Sistemas de Tratamento de Esgoto: Lodos Ativados, UASB e Lagoas

Sistemas Anaeróbios

Os sistemas anaeróbios são processos biológicos utilizados no tratamento de efluentes.

Vantagens (V) e Desvantagens (D)

• Vantagens: Baixa produção de lodo, Reaproveitamento de metano (CH₄).
• Desvantagens: Maior consumo de energia, Maior tempo de retenção hidráulica.

Produção e Sensibilidade

A produção de H₂S e mercaptanas, a sedimentação da biomassa e a operação sensível a choque de carga são pontos críticos.

Reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

O reator UASB é caracterizado pelos seguintes componentes e fluxo:

• Entrada do Afluente (ascendente)
• Manta de Lodo
• Obstáculo
• Separador de Gás e Líquido
• Saída do Efluente (Efl.)

Lodos Ativados

Definição do Lodo Ativado

Floco produzido em esgoto bruto ou decantado pelo crescimento de bactérias e outros organismos, na presença de Oxigênio Dissolvido (OD), sendo acumulado devido ao retorno de flocos previamente formados.

Microbiologia do Lodo Ativado

• Bactérias: Espécies Gram-negativas, de crescimento lento. Bactérias filamentosas em excesso são indicadoras de má decantação do lodo ou flocos. Algumas bactérias são indicadoras de espuma no reator.
• Protozoários: Suscetíveis a toxinas e metais pesados. Sua ausência indica má operação do sistema, pois controlam a população bacteriana, mantendo o equilíbrio populacional do lodo.
• Fungos: Consumidores de microrganismos presentes em pH baixo, o que indica baixo metabolismo bacteriano.

Sistema de Lodo Ativado

Definição do Processo

Processo biológico no qual o esgoto afluente e o lodo ativado são intimamente misturados, agitados e aerados em um tanque de aeração, viabilizando a decomposição da Matéria Orgânica (MO) do afluente através do metabolismo dos microrganismos presentes.

Vantagens e Desvantagens

• Vantagens: Pequena área de instalação, aplicável em situações que necessitem alta qualidade dos efluentes.
• Desvantagens: Maior índice de mecanização, maior consumo de energia, maior população de lodo.

Fator de Carga e Aeração

• Alto Fator de Carga: O efluente não é tratado devidamente, pois o consumo é menor do que a quantidade de alimento. Mais alimento e menos bactérias resultam em dejetos que saem sem tratamento.
• Baixo Fator de Carga: Muita bactéria com pouco alimento aumenta o consumo de MO celular. Deve-se elevar a idade do lodo.
• Aeração: Promove a oxidação da MO carbonácea, nitrificação e mistura completa.

Problemas Operacionais Comuns

Problemas relacionados à operação dos lodos ativados:

1. Formação de Lodo Volumoso: Lodo de difícil decantação e compactação. Solução: Cloração (Cl₂).
2. Formação de Lodo Ascendente: Causado pela formação de bolhas de nitrogênio gasoso. Solução: Redução da idade do lodo no decantador secundário e controle da aeração.
3. Formação de Escuma: Causada por microrganismos filamentosos e de crescimento lento (gênero Nocardia). A causa de formação é o baixo fator de carga e a alta idade do lodo.

Filtro Biológico ou Filtros de Percolação

Vantagens e Funcionamento

Processo biológico que utiliza um meio filtrante para o suporte de microrganismos (bactérias, protozoários e fungos) para que estes formem um biofilme em sua superfície.

Funcionamento

Um mecanismo estacionário ou rotatório distribui o afluente sobre a superfície do filtro, fazendo-o percolar entre os interstícios do meio filtrante. Conforme o afluente percorre o filtro, sua matéria orgânica é adsorvida pelo biofilme, sendo então degradada aerobicamente.

Digestão Anaeróbica

Vantagens e Desvantagens

• Vantagens (V): Baixa produção de lodo, Baixa demanda aérea, Tolerância a altas cargas.
• Desvantagens (D): Menor remoção de Nitrogênio (N), Fósforo (P) e patógenos, Pós-tratamento requerido, Sensível a choques de carga, Bioquímica e microbiologia complexas, Geração de maus odores.

Sistemas Anaeróbios Específicos

Tanques Sépticos

Funções

1. Sedimentação
2. Remoção de Materiais Flutuantes
3. Digestão do Esgoto

Funcionamento

Os sólidos sedimentáveis do esgoto afluente perdem velocidade ao chegar ao tanque, formando uma camada de lodo no fundo. Este lodo sofre decomposição facultativa e anaeróbia, sendo convertido em CO₂, CH₄ e H₂S. O H₂S é imobilizado na presença dos metais pesados do afluente, formando sulfetos metálicos insolúveis.

O efluente do tanque séptico geralmente requer:

1. Tratamento complementar (filtro de areia, desinfecção)
2. Disposição final (vala de infiltração, galeria de água pluvial, corpos d'água)

Lagoas de Estabilização

As lagoas de estabilização são compostas por três regiões principais:

• Região Aeróbia: Algas e bactérias aeróbias crescem em simbiose.
• Região Facultativa: Bactérias facultativas.
• Região Anaeróbia: Próxima ao lodo, onde a matéria orgânica decantada é decomposta por bactérias anaeróbias.

Lagoas Facultativas

Uso e Dimensionamento

• Uso: Tratamento de esgotos domésticos e diversos efluentes industriais.
• Tempo de Detenção Hidráulica (TDH): 60 (mínimo) a 120 dias.
• Aplicação: Esgoto não-tratado em fluxo tubular.
• Carga Orgânica: 2,2 - 5,5 g DBO/m².d⁻¹ (depende do clima).
• Infiltração: 0 - 6 mm.d⁻¹.

Funcionamento

Utilizando o O₂ produzido pelo crescimento das algas próximas da superfície, bactérias aeróbias e facultativas oxidam a matéria orgânica coloidal e solúvel, produzindo CO₂. O gás CO₂ é utilizado pelas algas em seu crescimento. Os produtos finais são:

• Oxidados pelas bactérias aeróbias;
• Liberados na atmosfera.

A conversão de matéria orgânica é realizada comumente por: 1) Bactéria aeróbia, 2) Bactéria anaeróbia, 3) Bactéria facultativa (entre 0,3 - 1,0).

Lagoas Anaeróbias

Quando combinadas com Lagoas Facultativas (Sistema Australiano), são uma boa opção para o tratamento de esgotos em países tropicais. Industrialmente, são utilizadas para efluentes de frigoríficos, laticínios, bebidas, etc.

Dimensionamento

Similar ao de lagoa aeróbia, com taxa de aplicação de carga orgânica empírica. Diferentemente das lagoas aeróbias, há a promoção da sedimentação de matéria orgânica na zona anaeróbia, sendo fundamental manter uma condição quiescente (o fator de dispersão pode variar).

Controle de pH

Valores ideais entre 6,8 - 7,4 (máximo de 9). Próximo de 7,2 - 7,5 os odores desaparecem. Estas lagoas fazem o tamponamento do afluente devido à emissão de CO₂ do metabolismo anaeróbio, funcionando como Lagoa de Neutralização.

Lagoa Aeróbica

Existem dois tipos básicos:

1. A produção de algas é maximizada (profundidade = 0,15 - 0,45 m).
2. A produção de O₂ é maximizada (profundidade = 1,5 m).

Lagoas rasas aumentam as chances de crescimento de plantas de raízes aquáticas (ex: Victoria regia), enquanto grandes profundidades causam interferência na mistura do afluente.

Solução e Aplicação

• Solução: Pós-tratamento para remoção da biomassa.
• Aplicação: Muito utilizada para o tratamento de efluentes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) doméstico.

Dimensionamento

A carga orgânica é ajustada de acordo com os processos de fotossíntese e de aeração superficial, resultando em Lagoas em Série e em Paralelo.