PROCESSO DE LODO ATIVADO PROCESSO DE LODO ATIVADO

PROCESSO DE LODO ATIVADO

PROCESSO DE LODO ATIVADO Ø Processo aeróbio Ø Crescimento em suspensão (Flocos biológicos) Ø Retenção de biomassa (Retorno de lodo a partir dos decantadores secundários) • Ar difuso ØSistema de aeração • Aeração superficial

PROCESSO DE LODO ATIVADO Tanque de Aeração Separação sólido líquido Esgoto tratado Lodo em excesso Tanque de Aeração Lodo em excesso Separação sólido líquido Esgoto tratado

PROCESSO DE LODO ATIVADO CONDIÇÕES AMBIENTAIS Ø Disponibilidade de oxigênio Ø Disponibilidade de nutrientes (N e P) Ø p. H adequado (Neutro) Ø Ausência de substâncias tóxicas Ø Temperatura

PROCESSO DE LODO ATIVADO LODO BIOLÓGICO

TANQUE DE AERAÇÃO ETE PARQUE NOVO MUNDO

TANQUE DE AERAÇÃO ETE PARQUE NOVO MUNDO

SOPRADOR DE AR ETE PARQUE NOVO MUNDO

TANQUE DE AERAÇÃO ETE SUZANO

SISTEMAS DE AERAÇÃO POR AERADORES SUPERFICIAIS

SISTEMAS DE AERAÇÃO POR AERADORES SUPERFICIAIS

DECANTADOR SECUNDÁRIO ETE ABC

PROCESSO DE LODO ATIVADO MODELAÇÃO MATEMÁTICA Ø O reator biológico comporta-se como um reator de mistura completa ØSubstrato: Matéria orgânica biodegradável ØSubtrato (Quantificação): DBO 5, 20 ØMicrorganismos (Quantificação): SSV ØCultura microbiana heterogênea ØMacro e micro-nutrientes em excesso ØPresença de oxigênio

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS Q, S 0, X 0 V, X Decantador Secundário Tanque de Aeração Qr, Xr QD, Xr Lodo em excesso Volume de controle (Q - QD), Se, Xe Esgoto tratado

Balanço de massa de substrato em torno do tanque de aeração: Q. So + Qr. Se - (Q + Qr). Se - V. S/ t = 0 Definindo-se a taxa específica de utilização do substrato, U: massa de substrato (Kg. DBO) consumido por dia U = massa de células (Kg. SSV) no reator S/ t U = X S/ t = U. X Q. So + Qr. Se - Q. Se + Qr. Se - V. U. X = 0 Q. (So - Se) U = V. X Q. So (A/M) = V. X

CONTROLE DO PROCESSO DE LODO ATIVADO Baixa concentração de DBO 5, 20 solúvel no efluente final Baixa concentração de SST no efluente final Índice Volumétrico de Lodo (IVL) Significado físico: Volume ocupado (em ml) por 1 grama de lodo biológico Controle da idade do lodo • Operação adequada dos decantadores secundários • Controle da sedimentabilidade do lodo IVL

RELAÇÃO A/M E SEDIMENTABILIDADE DO LODO Alimento/Microrganismos (A/M)

Tempo Médio de Residência Celular (Idade do Lodo) massa de células (Kg. SSV) no tanque de aeração c = massa de células (Kg. SSV) descarregadas por dia V. X c = Qd. Xr + (Q - Qd). Xe Desprezando-se as perdas com o efluente final: V. X c = Q d. Xr Considerando-se a retirada de lodo diretamente do tanque de aeração: V. X c = Qd. X V c = Qd

Balanço de massa de microrganismos (SSV) no sistema: Q. Xo – [ Qd. Xr + (Q - Qd). Xe ] + V. X/ t = 0 Onde X/ t representa o crescimento global de microrganismos Crescimento biológico: massa de células (Kg. SSV) produzidas por dia = massa de células (Kg. SSV) no reator Decaimento por metabolismo endógeno: massa de células (Kg. SSV) destruídas por dia kd = massa de células (Kg. SSV) no reator

X / t = ( - kd ). X – [ Qd. Xr + (Q - Qd). Xe ] + V. X. ( - kd ) = 0 [ Qd. Xr + (Q - Qd). Xe ] - kd = V. X 1 / c = - k d Coeficiente de síntese celular, Y: = Y. U 1 / c = Y. U - k d So - S e U = td. X 1 / c S o - Se = Y. - kd

Parâmetro / Variante Sistemas Convencionais Aeração Prolongada Fluxo de pistão Mistura completa Faixa típica NBR - 570 Faixa típica Tempo de detenção hidráulico (horas) 4 a 8 >1 18 a 36 Idade do lodo (dias) 3 a 10 20 a 30 Concentração SSVTA (mg/L) 1. 500 a 3. 000 a 6. 000 Relação (A/M) (kg. DBO 5/kg. SSV. dia) 0, 2 a 0, 5 0, 05 a 0, 15 Fator de carga (f) (kg. DBO 5/kg. SS. dia) 0, 16 a 0, 4 0, 05 – 0, 10 Fator de recirculação de lodo (Qr / Q) 0, 5 a 0, 75 a 1, 5 NBR - 570 Necessidade de oxigênio (kg. O 2/kg. DBOaplicada) > 1, 5 Densidade de potência no Tanque de Aeração (w / m 3 ) >10

PROCESSO DE LODO ATIVADO CONVENCIONAL Grade Caixa de areia Decantador Primário Tanque de Aeração Decantador Secundário Rio Água retirada Adensamento do lodo Digestão Secagem Lodo “Seco”

PROCESSO DE LODO ATIVADO COM AERAÇÃO PROLONGADA Grade Caixa de areia Tanque de Aeração Decantador Secundário Rio Água retirada do lodo Adensamento Secagem Lodo “Seco”

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS COM AERAÇÃO PROLONGADA EM BATELADA Grade Caixa de areia Tanque de. Aeração Decantador Secundário Rio Água retirada do lodo Adensamento Secagem Lodo “Seco”

LODOS ATIVADOS EM BATELADAS Reator Esgoto bruto Ar + agitação N. A. mín. Efluente tratado Líquido Sólidos Espera Enchimento Retirada de lodo de excesso Reação Sedimentação Retirada de efluente tratado Altura de segurança

LODOS ATIVADOS EM BATELADAS Enchimento + reação Retirada de Efluente Reação tratado Sedimentação Espera REATOR 1 REATOR 2 Sedimentação Reação Espera Retirada de Efluente tratado Enchimento + reação

Lodo ativado em bateladas

A situação mais desfavorável corresponde à alimentação de um tanque durante uma hora e trinta minutos com a vazão máxima horária e , portanto: VEsg = 1, 5 x (1, 8 x 126, 6) x 3, 6 = 1. 230 m 3 Conclui-se que cada tanque de aeração deverá possuir volume útil de 1. 442 + 1. 230 = 2. 672 m 3. Além disso, costuma-se reservar uma altura adicional de 0, 60 m para que a retirada do esgoto decantado não ocorra até a superfície do lodo sedimentado. Profundidade útil dos tanques de aeração/decantação : 4, 0 m Área dos tanques: (1. 442 + 1. 230) / 3, 4 = 786 m 2 Relação comprimento/ largura 4/1 (14 m x 56 m) = 784 m 2 Volume útil: 784 x 4 = 3. 136 m 3 Concentração SSTA (X): X = V. X / V = 46. 138 / (3. 136 /4) = 3, 7 kg / m 3

Considerando-se o emprego de aeradores superficiais de baixa rotação, com capacidade de transferência de oxigênio de 0, 9 kg O 2 / CV x hora, já nas condições de campo, temse a seguinte potência total a ser instalada nos tanques: PNEC = 577 / 0, 9 = 641 CV ou 641 / 4 = 160 CV por tanque (foram considerados quatro tanques de aeração)

Dimensionamento do Sistema de Aeração Escolhido O sistema de aeração a ser utilizado será por ar difuso, com soprador de ar tipo Roots e difusores de bolha fina, de membrana de EPDM. Necessidades de Oxigênio Sendo o sistema de tratamento biológico por aeração prolongada, ocorrerá a nitrificação, o que implica na necessidade de oxigênio para a demanda de nitrificação, além da carbonácea.

Demandas de oxigênio consideradas O 2 carbonácea = 1, 6 kg. O 2 / kg DBO O 2 carbonácea = 1, 6 x 385 = 616 kg O 2 / d O 2 nitrificação = 4, 57 (N - NKTdisponível) N - NKTdisponível = N-NKTafluente - 0, 10 Xv Xv = 0, 55 kg SSV / kg DBO removida Eficiência na remoção de DBO: 95 % N - NKTdisponível = 0, 9 x 58 - 0, 10 x 0, 55 x 0, 95 x 385 N - NKTdisponível = 32, 1 kg N / d O 2 nitrificação = 4, 57 x 32, 1 = 147 kg O 2 / d O 2 necessário = 616 + 147 = 763 kg O 2 / dia 763 / 385 = 1, 98 kg O 2 / kg DBO aplicada Será adotada a necessidade de oxigênio de 2, 0 kg O 2 / kg DBO apl. O 2 nec = 2 x 385 = 770 kg O 2 / dia = 770 / 24 = 32, 1 kg O 2 / hora

Capacidade de Transferência de Oxigênio No = capacidade de transferência de oxigênio do sistema de aeração, nas condições de teste (água limpa) N = capacidade de transferência de oxigênio do sistema de aeração, nas condições de campo N = N 0. = coeficiente de correção para as condições de campo = x Csw = concentração de saturação de O 2 a 28 o. C = 7, 9 mg/L CL = concentração de O 2 no tanque reator = 1, 5 mg/L T = temperatura no tanque reator = 28 o. C = fator de correção salinidade / tensão superficial = 0, 95 = relação KLa (esgoto) / KLa (água) = 0, 85 = x 0, 85 0, 64

Eficiência na transferência de oxigênio dissolvido pelos difusores: 39% Eficiência global na transferência de oxigênio, em campo: Tem-se: η = ηo x λ = 0, 39 x 0, 64 = 0, 25 Portanto tem-se: O 2 necessário = = 129 kg O 2 / hora Considerando-se 23, 2 % de Oxigênio no ar, tem-se: Massa de ar necessária = = 556 kg ar / hora Considerando-se a massa específica do ar, ρ = 1, 2 kg / m 3, tem-se: Volume de ar necessário = = 463 m 3 ar / hora Volume de ar necessário = = 7, 7 Nm 3 Ar / minuto Deverão ser utilizados 02 (dois) sopradores de ar (um de reserva), cada um com capacidade para a vazão de 10 Nm 3 Ar / minuto e pressão de 7 m. c. a. (6 m de profundidade útil dos tanques + 1 m de perda de carga estimada na linha de ar).

Determinação da potência dos sopradores de ar Pw = [(w. RT)/8, 41 x e]x[(P/Po)0, 283 -1] Pw : potência requerida em cada soprador em k. W w : fluxo da massa de ar em kg/s R = constante do gas, 8, 314 k. J / mol ºK 8, 41: constante do ar, kg / o. K mol To = temperatura de entrada, ºK Po = pressão absoluta de entrada em atmosfera e a 15 m de altitude e 303 º K Perda de carga estimada = 1, 0 m Lâmina de água sobre o difusor = 6, 0 m

Pressão total = 6, 0 m + 1, 0 m= 7, 0 m P = ( 7, 0+10, 33) / 10, 33 = 1, 678 atm. Po = 1, 0 atm a 15 m de altitude k. W = 19, 4 cv Portanto são necessários 02 (dois) sopradores (01 + 01 de reserva) de ar de 20 cv de potência do motor. Deverão ser adquiridos 02 (01 + 01 de reserva) sopradores de ar tipo Roots Trilóbulo marca OMEL modelo SRTEV/II - 1927, ou similar.

Principais características: - Rotação: 2900 RPM / Potência Consumida: 27, 5 BHP / Temperatura de descarga: 100 ºC. - Nível de ruído (a 1 metro da fonte, em campo aberto com os silenciadores instalados): Sem cabine: 91 (+/-2) d. B (A), Com Cabine: 72 (+/-2) d. B (A). Gás aspirado: AR - Temperatura: 30 ºC Capacidade de aspiração: 13, 5 m 3/min Pressão na sucção: Atmosférica Pressão diferencial: 7 mca. Pressão barométrica Local: 760 mm. Hg abs. - Motor elétrico: 40 HP, 2 pólos, 60 Hz, trifásico, forma construtiva B 3 D, TFVE, proteção IP-55, isolação classe F, 220/380/440 volts, STD Weg.