Metodologia de tratamento de lamas e organização do balanço de massas

A gestão das lamas tornou-se uma das questões mais críticas para a indústria do tratamento das águas residuais em todo o mundo. Cada vez é mais rápido o incremento do volume de lamas produzido, como consequência do aumento do número de habitantes ligados aos sistemas de drenagem existentes e às estações de tratamento de águas residuais (ETAR). Por outro lado os critérios de descarga nos efluentes são cada vez mais exigentes. O trabalho consiste no estudo de um modelo de cálculo para determinar os caudais e cargas orgânicas, CBO (carência bioquímica de oxigénio) e de SST (sólidos suspensos totais) dos sobrenadantes (clarificados) produzidos no tratamento das águas residuais e do tratamento das lamas com base no conhecimento dos caudais e características tratar. A elaboração do balanço de massas é a primeira ferramenta para compreender as e dimensionar uma ETAR. Este balanço permite determinar não só o incremento de caudais de sólidos e de cargas poluentes (sobrenadantes) que são reintroduzidos a montante da ETAR, como também é uma ajuda importante para o correcto dimensionamento das diversas fases de tratamento.

Optimização do tratamento por lamas activadas do efluente líquido da Mundotêxtil

A Mundotêxtil foi fundada em 1975 tendo iniciado a sua actividade na área comercial de produtos têxteis. Actualmente é o maior produtor nacional de atoalhados de felpo e emprega 575 colaboradores. Como resultado do seu crescimento e sobretudo da actividade de tingimento de fio e felpo, as necessidades de água são consideráveis e o volume de efluentes gerados nos processos industriais é cada vez maior a empresa avançou com a construção de uma estação de tratamento por lamas activadas, colocando-a em funcionamento em Setembro de 2004. Inicialmente surgiram dificuldades para a remoção da cor e da concentração da Carência Química de Oxigénio (CQO) de modo a cumprir os limites máximos de emissão permitidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98, de 1 de Agosto. Com a descarga de parte dos efluentes no SIDVA e a utilização de um coagulante adicionado ao reactor o tratamento passou a apresentar melhores resultados. O intuito deste trabalho é o de apresentar soluções de modo a optimizar o funcionamento do tratamento biológico da Mundotêxtil. A optimização pode começar na concepção dos produtos, pode incidir no processo de fabrico para além de poder ser efectuada no seio da estação de tratamento biológico. Foi efectuado um estudo do tratamento biológico por lamas activadas no Laboratório de Tecnologia Química Profª Doutora Lída de Vasconcelos, laboratório tecnológico do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) que decorreu nos meses de Maio, Junho e Julho de 2010. O estudo laboratorial foi efectuado para três situações distintas: 1) tratamento do efluente bruto sem qualquer tipo de pré-tratamento (ensaios 1 a 3); 2) tratamento do efluente bruto submetido a pré-tratamento com coagulante Ambifloc BIO MD (ensaios 4 e 5) e 3) tratamento com adição de fungos ao tanque de arejamento (ensaio 6). Foram utilizadas duas instalações de tratamento alimentadas a partir do mesmo tanque de alimentação. Os dois sistemas eram idênticos, diferiram nos caudais de alimentação de efluente que foram alterados ao longo do estudo. O efluente a tratar foi fornecido pela empresa Mundotêxtil, sendo recolhido por diversas vezes ao longo dos ensaios. Este efluente foi retirado após o pré-tratamento da empresa, ou seja este efluente é o mesmo que alimenta o tratamento biológico da Mundotêxtil. Devido a este facto o efluente usado no estudo laboratorial teve uma variabilidade no período em que decorreu o estudo, nomeadamente em termos de concentração de CQO e cor. A relação entre a Carência Bioquímica (CBO5) e a CQO situouse entre 0,47 e 0,63 o que traduz que está dentro dos valores típicos para um efluente têxtil. Os melhores resultados globais de remoção de CQO foram obtidos no ensaio 5 e estiveram compreendidos entre 73,2% e 77,5% para o ensaio 5.1 e entre 62,9 e 73,2% para o ensaio 5.2. Neste ensaio foi utilizado o coagulante. Todos os valores de concentração de CQO obtidos nos efluentes dos decantadores para os ensaios 2, 5 e 6 são inferiores aos valores limite de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e o Decreto-Lei 236/98. Os valores de concentração de Sólidos Suspensos Totais (SST), pH, fósforo, CBO5 e cor nos decantadores cumpriram os limites de descarga definidos nas normas de descarga no rio Ave e no Decreto-Lei nº 236/98 em todos os ensaios. Os parâmetros cinéticos obtidos para os ensaios com descorante são os que melhor se ajustam ao projecto de uma instalação de tratamento biológico por lamas activadas do efluente da Mundotêxtil. Os valores obtidos, após ajuste, são os seguintes: k=0,015 L/(mgSSV*d); Sn=12 mg/L; a=0,7982 kgO2/kgCBO5; b=0,0233 [kgO2/(kgSSV*d); y=0,2253 kgSSV/kgCBO5; kd=0,0036 kgSSV/(kgSSV*d. Com base nos parâmetros cinéticos obtiveram-se os seguintes resultados para o projecto de uma estação de tratamento biológico por lamas activadas: · Tempo de retenção hidráulica no reactor de 1,79 d, · Volume do reactor igual a 3643 m3 · Consumo de oxigénio no reactor de 604 kg/d · Razão de recirculação igual a 0,8 · Volume total do decantador secundário igual a 540 m3 · Diâmetro do decantador secundário igual a 15 m A quantidade de oxigénio necessário é baixa e o valor mais adequado deverá ser da ordem de 1200 kg/d. Também foi efectuada uma análise aos produtos químicos consumidos pela empresa na área das tinturarias com a finalidade de identificar as substâncias com uma maior influência potencial no funcionamento da Estação de Tratamento Biológico. O encolante CB, Cera Têxtil P Líquida, Perfemina P-12, Meropan DPE-P, Meropan BRE-P, Indimina STS e Benzym TEC são os produtos químicos que têm uma influência potencial mais significativa na qualidade dos efluentes. Devido ao facto das temperaturas do efluente alimentado ao tratamento biológico da Mundotêxtil oscilarem entre 35 ºC e 43ºC efectuou-se um estudo às necessidades de água quente das tinturarias e por outro lado à capacidade de aquecimento dos efluentes disponíveis. Actualmente a racionalização dos consumos de água é cada vez mais premente, por isso também é apresentado neste trabalho um estudo para a substituição das máquinas convencionais das tinturarias com uma relação de banho 1:10 por máquinas de banho curto (1:6,5). Verifica-se a redução de consumos de 40% de água, 52% de energia eléctrica, 35% de produtos químicos, 51% das necessidades de vapor e por consequência um aumento da produtividade. A empresa pode reduzir os consumos de água em cerca de 280.000 m3/ano. A utilização do pré-tratamento com o coagulante permitirá baixar a concentração da CQO e reduzir a cor à entrada do reactor tratamento biológico. Deste modo é possível manter um tratamento eficiente à saída do tratamento biológico nas situações de descarga de cores carregadas e carga orgânica elevada. Com este conjunto de soluções, quer sejam aplicadas na totalidade ou não, a empresa Mundotêxtil pode enfrentar o futuro com mais confiança podendo estar preparada para fazer face à escassez de água e custos cada vez maiores da energia. Por outro lado pode tratar os seus efluentes a custos menores. A substituição das máquinas de tingimento por máquinas com relação de banho mais baixa (banho curto) implica investimentos elevados mas estes investimentos são necessários não só por motivos ambientais mas também devido à grande competitividade dos mercados.

Contributo para a análise dos principais aspetos associados à operação de instalações de tratamento de lamas ativadas

A exploração das infraestruturas de tratamento de águas residuais urbanas, nomeadamente a otimização dos respetivos processos biológicos, garantindo o cumprimento dos objetivos de qualidade e minimizando os custos de operação, constitui um desafio para todas as entidades gestoras. Os objetivos da presente dissertação incluíram a revisão e análise dos principais aspetos associados à operação de instalações de tratamento de águas residuais urbanas, de pequena e média dimensão, através do processo de lamas ativadas. O trabalho foi efetuado no contexto de um estágio efetuado junto de uma entidade gestora, os serviços municipalizados de água e saneamento (SMAS) de Sintra, tendo incidido, em particular, na ETAR de Colares S1. O trabalho incluiu o acompanhamento das rotinas de exploração, o levantamento e tratamento de informação disponibilizada pelos SMAS de Sintra e, também, a realização de quatro campanhas de amostragem com o objetivo de obter informação relativa a parâmetros que são relevantes para o controlo de uma ETAR por lamas ativadas. O trabalho efetuado permitiu concluir que a ETAR de Colares S1 está sobredimensionada, apresentando concentrações elevadas de matéria em suspensão nos reatores biológicos, ausência de um controlo efetivo das condições de arejamento, problemas de sedimentabilidade na decantação secundária, não havendo controlo dos principais parâmetros (carga mássica, idade de lamas, índice volumétrico de lamas) commumente associados à exploração deste tipo de processo. As rotinas de operação podem ser revistas e melhoradas e os custos de exploração reduzidos. Apesar dos problemas identificados, a descarga de efluente cumpre os objetivos de qualidade expresso na licença de descarga.

Estudo comparativo do processo de tratamento por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado

Atualmente a despoluição das águas, antes da sua descarga em meio hídrico, é considerada uma necessidade de elevada importância, sendo realizada em Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETAR). Dependendo da origem e das características de cada afluente, as ETAR adotam diversos tipos de tratamento, adequando-os caso a caso, com o objetivo de conseguir uma elevada qualidade para o efluente final. O tipo de tratamento mais utilizado, e também o mais versátil, é o tratamento biológico por lamas ativadas. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um estudo comparativo do processo de tratamento biológico por lamas ativadas, em operação em regime de arejamento prolongado, aplicado a três estações de tratamento de águas residuais, com características distintas no que se refere ao tipo de reator biológico utilizado, assim como, ao volume e à sazonalidade do caudal a tratar. As ETAR contempladas no estudo, nomeadamente, a ETAR do Juncal, a ETAR de Pedreiras e a ETAR de Fátima, localizam-se no distrito de Leiria e fazem parte do Saneamento Integrado dos Municípios do Lis (SIMLIS). A comparação do processo de tratamento das ETAR decorreu entre Outubro de 2013 e Junho de 2014, tendo-se baseado na monitorização dos reatores biológicos, no que se refere ao pH, potencial redox, OD, temperatura, concentração de SST e SSV, teste de sedimentabilidade, IVL, razão A/M e A/V, TRH, TRS, cor das lamas e microbiologia. Os valores obtidos permitiram concluir que, num contexto geral, as três ETAR apenas demonstraram um comportamento ideal relativamente aos valores de pH e potencial redox. Os valores de OD e temperatura mantiveram-se abaixo dos valores ideais para este tipo de tratamento; e a elevada concentração de SSV, nas ETAR de Fátima e de Pedreiras, e a baixa concentração de SSV, na ETAR de Juncal, impediram que a razão A/M, o teste de sedimentabilidade o IVL e o TRS cumprissem os valores ideais esperados. O incumprimento dos valores recomendados deve-se, muito provavelmente, ao facto das ETAR se encontrarem a operar abaixo da sua capacidade de utilização, no que respeita à população-equivalente a servir e ao volume de caudal afluente. Aparentemente as condições operacionais observadas durante o estudo não condicionaram o processo de tratamento biológico, uma vez que a qualidade do efluente tratado manteve sempre padrões elevados

Opções de tratamento de águas residuais por sistemas clássicos de lamas activadas numa perspectiva de minimização de recursos aplicados

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária

Optimização do tratamento de um efluente aquoso resultante da utilização de cola nas máquinas de produção de placas de madeira

O presente trabalho teve como principais objectivos, estudar e optimizar o processo de tratamento do efluente proveniente das máquinas da unidade Cold-press da linha de produção da Empresa Swedwood, caracterizar a solução límpida obtida no tratamento e estudar a sua integração no processo, e por fim caracterizar o resíduo de pasta de cola obtido no tratamento e estudar a possível valorização energética deste resíduo. Após caracterização inicial do efluente e de acordo com os resultados de um estudo prévio solicitado pela Empresa Swedwood a uma empresa externa, decidiu-se iniciar o estudo de tratabilidade do efluente pelo processo físico-químico a coagulação/floculação. No processo de coagulação/floculação estudou-se a aplicabilidade, através de ensaios Jar-test, dos diferentes agentes de coagulação/floculação: a soda cáustica, a cal, o cloreto férrico e o sulfato de alumínio. Os melhores resultados neste processo foram obtidos com a adição de uma dose de cal de 500 mg/Lefluente, seguida da adição de 400 mg/Lefluente de sulfato de alumínio. Contudo, após este tratamento o clarificado obtido não possuía as características necessárias para a sua reintrodução no processo fabril nem para a sua descarga em meio hídrico. Deste modo procedeu-se ao estudo de tratamentos complementares. Nesta segunda fases de estudo testaram-se os seguintes os tratamentos: a oxidação química por Reagente de Fenton, o tratamento biológico por SBR (sequencing batch reactor) e o leito percolador. Da análise dos resultados obtidos nos diferentes tratamentos conclui-se que o tratamento mais eficaz foi o tratamento biológico por SBR com adição de carvão activado. Prevê-se que no final do processo de tratamento o clarificado obtido possa ser descarregado em meio hídrico ou reintroduzido no processo. Como o estudo apenas foi desenvolvido à escala laboratorial, seria útil poder validar os resultados numa escala piloto antes da sua implementação industrial. A partir dos resultados do estudo experimental, procedeu-se ao dimensionamento de uma unidade de tratamento físico-químico e biológico à escala industrial para o tratamento de 20 m3 de efluente produzido na fábrica, numa semana. Dimensionou-se ainda a unidade (leito de secagem) para tratamento das lamas produzidas. Na unidade de tratamento físico-químico (coagulação/floculação) os decantadores estáticos devem possuir o volume útil de 4,8 m3. Sendo necessários semanalmente 36 L da suspensão de cal (Neutrolac 300) e 12,3 L da solução de sulfato de alumínio a 8,3%. Os tanques de armazenamento destes compostos devem possuir 43,2 litros e 96 litros, respectivamente. Nesta unidade estimou-se que são produzidos diariamente 1,4 m3 de lamas. Na unidade de tratamento biológico o reactor biológico deve possuir um volume útil de 6 m3. Para que este processo seja eficaz é necessário fornecer diariamente 2,1 kg de oxigénio. Estima-se que neste processo será necessário efectuar a purga de 325 litros de lamas semanalmente. No final da purga repõe-se o carvão activado, que poderá ser arrastado juntamente com as lamas, adicionando-se 100 mg de carvão por litro de licor misto. De acordo com o volume de lamas produzidos em ambos os tratamentos a área mínima necessária para o leito de secagem é de cerca de 27 m2. A análise económica efectuada mostra que a aquisição do equipamento tem o custo de 22.079,50 euros, o custo dos reagentes necessários neste processo para um ano de funcionamento tem um custo total de 508,50 euros e as necessidades energéticas de 2.008,45 euros.

Recuperação do calor de um efluente primário para aquecimento de lamas de um reactor anaeróbio

O presente trabalho tem como principal objectivo o estudo da possibilidade de recuperação de calor de um efluente proveniente do tratamento primário da fábrica do grupo Portucel Soporcel (fábrica produtora de pasta de papel), para o aquecimento da corrente de lamas do digestor anaeróbio da SimRia S.A. – ETAR Norte, (ambas localizadas em Cacia, distrito de Aveiro). A solução consiste na implementação de um sistema de permuta térmica entre estas duas correntes, constituído fundamentalmente por dois permutadores de placas em espiral, montados em paralelo que operam em contra-corrente. Segundo este novo sistema de aquecimento, as lamas abandonam o digestor anaeróbio da mesma ETAR a um caudal de 110 m3/h, que se dividirá em duas linhas, sendo admitidas em cada permutador a 55 m3/h e a uma temperatura de 32 ºC regressando ao digestor a uma temperatura de 37 ºC (temperatura óptima a que ocorre a digestão anaeróbia das lamas). O efluente disponível, abandona o tratamento primário da Portucel, a 45 ºC e é encaminhado até aos permutadores da SimRia S.A., onde vai trocar calor com as lamas e regressa à Portucel a 40ºC, sendo admitido nas torres de arrefecimento da fábrica de papel. A nova instalação proposta pretende substituir a actual existente na ETAR em causa, em que a corrente de água que aquece as lamas, circula num circuito fechado entre um único permutador e uma caldeira, alimentada com o biogás que se produz no digestor anaeróbio, e que é responsável pelo controlo da temperatura da corrente de água. Pretende-se que a implementação deste novo método de aquecimento de lamas seja uma alternativa económica relativamente ao actual sistema, uma vez que vai substituir a corrente de biogás alimentada à caldeira podendo este recurso ser transformado em energia eléctrica e posteriormente comercializada. A análise financeira realizada ao projecto demonstrou que o projecto é rentável, uma vez que, a diferença entre todos ganhos e custos ao fim dos 10 anos de vida útil estimados é de cerca de 150 000,0 €. O período de retorno do investimento é alcançado no final dos primeiros 6 anos e a taxa interna de rentabilidade obtida foi de 36 %. Posteriormente incluiu-se neste estudo a possibilidade de tratamento das lamas geradas na fábrica da Portucel na ETAR da SimRia recorrendo a um terceiro digestor. Conclui-se que se trata duma opção vantajosa, uma vez que permite obter um caudal de biogás 44 m3/h, que convertido em potência permite obter 150 kW que poderá ser aproveitado para produção de energia ou comercializado gerando uma receita adicional de 130 000,0 €/ano para as entidades envolvidas.

Contributo para o estudo da valorização energética de biogás em estações de tratamento de águas residuais

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

Contributo para a utilização de modelos de simulação dinâmica no dimensionamento de processos de lamas activadas

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária

Contribuição para o estudo do processo de lamas ativadas com vista à redução de custos de operação

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente – Perfil Engenharia Sanitária

Estações de tratamento de águas residuais: conceitos e dimensionamento

O presente relatório é o corolário do Estágio Curricular que a autora efetuou, durante o segundo semestre do ano letivo de 2014/2015 na SBS – Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. Nesta empresa a autora foi integrada na equipa técnica que elaborou um Projeto de Execução para uma Estação de Tratamento de Águas Residuais que irá ser construída em Montemor-o-Novo, tendo-lhe sido atribuídas as seguintes tarefas principais: i) estudo de ferramentas de dimensionamento de ETAR; e ii) estudo dos processos de tratamento de águas residuais a instalar. O tratamento de águas residuais não é matéria que conste do atual Plano de Estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP. Este facto, associado à premente necessidade de dar resposta às expectativas da Entidade Acolhedora, obrigou a autora a um esforço de aprendizagem significativo. Nesta fase foi executada uma aprofundada pesquisa bibliográfica que permitiu à autora obter o nível de conhecimentos teóricos necessário para a plena integração na Equipa de Projeto. Já integrada na Equipa de Projeto o primeiro trabalho desenvolvido pela autora foi a análise detalhada do Caderno de Encargos e da respetiva Nota Técnica. Seguidamente a autora participou em todas as fases do Projeto tendo, por isso, colaborado na análise do Estudo Geotécnico, no dimensionamento dos órgãos da ETAR, no cálculo do perfil hidráulico, na definição de formas (plantas e cortes) dos órgãos, na elaboração da Lista de Equipamentos e do Mapa de Quantidades e, por último, na elaboração da Memória Descritiva e Justificativa do Processo de Tratamento e Equipamentos. O Caso Prático incluído no presente documento é, em larga medida, o corolário do processo de aprendizagem de que a autora beneficiou no decorrer do Estágio Curricular. Grande parte das tarefas que a autora executou ao longo da elaboração do projeto relacionaram-se com o dimensionamento dos órgãos da ETAR e com os respetivos cálculos hidráulicos. Os conhecimentos teórico-práticos desta forma adquiridos foram reunidos num conjunto de ferramentas, maioritariamente folhas de cálculo, que se verificou serem úteis nos processos de dimensionamento e de teste de soluções alternativas. É parte integrante deste relatório um capítulo no qual é feita uma detalhada apresentação dos conceitos teóricos subjacentes ao Projeto de ETAR. Este capítulo reflete o estudo que a autora teve necessidade de efetuar antes de se sentir capaz de integrar a Equipa de Projeto.

Estudo da eficiência da ETAR da zona industrial da AutoEuropa por análise biológica

No tratamento de águas residuais por lamas activadas, existem diferentes populações de protozoários e metazoários que se podem desenvolver durante o processo. A sua presença é fundamental para o bom desempenho da ETAR. Além de reduzirem a turvação do efluente final, estimulam o crescimento bacteriano, promovem a floculação e algumas espécies reduzem a poluição. É possível estabelecer uma estreita relação entre a predominância de determinadas espécies ou grupos de espécies, com parâmetros operacionais da ETAR, tais como os índices bióticos. Este procedimento requer a identificação e enumeração das diferentes espécies. No entanto, existem outros métodos, que apresentam relações entre a abundância de uma dada espécie ou grupo e os parâmetros da estação. O presente trabalho tem como objectivos: avaliar o funcionamento do sistema de tratamento de lamas activadas através da observação microscópica de protozoários e metazoários, identificação e contagem das espécies relevantes; estabelecer relações entre os organismos que contribuem para o processo de depuração de águas residuais e as condições de operação, como parâmetros físicoquímicos ou o desempenho da ETAR; e produzir uma ferramenta de apoio à gestão da ETAR, baseada em princípios biológicos. Pretende-se, ainda, contribuir e incentivar para a adopção de metodologias semelhantes em outros sistemas de lamas activadas em funcionamento no nosso País. Em termos metodológicos, a colheita de amostras foi realizada semanalmente na ETAR da ZIA durante dois meses e meio. Os parâmetros operacionais e físico-químicos foram obtidos junto da ETAR. A análise biológica foi efectuada por microscopia óptica. Avaliou-se qualitativa e quantitativamente a microfauna presente no tanque de arejamento, no poço de mistura de lamas e no clarificado de ambos os decantadores, a fim de se verificar as possíveis correlações desses parâmetros com a eficiência do sistema. Aplicou-se os resultados biológicos obtidos, em quatro modelos propostos para a avaliação do processo de tratamento, baseada em análises biológicas. Em termos qualitativos e na maior parte das observações, a lama apresentou boa qualidade. A ETAR da ZIA foi colonizada por tecamebas, principalmente Arcella sp. e Euglypha alveolata, em todo, o estudo e em todos os pontos analisados. No tanque de arejamento foram sempre observados ciliados nadadores livres. A densidade total de organismos no tanque de arejamento variou de 2982 e 7330 organismos/mL, com valor médio de 5995 organismos/mL. Relativamente, aos parâmetros estudados, os objectivos de remoção para o CBO5, CQO, SST e SSV foram alcançados.

Estudo de soluções com reactores UASB para a reabilitação de ETAR. Caso de estudo da ETAR de Porto Côvo

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Sanitária

Comparação de métodos para identificação de bactérias filamentosas responsáveis pelo fenómeno de bulking numa ETAR

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente – Perfil Engenharia Sanitária

Análise comparativa de sistemas de desidratação para ETAR caso de estudo: centrífugas versus filtros banda

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil Engenharia Sanitária