.
Tabela 4.4 - Pontos de Coleta.
1. A coleta composta foi feita de hora em hora, comeando s 8 horas e terminando s 15 horas, com freqncia de 3a 4 vezes por semana.
2. OD foi feito s 15 horas, diariamente.
3. A coleta simples foi do tipo pontual, realizada no horrio da manh (8-9 h) com freqncia de 4 vezes por semana.
DQODBO5
SS
DQO
DBO5SS
TurbidezpHSS
OD 2
SD30
P04 Recirculao SS Simples
Anlise Fsico-Qumico
DecantadorSecundrio
P02
P01
Ponto LocalForma de
Coleta
TanqueEqualizador Composta
1
Composta
P03Reator ouTanque deAerao
Simples 3
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4.5.3 Parmetros Fsicos Qumicos
Os parmetros analisados durante a pesquisa foram determinados no LEMA
Poli/UFRJ, segundo o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater
(WEF,1998) e encontram-se listados na tabela 4.5, juntamente com os respectivos
pontos de coleta.
Tabela 4.5. Parmetros analisados nos diferentes pontos de coleta.
ParmetroLugar de
Coleta Analise RealizadoP01P02P01 TotaisP02 SolvelP01
P02P03P04
OD* P03 Oxignio dissolvidoTurbidez** P04 Turbidez
Temp P03 C
Quantidade de lodosedimentado (ml) em um litro
de amostra aps 30 min
(Cone Imhoff)
SD30*** P03
Totais
Volteis
DQO Totais
DBO
SS
* OD foi determinado com auxlio de um Oxmetro Tipo OX1/SET - marca SCHOTT, com eletrodo e cabo flexvel. Esseparmetro foi medido em trs diferentes pontos na vertical do tanque de aerao: superfcie (a 2,50 m do fundo), mdio(1,25 m do fundo) e fundo (0,50 m do fundo).
** Turbidez foi medida com auxlio de dois aparelhos: Turbidmetro Nefelomtrico (OBBERCO-HELLIGE) determinao de campo, e Datalogin Porttil Spectrofotometro (unidade em FAU) determinao de laboratrio. NoAnexo A4 encontra-se uma curva que trabalha a equivalncia desse parmetro medido no campo com o medido nolaboratrio.
*** Esse parmetro foi determinado no campo com auxlio do Cone Imhoff.
4.5.4 Clculo do ndice Volumtrico do Lodo (IVL)
Embora tradicionalmente o ensaio de IVL seja feito com proveta graduada de 1000 ml,
nessa pesquisa utiliza-se Cone Imhoff de 1000 ml com decantao de 30 minutos,
tomando-se essas medidas para o clculo IVL atravs da equao 3.4. No se prev
resultados dspares.
4.5.5 Clculo de Slidos em Suspenso no Descarte do Lodo em Excesso
Para fazer tal avaliao, optou-se por conduzir o lodo acumulado nos dois
decantadores ao poo de suco da CETE Poli/UFRJ por meio das tubulaes
intercomunicantes. No tanque (de fibra de vidro) com dimenses conhecidas e vazias
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no momento do ensaio, tornou-se possvel medir o volume descartado atravs da
altura de lmina lquida de lodo.
Para permitir a limpeza da tubulao, nenhuma coleta foi realizada nos primeiros 30
segundos de teste. Aps esse intervalo de tempo as amostragens foram realizadasaps 30 segundos, 50 segundos e 60 segundos. Os resultados obtidos encontram-se
na tabela 5.25 do captulo 5.
4.5.6 Caracterizao da Vazo de Recirculao
Para determinar a vazo de recirculao ao reator foram realizados dois ensaios
diferentes. O primeiro consistiu em tomar o tempo requerido pelo lodo recirculado para
preencher um recipiente de volume conhecido. O ponto de monitoramento foi na sada
da tubulao que liga o fundo dos decantadores calha Parshall, precedente aotanque de aerao. Com esses valores calculou-se a vazo de recirculao. O
segundo recurso utilizado foi o controle peridico da vazo de recirculao, medida
diretamente na calha Parshall instalada a montante do tanque de aerao. Os
resultados encontrados encontram-se resumidos no anexo A.6.
4.5.7 Parmetros Microbiolgicos
As anlises microbiolgicas foram realizadas pelo Laboratrio de Controle de Poluio
de guas COPPE (Protozorios) e pelo Laboratrio de Zoonoses Bacterianas doDepartamento de Bacteriologia (IOC/FIOCRUZ), com o objetivo de identificar os
microrganismos predominantes no tanque de aerao e no meio suporte.
Microscopia de Protozorios e outros
A identificao dos protozorios predominantes foi realizada em trs diferentes
amostras, que apresentaram resultados semelhantes. O protocolo de anlises,
mostrado nas figuras 4.11a at 4.11c, est descrito a seguir:
Coletou-se em um frasco o esgoto do tanque de aerao, juntamente com
vrias peas de meio suporte;
Foi adicionada, em duas diferentes placas de Petri, uma gota de esgoto e
biomassa removida do meio suporte;
As duas placas foram levadas ao microscpio Hund Wetzlar H500, cujo
aumento usado foi de 100 e 400 vezes, possibilitando assim a identificao dos
protozorios.
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A identificao de protozorios e metazorios utilizou como referncia a classificao
proposta pelo manual da CETESB (1989), presente no anexo A.7 e A.8.
Bacterioscopia pelo Mtodo de Gram
As anlises para identificao das bactrias predominantes foram realizadas noIOC/FIOCRUZ. Para tanto foram coletadas 10 amostras, no perodo de operao da
Fase II, sob as vazes de 0,88 L/s e 0,95 L/s. A metodologia de ensaio dividiu-se em
duas etapas, descritas a seguir.
a. Coleta
Foram coletadas as amostras em dois frascos de 120 ml e num swab esterilizado
(meio de Carry & Blair). No primeiro frasco foi armazenado esgoto do tanque de
Figura 4.11a - Placa de Petri comamostra
Figura 4.11b - Microscpio Hund
Wetzlar H500
Figura 4.11c - Lentes de Aumento
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aerao e no segundo esgoto, acrescido de meio suporte. A biomassa aderida ao
meio suporte foi previamente raspada e depositada nesse ltimo frasco.
b. Atividades Laboratoriais
Os procedimentos adotados em laboratrio foram:
O contedo coletado foi distribudo em tubos com volumes idnticos (40 ml)
dentro de uma cmara de proteo biolgica (Veco/Bio-protector09) e
centrifugada a 3500 rpm por 30 minutos a uma temperatura de 4 C
(Eppendorf/Centrifuge5810R). Feita a centrifugao eliminou-se o lquido
excedente em cada tubo;
Dos tubos com os sedimentos (frascos 1 e 2) e do swab, fez-se a semeadurapor esgotamento com ala bacteriolgica em placas de Petri, utilizando trs
diferentes meios: Agar Mac Conkey (recomendado para identificao de
membros das famlias Esterobacterincesee de Baciliosde Gram-positivo no
fermentadores), Agar Nutrientes 0001 (recomendado como meio de cultivo
geral para a maior parte de microrganismos menos exigentes) e Agar
Cetrimide (recomendado como meio seletivo para Psedomonas e afins);
Aps a semeadura dos meios, feita em duplicata, as placas foram encubadasa 37C e a temperatura ambiente (28 30C) por um perodo entre 24 a 48
horas;
As colnias desenvolvidas nos diferentes meios foram selecionadas a partir
de suas caractersticas morfolgicas. Aquelas predominantes foram
inoculadas em um meio de triagem (Costa & Vrnin) e incubadas a 37C por
24 horas. Esse meio de triagem fornece as informaes sobre o
comportamento bioqumico das colnias isoladas, tais como: aes sobre alactose e/ou sacarose, hidrlise da uria, mobilidade e produo de H2S;
A leitura do comportamento fisiolgico das bactrias no meio de triagem
permitiu uma identificao presuntiva (anexo A9).
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As figuras 4.12a at 4.12d mostram os aparelhos e materiais usados IOC/FIOCRUZ
para esse estudo.
Figura 4.11a - Cmara de proteo
biolgica (Veco/Bio-protector09)
Figura 4.11b - Placas de Petri sem
semeadura
Figura 4.11c - Placas de Petri com crescimento de bactrias
Figura 4.11d - Centrfuga (Eppendorf/Centrifuge5810R)
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4.5.8 Anlises Estatsticas
Apresenta-se um resumo das estatsticas descritivas das concentraes (DQO, DBO e
SST) afluentes e efluentes da Fase A e da Fase B e as eficincias de suas respectivas
concentraes, com seus respectivos grficos Box and Wiskers (grficos obtidosmediante as planilhas de Von Sperling) dos resultados das tabelas anteriores. Os
grficos ilustram a eficincia de remoo das concentraes mdias, com 75% e com
90% percentil (DQO, DBO e SST) para cada vazo usada nessa pesquisa.
Para a Fase B, necessrio:
Aplicar, para esses mesmos parmetros (DQO, DBO e SST), a prova de
Kolmogorov, o que indica a normalidade dos dados no afluente, efluente e
eficincia. Essa informao encontrada utilizando como ferramenta um
programa de estatstica (SPSS). necessrio formular duas hipteses:
Ho = Dados que se ajustam a uma distribuio normal
H1 = Dados que no se ajustam a uma distribuio normal
Aceitando Ho quando o valor de P for superior a 0.05 e rejeitando caso contrrio,
obtm-se uma confiabilidade de 95% nos resultados.
Se o resultado apresentar normalidade nas amostras do afluente e efluente, ento o
estudo de comparao entre vazes far-se- com eficincia.
Achar a anlise de varincia para testar se existem diferenas significativas entre
as mdias dos parmetros DQO, DBO e SST, utilizando ANOVA (anlises de
varincia). Para essa anlise tomam-se as seguintes hipteses:
Ho = no existem diferenas significativas entre as mdias
H1 = existem diferenas significativas entre as mdias
Aceita-se Ho quando o valor de significncia superior a 0.05, caso contrrio
aceita-se H1, com uma confiabilidade de 95% nos resultados.
A Prova de T-Student feita para verificar qual o melhor comportamento dentre
as vazes testadas nessa pesquisa. Para a aplicao dessa prova toma-se como
referncia a nomenclatura utilizada na tabela 4.3 desse captulo, utilizando como
B1 os valores B11 e B12 juntos. Essa prova aplicada para as concentraes
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(DQO, DBO e SST), para suas eficincias e para comparar os parmetros
anteriormente mencionados com os parmetros de lanamento das legislaes de
RJ, SP e MG.
No caso da avaliao das mdias considera-se o seguinte:
Ho = no existem diferenas significativas entre as mdias (1 = 2)
H1 = existem diferenas significativas entre as mdias (1 2)
4.6 Padres de Lanamento de Efluente
Para a anlise dos padres de lanamento de efluentes lquidos foram considerados
os instrumentos legais vigentes nos Estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e So
Paulo, que so respectivamente: Diretriz FEEMA-RJ DZ.215-R.3, Deliberao
FEAMMG COPAM n 10 e CETESB-SP Decreto n 8.468.
A DZ.215-R.3 (RJ) estabelece diretriz de controle da carga orgnica biodegradvel em
efluentes lquidos de origem no industrial, definindo concentraes mximas de DBO
e SST efluentes e eficincia mnima de remoo de matria orgnica em funo da
carga orgnica afluente unidade de tratamento. Os valores estabelecidos por essa
normativa so: (1) para carga orgnica afluente superior a 80 kgDBO/dia, a
concentrao mxima de DBO e SST deve ser de 40 mg/l; (2) para carga orgnicaafluente entre 25 kgDBO/dia e 80 kgDBO/dia, a concentrao mxima de DBO e SST
deve ser de 60 mg/l.
A Deliberao Normativa FEAM-MG COPAM n 10 estabelece normas e padres para
qualidade das guas e lanamento de efluentes nas colees de gua impondo
concentraes efluentes mximas de DBO e SST de 60mg/l e de DQO de 90mg/l
(esse limite poder ser ultrapassado no caso do sistema de tratamento reduzir a carga
poluidora de efluente em no mnimo 90%).
O Decreto n 8.468 da CETESB-SP regulamenta a Lei n 997, que dispe sobre a
preveno e o controle da poluio do meio ambiente e prev concentraes efluentes
mximas de DBO de 60mg/l.
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5. RESULTADOS E DISCUSSO
Nessa pesquisa foram analisados os seguintes parmetros:
DQO, DBO, SST, SSV (concentraes, eficincias de remoo) no afluente ao
tanque de aerao e no efluente do decantador secundrio.
DBO solvel no efluente do decantador secundrio na Fase B.
Slidos em Suspenso no tanque de aerao (SSTA) e slidos em suspenso
volteis no tanque de aerao (SSVTA).
Slidos em suspenso aderidos a peas (meio suporte) no interior do tanquede aerao.
Slidos sedimentveis aps 30 minutos no Cone Imhoff.
Oxignio dissolvido no interior do tanque de aerao.
Microbiologia (observada na Fase B).
pH, turbidez e temperatura do afluente ao tanque de aerao.
Teor de Slidos do lodo descartado.
Foi tambm avaliado o atendimento aos padres de lanamento dos efluentes lquidos
nos estados de Rio de Janeiro, Minas Gerais e So Paulo.
Cada item compreende duas partes:
Apresentao dos resultados obtidos.
Discusso dos resultados apresentados.
A tabela 5.1 indica os resultados mdios no afluente, efluente e porcentagem de
remoo das concentraes de DQO, DBO, SST e dentro do Tanque de Aerao da
Fase Preliminar. No anexo B1 tem-se uma amostra de todos os valores com os quais
as mdias foram calculadas.
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Tabela 5.1: Resultados mdios de Concentraes (DBO, DQO e SST) da FasePreliminar.
Afluente Efluente % Afluente Efluente % Afluente Efluente % SST SSV
Mdia 461 134 70 210 55 73 250 30 86 3118 2256Fase com Q= 0,45 l/s
DQO DBO SST Tanque Aerao
A tabela 5.2 apresenta os resultados mdios no afluente, efluente e porcentagem de
remoo das concentraes de DQO, DBO e SST da Fase A, operando sob condies
convencionais do processo de lodos ativados. O anexo B2 apresenta uma amostra de
todos os valores usados para o clculo das mdias.
Tabela 5.2: Resultados mdios de Concentraes (DBO, DQO e SST) da Fase A
Afluente Efluente % Afluente Efluente % Afluente Efluente %
Mdia 409 54 87 128 30 77 272 46 76
Mdia 531 92 81 168 26 84 385 33 91
Fase A" (Q= 0,45 l/s)
Fase A (Q= 0,39 l/s )
DQO (mg/l) DBO (mg/l) SST (mg/l)
A tabela 5.3 apresenta os resultados mdios no afluente, efluente e porcentagem de
remoo das concentraes de DQO, DBO e SST da Fase B, utilizando a tecnologia
MBBR. No anexo B3 tem-se uma amostra de todos os valores a partir dos quais as
mdias foram calculadas.
Tabela 5.3: Resultados mdias de Concentraes (DQO, DBO, DBOsol e SST) da
Fase BDBOsol mg/l
Afluente Efluente % Afluente Efluente % Efluente Afluente Efluente %
Mdia 406 37 91 145 16 89 7 427 9 98
Mdia 491 26 93 227 11 94 6 443 28 93
Mdia 527 55 88 215 23 89 10 386 35 89
Mdia 434 48 88 155 20 87 10 349 35 88
Mdia 559 63 88 246 28 88 17 500 29 93
DQO mg/l DBO mg/l SST mg/l
Fase B4 (Q= 0,95 l/s 20%V)
Fase B11 (Q= 0,59 l/s 10%V)
Fase B12 (Q= 0,59 l/s 20%V)
Fase B2 (Q= 0,78 l/s 20%V)
Fase B3 (Q= 0,88 l/s 20%V)
Em relao aos resultados complementares, mostram-se, atravs da tabela 5.4, osvalores mdios, mximos e mnimos que foram verificados durante a pesquisa no caso
de pH, temperatura (C) e turbidez (nefelometrico / FAU), dados obtidos dentro do
Tanque de Aerao. No anexo B4 tem-se uma amostra de todos os valores de onde
as mdias foram calculadas.
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Tabela 5.4: Valores mdios, mximos e mnimos de resultados complementaresdentro do Tanque de Aerao.
Valores pHTemperatura
(C) Nefelomtrico FAU
Mdia 6,58 26,9 47 85Mximo 8,03 33,1 784 1224Mnimo 5,33 20,4 7 24
Turbidez
Vale recordar que a nomenclatura utilizada durante a pesquisa nos grficos e tabelas
a mesma mencionada na tabela 4.3 do captulo da metodologia. Na Fase A, tem-se:
A a vazo de 0,45 l/s e A a v
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