SISTEMAS BIOLÓGICOS PARA TRATAMENTO DE EFLUENTES
Fonte: Revista TAE - por Beatriz Farrugia
http://goo.gl/VRmyK
Os sistemas biológicos de tratamentos são antigos e, basicamente, tentam imitar os fenômenos da natureza na recomposição ambiental. Nos últimos anos, porém, o setor tem se deparado com novidades tecnológicas que aperfeiçoam esses processos e aumentam a eficiência de cada um deles.
Uma das principais mudanças está no desenvolvimento de dispositivos microeletrônicos, o que proporciona um avanço no monitoramento contínuo, na operação e na automoção dos sistemas de tratamento de efluentes.
“Outro fator que vem levando ao desenvolvimento dos sistemas de tratamento de efluentes relaciona-se à restrição cada vez mais intensa da disponibilidade de água potável nas diversas regiões, associada ao crescente rigor da legislação ambiental. Esses fatores contribuíram com o surgimento de uma nova demanda para o tratamento de efluentes que é o reúso da água residuária para fins não potáveis, como estabelece a NBR13.969/97”, lembra Andrade.
Um dos exemplos é o tratamento por membranas, que tem sido associado a outros tipos de sistemas convencionais e que possibilita a produção de água com qualidade excepcional e isenta de microorganismos patogênicos.
Esse recurso leva o nome de MBR (Membrane Bioreactor), formado por um conjunto de membranas sintéticas que fazem a separação do lodo.
Muitas das novas tecnologias já estão disponíveis no mercado brasileiro e podem ser adquiridas através de fornecedores especializados. Há tanto equipamentos quanto sistemas completos de tratamento de efluentes a venda no país.
“Assim, para decidir qual o melhor tratamento para cada situação, cada empresa deverá avaliar os diversos fatores envolvidos, como: legislação ambiental, requisitos de tratamento, área disponível, vizinhança, facilidade de acesso e de manutenção de equipamentos, disponibilidade da rede elétrica, etc, e assim, desenvolver o projeto mais adequado para as suas necessidades atuais e futuras”, aconselha Luiz Ignácio Andrade.
Fonte: Revista TAE
Fonte: Revista TAE - por Beatriz Farrugia
http://goo.gl/VRmyK
Os efluentes líquidos, geralmente resultantes de processos industriais ou de esgotos domésticos, podem degradar o meio ambiente e contaminar rios e lagos se não forem tratados de maneira correta.
Atualmente, qualquer unidade produtora de água residuária precisa instalar um sistema de tratamento a fim de resguardar o meio ambiente, desde as residências isoladas que tratam o próprio esgoto em uma fossa até uma fábrica de alimentos, por exemplo. Os sistemas, porém, dependem da característica do esgoto, da disponibilidade de espaço, da quantidade de energia demandada e do custo monetário para a implantação.
Entre as formas de tratamento disponíveis, há o físico (no qual os materiais poluentes são separados e retirados), o químico (que ocorre através da redução da demanda química de oxigênio – DQO) e o biológico (caracterizado pela remoção da matéria orgânica).
O tratamento biológico, por sua vez, é dividido em duas modalidades: os tratamentos aeróbios e os tratamentos anaeróbios, sendo que, no primeiro caso, o processo ocorre na presença de oxigênio e, no outro, na ausência dele.
De acordo com o especialista em saneamento Jorcy Aguiar, o tratamento biológico “consiste na utilização de organismos que se proliferam na água, alimentando-se da matéria orgânica e, consequentemente, estabilizando o esgoto e eliminando a possibilidade de ele ‘roubar’ o oxigênio presente nos corpos d’água receptores, que é fundamental para manutenção da vida aquática”.
Para exemplificar o processo, o especialista cita o funcionamento de um aquário. “Imagine um lambari que nada em um pequeno aquário. Nesta condição, mesmo sem alimentação externa, ele sobrevive respirando o oxigênio presente naquele volume de aguá até a sua exaustão. Porém, quando uma criança, na intenção de ajudá-lo, coloca um excesso de alimento, como um pedaço de pão, esta matéria orgânica também precisa do oxigênio para estabilizar- se e concorre com nosso peixinho ‘roubando’ oxigênio da água do aquário e reduzindo, assim, a vida neste ambiente”, diz Jorcy.
Dessa forma, o tratamento biológico de efluentes é a eliminação da matéria orgânica por meio de um cultivo de bactérias.
“Quando a ‘digestão’ do esgoto ocorre confinada em um tanque fechado, temos o tratamento biológico anaeróbio. Em caso contrário, quando insuflamos ar no esgoto, temos o tratamento biológico aeróbio”, explica Jorcy Aguiar.
O tratamento biológico de esgoto evoluiu a partir da observação do processo de digestão natural, nos anos de 1920, na Califórnia, Estados Unidos, com o uso de lagoas em uma descoberta acidental. Hoje em dia, o sistema mais moderno está relacionado à biotecnologia e à redução de equipamentos para a economia de energia.
“A biotecnologia baseia-se no aumento da produtividade do processo natural, com a adição de bactérias selecionadas e concentradas”, diz Aguiar.
Tratamento biológico anaeróbio
Atualmente, qualquer unidade produtora de água residuária precisa instalar um sistema de tratamento a fim de resguardar o meio ambiente, desde as residências isoladas que tratam o próprio esgoto em uma fossa até uma fábrica de alimentos, por exemplo. Os sistemas, porém, dependem da característica do esgoto, da disponibilidade de espaço, da quantidade de energia demandada e do custo monetário para a implantação.
Entre as formas de tratamento disponíveis, há o físico (no qual os materiais poluentes são separados e retirados), o químico (que ocorre através da redução da demanda química de oxigênio – DQO) e o biológico (caracterizado pela remoção da matéria orgânica).
O tratamento biológico, por sua vez, é dividido em duas modalidades: os tratamentos aeróbios e os tratamentos anaeróbios, sendo que, no primeiro caso, o processo ocorre na presença de oxigênio e, no outro, na ausência dele.
De acordo com o especialista em saneamento Jorcy Aguiar, o tratamento biológico “consiste na utilização de organismos que se proliferam na água, alimentando-se da matéria orgânica e, consequentemente, estabilizando o esgoto e eliminando a possibilidade de ele ‘roubar’ o oxigênio presente nos corpos d’água receptores, que é fundamental para manutenção da vida aquática”.
Para exemplificar o processo, o especialista cita o funcionamento de um aquário. “Imagine um lambari que nada em um pequeno aquário. Nesta condição, mesmo sem alimentação externa, ele sobrevive respirando o oxigênio presente naquele volume de aguá até a sua exaustão. Porém, quando uma criança, na intenção de ajudá-lo, coloca um excesso de alimento, como um pedaço de pão, esta matéria orgânica também precisa do oxigênio para estabilizar- se e concorre com nosso peixinho ‘roubando’ oxigênio da água do aquário e reduzindo, assim, a vida neste ambiente”, diz Jorcy.
Dessa forma, o tratamento biológico de efluentes é a eliminação da matéria orgânica por meio de um cultivo de bactérias.
“Quando a ‘digestão’ do esgoto ocorre confinada em um tanque fechado, temos o tratamento biológico anaeróbio. Em caso contrário, quando insuflamos ar no esgoto, temos o tratamento biológico aeróbio”, explica Jorcy Aguiar.
O tratamento biológico de esgoto evoluiu a partir da observação do processo de digestão natural, nos anos de 1920, na Califórnia, Estados Unidos, com o uso de lagoas em uma descoberta acidental. Hoje em dia, o sistema mais moderno está relacionado à biotecnologia e à redução de equipamentos para a economia de energia.
“A biotecnologia baseia-se no aumento da produtividade do processo natural, com a adição de bactérias selecionadas e concentradas”, diz Aguiar.
Tratamento biológico anaeróbio
Entre os sistemas de tratamento anaeróbio, existem as lagoas anaeróbias, os tanques sépticos, os filtros anaeróbios, e os reatores chamados de alta taxa, capazes de receber maiores quantidades de carga orgânica por unidade volumétrica, como os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) ou RAFAs (Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente).
Basicamente, todos funcionam através do princípio de despejar o efluente em um tanque fechado com reator anaeróbio que, muitas vezes, é aquecido para acelerar o processo. Esses tipos de tratamentos são indicados para efluentes com uma alta concentração de substâncias orgânicas.
Mas o coordenador dos cursos de meio ambiente do Instituto de Educação Tecnológica (IETEC), Luiz Ignácio Andrade, afirma que todos os tipos de tratamentos “têm em comum a capacidade de converter a matéria orgânica presente nos efluentes em gás metano, gás carbônico e água, em função dos microorganismos anaeróbios presentes nesses sistemas”.
No processo anaeróbio, não há consumo de oxigênio e o produto final é o gás carbono (CO2) e o metano (CH4). A remoção da matéria orgânica ocorre pelo desprendimento do metano para a atmosfera. De acordo com Jorcy Aguiar, esse processo ocorre em quatro etapas: a Hidrólise, Acidogênese, Acetogênese e Metanogênese.
“Na hidrólise, as proteínas são convertidas em aminoácidos; os carboidratos, em açúcares solúveis; e os lipídeos, em ácidos graxos de longa cadeia de carbono”, afirma o especialista.
Jorcy explica ainda que, na fase de acidogênese, “as bactérias que promovem esta fermentação são cerca de 99% estritamente anaeróbias e 1% facultativa, e processam os produtos solúveis da hidrólise, excretando substâncias mais simples como ácidos graxos voláteis, alcoóis, ácido lático, gás carbônico, hidrogênio, amônia, sulfato de hidrogênio e novas células”.
Já a fase da acetogênese é caracterizada pela presença das bactérias acetogênicas na produção de metano, hidrogênio, e dióxido de carbono. Para finalizar o processo, entram em cena as bactérias metanogênicas.
Tratamento biológico aeróbio
Basicamente, todos funcionam através do princípio de despejar o efluente em um tanque fechado com reator anaeróbio que, muitas vezes, é aquecido para acelerar o processo. Esses tipos de tratamentos são indicados para efluentes com uma alta concentração de substâncias orgânicas.
Mas o coordenador dos cursos de meio ambiente do Instituto de Educação Tecnológica (IETEC), Luiz Ignácio Andrade, afirma que todos os tipos de tratamentos “têm em comum a capacidade de converter a matéria orgânica presente nos efluentes em gás metano, gás carbônico e água, em função dos microorganismos anaeróbios presentes nesses sistemas”.
No processo anaeróbio, não há consumo de oxigênio e o produto final é o gás carbono (CO2) e o metano (CH4). A remoção da matéria orgânica ocorre pelo desprendimento do metano para a atmosfera. De acordo com Jorcy Aguiar, esse processo ocorre em quatro etapas: a Hidrólise, Acidogênese, Acetogênese e Metanogênese.
“Na hidrólise, as proteínas são convertidas em aminoácidos; os carboidratos, em açúcares solúveis; e os lipídeos, em ácidos graxos de longa cadeia de carbono”, afirma o especialista.
Jorcy explica ainda que, na fase de acidogênese, “as bactérias que promovem esta fermentação são cerca de 99% estritamente anaeróbias e 1% facultativa, e processam os produtos solúveis da hidrólise, excretando substâncias mais simples como ácidos graxos voláteis, alcoóis, ácido lático, gás carbônico, hidrogênio, amônia, sulfato de hidrogênio e novas células”.
Já a fase da acetogênese é caracterizada pela presença das bactérias acetogênicas na produção de metano, hidrogênio, e dióxido de carbono. Para finalizar o processo, entram em cena as bactérias metanogênicas.
Tratamento biológico aeróbio
Entre os sistemas aeróbios de tratamento de efluentes, os mais comuns são os sistemas de lagoas facultativas, de estabilização ou aeradas, filtros biológicos e os sistemas de lodos ativados.
O considerado de maior eficiência é o lodo ativado, que consiste na oxidação da matéria orgânica em tanques de aeração.
Para este processo, é necessário submeter o efluente a uma temperatura entre 20º e 30ºC, manter o pH entre 6,0 e 8,0, controlar o oxigênio dissolvido (OD) entre 1 e 4ppm e obedecer a relação da massa com os nutrientes de DBO: N: P: 100:5:1 (sendo que DBO refere-se à matéria orgânica, N ao nitrogênio e P ao fósforo).
Segundo Jorcy Aguiar, “nesta reação, há consumos de oxigênio e o produto resultante é o gás carbônico (CO2) e a água (H2O). As bactérias responsáveis por este processo de eliminação da matéria orgânica são em sua maioria heterótrofas aeróbias e facultativas, promovendo uma maior eficiência na remoção da matéria orgânica”.
Apesar de possuírem processos diferentes, os tratamentos aeróbios e anaeróbios podem variar de algumas horas a 10 dias para serem finalizados. Isso ocorre “em decorrência da alternativa utilizada, sendo que nos reatores este tempo varia de 6 a 12 horas e nas lagoas até 10 dias”, afirma o especialista.
O mesmo vale para o custo de implantação de cada sistema. Como são distintos, os valores variam dependendo do tamanho dos equipamentos de tratamento.
Aeróbio x Anaeróbio
O considerado de maior eficiência é o lodo ativado, que consiste na oxidação da matéria orgânica em tanques de aeração.
Para este processo, é necessário submeter o efluente a uma temperatura entre 20º e 30ºC, manter o pH entre 6,0 e 8,0, controlar o oxigênio dissolvido (OD) entre 1 e 4ppm e obedecer a relação da massa com os nutrientes de DBO: N: P: 100:5:1 (sendo que DBO refere-se à matéria orgânica, N ao nitrogênio e P ao fósforo).
Segundo Jorcy Aguiar, “nesta reação, há consumos de oxigênio e o produto resultante é o gás carbônico (CO2) e a água (H2O). As bactérias responsáveis por este processo de eliminação da matéria orgânica são em sua maioria heterótrofas aeróbias e facultativas, promovendo uma maior eficiência na remoção da matéria orgânica”.
Apesar de possuírem processos diferentes, os tratamentos aeróbios e anaeróbios podem variar de algumas horas a 10 dias para serem finalizados. Isso ocorre “em decorrência da alternativa utilizada, sendo que nos reatores este tempo varia de 6 a 12 horas e nas lagoas até 10 dias”, afirma o especialista.
O mesmo vale para o custo de implantação de cada sistema. Como são distintos, os valores variam dependendo do tamanho dos equipamentos de tratamento.
Aeróbio x Anaeróbio
Luiz Ignácio Andrade, que também é engenheiro civil e mestre em saneamento e meio ambiente, explica que “cada uma dessas tecnologias possui vantagens e desvantagens, sendo recomendados para situações específicas”.
“Normalmente, os sistemas anaeróbios trazem como vantagem a reduzida mecanização e baixo consumo energético, uma vez que não é necessária a injeção de ar no sistema. Também apresentam como vantagens uma menor taxa de geração de lodo residual e, em geral, menor requisito de área para a sua instalação, tendo custos de implantação e operação mais vantajosos quando comparados aos sistemas aerados”, avalia.
Ele destaca, porém, que os tratamentos anaeróbios apresentam eficiência inferior aos aeróbios, principalmente se comparados com os sistemas aerados, como os lodos ativados.
“Outra desvantagem associada aos sistemas anaeróbios de tratamento de efluentes é o risco de emissão de odores. Esse risco pode variar dependendo do tipo de efluente a ser tratado, do nível de controle operacional do sistema e características intrínsecas à configuração do reator”, acrescenta o coordenador dos cursos técnicos de meio ambiente do IETEC.
Ele explica que isso ocorre porque, “como o processo anaeróbio converte parte da matéria orgânica em metano, o que o permite produzir um menor volume de lodo residual, é conveniente a existência de queimadores de gases, especialmente quando se trata de grandes unidades, visando reduzir o risco operacional associado a esse gás e, também, à mitigação da emissão de gases de efeito estufa, já que o metano contribui 21 vezes mais que o gás carbônico para tal fenômeno”.
Esses pontos, porém, não tornam os sistemas anaeróbios desvantajosos. Ao contrário, eles têm sido implantados com sucesso no tratamento de esgoto sanitário de comunidades e indústrias, principalmente do ramo de alimentos e bebidas, seguidos por um sistema aerado que os complementa.
“Para tratamento biológico das águas residuárias da maioria das cidades brasileiras enquadrados em pequeno e médio porte, o tratamento anaeróbio ascende sobre os aeróbios quando utilizados isoladamente ou quando o processo aeróbio exigir a alimentação de oxigênio com custos suplementares de energia elétrica. Porém, o que ocorre em sua grande maioria, é o consórcio entre estes processos, sendo destacados os reatores anaeróbios (RAFA) associados a filtros biológicos e lagoas, como solução eficiente e de baixo custo”, explica Jorcy Aguiar.
Mas os sistemas de tratamento biológicos aeróbios continuam sendo os de maior rendimento, na opinião dos especialistas.
“Os sistemas aeróbios, que se dividem em sistemas com aeração natural e sistemas com aeração forçada, normalmente alcançam maiores taxas de remoção da matéria orgânica. Nesse sentido os sistemas de lodos ativados com aeração prolongada destacam-se, atingindo níveis de eficiência na remoção de DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigênio) de até 98%”, informa Andrade.
Ele acrescenta que esses sistemas apresentam a seu favor os riscos reduzidos de emissões de odor e a maior capacidade de absorver substâncias de menor biodegradabilidade e compostos que poderiam ser tóxicos, desde que devidamente aclimatados e preparados para tal situação.
O aspecto negativo de sistemas aeróbios é a necessidade de se ter uma grande área para a implantação deles.
“Os sistemas aeróbios, especialmente aqueles providos de aeração natural, como é o caso das lagoas, demandam grandes áreas para a sua instalação, o que pode dificultar, ou mesmo inviabilizar, o seu uso em determinadas regiões. Os sistemas aeróbios mecanizados também demandam áreas consideráveis e possuem valores de investimento em instalação e operação elevados em função da necessidade de equipamentos tecnologicamente superiores, além do consumo de energia elétrica com os sistemas de aeração forçada”, explica o engenheiro civil.
Novidades
“Normalmente, os sistemas anaeróbios trazem como vantagem a reduzida mecanização e baixo consumo energético, uma vez que não é necessária a injeção de ar no sistema. Também apresentam como vantagens uma menor taxa de geração de lodo residual e, em geral, menor requisito de área para a sua instalação, tendo custos de implantação e operação mais vantajosos quando comparados aos sistemas aerados”, avalia.
Ele destaca, porém, que os tratamentos anaeróbios apresentam eficiência inferior aos aeróbios, principalmente se comparados com os sistemas aerados, como os lodos ativados.
“Outra desvantagem associada aos sistemas anaeróbios de tratamento de efluentes é o risco de emissão de odores. Esse risco pode variar dependendo do tipo de efluente a ser tratado, do nível de controle operacional do sistema e características intrínsecas à configuração do reator”, acrescenta o coordenador dos cursos técnicos de meio ambiente do IETEC.
Ele explica que isso ocorre porque, “como o processo anaeróbio converte parte da matéria orgânica em metano, o que o permite produzir um menor volume de lodo residual, é conveniente a existência de queimadores de gases, especialmente quando se trata de grandes unidades, visando reduzir o risco operacional associado a esse gás e, também, à mitigação da emissão de gases de efeito estufa, já que o metano contribui 21 vezes mais que o gás carbônico para tal fenômeno”.
Esses pontos, porém, não tornam os sistemas anaeróbios desvantajosos. Ao contrário, eles têm sido implantados com sucesso no tratamento de esgoto sanitário de comunidades e indústrias, principalmente do ramo de alimentos e bebidas, seguidos por um sistema aerado que os complementa.
“Para tratamento biológico das águas residuárias da maioria das cidades brasileiras enquadrados em pequeno e médio porte, o tratamento anaeróbio ascende sobre os aeróbios quando utilizados isoladamente ou quando o processo aeróbio exigir a alimentação de oxigênio com custos suplementares de energia elétrica. Porém, o que ocorre em sua grande maioria, é o consórcio entre estes processos, sendo destacados os reatores anaeróbios (RAFA) associados a filtros biológicos e lagoas, como solução eficiente e de baixo custo”, explica Jorcy Aguiar.
Mas os sistemas de tratamento biológicos aeróbios continuam sendo os de maior rendimento, na opinião dos especialistas.
“Os sistemas aeróbios, que se dividem em sistemas com aeração natural e sistemas com aeração forçada, normalmente alcançam maiores taxas de remoção da matéria orgânica. Nesse sentido os sistemas de lodos ativados com aeração prolongada destacam-se, atingindo níveis de eficiência na remoção de DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxigênio) de até 98%”, informa Andrade.
Ele acrescenta que esses sistemas apresentam a seu favor os riscos reduzidos de emissões de odor e a maior capacidade de absorver substâncias de menor biodegradabilidade e compostos que poderiam ser tóxicos, desde que devidamente aclimatados e preparados para tal situação.
O aspecto negativo de sistemas aeróbios é a necessidade de se ter uma grande área para a implantação deles.
“Os sistemas aeróbios, especialmente aqueles providos de aeração natural, como é o caso das lagoas, demandam grandes áreas para a sua instalação, o que pode dificultar, ou mesmo inviabilizar, o seu uso em determinadas regiões. Os sistemas aeróbios mecanizados também demandam áreas consideráveis e possuem valores de investimento em instalação e operação elevados em função da necessidade de equipamentos tecnologicamente superiores, além do consumo de energia elétrica com os sistemas de aeração forçada”, explica o engenheiro civil.
Novidades
Os sistemas biológicos de tratamentos são antigos e, basicamente, tentam imitar os fenômenos da natureza na recomposição ambiental. Nos últimos anos, porém, o setor tem se deparado com novidades tecnológicas que aperfeiçoam esses processos e aumentam a eficiência de cada um deles.
Uma das principais mudanças está no desenvolvimento de dispositivos microeletrônicos, o que proporciona um avanço no monitoramento contínuo, na operação e na automoção dos sistemas de tratamento de efluentes.
“Outro fator que vem levando ao desenvolvimento dos sistemas de tratamento de efluentes relaciona-se à restrição cada vez mais intensa da disponibilidade de água potável nas diversas regiões, associada ao crescente rigor da legislação ambiental. Esses fatores contribuíram com o surgimento de uma nova demanda para o tratamento de efluentes que é o reúso da água residuária para fins não potáveis, como estabelece a NBR13.969/97”, lembra Andrade.
Um dos exemplos é o tratamento por membranas, que tem sido associado a outros tipos de sistemas convencionais e que possibilita a produção de água com qualidade excepcional e isenta de microorganismos patogênicos.
Esse recurso leva o nome de MBR (Membrane Bioreactor), formado por um conjunto de membranas sintéticas que fazem a separação do lodo.
Muitas das novas tecnologias já estão disponíveis no mercado brasileiro e podem ser adquiridas através de fornecedores especializados. Há tanto equipamentos quanto sistemas completos de tratamento de efluentes a venda no país.
“Assim, para decidir qual o melhor tratamento para cada situação, cada empresa deverá avaliar os diversos fatores envolvidos, como: legislação ambiental, requisitos de tratamento, área disponível, vizinhança, facilidade de acesso e de manutenção de equipamentos, disponibilidade da rede elétrica, etc, e assim, desenvolver o projeto mais adequado para as suas necessidades atuais e futuras”, aconselha Luiz Ignácio Andrade.
Fonte: Revista TAE
