Processos de Tratamento

Os processos de tratamento dos esgotos são formados por uma série de operações unitárias empregadas para a remoção de substâncias indesejáveis, ou para transformação destas substâncias em outras de forma aceitável.

A remoção dos poluentes no tratamento, de forma a adequar o lançamento a uma qualidade desejada ou ao padrão de qualidade estabelecido pela legislação vigente, está associada aos conceitos de nível e eficiência de tratamento.

O tratamento dos esgotos é usualmente classificado através dos seguintes níveis: preliminar, primário, secundário e terciário.

O tratamento preliminar objetiva principalmente a remoção de sólidos grosseiros e de areia, por meio de mecanismos básicos de ordem física.

O tratamento primário destina-se, por meio de mecanismos básicos de ordem física, à remoção de sólidos flutuantes (graxas e óleos) e à remoção de sólidos em suspensão sedimentáveis e, em decorrência, parte da matéria orgânica.
 
No tratamento secundário, predominam os mecanismos biológicos, e o objetivo é principalmente a remoção de matéria orgânica e, eventualmente, nutrientes (nitrogênio e fósforo).

O tratamento terciário objetiva a remoção de poluentes específicos, ou ainda remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário.

A remoção de nutrientes e de organismos patogênicos pode ser considerada como integrante do tratamento secundário ou do tratamento terciário, dependendo do processo adotado.

Os principais processos de tratamento de esgotos utilizados pela Copasa são:

1. Sistemas Anaeróbios
O tratamento anaeróbio é efetuado por bactérias que não necessitam de oxigênio para sua respiração. Há três tipos bastante comuns, o tanque séptico, o filtro anaeróbio e o reator UASB.

1a. Tanque Séptico
O princípio do processo consiste, basicamente, em uma unidade onde se realizam, simultaneamente, várias funções: decantação, flotação, sedimentação e desagregação e digestão parcial dos sólidos sedimentáveis (lodo) e da crosta constituída pelo material flotante (escuma). Sendo, os tanques sépticos, reatores de fluxo horizontal, tendo lodo passivo em relação à fase líquida, o processo biológico que ocorre na fração líquida é de pouca importância. O principal fenômeno que ocorre sobre o efluente é de ação física, através de decantação.

1b. Filtro Anaeróbio
Neste reator a matéria orgânica é estabilizada através de microrganismos que se desenvolvem e ficam retidos nos interstícios ou aderidos ao meio suporte que constitui o leito fixo (usualmente pedras ou material plástico), através do qual os esgotos fluem. São, portanto, reatores com fluxo através do lodo ativo e com biomassa aderida, ou retida, no leito fixo. Os filtros anaeróbios podem ser de fluxo ascendente ou descendente. Nos filtros de fluxo ascendente, o leito é submerso e no fluxo descendente, podem trabalhar submersos ou não.

1c. Reator UASB
No reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), ou reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo, o princípio do processo consiste na estabilização da matéria orgânica, anaerobiamente, por microrganismos que crescem dispersos no meio líquido. A parte superior do reator UASB possui um separador trifásico, que apresenta uma forma cônica ou piramidal, permitindo a saída do efluente clarificado, a coleta do biogás gerado no processo e a retenção dos sólidos dentro do sistema. Esses sólidos retidos constituem a biomassa, que permanece no reator por tempo suficientemente elevado para que a matéria orgânica seja degradada. O lodo retirado periodicamente do sistema já se encontra estabilizado, necessitando apenas de secagem e disposição final.

2. Lagoas de Estabilização
As lagoas de estabilização são sistemas de tratamento biológico em que a estabilização da matéria orgânica é realizada pela oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas. De acordo com a forma predominante pela qual se dá a estabilização da matéria orgânica, as lagoas costumam ser classificadas em: facultativas, anaeróbias, aeradas e de maturação.

2a. Lagoa Facultativa
Neste processo, o esgoto afluente que entra continuamente em uma extremidade da lagoa, sai continuamente na extremidade oposta. Ao longo deste percurso, que demora vários dias, e na presença de oxigênio fornecido pela fotossíntese, uma série de eventos contribui para a purificação dos esgotos. Parte da matéria orgânica em suspensão tende a sedimentar, vindo a constituir o lodo de fundo. Este lodo sofre processo de decomposição por microorganismos anaeróbios. A matéria orgânica dissolvida, conjuntamente com a matéria orgânica em suspensão de pequenas dimensões, não sedimenta, permanecendo dispersa na massa líquida, onde sua decomposição se dá por bactérias facultativas, que têm a capacidade de sobreviver tanto na presença, quanto na ausência de oxigênio.

2b. Lagoa Anaeróbia
Neste processo, a lagoa possui menores dimensões e maior profundidade. Devido às menores dimensões e à maior profundidade dessa lagoa, a fotossíntese praticamente não ocorre. Predominam as condições anaeróbias, pois no balanço entre o consumo e a produção de oxigênio, o consumo é amplamente superior. As bactérias anaeróbias têm taxa metabólica e de reprodução mais lenta do que as bactérias aeróbias. Em assim sendo, para um período de permanência de 2 a 5 dias na lagoa, a decomposição da matéria orgânica é parcial.

2c. Lagoa Aerada Facultativa
Neste processo, consegue-se um sistema predominantemente aeróbio e de dimensões reduzidas. A principal diferença com relação à lagoa facultativa convencional é quanto à forma de suprimento de oxigênio. Apesar de a fotossíntese favorecer a introdução de oxigênio na massa liquida da lagoa, esse processo utiliza aeração superficial, por meio de equipamentos denominados aeradores, dimensionado para suprir o fornecimento do oxigênio necessário à estabilização da matéria orgânica. A lagoa é denominada de facultativa pelo fato do nível de energia introduzido pelos aeradores ser suficiente apenas para a oxigenação, mas não para manter os sólidos em suspensão na massa líquida. Assim, os sólidos tendem a sedimentar e formar uma camada de lodo de fundo, a ser decomposta anaerobiamente.

2d. Lagoa de Maturação
Este processo possibilita um polimento no efluente de qualquer dos sistemas descritos. O principal objetivo destas lagoas é a remoção de organismos patogênicos, e não da remoção adicional de matéria orgânica. Diversos fatores contribuem para a remoção de patógenos, como temperatura, insolação, pH, escassez de alimento, organismos predadores, competição, compostos tóxicos, etc. Vários destes mecanismos se tornam mais efetivos com menores profundidades da lagoa, o que justifica o fato das lagoas de maturação serem mais rasas e consequentemente requererem grande área de implantação.

3. Reatores Aeróbios com Biofilmes
A matéria orgânica é estabilizada por bactérias que crescem aderidas a um meio suporte (usualmente pedras ou material plástico). Há sistemas nos quais a aplicação de esgotos se dá na superfície, sendo o fluxo de esgoto descendente e havendo a necessidade de decantação secundária; há também sistemas submersos com introdução de oxigênio, com fluxo de ar ascendente, e fluxo de esgoto ascendente ou descendente.

3a. Filtro Biológico Percolador
Nestes reatores, a matéria orgânica é estabilizada por via aeróbia, por meio de bactérias que crescem aderidas a um meio suporte, que pode ser constituído de pedras, ripas, material plástico ou qualquer outro que favoreça a percolação do esgoto aplicado. Usualmente o esgoto é aplicado por meio de braços giratórios. O fluxo contínuo do esgoto, em direção ao fundo do tanque, permite o crescimento bacteriano na superfície do meio suporte, possibilitando a formação de uma camada biológica, denominada biofilme. O contato do esgoto com a camada biológica possibilita a degradação da matéria orgânica. A aeração desse sistema é natural, ocorrendo nos espaços vazios entre os constituintes do meio suporte.

4. Disposição no Solo
Os esgotos são aplicados ao solo, fornecendo água e nutrientes necessários para o crescimento das plantas. Parte do líquido é evaporada, parte pode infiltrar pelo solo, e parte é absorvida pelas plantas. Em alguns sistemas, a infiltração no solo é elevada, e não há efluente. Em outros sistemas, a infiltração é baixa, saindo o esgoto tratado (efluente) na extremidade oposta do terreno. Os tipos de disposição no solo mais usuais são: infiltração lenta, infiltração rápida, infiltração sub-superficial, escoamento superficial e terras úmidas construídas.

4a. Escoamento Superficial no Solo
Esta forma de disposição/tratamento consiste na aplicação controlada de efluentes, fazendo escoarem no solo, rampa abaixo, até alcançar canais de coleta. A aplicação deve ser intermitente.

5. Lodos Ativados
Este processo consiste em um reator onde a grande concentração de biomassa fica em suspensão no meio líquido. Quanto mais bactérias houver em suspensão, maior será o consumo de alimento, ou seja, maior será a assimilação da matéria orgânica presente no esgoto bruto. A biomassa (bactérias) que cresce no tanque de aeração, devido à sua propriedade de flocular, é removida por sedimentação em um decantador secundário, permitindo que o efluente saia clarificado. Para garantir a elevada concentração de biomassa no reator, o lodo sedimentado é recirculado para a unidade de aeração. Este é o princípio básico do sistema de lodos ativados, possuindo assim, dependendo das variantes, o decantador primário, o tanque de aeração, o decantador secundário e elevatória de recirculação. Para tratamento da fase solida e gasosa e dependendo da variante do processo é necessário utilizar adensadores de lodo, digestores, desidratação mecânica e sistemas de coleta de gases que podem ser reutilizados como fontes energéticas dentro do processo de reaproveitamento da energia elétrica e térmica utilizando o gás metano e lodo na cogeração bem como a energia térmica na secagem do lodo.

6. Flotação
Neste processo o ar é dissolvido sob pressão no esgoto a tratar, em um tanque de pressurização, sendo em seguida liberado no tanque de flotação à pressão atmosférica. O ar liberado ganha a superfície do tanque, carreando a matéria sólida, que tende a flotar. Esta matéria flutuante forma uma camada superior, que é raspada por um braço raspador apropriado e coletada em dispositivos especiais para ser então removida. Em alguns processos são utilizados produtos químicos para auxiliar a formação dos flocos.

7. Ultravioleta
Como as lagoas de maturação, este processo objetiva a remoção de organismos patogênicos. O esgoto tratado entra em uma das extremidades do reator, passando por um conjunto de lâmpadas ultravioleta e sai pela extremidade oposta. A energia ultravioleta é absorvida pelos microrganismos causando alterações estruturais no DNA que impedem a reprodução. A baixa concentração de sólidos é de grande importância para a eficiência do tratamento.

8. Tratamento e Disposição do Lodo
Todos os sistemas de tratamento de esgotos geram sub-produtos: escuma, material gradeado, areia, lodo primário e lodo secundário.

O material gradeado, a escuma e a areia devem seguir para disposição final em aterro sanitário. No entanto os lodos primário e secundário necessitam de tratamento antes da disposição final.

O tratamento do lodo tem basicamente dois objetivos: a redução de volume e a redução de teor de matéria orgânica. Para alcançar estes objetivos, o tratamento do lodo usualmente inclui uma ou mais das seguintes etapas:

• Adensamento (adensadores por gravidade, flotadores por ar dissolvido, centrífugas e prensas desaguadoras);
• Estabilização (digestão anaeróbia/aeróbia, tratamento químico por alcalinização, secagem térmica por peletização);
• Desidratação (leitos de secagem, centrífugas, prensas desaguadoras e filtros prensa).

A COPASA está implementando na ETE de Ibirité o reaproveitamento do gás metano e do lodo como combustores para geração de energia elétrica e térmica a partir da alimentação de sistemas de secagem térmica do lodo e motores a combustão, que permitirão maior produção de gás metano,  redução do volume das unidades de digestão do lodo, e consequentemente maior produção de energia elétrica e térmica para o auto consumo da planta.