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Tratamento de efluentes – David Charles Meissner – A Importância de Controlar as Concentrações e Quantidades de Sólidos e Biomassa em uma Estação de Tratamento de Efluentes de Lodo Ativado – Parte 2

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Tratamento de efluentes – David Charles Meissner – A Importância de Controlar as Concentrações e Quantidades de Sólidos e Biomassa em uma Estação de Tratamento de Efluentes de Lodo Ativado – Parte 2

Introdução

28/09/2015 – Neste trabalho (parte 2) pretendo ainda apresentar mais algumas ideias sobre o que são e como poderão ser monitoradas e controladas as variáveis sólidos na operação de uma estação de tratamento de efluente. As referências encontradas e utilizadas neste trabalho são: [1] [2] [3] [4] [5] Entretanto, nesta parte pretendo tratar de forma geral as variáveis “sólidos”, mas dando certa ênfase aos tipos de sólidos mais relacionados à biomassa que se encontram em uma estação de tratamento de efluente de lodo ativado. Os temas tratados são:

  • Por que é necessário controlar os sólidos em uma estação de tratamento de efluente?
    1. As exigências legais sobre a qualidade de efluente tratado;
    2. As necessidades operacionais para garantir a qualidade do efluente;
  • Qual é a faixa ideal de controle de sólidos dentro de um tanque de aeração? Qual é a concentração máxima de sólidos em um tanque de aeração, e por quanto tempo essa concentração poderá ser mantida?
  • Alguns problemas e dificuldades no controle de sólidos dentro de um tanque de aeração.

1. Por que é necessário controlar os sólidos em uma estação de tratamento de efluente?

Na operação diária de uma estação de tratamento de efluente, particularmente em uma fábrica de celulose, é possível identificar duas razões principais que impõem a necessidade de controlar a quantidade dos sólidos nos diversos fluxos de efluentes.

  • Primeira razão: As exigências legais sobre a qualidade de efluente tratado.

Em geral, existem duas fontes de exigências legais que definem a qualidade de efluente tratado e lançado no meio ambiente. Da primeira fonte derivam as leis e resoluções federais. Da segunda fonte derivam as leis e resoluções estaduais. Essas leis e resoluções estaduais podem determinar a inclusão de limites específicos para o lançamento de sólidos no efluente tratado. Esses limites serão especificados nas respectivas licenças de instalação e operação de uma fabrica de celulose. Essas licenças, frequentemente determinam limites mais restritivos do que aqueles impostos pelas leis e resoluções federais, em particular no que diz respeito à quantidade de sólidos totais suspensos. Destaca-se a seguir um exemplo importante de uma resolução federal:

CONAMA: RESOLUÇÃO N° 430, DE 13 DE MAIO DE 2011[6]: Seção II Das Condições e Padrões de Lançamento de Efluentes, item I c, “materiais sedimentáveis: até 1 mL/L em teste de 1 hora em cone Inmhof….”

Entretanto, cabe lembrar, também que os compromissos ambientais assumidos pelas empresas, como a exemplo do ISO 1400 e de outros acordos internacionais relacionados ao meio ambiente poderão requerer o monitoramento e controle dos sólidos lançados junto com o efluente tratado no corpo receptor. Esses compromissos, ainda que não tenham a força das leis e resoluções são muito importantes no que se refere à quantidade de sólidos lançados no efluente tratado.

Como indicado na tabela n° 3 que se encontra na parte 1 deste trabalho, o efetivo controle de sólidos contidos no efluente tratado deve ser feito antes do seu lançamento no receptor. Excepcionalmente, poderia ser implantado um tratamento adicional e específico (terciário) para o controle de sólidos, isso se os custos compensarem. Esse tratamento terciário para o controle de sólidos seria interessante no caso do eventual reuso do efluente tratado.

  • Segunda razão: As necessidades operacionais para garantir a qualidade do efluente.

Os valores excessivos de sólidos no efluente bruto ou tratado podem ocorrer por uma ou mais razões independentes, ou em combinação. Seguem alguns comentários pertinentes a essas razões:

  • Problemas na operação dos clarificadores, tanto nos clarificadores primários quanto nos clarificadores secundários:
  • Sobrecarga – de sólidos: Essa sobrecarga ocorre quando a capacidade do equipamento é insuficiente para retirar a quantidade de sólidos adensados. Essa falha faz com que se acumulem sólidos em excesso dentro dos clarificadores e, eventualmente ela reduz a eficiência na remoção dos sólidos do efluente;
  • Sobrecarga – de fluxo hidráulico: Essa sobrecarga ocorre quando a capacidade hidráulica dos clarificadores é limitada. Neste caso os sólidos não tem tempo suficiente para se separar do efluente e se sedimentar.
  • Problemas relacionados à presença de sólidos anormais e situação de arraste de sólidos pelo efluente saindo dos clarificadores:
  • Clarificação Primária: Além dos problemas relacionados às situações de sobrecarga, poderão ocorrer alterações na qualidade do efluente bruto, o que dificulta a separação dos sólidos em um clarificador primário. Serão citados a seguir alguns exemplos relevantes de variações na qualidade do efluente bruto:
  • Quando no efluente bruto existe um excesso de polímero, que facilita a flotação (e não a sedimentação) acoplada ou não ao item a seguir;
  • Quando o efluente bruto apresenta condições inadequadas de pH e / ou uma concentração anormal de sólidos dissolvidos.
  • Clarificação Secundária: Aqui também os problemas de sobrecarga na quantidade de sólidos e de fluxo hidráulico são bastante frequentes.
  • Problemas com a qualidade e / ou quantidade da biomassa (sólidos) nos tanques de aeração:

Alguns comentários sobre problemas relacionados à qualidade e quantidade de biomassa nos tanques de aeração serão tratados no item 5. Pretendemos também tratar este assunto com maior profundidade, futuramente. Vale a pena destacar neste parágrafo um possível problema relacionado à necessidade de monitorar e controlar a quantidade e qualidade da biomassa em um tanque de aeração, e não somente monitorar e controlar a quantidade e qualidade de sólidos de forma mais geral. Aqui cabe destacar que de nada adianta ter uma quantidade de sólidos suficiente e com condição de sedimentação adequada, se os sólidos são todos inorgânicos e, portanto não existe “vida” biológica dentro dos mesmos e, também no tanque de aeração. Neste caso a remoção de DBO e DQO será extremamente reduzida.

  • Problemas com o descarte do excesso de lodo:

Toda estação de tratamento de efluentes de lodo ativado tem que descartar de forma regular uma quantidade de lodo. Mesmo nas estações de aeração prolongada e que operam com idades de lodo maiores de 20 dias, existe a necessidade de controlar a concentração de sólidos nos tanques de aeração. Também deve ser controlado o nível da manta de lodo nos clarificadores secundários. De modo geral, a carga de poluição que entra na estação de tratamento, determinará a quantidade de sólidos que será gerado e o quanto será necessário o descarte do mesmo.

Se por alguma razão, ocorrerem problemas operacionais com uma ou mais centrífugas, o descarte do excesso de sólidos ou biomassa gerado será prejudicado. Mesmo assim, em condições normais de operação e mantendo a quantidade de oxigênio residual adequado, é possível manter uma quantidade de sólidos no estágio biológico em uma situação de sobrecarga, com duração de até algumas semanas e sem que apareçam problemas significativos. Porém, eventualmente os níveis de sólidos terão que ser reduzidos e normalizados, caso contrário à estação começará a perder sólidos junto com o efluente tratado. Tanto a quantidade de sólidos sedimentáveis (SSd), quanto à quantidade de sólidos suspensos totais (SST) poderão extrapolar os limites legais, e até gerar multas pelos órgãos fiscalizadores. Portanto, é melhor cuidar devidamente do sistema de retirada de lodo, de tal forma que se controle a quantidade de sólidos no sistema de aeração, não deixando que saia do controle.

2. Qual é a faixa ideal de controle de sólidos dentro do tanque de aeração? Qual é a concentração máxima num tanque de aeração, e por quanto tempo este concentração poderá ser mantida?

Pela minha experiência, não existem respostas fáceis e definitivas para essas perguntas. Mas, analisando diversos estudos sobre essas questões, posso acrescentar os seguintes comentários:

  • Para as ETEs de projeto tipo normal e relativamente simples de lodo ativado normal encontram-se valores de sólidos entre 2,5 – 3,5 mg SST/l e com uma relação de SSV/SST de 0,8.
  • Para as ETEs de projetos recente de fábricas de celulose e com um processo de lodo ativado prolongado encontram-se valores de sólidos entre 3,5 – 4,5 mg SST/l e também com uma relação de SSV/SST de 0,8.
  • Entendemos que para todas as ETEs, os valores de SST/l além de 7 ou até 10 mg/l podem ser tolerados por alguns dias, sem aparecer grandes consequências. Tempos maiores com concentrações de sólidos excessivos podem gerar problemas, como a respeito da falta de oxigênio e de uma queda na qualidade de lodo no tanque de aeração. Uma menor qualidade de lodo gerará problemas na sua clarificação e desaguamento, e um aumento de sólidos (SST e SSd) no efluente tratado.

3. Alguns problemas e dificuldades no controle de sólidos dentro de um tanque de aeração.

O controle de sólidos, ou melhor, da biomassa dentro dos tanques de aeração é absolutamente necessário para manter o funcionamento eficiente de uma estação de tratamento de efluentes de lodo ativado.

Se a concentração da biomassa no tanque de aeração é insuficiente, a remoção da DQO e DBO será reduzida. No sentido contrário, se a concentração da biomassa no tanque de aeração ficar alta demais, sua remoção nos clarificadores secundários será prejudicada, e outros problemas, como a insuficiência de oxigênio no tanque de aeração poderão ocorrer. Portanto, é necessário monitorar, controlar, e operar os tanques de aeração, mantendo a quantidade de biomassa dentro de uma faixa adequada a qual deve corresponder aos valores do projeto original da estação de tratamento.

Existem vários motivos que podem contribuir para dificultar a manutenção na quantidade de biomassa dentro dos tanques de aeração. Da forma resumida, seguem alguns dos motivos mais comuns:

  • Problemas na coleta das amostras e análises de concentração de sólidos e biomassa;

Os problemas deste tipo frequentemente são desconsiderados ou são vistos como pouco importantes, por serem considerados com pequena probabilidade de ocorrer. Todavia, como existem muitas operações manuais na coleta das amostras e na análise da concentração de sólidos e biomassa, frequentemente os resultados encontram-se sujeitos a erros e distorções. Seguem dois exemplos:

  • A utilização de coletores automáticos de amostras poderá gerar resultados analíticos médios mais representativos, porém esse modo de coleta pode encobrir picos e grandes variações nos resultados analíticos. O tamanho e a frequência da coleta da amostra podem e devem ser regulados, conforme sua localização no fluxo do efluente da ETE e no uso final previsto para os resultados.
  • Um controle impreciso na temperatura da estufa utilizada durante a secagem da análise da quantidade de sólido presente numa amostra poderá gerar distorções significativas na estimativa da quantidade total de sólidos em um tanque de aeração.
  • Falta de oxigênio, pH, temperatura e nutrientes;

Estes quatro itens representam as principais variáveis que necessitam ser controladas para manter uma quantidade de biomassa suficiente em um tanque de aeração. Detalhes e referências que tratam destas variáveis já foram apresentados em trabalhos similares a este, e podem ser encontradas consultando o site de Blogs do CeluloseOnline.[7]

  • Sobrecargas ou subcargas orgânica ou hidráulica;

Se a quantidade da carga orgânica que entra no tanque de aeração é insuficiente, a geração de biomassa será reduzida. Tal fato poderá reduzir a eficiência na remoção da carga poluente na estação de tratamento. No sentido contrário, se a quantidade da carga orgânica que entra no tanque de aeração ficar alta demais, sua remoção no tanque de aeração será prejudicada, e outros problemas, como a insuficiência de oxigênio poderá ocorrer. Por tanto, é necessário monitorar, controlar, e operar os tanques de aeração com a quantidade da carga orgânica dentro de uma faixa adequada, o que corresponde aos valores do projeto original da estação de tratamento.

Problemas similares poderão acontecer nas condições de sobrecarga ou subcarga hidráulica.

Informações adicionais sobre esses assuntos deverão ser apresentados em trabalhos futuros no site de Blogs do CeluloseOnline.

  • Produtos tóxicos

As estações de tratamento de efluente de lodo ativados modernas, como encontradas nas indústrias de papel e celulose normalmente apresentam projetos e condições operacionais que permitem suportar a entrada de produtos químicos tóxicos, junto com o efluente bruto. Porém, em determinadas situações operacionais, como durante uma parada geral da fábrica para manutenção, é possível que ocorra um lançamento acidental de um produto tóxico o que poderá desestabilizar completamente uma ETE.

Maiores detalhes sobre esse assunto deverão ser apresentados em trabalhos futuros no site de Blogs do CeluloseOnline.

CONCLUSÕES

Nesta parte 2 foram tratados os seguintes assuntos referentes às concentrações e quantidades de sólidos e biomassa em uma estação de tratamento de efluentes:

  • Por que é necessário controlar os sólidos em uma estação de tratamento de efluente?
    1. As exigências legais sobre a qualidade de efluente tratado;
    2. As necessidades operacionais para garantir a qualidade do efluente;
  • Qual é a faixa ideal de controle de sólidos dentro de um tanque de aeração? Qual é a concentração máxima de sólidos em um tanque de aeração, e por quanto tempo essa concentração poderá ser mantida?
  • Alguns problemas e dificuldades no controle de sólidos dentro de um tanque de aeração.

Anexo

lodo ativado - f2

Foto dos sólidos suspensos (biomassa) num tanque de aeração.

[1] http://72.29.69.19/~nead/disci/gesamb/doc/mod7/2.pdf. GIORDANO- Acessado 10/06/2015.

[2] http://eucalyptus.com.br/eucaliptos/PT34_Lodos_Ativados.pdf. FOELKEL.- Acessado 10/06/2015.

[3] http://www.eea.eng.br/novosite/downloads/Apostila%20de%20Tratamento%20de%20Esgoto.pdf MARÇAL – Acessado 10/06/2015.

[4] http://www.scribd.com/doc/19590008/Lodos-Ativados-Von-Sperling#scribd. SPERLING. – Acessado 10/06/2015.

[5] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater; Item 2540 SOLIDS#(46)*, © Copyright 1999 by American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation, paginas 298 – 313.

[6] http://www.mma.gov.br/port/conama/res/res11/propresol_lanceflue_30e31mar11.pdf. – Acessado 25/06/2015.

[7] https://www.celuloseonline.com.br/. – Acessado 03/07/2015.

David * David Meissner é dono da empresa DCMEvergreen: Environmental Consulting Services. Ele é formado em Química na Michigan State University, East Lansing, (Mi USA) e Mestrado em Química Orgânica pelo ITA-CTA, São José dos Campos (SP Brasil).

 

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Sobre o Autor
David Meissner - Trat. Efluentes
David Meissner - Trat. Efluentes
É dono da empresa DCMEvergreen Environmental Consulting Services. É formado em Química na Michigan State University, East Lansing, (Mi USA) e Mestrado em Química Orgânica pelo ITA-CTA, São José dos Campos (SP Brasil).
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