1 de nov. de 2018
Otimização da Capacidade de Tratamento da ETE Fortaleza: Diagnóstico, Justificativa e Solução com a Tecnologia MBBR
INTRODUÇÃO
1.1) Delimitação da área: tema, problema e objetivo
Estações de tratamento de esgotos sanitários (ETEs) em determinadas circunstâncias
apresentam sobrecarga, perdendo ou reduzindo a sua eficiência, em relação à qual foram
projetadas. Diversas são as causas, sendo as principais o aumento da carga hidráulica ou
orgânica afluente em relação à capacidade de projeto, ou deficiências de projeto que causam a
limitação da capacidade de tratamento e obrigando a operação da ETE a reduzir a vazão
afluente até a capacidade adequada.
O tema do presente trabalho foi desenvolvido quando o cliente que opera as ETEs de
Blumenau (SC), pediu para apresentar a solução para adequar a ETE Fortaleza, visto que essa
não estava atendendo aos parâmetros previstos no projeto – a ETE perdia eficiência sempre
que a vazão afluente atingia 100 L/s, sendo que a capacidade de projeto para esta etapa era de
135 L/s.
Dessa forma o tema do trabalho foi escolhido, com o problema definido e o objetivo bem
claro: a necessidade de adequar o tratamento para que a capacidade de projeto da ETE – 135
L/s – fosse atendida.
1.2) Justificativa do projeto
O projeto justifica-se pela importância do tema, principalmente pela necessidade urgente de
implantar os tratamentos adequados, visto que a cidade de Blumenau concedeu o seu sistema
de coleta e tratamento de esgotos à iniciativa privada para que os investimentos sejam feitos de
forma técnica e economicamente adequados, e no menor espaço de tempo possível. A ETE
Fortaleza encontra-se em operação, e precisa urgentemente corrigir a deficiência do tratamento, de forma a adequar o seu lançamento no corpo receptor respeitando as legislações federais e estaduais.
1.3) Fundamentação teórica
A ETE Fortaleza foi projetada utilizando o processo de lodos ativados, modalidade de aeração
prolongada. Este processo é convencional, e utilizado em larga escala. No presente caso, a
ETE vinha apresentando dificuldades para manter a sua eficiência na remoção de DBO
(Demanda Bioquímica de Oxigênio) toda vez que a vazão afluente ultrapassava o valor de 100
L/s, e este era um grande problema, pois a ETE foi projetada para tratar nesta etapa 135 L/s de
vazão média. A legislação estadual exige uma remoção de DBO superior a 80%, ou
lançamento de 60 mg DBO/L (Lei 14.675 –SC), sendo que a Secretaria Municipal de Meio
Ambiente exigiu, para esse projeto na cidade de Blumenau, uma remoção superior a 90%, o
que leva a uma concentração de DBO no efluente a ser despejado no corpo receptor inferior a
28 mg/L (o esgoto bruto tem uma DBO em torno de 280 mg/L).
Ora, de acordo com Cavalcanti (2009), Jordão (2005), Tchobanoglous (1979), Von
Sperling (2001), o processo de aeração prolongada pode atingir uma eficiência de remoção de
DBO entre 85-95%. Essa variação se deve às próprias características dos esgotos sendo
tratados, à temperatura local, ao seu controle operacional, e à qualidade do projeto e sua
respectiva construção.
Nos últimos 25 anos uma nova tecnologia foi desenvolvida, inicialmente na Noruega,
conhecida como MBBR (“Moving Bed Bio Reactor”) – o reator biológico com leito móvel.
Entre outras vantagens, essa tecnologia adequa-se muito bem para a modernização, ampliação
e adequação de ETEs existentes, como recomendam diversos autores, como Francisco (2014)
e Rusten (1995), entre outros. Entre as vantagens descritas na literatura, encontram-se a
facilidade de adaptação do processo que utiliza a infraestrutura existente de tanques, portanto
reduzindo a necessidade de grandes investimentos, devendo apenas serem adicionados os meios suporte (“carriers”), oferecendo como vantagens adicionais a simplicidade operacional, a resistência a grandes variações de carga afluente, resistência a choques de carga orgânica e hidráulica, e a elevada eficiência do processo. Foi definido em conjunto com o cliente a alteração do processo, com pequenas adaptações locais e a adição da biomedia no reator.
O trabalho vai apresentar: a eficiência real do processo de aeração prolongada na ETE Fortaleza em Blumenau (SC), antes da intervenção de alteração do processo, as cargas afluentes envolvidas, e a eficiência encontrada após a entrada em funcionamento do novo processo MBBR.
2. DESENVOLVIMENTO
2.1) Dados de entrada do esgoto bruto na ETE (Projeto)
Vazão média diária…………………………………………………… : 11.664 m3/dia (=135 L/s)
Vazão máxima diária………………………………………………… : 20.282 m³/dia (234,7 L/s)
Vazão máxima horária………………………………………………. : 845 m³/h
DBO ………………………………………………………………………. : 280 mg/L
SST…………………………………………………………………………. : 329 mg/L
Nitrogenio Total ………………………………………………………. : 41 mg/L
Fósforo Total …………………………………………………………… : 9,5 mg/L
Temperatura …………………………………………………………….. : > 18o C.
2.2) A eficiência real do reator de lodo ativado na ETE Fortaleza (20.6 a 11.7.2016)
São os seguintes resultados no período em questão, antes da alteração do processo:
• Vazão média afluente = 64,7 L/s
• Vazão máxima diária = 92,3 L/s
• DBO média do esgoto bruto = 257 mg/L
• DBO máxima do esgoto bruto = 349 mg/L
• DBO média do efluente tratado da ETE = 33 mg/L
• DBO máxima do efluente tratado da ETE = 86 mg/L
• Eficiência média = 87,1%.
A ETE não atende a eficiência média esperada de 90% na remoção da DBO, com vazão igual a
metade da vazão de projeto, portanto torna-se necessária uma alteração desse quadro negativo
com urgência. Além disso, os valores máximos de DBO no efluente tratado atingem níveis
bastante elevados, quando a vazão afluente aproxima-se dos 100 L/s de máxima diária, sendo
que deveria atender à legislação para a vazão de projeto de 156 L/s.
Essa situação fica bastante problemática, sabendo-se que o plano de investimentos em novas
redes de coleta de esgotos nos bairros atendidos pela ETE é bastante intenso, o que fará com
que nos próximos meses a ETE passe a receber vazões bastante maiores do que as acima
referidas.
2.3) Cargas orgânicas afluentes a serem utilizadas para o projeto de alteração do processo
de tratamento
A alteração do processo tratamento será dimensionado para a vazão de projeto da ETE, que é
de 135 L/s. A DBO a ser utilizada para esse projeto é de 280 L/s, sabendo-se que até então os
valores médios tem sido mantidos consistentemente abaixo desse limite, portanto sem riscos
para as etapas futuras.
2.4) Área da ETE Fortaleza
Como se pode verificar pela foto, com os reatores de lodos ativados à direita (com guardacorpos
em amarelo), a área é suficiente para as futuras ampliações. O tanque circular de maior
diâmetro é o decantador secundário, responsável pela separação dos sólidos e do efluente final.
Os sólidos decantados retornam ao tanque de aeração (reator biológico), ou são retirados do
processo e enviados para a fase de desaguamento do lodo (edifício na parte inferior central da
foto). O efluente sobrenadante do decantador passa por uma desinfecção com hipoclorito de
sódio antes de ser descartado para o corpo receptor (Ribeirão Fortaleza, afluente do Rio Itajaí).
2.5) Resultado do dimensionamento do processo de tratamento com MBBRA foto abaixo mostra a biomedia (“carriers”) sendo adicionadas nos reatores biológicos para a transformação do processo de lodo ativado em MBBR:
O MBBR apresenta as seguintes características:
Volume útil total dos reatores = 1.600 m3
Quantidade de linhas em paralelo = 1
Quantidade de reatores em série = 1
Tempo de retenção hidráulica = 3,4 horas
Volume de “carriers” (ou biomedia) = 503 m3
Área superficial específica da biomedia = 650 m2/m3
DBO afluente = 280 mg/L
Vazão de ar para o processo MBBR = 5.200 Nm3/h
DBO esperada = inferior a 28 mg/L.
A foto a seguir ilustra o aspecto do reator MBBR em operação, após a colocação da biomedia:
2.6) Eficiência do processo na conclusão do projeto
Os resultados após a conclusão do projeto, e computando os dados dos primeiros 27 dias de
operação do novo processo de tratamento são:
• Vazão média afluente = 93,2 L/s
• Vazão máxima diária = 109,4 L/s
• DBO média do esgoto bruto = 317 mg/L
• DBO máxima do esgoto bruto = 368 mg/L
• DBO média do efluente tratado da ETE = 13 mg/L
• DBO máxima do efluente tratado da ETE = 43 mg/L
• Eficiência média = 95,9%.
A tabela a seguir apresenta a comparação dos dois processo de tratamento, sendo o de lodos
ativados por aeração prolongada (”antes”), e o MBBR (”depois”):
Se analisarmos apenas os resultados de 15 dias corridos, após os primeiros 12 dias de operação
do MBBR, a DBO média do efluente é de 8,0 mg/L, portanto bem abaixo da meta de 28 mg/L
prevista em projeto.
As fotos seguintes mostram as transformações visuais na qualidade do tratamento, após a
alteração do processo (observar a quantidade de sólidos na superfície do decantador, antes da
alteração, e o aspecto límpido após as alterações; isto é uma grande indicação sobre a qualidade do tratamento que está sendo empregado).
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A ETE Fortaleza tinha a necessidade premente de adequar o processo de tratamento de forma a
atender aos parâmetros legais de descarga dos efluentes no corpo receptor, o que não vinha
ocorrendo com frequência.
A alteração do processo de tratamento do lodo ativado em aeração prolongada passando para o
MBBR (reator biológico de leito móvel), mostrou-se eficaz e simples de ser realizado, sendo
que os resultados encontrados após a mudança do processo foram:
• Atendeu com facilidade às expectativas para a qualidade do efluente final, pois está
atingindo valores de DBO inferiores a 10 mg/L, quando se esperavam resultados da
ordem dos 28 mg/L para atender à legislação.
• Quando comparado à média dos resultados anteriores no efluente final, de DBO = 33
mg/L (com média de remoção de 87,1%), as concentrações atuais são muito menores,
com DBO = 13 mg/L no total do período de partida, de 27 dias, sendo que nos 15 dias
após os primeiros 12 dias da partida do processo, esse valor médio já havia baixado
para 8 mg/L (média no período = 95,9% de remoção da DBO).
• Mostrou-se resistente às variações de carga afluente, sem que isto interferisse na
qualidade do efluente final. Pelo contrário, a qualidade do efluente final tem vindo a
melhorar com o passar do tempo.
• O oxigenio necessário ao processo biológico é mantido dentro de uma faixa de
operação – ”set-point” de 0,7-1,5 mg/L, mediante uma sonda de oxigenio dissolvido
instalada na saída do primeiro reator, que comanda um inversor de frequência, que
regula a rotação do soprador de ar. Desta forma mantem-se a eficiência, economizando
energia elétrica.
• O aspecto geral da ETE, principalmente o aspecto do decantador secundário, melhorou
sensivelmente, principalmente pela ausência dos sólidos na superfície, que eram vistos
antes da alteração do processo. O aspecto do efluente final melhorou muito, com um
efluente sendo lançado no rio isento de turbidez.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CAVALCANTI, José E. W. A., Manual de Tratamento de Efluentes Industriais, Engenho
Editora Técnica Ltda., São Paulo, 2009.
FRANCISCO, Rubens Jr., Características da Nova Geração de Leito Móvel (CFIC), Revista
Hydro, p. 38 – 45, São Paulo, outubro/2014
JORDÃO, Eduardo Pacheco; PESSOA, Constantino Arruda, Tratamento de Esgotos
Domésticos, 4a. edição, Rio de Janeiro, 2005, 932 p.
RUSTEN, Bjorn et al., Moving Bed Biofilm Reactors for Nitrogen Removal: From Initial
Piloto Testing to Start-up of the Lillehammer WWTP, In: 68th. Annual Conference &
Exposition, Water Environmental Federation, WEFTEC-95, Miami Beach, October 21-25, 1995
TCHOUBANOGLOUS, George, Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse,
Metcalf&Eddy, Inc. – 3rd Ed., Mc.Graw-Hill, Singapore, 1991o processo