filtros biologicos
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DESANTA
CATARINA
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
UNIDADE CURRICULAR: OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE SISTEMAS DE
SANEAMENTO
PROFESSORA: VALÉRIA
TURMA: 812
FILTROS BIOLÓGICOS
CAROLINA RAMOS ROSA
NATÁLIA MANSCHEIN
Florianópolis, Junho de 2015.
SUMÁRIO
1.0 INTRODUÇÃO..........................................................................................3
2.0 DEFINIÇÕES.............................................................................................5
3.0 FUNCIONAMENTO...................................................................................7
3.1 DIMENSIONAMENTO..............................................................................................9
4.0 EQUIPAMENTOS....................................................................................10
5.0 CATEGORIAS.........................................................................................11
5.1 FILTROS DE BAIXA TAXA....................................................................................11
5.2 FILTROS DE MÉDIA TAXA...................................................................................11
5.3 FILTROS DE ALTA TAXA......................................................................................11
6.0 ESQUEMA DE TRATAMENTO...............................................................12
7.0 PROBLEMAS OPERACIONAIS E MANUTENÇÃO................................13
8.0 VANTAGENS E DESVANTAGENS.........................................................13
9.0 FILTRO COMPACTADO.............................................................................14
CONCLUSÃO....................................................................................................15
REFERÊNCIAS.................................................................................................16
ANEXOS...........................................................................................................17
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1.0INTRODUÇÃO
O lançamento de esgoto sem tratamento em corpos d’água é um dos
principais responsáveis pela poluição das águas. Sendo a água, um bem
universal e essencial para a sobrevivência e manutenção dos seres vivos e do
meio ambiente. Tratar o esgoto deve ser uma prioridade para a sociedade.
Sem o tratamento tem-se algumas conseqüências como desequilíbrios
ecológicos, elevação dos custos de tratamento de água, veiculação de
doenças, entre outros. Para minimizar e/ou eliminar essas
conseqüências são construídas as estações de tratamento de esgoto (ETE),
onde existe o tratamento físico-químico e o tratamento biológico.
Uma das tecnologias mais populares de tratamento biológico de efluentes,
domésticos e industriais, são os filtros biológicos percoladores. Essa tecnologia
é muito utilizada em diversos lugares no mundo, já que é uma tecnologia antiga
e bem conhecida, associada a baixos custos de instalação e de operação,
proporcionando resultados muito bons, ou seja, se bem desenhado e operado
cumprirá com o requerido, e sua instalação, operação e manutenção pode ser
realizada de um modo extremamente simples.
Inicialmente os filtros biológicos para esgotos foram uma simples extensão
dos filtros intermitentes de areia usados para a purificação da água. Os
despejos orgânicos eram deixados passar lentamente através dos leitos de
areia grossa onde micro-organismos trabalhavam sobre a matéria orgânica
daqueles resíduos. A necessidade de se operar com cargas cada vez maiores
por unidade de volume do filtro fez com que a areia fosse substituída por
pedras.
A primeira unidade de filtro biológico a entrar em operação foi na Inglaterra,
datada do fim do século XIX, sendo a precursora dos “filtros de contato”.
Este primeiro filtro biológico, muito robusto, consistia basicamente em um
tanque preenchido com pedras, onde o esgoto sanitário era então direcionado
para seu interior até completar o volume total e por lá permanecia por
determinado intervalo de tempo. Após este período de detenção e com carga
poluidora reduzida, o filtro era drenado e posto em repouso antes de receber
nova carga sanitária.
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Ao contrário do que o nome sugere o filtro biológico não possui a função de
remover material particulado ou em suspensão da água através do elemento
filtrante, como em uma filtração convencional, por exemplo. Sua principal
função é remover poluentes dissolvidos na água, principalmente substâncias
de origem orgânicas, como proteínas, açúcares, lipídios e etc.
Para isso são empregados microorganismos decompositores cujo
crescimento se dá de maneira aderida ao material de enchimento do filtro, ou
seja, neste caso, os microorganismos crescem em um leito fixo inerte,
diferentemente dos sistemas de lodos ativados, onde a biomassa cresce em
suspensão no meio líquido.
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2.0DEFINIÇÕES
Os filtros biológicos são bastante empregados no tratamento biológico
de esgotos domésticos e resíduos industriais. Eles consistem basicamente
de tanques rasos, circulares e de grande diâmetro, empregando pedras ou
material semelhante como enchimento.
Figura 1, corte esquematico de um filtro biológico
Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes97/lagoa.pdf
O esgoto contém muitas bactérias heterotróficas e protozoárias para
compor as culturas microbiais mistas que processam os poluentes orgânicos,
isso faz com que o tratamento biológico seja a forma mais eficiente de remoção
da matéria orgânica dos esgotos. Os filtros biológicos foram o primeiro sistema
de depuração que foi capaz de apresentar rendimentos depurativos elevados.
A atividade biológica desse processo é constituída por dois fenômenos
biológicos distintos combinados. O fenômeno anaeróbio, que ocorre na película
em contato com o recheio, gerando gases como o sulfídrico, metano, nitrogênio
e amoníaco, geralmente, gases malcheirosos. E o fenômeno aeróbio que
ocorre na parte externa, leva três vezes menos tempo que o anaeróbio e dele
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resultam gás carbônico, água, nitratos e sulfatos, substâncias inofensivas e
produtivas à vida vegetal.
Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes97/lagoa.pdf
O uso do processo de filtros biológicos necessita o controle da vazão, a
recirculação dos microorganismos decantados, o fornecimento de oxigênio e
outros fatores.Os elementos que mais afetam o crescimento dessa produção
são a temperatura, a disponibilidade de nutrientes, o fornecimento de oxigênio,
o pH, a presença de elementos tóxicos e a insolação.
A determinação da DBO é importante para indicar o teor de matéria
orgânica biodegradável e definir o grau de poluição que o esgoto pode causar
ou a quantidade de oxigênio necessária para submeter o esgoto a um
tratamento aeróbio.
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3.0FUNCIONAMENTO
O filtro biológico é constituído por um leito onde o efluente é lançado
por meio de braços rotativos e percola através do mesmo. O material de
enchimento do leito deve ser inerte, na maioria das vezes, constituído de
pedras tipo britas nº 4 e anéis plásticos. Os materiais de suporte possuem
tamanhos da ordem de alguns centímetros, a fim de proporcionar grandes
espaços vazios entre eles para que não ocorra afogamento do leito. O esgoto
escoa de maneira descente pelo leito em direção ao dreno de fundo, porém a
película de bactérias absorve uma quantidade de matéria orgânica e faz sua
digestão mais lentamente.
A remoção de matéria orgânica em tais sistemas é resultado de um
processo de absorção ocorrendo na superfície de um limo biológico que cobre
o meio filtrante. Após essa absorção a matéria orgânica é usada por aquele
limo para desenvolvimento de sua população de micro-organismos, que são
uma grande comunidade de diversas espécies de bactérias heterotróficas
suportadas pela matéria orgânica presente no esgoto, que servem de alimento
para protozoários e pequenos metazoários. Abaixo segue a representação das
trocas que ocorrem no limo.
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Fonte: http://www.smarh.eng.ufmg.br/defesas/74M.PDF
O resíduo orgânico passando através do filtro entra em contado através
de camadas finas com o limo da superfície do material de enchimento. A
adsorção da matéria orgânica do esgoto tem lugar ao lado da descarga de
material inorgânico, resultante da oxidação de materiais previamente
absorvidos. O oxigênio garante tais oxidações na camada mais externa do
limo. O gás carbônico gerado nessa ação é descarregado para o ar. O
limo em excesso se desprende e é arrastado pelo esgoto que flui através do
filtro biológico.
Processo de formação, crescimento e ruptura da película.
Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes97/lagoa.pdf
O processo de filtração biológica encerra uma unidade filtrante e um
tanque de sedimentação secundária. Em filtros sem recirculação um
decantador secundário é utilizado para a remoção de pedaços de limo. A
eficiência da filtração está relacionada com a qualidade do efluente do
decantador secundário. Em tais sistemas a eficiência da remoção de
matéria organica depende da profundidade da camada filtrante e da carga
hidráulica aplicada.
A recirculação dos filtros melhora a quailidade do efluente final, pois tem
maior período de contato, melhor distribuição de carga sobre o filtro ,
microorganismos desejados no efluente recirculado, redução da formação
de espuma nos decantadores primários, redução e controle de moscas,
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mas em compensação se tem necessidade de bombas, decantadores
maiores, redução na eficiência da sedimentação e influencia sobre a
temperatura das águas. Existem alguns esquemas de recirculação
3.1DIMENSIONAMENTO
O desenho de filtros percoladores deve ser realizado através estudo das
interações entre os compostos presentes na água a tratar e o biofilme aderido
ao meio de suporte. Para o desenho pode recorrer-se a diferentes métodos de
cálculo, fórmulas empíricas, etc.; no entanto, um resultado bom e constante irá
realmente depender da interação entre o biofilme aderido ao meio de suporte e
as características do afluente.
Existem vários modelos teóricos para o dimensionamento dos filtros
biológicos percolados, para tratamento do esgoto decantado. O modelo mais
tradicional é o desenvolvido pelo NationalResearchCouncil – NRC (EUA),
conforme a equação a seguir:
E= 1
1+0,443√ CvF Na qual:
E = eficiência de remoção de DBO5 (%)
Cv = carga orgânica volumétrica (kg/m3.d)
F = fator de recirculação
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O fator de recirculação é definido pela equação :
F= 1+r(+0,1×r )2
Na qual:
r = razão de recirculação
Em termos de remoção de organismos patogênicos em filtros biológicos
percoladores, MARA & CAIRNCROSS (1989) citados por BASTOS (1996)
indicam eficiências de remoção, em unidades logarítmicas, de 0 a 2 para
bactérias e helmintos e de 0 a 1 para vírus e protozoários. VON SPERLING
(1995) cita os filtros biológicos eficiências de remoção de DBO entre 80 e 90%
e remoção de coliformes de 60 a 90%.
4.0EQUIPAMENTOS
Um filtro biológico é composto de alguns materiais e equipamentos. O
principal é o enchimento, no qual podem ser utilizadas a pedra britada número
4, ou módulos plásticos, também conhecidos como anéis sintéticos. No sistema
de distribuição, normalmente é utilizado um distribuidor rotativo de braços (para
filtros percoladores cilíndricos), que devem garantir a distribuição uniforme da
água a tratar sobre toda superfície do meio de suporte. Uma estrutura de apoio
do meio de suporte. No processo de aeração, normalmente formado por
aberturas na parede externa do filtro, de modo a proporcionar a circulação de
ar. O sistema de drenagem, normalmente consiste em uma inclinação suave do
fundo do filtro, para conduzir a água tratada para uma tubulação de saída do
filtro. O sistema de recirculação é constituído por bombas e tubulações, de
grande importância para o processo. A estrutura externa do filtro percolador, é
constituída por parede externa e base, que pode ser realizada a baixo custo, de
peso reduzido e até portátil, normalmente é utilizado concreto armado.
Também é necessário raspadores de lodo, misturador para digestor e
equipamento de gás.
5.0CATEGORIAS
5.1FILTROS DE BAIXA TAXA
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Neste sistema, como a carga de DBO aplicada é baixa, o lodo sai parcialmente
estabilizado devido ao consumo da matéria orgânica presente na células das
bactérias em seus processos metabólicos por causa da escassez de alimento.
Tem eficiência comparável ao sistema de lodos ativados convencional. Ocupa
uma maior área e possui uma menor capacidade de adaptação as variações do
efluente, porém consome menos energia e é mais simples operacionalmente.
(SPERLING, 1995) Um dos problemas desse filtro é o desenvolvimento de
moscas.
5.2FILTROS DE MÉDIA TAXA
São projetados com taxas de aplicação com taxas de aplicação
superiores em relação aos filtros de baixa taxa, a vazão de alimentação é
contínua, mas a alimentação intermitente também possa ser praticada.
Normalmente há recirculação do efluente tratado, para o controle da espessura
do biofilme e a melhoria de eficiência do sistema. O efluente produzido nos
filtros de média taxa é parcialmente nitrificado, ainda é possível notar um
pequeno desenvolvimento de moscas.
5.3FILTROS DE ALTA TAXA
Este sistema é menos eficiente que o sistema de filtros biológicos de baixa
carga e o lodo não sai estabilizado. A área ocupada é menor e a carga de DBO
aplicada é maior. Há uma recirculação do efluente para que mantenha os braços
distribuidores funcionando durante a noite, quando a vazão é menor e, evitando
assim que leito seque. Com isto há também um novo contato das bactérias com a
matéria orgânica melhorando a eficiência. Uma outra forma de aumentar a
eficiência é colocando filtros biológicos em série. Há diferentes formas de
combinar os filtros e a recirculação de efluentes. (SPERLING, 1995) Em
decorrência das elevadas taxas de aplicação, a remoção de DBO neste processo
é inferior, ficando na faixa de 70% a 80%, e os sólidos produzidos sedimentam
com maior dificuldade no clarificador. Não se desenvolvem moscas e a nitrificação
é parcial com as taxas de aplicação mais baixas.
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6.0ESQUEMA DE TRATAMENTO
7.0PROBLEMAS OPERACIONAIS E MANUTENÇÃO
O filtro deve ser construído longe de casas e empresas por conta dos
possíveis odores indesejáveis. Da manutenção deve-se remover
periodicamente o lodo acumulada no filtro para evitar obstruções. Podem-se
usar altas taxas de aplicação hidráulica para limpar o filtro. O material deve ser
mantido úmido. Isto pode ser um problema durante a noite, quando o fluxo de
água é reduzido ou quando há cortes de energia.
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Alguns problemas que ocorrem muito são a formação de poças na
superfície dos filtros biológicos, que ocorre quando o volume de vazios entre as
pedra é totalmente tomado por crescimento da camada biológica o motivo pode
ser que o material selecionado para o meio filtrante ser de dimensões
pequenas ou de forma irregular. Outro problema é a carga orgânica excessiva
em relação a carga hidráulica, a solução desse problema está em remover a
camada biologica do meio filtratante na area afetada, através da aplicação de
jatos de água de alta pressão na região. A proliferação de moscas (Psychoda
alternata) também é um grande problema, as moscas dos filtros são aquelas
encontradas no banheiro das residências. São associadas com áreas úmidas,
altamente orgânicas, sendo os filtros um habitat ideal. Depositam seus ovos
nas paredes do reator e mesmo no material de recheio. São capazes de
sobreviver a temperatura extremas e em baixas concentrações de oxigênio. Em
condições ideais o crescimento pode ser explosivo, causando incômodo às
pessoas das comunidades vizinhas à estação. Também podem ser nocivas ao
funcionamento do filtro, pois se alimentam de microorganismos, prejudicando a
película biológica. As soluções para o problema são a aplicação de cargas
descontinuas, lavagem das paredes internas do filtro, cloração do afluente de
0,5 a 1,0 mg/l.
8.0VANTAGENS E DESVANTAGENS
As vantagens são a elevada eficiencia na remoção de DBO, requisitos de
area relativamente baixos, mais simples do que lodos ativados, índice de
mecanização baixo e equipamentos simples. Estabilização do lodo no próprio
filtro (filtros de baixa taxa), riscos reduzidos de emissões de odor e maior
capacidade de absorver substâncias mais difíceis de serem degradadas.
As desvantagens são a menor flexidade em relação aos lodos ativados,
elevado custo de implantação, dependencia da temperatura do ar, sensível a
descargas tóxicas, necessita tratamento do lodo e sua disposição final,
problemas com moscas e elevada perda de carga.
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9.0 FILTRO COMPACTADO Há empresas que oferecem diversas opções de Estações de Tratamento
de Efluente compactos. O filtro anaeróbio consiste em um tanque PRFV
(poliéster reforçado de fibra de vidro), também com medidas e formato
específico.
O efluente é lançado na parte inferior do tanque, através de tubo que chega
até a parte inferior do mesmo, em seguida passa por uma tampa furada / meio
suporte / calha vertedora. As bactérias presentes no lodo disperso estabilizam-
se (fixam-se) no meio suporte. O meio suporte é o elemento filtrante usado,
podendo ser argila expandida ou até mesmo pedra brita, dependendo do porte
do equipamento em questão. O efluente não sobe além da tampa do filtro pela
"lei dos vasos comunicantes", na qual a água não subirá a um nível superior ao
que está entrando no sistema. O tubo possui um capse na parte superior
(tampão) para permitir a limpeza a cada 12 meses (através de caminhões
limpa-fossa). Obs: É necessário que o filtro trabalhe com o Reator Anaeróbio.
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CONCLUSÃO
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REFERÊNCIAS
Disponível em : < http://alianzaporelagua.org/Compendio/tecnologias/t/t8.html>
Acesso em :
Disponível em : < http://www.revistatae.com.br/artigos.asp?id=159&fase=c>
Acesso em:
Disponível em:
< coc.ufrj.br/teses/mestrado/inter/2005/Teses/SANTOS_ASP_05_t_M_rhs.pdf>
Acesso em:
Disponível em: <http://saaeara.com.br/arquivos/outros/Tratamento_de_Esgoto.pdf> - SAAE – Serviço autônomo de Água e Esgoto
Acesso em:
Disponível em: <http://www.revistatae.com.br/artigos.asp?id=159&fase=c>
Acesso em:
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ANEXOS
Filtro biológico em construção
Fonte: http://www.jornaldosudoeste.com.br/noticia.php?codigo=4422
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