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Ficha de Leitura de Minimização e Tratamento de Efluente1

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Índice

Ficha de Leitura de Minimização e Tratamento de Efluentes

Introdução

Os processos químicos industriais são caracterizados pela transformação de matéria-prima em


produtos para a satisfação das necessidades humanas. Esses processos para além de transformar a
matéria em produtos, bens e serviços, também produzem resíduos e efluentes. Os resíduos e
efluentes produzidos muitas vezes, são emitidos para o ambiente e/ou lançados em locais
inapropriados acarretando vários problemas ambientais.

Atualmente os processos químicos industriais não devem apenas preocupar-se pela obtenção de
produtos mas também, devem observar aspetos relacionados com a qualidade do ambiente.
Portanto, a poluição e a contaminação do ambiente, quer pelos resíduos, quer pelos efluentes
trazem consequências graves na saúde humana e ambiental.

É neste âmbito, que o estudante do Curso de Engenharia de Processos Industriais deve possuir
conhecimentos sólidos sobre a minimização e tratamento de efluentes, em particular os industriais
de modo que durante a sua atividade laborar possa contribuir na preservação do ambiente,
recordando que problemas ambientais são resultantes de atividades antropogénicas.

Caro estudante, com esta Ficha de Leitura poderá deter algum conhecimento da cadeira
Minimização e Tratamento de Efluentes (MITE), mas contudo, é importante ressalvar que a mesma
não deve substituir qualquer material ou literatura específica em torno desta matéria. Deve usá-la
como um instrumento para aquisição de bases, devendo no entanto, recorrer a outro material para
discussão e aprofundamento da matéria.

…Com disciplina, rigor e profissionalismo…estude para ter êxitos...

...Aos meus estudantes, recebam calorosos cumprimentos de melhores e maiores êxitos...

… Saber que não sabe, é virtude de uma grande sabedoria...

(Naftal Naftal, 2015)

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1.0. Indicadores de Contaminação

 Definir os conceitos ligados a efluentes (líquidos e gasosos)


 Classificar os efluentes, sólidos totais e determinar teor
 Caracterizar os principais indicadores de contaminação de águas residuais
 Conhecer as diferenças entre DBO, DTO e DQO
 Explicar a cinética da DBO e a influência da constante de velocidade na DBO
 Saber calcular o teor da matéria orgânica (ou carbono orgânico total, COT)
OBJECTIVOS e o equivalente de oxidação do carbono e constante de desoxigenação
 Conhecer os nutrientes Nitrogénio e Fósforo, suas formas, espécies e teores

1.1. Efluentes

De uma forma geral, os efluentes podem ser definidos:

 Como resíduos provenientes das indústrias, dos esgotos e das redes pluviais, que são
lançados no meio ambiente, na forma de líquidos ou de gases;

 Também, se pode dizer que, é qualquer líquido ou gás gerado nas diversas atividades
humanas e que são descartados (despejados) na natureza.

Por outro lado, são considerados efluentes industriais todas águas residuais geradas pelas
atividades industriais e que fluem através da rede de esgoto. Podem igualmente ser lançadas
diretamente no ambiente ou redirecionadas para estações de tratamento.

Os efluentes podem ser classificados em líquidos e gasosos. As principais características dos


efluentes industriais são:
 Compostos orgânicos e inorgânicos;
 Substâncias radioativas;
 Ácidos e metais pesados.

1.1.1. Característica dos Efluentes Industriais

As características dos efluentes industriais variam essencialmente com o tipo da indústria, e com o
processo industrial utilizado. Para o tratamento biológico dos efluentes industriais, alguns aspetos

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e conceitos assumem importância, visto que, estes despejos apresentam uma ampla variabilidade
de suas características qualitativas, dificultando a generalização dos valores mais comuns:
a) Biodegradabilidade: capacidade dos efluentes de serem estabilizados por processos
bioquímicos, através de microrganismos;
b) Tratabilidade: possibilidade dos despejos serem tratados por processos biológicos
convencionais;
c) Concentração de matéria orgânica - Demanda Bioquímica de Oxigénio, ou seja, a
quantidade de oxigênio necessária para estabilizar a matéria orgânica;
d) Disponibilidade de nutrientes: o tratamento biológico exige um equilíbrio harmónico entre
os nutrientes Carbono, Nitrogénio e Fósforo;
e) Toxidez: determinados despejos industriais possuem constituintes tóxicos ou inibidores,
que podem afetar ou inviabilizar o tratamento biológico.

1.2. Indicadores da Contaminação de Efluentes Líquidos

Os indicadores de contaminação de efluentes líquidos podem ser classificados em três parâmetros


principais, nomeadamente: físicos, químicos e biológicos.

1.2.1. Parâmetros Físicos

Os parâmetros físicos de indicadores da contaminação de efluentes líquidos são:

1.2.1.1. Turbidez

Causada pela presença de materiais em suspensão na água, tais como, areia, silte, matéria orgânica
e organismos microscópicos (monera, protistas e fungi) que absorvem e dispersam os raios
luminosos em lugar de permitir sua passagem através da água. A turbidez é portanto, uma medida
da resistência da água a passagem da luz em linha reta.

A origem destes materiais na água pode ser natural, bem como, devido à erosão do solo pelas águas
de rolamento, e a do próprio leito do rio, além das contribuições de esgotos domésticos e industriais.
A turbidez é utilizada não só como um parâmetro de caracterização de águas brutas e tratadas,
também, é usada para o controlo de operação das estações de tratamento de água.

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A determinação da turbidez é feita através de um processo de nefelometria ou seja, através de uma


foto célula chamada turbidímetro, que compara a intensidade de luz dispersa pela amostra dentro
das condições previamente definidas, numa solução tomada como referência padrão (polímero de
formazina) sobre as mesmas condições.

 O resultado é dado em unidades nefelométrica de turbidez (N.T.U.), ou seja, uT;


 A turbidez natural das águas está geralmente, contida na faixa de 3 às 500 unidades (uT);
 Para fins de consumo humano, a turbidez da água potável deve ser inferior à 5 uT.

É importante referir que, a turbidez acentuada em águas de mananciais impede a penetração dos
raios solares e a consequente fotossíntese, com problemas ecológicos para meio aquático.

1.2.1.2. Sabor e Cheiro

Este parâmetro resulta da presença, na água, de alguns compostos químicos, como por exemplo:
 Sais dissolvidos produzindo sabor salino;
 Gases dissolvidos - por vezes utilizados no próprio tratamento da água, como o cloro;
 Substâncias advindas do metabolismo de algas, entre outras.

Assim, estas características estão, quase sempre, associadas às impurezas químicas ou biológicas
da água. A importância deste parâmetro está relacionada à significativa possibilidade de rejeição,
pela população abastecida, de água adequada ao consumo e uso de outra fonte de qualidade
duvidosa, mas sem odor, nem sabor.

Água com sabor e odor acentuados são rejeitados para consumo doméstico ou podem causar
problemas ao organismo humano, dependendo dos compostos químicos presentes. O padrão de
potabilidade vigente exige que a água para consumo humano seja insípida (sem sabor) e
completamente inodora (sem cheiro).

1.2.1.3. Cor

Resulta da existência na água, de substâncias em suspensão. Esta característica é acentuada quando


da presença, na água, de matéria orgânica, de minerais como o Ferro e o Manganês, ou de despejos
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coloridos (pigmento, papel, têxtil, curtume) contidos em esgotos industriais possuem compostos
corados, na forma de material em suspensão, coloidal ou em solução.

O Ferro e Manganês são elementos muito abundantes na crosta terrestre e apresentam


comportamento químico semelhante. São produtos que, em excesso na água, podem causar alguns
problemas em ambiente aquático, tais como:
 Coloração avermelhada, no caso do ferro, ou marrom, devido ao manganês;
 Manchas em roupas ou em produtos industrializados;
 Sabor metálico, em doses elevadas, podem ser tóxicos.

As águas superficiais podem parecer altamente coloridas ou turvas devido à matéria corante em
suspensão. Pode não ser um risco direto à saúde, mas a sua cloração contendo matéria orgânica
dissolvida responsável pela cor pode gerar produtos cancerígenos (tri-halometanos).

A parte da cor aparente (com matéria em suspensão) pode ser removida por coagulação -
floculação - sedimentação, enquanto a cor verdadeira (extratos vegetais- orgânicos) é mais difícil
de ser removida pelos processos convencionais. O processo para remover a cor verdadeira
denomina-se centrifugação. A cor é determinada por comparação visual da amostra com soluções
padrão de platina-cobalto de concentrações conhecidas, sendo o resultado fornecido imunidades de
cor, também chamadas de unidades Hazen (uH).

Em geral, as águas naturais apresentam teores de cor variando de 0 às 200 unidades Hazen (uH),
sendo que valores superiores a 25 uH usualmente exigem, para sua remoção, de coagulação
química e filtração. Para água potável, muitos países estabelecem em 15 uH o valor máximo
permissível (VMP) como padrão de aceitação para consumo humano.

A cor pode tornar o líquido indesejável para o uso em indústrias de produção de bebidas e de outros
alimentos ou de fabricação de louças e papéis, ou ainda, em indústrias têxteis. As substâncias
contidas na cor absorvem a radiação solar de curto comprimento de onda (luz visível) impedindo
a sua penetração na água reduzindo, em consequência, a ação fotossintética das espécies vegetais
clorofiladas existentes no corpo recetor, particularmente as algas.

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A principal fonte de oxigénio no corpo recetor é justamente a ação fotossintética, através da qual
os vegetais clorofilados consomem o CO2 dissolvido na água e libertam o O2. A diminuição da cor
de um despejo pode ser feita através da coagulação-floculação, seguido de sedimentação ou
flotação, filtração, cloração, ozonização ou ainda por adsorção em colunas de carvão ativado.

1.2.1.4. Temperatura

A temperatura é a medição da intensidade de calor. Em despejos industriais tem origem no descarte


de águas de torres de resfriamento e despejos industriais diversos. Sua importância está nos efeitos
resultantes desta intensidade de elevação da temperatura:
 Aumentam a taxa das reações químicas e biológicas;
 Diminuem a solubilidade dos gases;
 Aumentam a taxa de transferência de gases (geração de odores).

Tabela 1.1: Oxigénio Dissolvido na Água em Função da Temperatura:


T (ºC) O2 (ppm)
0 14,6
5 12,8
10 11,3
15 10,2
20 9,2
25 7,6
50 5,6
Fonte: CAVALCANTI, 2009.

Uma elevação da temperatura do corpo recetor, causada pela temperatura do despejo descartada,
reduz a solubilidade do oxigénio na água. Uma elevação de temperatura no corpo recetor reduz a
eficiência dos equipamentos de troca térmica que usam as águas do mesmo no processo e nas trocas
térmicas. Uma maior temperatura do corpo recetor implica em maior consumo de oxigénio
dissolvido em vista da maior atividade química e bioquímica.

Ao mesmo tempo ocorrência de estratificação da água com a consequente redução do OD na


camada superficial do corpo recetor faz com que a fauna aquática migre para regiões onde os níveis
de OD sejam mais compatíveis com as suas exigências metabólicas. Essa redução de OD na água

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à temperatura mais elevada faz com que, o corpo recetor tenha reduzido a sua capacidade de
autodepuração.

1.2.1.5. Sólidos

Das características físicas, o teor de matéria sólida é o de maior importância, em termos de


dimensionamento e controle de operações das unidades de tratamento. A remoção de matéria sólida
é fonte de uma série de operações unitárias de tratamento, ainda que represente apenas cerca de
0,09% dos esgotos (a água compõe os restantes 99,91%). Os sólidos podem ser classificados
segundo: sua natureza; características físicas; químicas, e de sedimentação.

1) Classificados de acordo com sua natureza:


a) Orgânica: quando passíveis de oxidação, reduzir a concentração de oxigénio dissolvido
no corpo recetor. Emprestam ao corpo recetor odor e sabor não recomendáveis;
b) Inorgânica: sais inorgânicos estão, invariavelmente, presentes nos efluentes;
c) Sólidos voláteis; sólidos fixos segundo secagem a 600 ºC.

2) Classificados por suas características físicas (dimensão das partículas):


a) Sólidos em suspensão: dimensão maiores que 1 mm;
b) Sólidos coloidais: dimensão entre 10-3 e 1 mm;
c) Sólidos dissolvidos: dimensão inferior a 10-3mm.

3) Classificados pelas características químicas:


a) Sólidos orgânicos;
b) Sólidos inorgânicos.

4) Classificados pela característica de sedimentação (decantabilidade):


a) Sólidos em suspensão sedimentáveis: dimensão maior que 10 mm;
b) Sólidos em suspensão não sedimentáveis;
c) Sólidos flutuantes.

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Esquema 1.1: Classificação dos Diferentes Tipos de Sólidos:

Fonte: NUNES, 2004.

1.2.2. Parâmetros Químicos

Os parâmetros químicos usados na caracterização de efluentes podem ser orgânicos e inorgânicos.

1.2.2.1. Parâmetros Químicos Orgânicos

Os parâmetros químicos orgânicos é um dos principais problemas da poluição das águas, pode ou
não ser biodegradável. Entretanto, promove o aumento do consumo de oxigénio dissolvido pelos
microrganismos nos seus processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica.

A matéria orgânica presente nos corpos de água e nos esgotos é uma característica de primordial
importância para a qualificação da água, pois é, a causadora do principal problema de poluição das
águas: o consumo do oxigénio dissolvido pelos microrganismos nos seus processos metabólicos de
utilização e estabilização dessa matéria.

 Os principais componentes orgânicos são os compostos de proteína, os carbohidratos, a


gordura e os óleos, além da ureia, surfactantes, fenóis, pesticidas entre outros.

O parâmetro químico pode ser classificado quanto a forma, tamanho e biodegradabilidade:


1) Classificação quanto à forma e tamanho:

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a) Em suspensão (particulado);
b) Dissolvida (solúvel).

2) Classificação quanto à biodegradabilidade:


a) Inerte;
b) Refratária;
c) Não biodegradável;
d) Biodegradável.

Em termos práticos, a determinação da matéria orgânica em termos de proteínas, gorduras,


carbohidratos, etc., é altamente complexo, uma vez que esses compostos se diferem para cada tipo
de efluentes. Assim, adotam-se normalmente métodos indiretos para a quantificação da matéria
orgânica, ou do seu potencial poluidor através da medição de:
 Oxigénio dissolvido (OD);
 Demanda bioquímica de oxigénio (DBO);
 Demanda química de oxigénio (DQO).

1.2.2.2. Parâmetros Químicos Inorgânicos

1.2.2.2.1. Dureza

A dureza resulta da presença, principalmente, de sais alcalinos terrosos (cálcio e magnésio). Os


principais problemas que podem resultar das águas com dureza elevada são:
a) Causam a extinção da espuma do sabão, aumentando o seu consumo;
b) Produzem incrustações nas tubulações, caldeiras e aquecedores.

A dureza da água pode ter origem natural: dissolução de rochas calcárias, e antropogénicas:
águas residuais.

Até agora, segundo vários estudos, não há evidências de que a dureza da água cause problemas
sanitários, mas em determinadas concentrações, causa um sabor desagradável e pode ter efeitos
laxativos. Segundo o grau de dureza as águas podem ser classificadas:
a) Águas moles.
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b) Moderadamente duras (50 – 150 mg/L CaCO3).


c) Duras.
d) Muito duras.

1.2.2.2.2. Alcalinidade

Alcalinidade é a quantidade de iões na água que reagirão para neutralizar os iões H+. Medição da
capacidade da água de neutralizar os ácidos. Os principais constituintes da alcalinidade são os
bicarbonatos (HCO3-), carbonatos (CO3-2) e os hidróxidos (OH-).

De acordo com a quantidade de iões na água a alcalinidade pode ser:


 pH > 9,4 : hidróxidos e carbonatos;
 pH entre 8,3 e 9,4 : carbonatos e bicarbonatos;
 pH entre 4,4 e 8,3 : apenas bicarbonato.

1.2.2.2.3. Acidez

É capacidade da água em resistir às mudanças de pH causadas pelas bases. Resulta principalmente


da presença de CO2 livre (pH entre 4,5 e 8,2). De acordo com CO2 livre a acidez pode ser:
 pH > 8,2 : CO2 livre ausente;
 pH entre 4,5 e 8,2 : acidez carbónica;
 pH < 4,5 : acidez por ácidos minerais fortes.

Quanto aos efeitos não apresenta risco sanitário, sabor e odor desagradável e corrosão de
tubulações e dispositivos.

1.2.2.2.4. Potencial Hidrogeniónico (pH)

Indica o carácter ácido ou básico dos efluentes. Nos tratamentos de efluentes os pH é um parâmetro
fundamental para o controle do processo. A medida do pH é a concentração hidrogénios das águas,
devendo-se encontrar entre 6,0 e 8,0. Valores fora desta faixa tornam o meio extremamente seletivo
para vários seres vivos.

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Na prática, utiliza-se a escala de pH que varia na faixa de 0 à 14 unidades.


 pH >7→ A água é ácida;
 pH = 7 → A água é neutra.

Diferentes valores de pH estão associados a várias faixas de atuação ótima de coagulantes. O pH


necessita ser corrigido antes e/ou depois da adição de químicos. Ácidos e/ou álcalis lançados no
corpo recetor podem torná-lo impróprio para o uso não somente para fins recreacionais, como
banho e navegação (barco a vela, windsurf, etc.) mas também para a manutenção da vida aquática,
que demanda um pH da água em torno da neutralidade.

Um dos tratamentos para a remoção das substâncias coloidais (por exemplo, coagulação-
floculação) depende do pH do despejo, portanto, esse parâmetro deve ser mantido o mais próximo
possível do valor do pH ótimo para esse processo. Quando, numa mesma planta industrial se
dispõem de correntes ácidas e alcalinas deve-se buscar a equalização das mesmas.

A equalização só deve ser aplicada no caso em que haja compatibilidade química entre as correntes.
Os padrões de potabilidade vigentes não fixam valores de pH para águas potáveis mas recomendam
que, no sistema de distribuição o mesmo seja mantido na faixa de 6,0 à 9,5.

1.2.3. Parâmetros Biológicos

Entre os organismos que podem ser encontrados na água destacam-se:


1) Algas: reino monera e vegetal - embora tendo grande importância para o equilíbrio
ecológico do meio aquático, podem acarretar alguns problemas, sendo os principais:
a) Ocorrência de sabor e odor desagradáveis na água;
b) Entupimento de filtros de areia em estações de tratamento de água.

2) Organismos Patogénicos: reino animal, monera, protista - são introduzidos na água junto
com a matéria fecal de esgotos sanitários. Podem ser de vários tipos: bactérias; vírus,
protozoários, e vermes.

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Estes grupos de organismos podem provocar doenças que algumas vezes, podem resultar em
epidemias. A determinação individual da eventual presença de patogénicos em uma amostra de
água é extremamente difícil, complexa e cara. Desta forma, a avaliação da qualidade bacteriológica
das águas é feita através da pesquisa de microrganismos indicadores de contaminação fecal.

Os organismos mais comuns usados como indicadores de contaminação são as bactérias do grupo
coliformes. Algumas das bactérias do grupo coliformes, por exemplo: Eschericheia coli, constitui
95% dos coliformes presentes nas fezes. As células desta bactéria podem sobreviver fora do corpo
por um tempo bastante limitado, o que faz com que sejam um organismo indicador ideal para
comprovação da contaminação fecal em amostras quando extraídas para o meio ambiente. São
encontrados na água quando esta tiver matéria orgânica fecal.

 Tem um grau de resistência ao meio compatível ao que é apresentado pelos principais


patogénicos intestinais que podem ser veiculados pelas águas (termo tolerantes).
 Sua caracterização e quantificação são feitas por métodos relativamente simples.

Os requisitos de qualidade de uma água devem estar associados aos usos pretendidos para essa
água. Se um corpo de água é de uso múltiplo, a qualidade das suas águas deverá ser tal que possa
atender aos requisitos dos diversos usos previstos. É necessário se estabelecer, também padrões de
qualidade, embaçados em um suporte legal.

Em termos práticos, há três tipos de padrão de interesse para a qualidade da água que são:
a) Padrões de lançamento no corpo de água;
b) Padrões de qualidade do corpo de água;
c) Padrão de qualidade para uso específico - Padrões de Potabilidade.

No Brasil, e em outros países, adotaram padrões de lançamento, bem como da qualidade do corpo
de água, nomeadamente:
1) Águas doces: com salinidade igual ou inferior à 0,05 %;
2) Águas salobras: com salinidade variando entre 0,05 % e 3 %;
3) Águas salinas: com salinidade igual ou superior à 3 %.

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1.2.4. Demanda Bioquímica de Oxigénio

Um efluente pode conter substâncias orgânicas biodegradáveis e não biodegradáveis, bem como,
contaminantes inorgânicos. Portanto, considera-se que espécies inorgânicas reativas são facilmente
determinadas, ao passo que a determinação de substâncias orgânicas solúveis tem sido mais
problemática. Por essa razão, estipulou-se a utilização de indicadores de poluição determinados
através de parâmetros globais, um dos quais é a DBO.

Demanda Bioquímica de Oxigénio (DBO): retrata a quantidade de oxigénio requerida para


estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica do carbono.

Também, DBO pode ser considerada como a quantidade de oxigénio molecular necessária à
estabilização da matéria orgânica carbonácea decomposta aerobicamente por via biológica.
Portanto, é uma indicação indireta, do carbono orgânico biodegradável.

As principais vantagens do teste da Demanda Bioquímica de Oxigénio:


 Indicação aproximada da fração biodegradável do despejo;
 Indicação da taxa de degradação do despejo;
 Indicação da taxa de consumo de oxigénio em função do tempo.

A determinação aproximada da quantidade de oxigénio requerido para estabilização biológica da


matéria orgânica presente, é fornecido pela DBO, pese embora, fornece diretamente o total de
matéria orgânica presente em um efluente. A DBO corresponde à quantidade de oxigénio
consumida pelos microrganismos aeróbios, presentes ou introduzidos na amostra, para realizar a
biodegradação das substâncias biodegradáveis presentes no despejo.

Ecologicamente o DBO tem grande importância, pois através dela podemos saber quanto de
oxigénio (O2) será consumido num corpo recetor por determinado volume de efluente, seja de
natureza doméstica ou industrial. Entretanto, num despejo real a medida da DQO dificilmente
coincide com a medida da DBO pois, na medida da DQO, geralmente podem estar contidas

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substâncias biodegradáveis e não-biodegradáveis, pese embora, todas sejam quimicamente


oxidadas. Assim, temos que:

Sendo que:
 DQOBD: o consumo de oxigénio pelas substâncias biodegradáveis contidas no despejo;
 DQONBD: o consumo de oxigénio para a oxidação das substâncias não-biodegradáveis
contidas no despejo.

O método da DQO, embora seja indireto para medição do conteúdo da matéria orgânica no despejo,
é considerado mais adequado para o monitoramento contínuo da qualidade de um despejo ou até
mesmo da avaliação do desempenho de uma unidade de tratamento de efluentes.

1.2.4.1. Cinética da Demanda Bioquímica de Oxigénio

Tendo em conta a emissão de efluentes, pode-se considerar que o efeito ecológico da poluição
orgânica é o decréscimo dos teores de oxigênio dissolvido, resultando na Demanda Bioquímica de
Oxigénio (DBO). O consumo de oxigênio dissolvido varia ao longo do tempo, também varia em
diferentes dias. O oxigénio dissolvido (OD) é essencial para os organismos aeróbios. A total
ausência origina as condições anaeróbias, com geração de maus odores. O oxigénio dissolvido é
vital para os organismos aeróbios, além de ser o principal parâmetro de caracterização dos efeitos
da poluição das águas por despejos orgânicos.

A solubilidade de OD varia com a altitude e temperatura, por exemplo:


 Nível do mar, a 20oC, a concentração de saturação é de 9,2 mg/L;
 Valor de OD superiores ao da saturação indica presença de algas,
 Valor de OD inferiores, ao da saturação indica presença Matéria Orgânica (MO).

Portanto, é importante salientar que, por exemplo:


 OD entre 4-5 mg/L morrem os peixes mais exigentes;
 OD = 2 mg/L todos os peixes estão mortos, e
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 OD = 0 mg/L tem-se condições de anaerobiose.

Peixes, bem como a maioria da fauna aquática do corpo recetor, dependem do oxigénio dissolvido
na água para o seu ciclo vital - o metabolismo, entretanto, esse é um dos mais relevantes parâmetros
característicos da qualidade de um despejo. Assim, deve ser considerado como um agente poluente
todas as substâncias e/ou condições que, direta ou indiretamente, interfiram com a redução da
concentração do oxigénio dissolvido do corpo recetor.

O mecanismo presente durante a prova de laboratório da DBO é essencialmente biológico, e não


depende somente de oxigénio presente e utilizado em um momento dado, mas também da
velocidade a que este se consome - tempo. Assim, é necessário fixar um tempo e temperatura de
incubação padrão, que normalmente, é de 5 dias, e 20 °C como temperatura de referência. A
variação no tempo da Demanda Bioquímica de Oxigênio de uma água residual segue uma cinética
- oxigênio dissolvido, de primeira ordem em dois ângulos distintos:

DBO remanescente: concentração de matéria orgânica remanescente na massa líquida em


um dado instante.

DBO exercida: oxigênio consumido para estabilizar até este instante.

Progressão da DBO ao longo do tempo, segundo os dois conceitos:

Gráfico 1.1: Progressão da DBO ao Longo do Tempo:

Fonte: GERSINA (S/D)

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DBO exercida (oxigênio consumido) e a DBO remanescente (matéria orgânica remanescente) ao


longo do tempo.

Onde:
 L = DBO remanescente em um tempo t qualquer (mg/l);
 L0 = DBO remanescente em t = 0 (mg/l);
 K1 = Coeficiente de desoxigenação.

Onde:
 y = DBO exercida em um tempo t (mg/l);
 L0 = DBO remanescente, em t = 0 (como definida anteriormente), ou DBO exercida (t = ∞).

Também denominada demanda última, pelo facto de representar a DBO total final da estabilização
(mg/l). É importante notar que y = L0 – L.

Gráfico 1.2: Relação entre L0 – Lt:

Fonte: OLMO (S/D)

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 Exemplo 1: O DBO5 de um esgoto é de 250 mg/l, se k é igual a 0,15, qual o DBO resultante
(remanescente) do esgoto?
Dados:
Lo= 250 ml/l
K= 0,15

 Resolução: Fórmula da BDO resultante: L = Lo. e-kt

L = Lo. e-kt = 250 . e-0,15x5 = 118,9 mg/l


R: A DBO resultante é de 118,9 mg/l

 Exemplo 2: A interpretação de análise de laboratório de uma amostra de água de um rio a


jusante do lançamento de uma amostra de esgoto conduziu aos seguintes valores:
a) Coeficiente de desoxigenação K1= 0,25 d-1
b) Demanda última L0 =100mg/l.
Calcular a DBO exercida (oxigênio consumido) a 1 dia.

 Resolução: Fórmula da BDO exercida: Y=Lo (1-e-k1 x t)

Y1 = 100 (1-e-0,25x1) = 22 ml/l


R: A DBO exercida a 1 dia é de 22 mg/l

A determinação da DBO implica conhecer o oxigênio consumido por as bactérias em um intervalo


de tempo, já que existe uma relação quantitativa entre o oxigênio consumido e a concentração do
material orgânico que se transforma em dióxido de carbono e amônia. Esta relação pode ser
representada pela seguinte equação generalizada:

A diferença no conteúdo de oxigênio ao início e ao final da análise, por litro de amostra utilizada
constitui a DBO da amostra expressa em mg de O2 L-1.

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1.2.4.2. Influência da Constante de Velocidade na Determinação de DBO

A oxidação bioquímica é um processo lento e teoricamente leva um tempo infinito para ser
completada. Em um período de 20 dias, ocorre para esgotos sanitários, a oxidação de cerca de 95
a 99% dos compostos e, em um período de 5 dias que é utilizado no teste de DBO, cerca de 60 a
70%. A temperatura de 20°C é mantida na incubadora, pois deve haver uma temperatura de
referência uma vez que influi na velocidade dessas reações.

A reação de DBO é, para fins práticos, formulada de acordo com o modelo cinético de primeira
ordem, podendo ser expressa por:

Onde:
 Lt = DBO de primeiro estágio remanescente no tempo t,
 K’= a taxa ou constante da velocidade da reação (base e).

Integrando-se esta equação, tem-se:

Onde:
 L0 = DBO total de primeiro estágio, também chamada de DBO “última” ou DBO
carbonácea total. Trabalhando-se na base decimal, temos:

Onde:
 K é a constante da velocidade da reação, referida à base 10. Para se estabelecer a relação
entre k´ e k pode ser utilizado:

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Mas, em geral, necessita-se trabalhar com valores da DBO removida e não remanescente, uma vez
que os resultados das análises laboratoriais se referem a dados de DBO removida, porque o que se
mede é consumo de oxigénio, que se relaciona com a matéria orgânica já oxidada ou removida. A
DBO remanescente, Lt, e a DBO removida, y, conforme ilustrado:

Gráfico 1.3: Influência da Constante de Velocidade na Determinação de DBO:

Fonte: AGUDO, 1992.

Pode-se observar que a DBO removida y, em cada instante, é igual a DBO de primeiro estágio L0,
subtraída da DBO remanescente, Lt, ou:
 y = L0 – Lt.

Como Lt = L0.e-k’.t, podemos escrever:


 y = L0 - L0.e-k’.t ou y = L0 (1-e-k’.t) que é a equação da DBO removida em função do tempo,
base e.

Na base 10, temos:

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Por exemplo, determinar a DBO de um dia e a DBO final de primeiro estágio para um esgoto cuja
DBO5 a 20°C é 200 mg/L. A constante da reação, k` é igual a 0,23d-1.

 y5 = L0 (1 - e-5k’)
 200 = L0 (1 - e-5x0,23) ⇒ L0 = 293 mg/l
 y1 = 293 (1 - e-0,23x1) ⇒ y1 = 60 mg/l

As principais causas que se podem considerar como fatores que influenciam a constante k são:
1. A natureza da matéria orgânica;
2. A habilidade dos microrganismos para utilizar essa matéria orgânica.

Para esgoto doméstico, um valor típico de k é 0,1 d-1 (base 10, 20°C). O valor de k varia com o
tipo de despejo, compreendendo valores de 0,05 à 0,3d-1 ou mais. Para o mesmo valor da DBO
final, o oxigénio consumido deverá variar com o tempo e com valores diferentes de k.

Gráfico 1.4: Efeito da constante de reação k na DBO (para um dado valor de L0)

Fonte: METCALF & EDDY, 1994.

1.2.5. Degradação de Matéria Orgânica

É causadora do principal problema de poluição das águas. Pode ser classificada quanto à forma e
tamanho:
 Em suspensão (particulada);
 Dissolvida (solúvel).

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Classificação quanto à biodegradabilidade:


 Inerte;
 Refratária;
 Não biodegradável;
 Biodegradável.

A MO não é medida diretamente na forma de seus constituintes (proteínas, carbohidratos, etc.), e


sim indiretamente através das seguintes formas:
 Medição do consumo de oxigénio: DBO e DQO;
 Medição do carbono orgânico: COT.

A matéria orgânica é responsável pelo consumo do oxigénio dissolvido na água., pelos


microrganismos decompositores. Os processos mais adequados para a remoção de matéria orgânica
das águas residuais, esgotos sanitários e efluentes industriais são de natureza biológica. Quando
comparados aos processos físico-químicos, apresentam as grandes vantagens de resultarem em
eficiências mais elevadas na remoção de DBO ou DQO, a um custo operacional mais baixo quando
se compara, por exemplo, o custo da energia elétrica para a aeração do sistema (processos
biológicos aeróbios mecanizados) com o custo de produtos químicos para à floculação dos esgotos.

Os processos biológicos podem ser agrupados, de acordo com a natureza do metabolismo


predominante, em aeróbios e anaeróbios. Os processos aeróbios são aqueles em que os
microrganismos usam o oxigénio dissolvido na água como aceitador de eletrões em seus processos
respiratórios. Podem ser compactos, retendo-se a biomassa ativa através de recirculação de lodo
(processo de lodos ativados e suas variações) ou através da introdução artificial de meio suporte
inerte de biomassa (filtros biológicos aeróbios).

Podem também ter apenas acelerada a oxigenação do conteúdo do tanque, através de aeração
artificial, sem recirculação de biomassa, como é o caso das lagoas aeradas mecanicamente.
Também, podem ser totalmente naturais, como é o caso das lagoas de estabilização fotossintéticas.
Os processos anaeróbios recorrem ao uso de microrganismos que apresentam o mecanismo da

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respiração intramolecular, usando o hidrogénio como aceitador de eletrões na ausência de oxigénio


dissolvido nas águas.

 Por exemplo a oxidação da glicose a dióxido de carbono e água requer 192 gramas de
oxigénio por mole de glicose (180 gramas/mol) ou 1.065 mg de oxigénio por miligrama de
glicose segundo a estequiometria da equação:

C6 H12 O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

 Assim uma solução de glicose de 300 mg L-1 tem uma Demanda Teórica de Oxigénio de
320 mg L-1, se ter em conta determinação de DBO com períodos de incubação de 20 dias
significa que valores de L0, nesse intervalo de 250 à 285 mg L-1.

Os processos anaeróbios são mais antigamente conhecidos na digestão do excesso de lodo


biológico produzido em estações de tratamento através de lodos ativados ou filtros biológicos
aeróbios. Para o tratamento de esgotos propriamente, são mais conhecidos os sistemas de fossas
sépticas, inclusive os decanto-digestores (tanques Imhoff) e as lagoas anaeróbias.

Já foram desenvolvidos os processos de filtros anaeróbios, reatores anaeróbios de fluxo


ascendente e manto de lodo e os reatores de leito fluidizado, dentre outros modelos de reatores,
que retêm biomassa reduzindo os volumes de reatores necessários - o processo mais competitivo
com os aeróbios. Estes últimos apresentam geralmente eficiências mais elevadas na remoção de
DBO ou DQO dos despejos, mas normalmente são mais caros devido à necessidade de aeração. A
ideia predominante atualmente é a de associação, por exemplo, um reator anaeróbio para redução
parcial da carga orgânica, complementando-se o tratamento com um sistema aeróbio.

Em muitos casos, os sistemas mistos apresentam vantagens económicas em relação aos


exclusivamente aeróbios. Além disso, podem apresentar também maior eficiência na remoção de
nitrogénio e fósforo. Existem também reatores como as lagoas facultativas, em que ocorrem ao
mesmo tempo a decomposição aeróbia (massa líquida) e anaeróbia (lodo de fundo).

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Esquema 1.2: Degradação de Matéria Orgânica:

Fonte: OLMO (S/D)

Alguns efluentes industriais necessitam ser pré-tratados por processos físico-químicos para a
remoção de componentes tóxicos (metais pesados, óleos e graxas, solventes orgânicos, etc.), antes
de serem submetidos ao tratamento biológico.

1.2.6. Constante de Desoxigenação

O método do Rhame para determinar k, ou método dos dois pontos de Rhame, se apoia na relação
entre os valores da DBO para dois tempos determinados. O segundo tempo é o dobro do primeiro.
Com o método do Rhame podem calculá-la DBO última e a constante desoxigenação:

A partir da importância que existe, na hora de caracterizar uma água residual, do conhecimento da
relação entre a DBO cinco dias, DBO última e a constante de velocidade, k, foram propostos muitos
métodos para o cálculo de k.

Coeficiente de desoxigenação K1 depende:


 Características da matéria orgânica;

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 Temperatura; e da
 Presença de substâncias inibidoras.

É importante frisar que os efluentes tratados possuem valores menores para K1, pelo facto da maior
parte da M.O. mais facilmente degradável já ter sido removida.

Onde:
 L = concentração de DBO remanescente (mg/L)
 t = tempo (dia)
 K1 = coeficiente de desoxigenação (dia-1)

Onde:
 Lo = DBO remanescente inicial (mg/L)

Tabela 1.2: Valores Típicos de K1 (dia-1)

Origem K1 (dia-1)

Água residuária concentrada 0,35 - 0,45


Água residuária de baixa concentração 0,30 - 0,40
Efluente primário 0,30 - 0,40

Efluente secundário 0,12 - 0,24

Rios com água limpa 0,09 - 0,21


Água para abastecimento público <0,12

Fonte: Adaptado de SPELLING, 2006.

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1.2.6.1. Influência da Temperatura Desoxigenação

Relação entre a temperatura e a taxa de desoxigenação pode ser expressa por:

Onde:

 K1T = K1 a uma temperatura T qualquer (dia-1);


 K1(20) = K1 a uma temperatura T= 20º C (dia-1);
 T = Temperatura do líquido (ºC);
 θ =Coeficiente de temperatura (-), valor empregado 1,047.

Influência metabolismo microbiano desempenha papel importante nas taxas de estabilização da


matéria orgânica.

1.2.7. Demanda Teórica de Oxigénio e Demanda Química de Oxigénio

1.2.7.1. Demanda Teórica de Oxigénio

A Demanda Teórica de Oxigénio (DTO) corresponde à quantidade estequiométrica de oxigénio


necessária para oxidar completamente um dado composto.

É definida como a quantidade de oxigénio dissolvido necessária para oxidação bioquímica das
substâncias orgânicas presentes na água, ou seja, é a quantidade de O2 requerida pelas bactérias
para estabilizar a matéria orgânica decomponível (biodegradável).

Ela é também expressa em p.p.m (mg/L) e, corresponde a um valor calculado, pois, a DTO só pode
ser efetivamente determinada se conhecermos a composição química completa (quali-
quantitativamente) de todos os constituintes oxidáveis contidos no despejo.

 Qualquer composto orgânico teoricamente pode ser oxidado até a obtenção final de
produtos estáveis como H2O, CO2, NH3 e SO42- ;
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 A quantidade de oxigênio necessária para a oxidação se denomina Demanda Teórica de


Oxigênio (DTO).

A matéria orgânica de origem animal ou vegetal presente nos despejos é geralmente uma
combinação de Carbono, Oxigénio, Hidrogénio e Nitrogénio. Os principais grupos destes
compostos que estão presentes nos despejos são carbohidratos, proteínas, gorduras e os produtos
de sua decomposição. Se forem conhecidas as fórmulas químicas dos compostos orgânicos
presentes nos despejos, também podem ser determinada a demanda teórica de oxigénio, bastando
escrever e balancear as equações que representam as reações químicas de decomposição, conforme
ilustrado no exemplo a seguir:

 Seguindo o exemplo: determinar a demanda teórica de oxigénio para a glicina, aminoácido


cuja fórmula química é CH2 (NH2) COOH, considerando que:

a) 1° Estágio: o carbono é convertido em CO2 e o nitrogénio é convertido em amónia;


b) 2°Estagio, a amónia é convertida sucessivamente em nitrito e nitrato;

 Note que a DTO é a soma do oxigénio necessário para satisfazer aos dois estágios.

Solução:

 Demanda Carbonácea: CH2 (NH2) COOH + 3/2 O2 → NH3 + 2CO2 + H2O;


 Demanda Nitrogenada:
a) NH3 + 3/2 O2 → HNO2 + H2O (Nitrossomas)
b) HNO2 + ½ O2 → HNO3 (Nitrobactéria)

Logo: DTO é igual a [3/2 + (3/2 + ½)] mol O2/mol glicina, ou 3,5 mol O2/mol glicina ou
ainda 112g O2/mol.

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1.2.7.2. Demanda Química de Oxigénio

 É a quantidade total de oxigénio dissolvido de toda a matéria (biodegradável, pouco e não


biodegradável) presente na água.

A DQO é sempre maior que a DBO, devido a oxidação química decompor matéria orgânica não
biodegradável. A principal vantagem deste teste é o curto tempo exigido para seu desenvolvimento
(cerca de 3 horas). Como se sabe, a Demanda Teórica de Oxigénio corresponde à quantidade
estequiométrica de oxigénio necessária para oxidar completamente um dado composto. Ela é
também expressa em p.p.m (mg/L) e, corresponde a um valor calculado, pois a DTO é efetivamente
determinada se conhecermos a composição química completa (quali-quantitativamente) de todos
os constituintes oxidáveis contidos no despejo.

 Considerando uma solução de glicose pura com 1000 mg/L. Qual a DTO desta solução?

 DTO = 32/30 mg de O /mg de glicose x 1000 mg glicose/L de solução.


 DTO = 1067 p.p.m

Afinal pode-se concluir que mesmo a glicose, quando lançada num corpo recetor, se configura
como um poluente, pois ela será degradada por ação biológica - servirá como substrato para os
microrganismos aeróbios-anaeróbios-facultativos, naturalmente existentes no corpo recetor. Nessa
atividade metabólica do substrato, os microrganismos vão retirar 1067 mg de oxigénio dissolvido
das águas do corpo recetor para cada 1000 mg de substrato.

 É importante referir que, 1067 corresponde ao fator de conversão estequiométrico, ou seja,


converte massa de glicose em massa de oxigénio e vice-versa.

Como exemplo, quando se refere que o ácido láctico (C3H6O3) tem uma DQO de 10000 p.p.m,
significa que, nas condições de realização do teste, cada litro de ácido láctico consome 10000 mg

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de oxigénio-cedido pelo agente oxidante para que as substâncias constituintes do ácido láctico
(C3H6O3) sejam quimicamente oxidadas.

1.2.8. Carbono Orgânico Total (COT)

Teor de mineralização equivale a uma completa oxidação da matéria orgânica em dióxido de


carbono, água e ácidos inorgânicos. A oxidação da matéria orgânica ocorre numa câmara de
reacção aquecida 680ºC na presença de um catalisador de platina absorvido sobre óxido de
alumínio (água é vaporizada e o carbono da amostra transformado em CO2, sendo posteriormente
quantificado em um analisador de infravermelho não dispersivo).

 O carbono orgânica total: quantifica, teoricamente, toda a matéria orgânica presente


numa amostra de água.
 O carbono inorgânico: reacção com ácido fosfórico (transformação em CO2 que é
quantificado da mesma forma).

Portanto, considera-se como carbono orgânico total (COT) a diferença entre o carbono total e o
inorgânico. A análise de carbono orgânico total é aplicável especialmente para a determinação de
pequenas concentrações de matéria orgânica. O teste é desenvolvido colocando-se uma quantidade
conhecida de amostra em um forno a alta temperatura. O carbono orgânico é oxidado em CO2 na
presença de um catalisador.

O gás carbónico produzido é quantificado utilizando-se um analisador de infra-vermelho. A


acidificação e a aeração da amostra antes da análise eliminam erro devido à presença de carbono
inorgânico. Certos compostos orgânicos não são oxidados e a concentração de carbono orgânico
medida é ligeiramente inferior à presente na amostra.

Por outro lado, a DQO e a DBO fornecem resultados importantes, mas não muito confiáveis sob o
ponto de vista da concentração do carbono dissolvido. Já as análises de COT são excelentes para
determinar a concentração de matéria orgânica em solução. A relação DQO/COT fornece dados

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muito importantes a respeito da natureza de um efluente, ou seja, esta relação pode variar muito de
acordo com o tipo de efluente.

Para esgoto doméstico, uma relação de 2,3 é esperada, enquanto para efluentes industriais já foi
observada uma relação de até 20. Quanto maior a relação DQO/COT, maior a fracção inorgânica
no efluente, que é oxidável por dicromato em meio ácido (um efluente que contém altas
concentrações de sulfetos, polisulfetos, sulfonatos, cloretos, amónia, etc.).

1.2.8.1. Equivalente de Oxidação do Carbono

A análise não reflete o estado de oxidação da matéria orgânica. Por exemplo: possuem diferentes
DQO (CQO):
 Etanol = 96 g/mol
 Acido acético = 64 g/mol, mas entretanto, o mesmo COT que é 24g/mol.

Pode-se estabelecer relações empíricas entre DBO, DQO e COT. A relação DQO/COT pode variar
entre 0 (zero) para substâncias resistentes ao dicromato a 5.33 para o metano ou um valor
ligeiramente superior quando estão presentes agentes inorgânicos redutores.

Uma porção da DQO de alguns efluentes industriais é atribuída a oxidação pelo dicromato de
compostos inorgânicos oxidáveis. A análise de COT não inclui a oxidação destes compostos CBO
e a CQO não incluem muitos compostos orgânicos que são parcial ou totalmente resistentes a
oxidação bioquímica ou pelo dicromato. No entanto, estes compostos são quantificados na análise
de TOC.

O teste CBO é suscetível a variáveis tais como: aclimatação do inoculo, diluição, temperatura, pH
e substâncias tóxicas. O COT e a CQO são independentes dessas variáveis.

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Tabela 1.3: Relação de CQO/COT para Algumas Substâncias:


Substância BQO/COT BQO/COT
(Calculado) (Medido)
Acetona 3.56 2.44
Etanol 4.00 2.35
Fenol 3.12 2.96
Benzeno 3.34 0.86
Acido Salicílico 2.86 2.83
Fonte: Adaptado de CASTRO, 2006.

1.2.9. Nitrogénio Total

Os compostos de nitrogénio são de grande interesse devido a importância do nitrogénio nos


processos vitais de todas as plantas e animais, sendo um dos mais importantes nutrientes para o
crescimento de algas e macrófitas (plantas aquáticas superiores).

No meio aquático o nitrogénio pode ser encontrado nas formas de:


 Nitrogénio Orgânico: no esgoto doméstico, o nitrogénio orgânico está principalmente na
forma de proteína.
 Nitrogénio Molecular (N2): fração que escapa diretamente para a atmosfera.
 Nitrogénio Amoniacal (NH3): presente naturalmente nas águas superficiais e esgotos.
 Nitrito (NO2-): pode entrar nos sistemas de abastecimento público como consequência do
uso como inibidor de corrosão em águas de processos industriais.
 Nitrato (NO3-): em quantidades excessivas contribui para o desenvolvimento em crianças
da doença conhecida como metahemoglobinemia (cianose).

O limite de 10 mg/l de nitratos é imposto em águas de consumo para evitar tal distúrbio.

As formas oxidadas de nitrogénio (nitritos e nitratos) podem estar presentes em efluentes de


sistemas de tratamento aeróbios, ou nas águas residuais industriais. A presença excessiva de
nitrogénio causa a eutrofização dos corpos d água, que é a proliferação de algas. São fonte de azoto
nos despejos industriais, os excrementos de animais, fertilizantes e a própria matéria-prima.

O nitrogénio é muito importante, porque:


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 É necessário um balanço adequado entre C: N: P no esgoto para desenvolvimento de


microrganismos;
 O nitrogénio na forma de nitrato está associado a doenças como a metahemoglobinemia
(síndrome do bebé azul);
 Em elevadas concentrações causa eutrofização;
 O nitrogénio consome oxigénio dissolvido do meio nos processos bioquímicos de conversão
da amónia a nitrito e este a nitrato;
 Na forma de amónia livre é diretamente tóxico aos peixes.

1.2.9.1. Formas e Espécies de Nitrogénio

O nitrogénio pode ser orgânico (NH3) e inorgânico (NO 2 e NO 3 ). A forma predominante do


nitrogénio em um curso de água pode fornecer indicações sobre o estágio da poluição
eventualmente ocasionada por algum lançamento de esgoto a montante.

 Poluição Recente: o nitrogénio estará basicamente na forma de nitrogénio orgânico e


amónia (Nitrogénio Total Kjeldahl – NTK);
 Poluição Antiga: o nitrogénio estará basicamente na forma de nitrato (as concentrações
de nitritos são normalmente mais reduzidas).

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Esquema 1.3: Formas de Azoto Presente em Aguas Residuais:

Fonte: Adaptado de CASTRO, 2006.

1.2.9.2. Método de Determinação de Nitrogénio Total Kjeldahl – NTK

O método de Kjeldahl baseia-se na digestão da amostra de efluente por aquecimento (à 37) com
ácido sulfúrico concentrado e na presença de um catalisador (exemplo: Selénio). Esta etapa,
designada por digestão, é responsável pela redução do azoto orgânico a amónio, o qual é retido em
solução, na formação de sulfato de amónio (figura a).

Norgânico + H2SO4 + Catalisador → CO2 + H2O + (NH4)2SO4

Após a mineralização (digestao), o amonio é deslocado por uma base forte em excesso (exemplo:
NaOH, figura b).

(NH4)2SO4 + 2NaOH → 2NH3 + Na2SO4 + 2H2O

A solução resultante, contendo NH3, é destilada com vapor, que arrasta consigo NH3, sendo este
recolhido numa solução de ácido bórico.

NH4 + H2BO3 → NH4+ + H2BO3-

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O borato desta solucao acida é titulada com ácido sulfúrico, para quantificar a quantidade de
amónio presente (1 mol de amónio para 1 mol de borato, ou 1 mol de H+, ou, ainda, ½ mol de
H2SO4) até alteração de côr de rosa para cinzento (figura c).

Figura 1.1. Método de Determinação de Nitrogénio Total Kjeldahl – NTK:

Fonte: Adaptado de CASTRO, 2006.

1.2.10. Fósforo e Seus Compostos

O fósforo na água apresenta-se principalmente nas formas de ortofosfato, polifosfato e fósforo


orgânico. São fontes de fósforo os sólidos dissolvidos e em suspensão, pode ser resultante da
decomposição da MO, os excrementos de animais, detergentes e fertilizantes. O fósforo não
apresenta problemas de ordem sanitária, mas em excesso, causa eutrofização. É necessário um
balanço adequado entre C: N: P no esgoto para desenvolvimento de microrganismos.

 P < 0,01 0,02 mg/L: não eutrófico


 P > 0,05 mg/L: eutrófico

O fósforo total existe na forma orgânica e inorgânica, sendo um nutriente indispensável no


tratamento biológico. Usualmente os esgotos domésticos possuem um teor suficiente de fósforo,
mas este pode estar deficiente em certos despejos industriais. O fósforo é um nutriente essencial
para o crescimento de algas, podendo por isso em certas condições, conduzir o fenómeno de
eutrofização de lagos e represas.

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Esquema 1.4: Formas de Fósforo Presente em Aguas Residuais:

Fonte: Adaptado de CASTRO, 2006.

Os ortofosfatos presente numa amostra de efluentes podem ser determinados directamente através
da adição de molibdado de amónio, que forma um complexo colorido com fosfato passível de
quantificação por espectrofotometria. A determinação de fosfato orgânico e polifosfatos requer um
passo prévio de digestão ácida para sua conversão em ortofosfatos.

1.2.11. Classificação de Efluentes Líquidos (Águas Residuais)

Em função da sua origem há dois grandes tipos de águas residuais: as domésticas e as industriais.
As águas residuais domésticas são geralmente resultantes da atividade habitacional podendo ser
águas fecais ou negras e saponáceas.

Dentro deste tipo de classe pode-se ainda considerar:


 Águas residuais turísticas, com características sazonais, podem apresentar menor ou maior
carga poluente conforme provêm de estabelecimentos hoteleiros isolados ou de complexos
turísticos importantes;
 Águas residuais pluviais provenientes da precipitação atmosférica. A sua carga poluente
em termos de sólidos suspensos pode chegar a ser muito superior à das águas residuais
domésticas;
 As águas residuais industriais são provenientes das descargas de diversos estabelecimentos.
As suas características são função do tipo e processo de produção. Caso particular deste

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tipo é as águas residuais pecuárias (ou industriais biodegradáveis), resultantes das


explorações de suinicultura, bovinicultura e aviários.

Finalmente, deve ainda considerar-se as resultantes da mistura de águas residuais domésticas com
industriais e/ou pluviais - as águas residuais urbanas. Entretanto, é nosso objectivo nesta
abordagem destacar os efluentes líquidos domésticos (urbanos) e industriais.

1.2.11.1. Efluentes Domésticos (Municipais)

 Efluentes domésticos são as águas residuais provenientes principalmente de áreas


residenciais, comerciais e recreativas.

 É toda água residual gerada pelas actividades e necessidades humanas em uma residência
e que fluem através da rede de esgoto.

Podem igualmente serem lançadas diretamente no ambiente ou redirecionadas para estações de


tratamento. O seu caudal depende fortemente da densidade populacional, embora possa ser afetado
das condições climatéricas. As águas residuais municipais estão constituídas por matéria orgânica
em forma suspensa, coloidal e dissolvida. A carga poluente destas águas pode ser expressa em
função da contribuição per capita.

Os valores típicos da contribuição per capita diária dos residuais municipais são:
 0,5 m3 hab-1;
 104 g hab-1 do DBO e;
 90,7 g hab-1 no conteúdo de sólidos suspensos.

São usadas para determinar as principais características médias de efluentes domésticos: altos
teores de sólidos totais; altos teores de nutrientes e matéria orgânica; altos números de bactérias
do grupo coliformes; elevada DBO, entre outros.

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Tabela 1.4: Características Médias de Resíduos Municipais:


Propriedade Máximo Médio Mínimo
pH 7,5 7,2 6,8
Sólidos totais (mg/L) 640 453 322
Sólidos totais voláteis (mg/L) 503 340 225
Sólidos suspensos (mg/L) 258 145 83
Sólidos suspensos voláteis (mg/L) 208 120 62
DQO (mg/L) 436 288 159
DBO (mg/L) 276 158 75
Cloretos (mg/L) 45 35 25
Fonte: GUTIÉRREZ e OLMO, 2003.

Portanto, deve-se utilizar um procedimento de amostragem que responda com maior grau possível
à realidade, ou seja, as determinações realizadas devem ser representativas para tal estas devem ser
proporcionais ao fluxo.

Para chegar a dispor de amostras integradas ou compostas, requer-se que cada uma das tomadas
pontuais que constituirão a composta, seja obtida tendo em conta o fluxo médio de água residual.
Por outro lado, como o existente um instante em que se toma a amostra, entretanto, o fluxo médio
deve ser calculado previamente.

Tabela 1.5: Características Químicas das Águas Residuais Municipais:


Constituintes Tipo Concentração
Ácidos voláteis Fórmico, acético, propiónico, butírico, valérico (8,5 – 20) mg L-1
Ácidos solúveis não voláteis Láctico, glicólico, cítrico e benzóico (0,1 – 1,0) mg L-1
Ácidos gordos superiores Palmítico, esteárico e oleico 60% Ácidos gordos
Proteínas e aminoácidos Ao menos vinte tipos (45 – 50 %) Azoto total
Carboidratos Glicose, lactose, sacarose

Fonte: GUTIÉRREZ e OLMO, 2003.

1.2.11.2. Efluente Industrial

 É água residual resultante do exercício da actividade industrial;


 É toda água residual gerada pelas actividades industriais e que fluem através da rede de
esgoto.
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Podem igualmente serem lançadas diretamente no ambiente ou redirecionadas para estações de


tratamento. O seu caudal depende do tipo de processo e da sua dimensão. Portanto, a reutilização
e reciclagem influenciam o caudal, por essa razão, flutuações do caudal depende do processo
industrial.

Para ter um conhecimento real das características de uma água residual não basta conhecer a
magnitude, em termos de concentração dos parâmetros indicadores selecionados. Embora o
conhecimento das concentrações pode ser útil em determinadas circunstâncias, uma maior
informação se obtém do conhecimento do fluxo maciço (kgd-1).

As principais características principais dos efluentes industriais são:


 Compostos orgânicos;
 Substâncias radioativas;
 Ácidos;
 Metais pesados.

1.2.11.3. Objectivos da Caracterização das Águas Residuais

Os objetivos da caracterização das águas residuais podem ser:

 Imediato: O conhecimento das características da água permite conhecer o poder residual


contaminante e ajuda a decidir se os resíduos devem ser sujeitos para o tratamento ou não;

 Médio: quando as características da água residual são tais que obrigam o seu tratamento,
os dados que contribui para a sua caracterização são uma parte imprescindível para o
desenho da instalação de tratamento.

Para o caso particular dos residuais industriais líquidos (RIL), o procedimento para conhecer o
balanço material e de fluxo de todos os processos da indústria que utilizam água e produzem
residuais, assim como da indústria em seu conjunto, pode resultar imprescindível. O resultado da
caracterização deve brindar informação a respeito da potencial acção poluente de cada corrente,
bem como sobre as alternativas de tratamento e de seu re-uso.

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Os procedimentos gerais recomendados são:


 Obter o diagrama de fluxo dos residuais;
 Elaborar o esquema de amostragem e análise;
 Efetuar o balanço de fluxo e materiais;
 Reportar a variação estatística dos parâmetros mais significativos da caracterização.

1.2.12. Volume da Amostra e Cálculo do Fluxo

O volume de amostra obtido deverá ser suficiente para realizar todas as análises requeridas e
também para repetir qualquer análise duvidosa. O valor mais baixo é para despejos concentrados.

 O volume mínimo de uma amostra tomada ao acaso deve ser l a 2 litros;


 Porções individuais para uma amostra composta devem ser, no mínimo, de 25 a 100 ml;
 Dependendo da frequência de amostragem e do volume de amostras individuais, a amostra
composta total estaria entre 2 a 4 litros.

As amostras devem ser armazenadas de maneira a assegurar que as características a serem


analisadas não sejam alteradas. Em alguns casos a refrigeração pode ser necessária. Quando a
armazenagem de uma amostra interfere com uma análise particular, é preferível tornar amostras
separadas para as análises que podem necessitar de técnicas aprimoradas de preservação.

Cada amostra deve ser rotulada com cartão de identificação, contendo as seguintes informações:
 Designação ou locação de coleta de amostra;
 Data e tempo de coleta;
 Indicação da amostra composta ou fortuita com tempo apropriado e informação de volume;
 Notação da informação que pode variar, antes que as análises de laboratório sejam feitas,
devendo incluir temperatura, pH e aspeto.

Para estimar o volume de amostra a extrair em cada momento, pode utilizá-la expressão:

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Onde:

 Vi: volume de amostra a tomar em um instante (L)


 VT: volume total de mostra a compilar (L)
 N: número de amostras que vão se tomar
 Q: fluxo médio determinado previamente (Lh-1)
 Qi: fluxo pontual no instante da tira de amostra (Lh-1)

1.2.13. Diagrama de Fluxo

Para analisar o diagrama do fluxo é necessárias tomar algumas precauções no manuseio das
amostras:
1. A amostra deve ser coletada onde o fluxo de despejo seja bem misturado (no medidor
Parshall ou em qualquer ponto onde haja turbulência). Devem ser evitados locais situados
a montante de vertedores devido a sedimentação de sólidos.
2. As amostras deverão ser tomadas no centro do canal onde a velocidade é mais alta e a
sedimentação de sólidos é mínima.
3. No caso de análises de gases dissolvidos ou substâncias voláteis não deverá ser introduzido
ar para provocar turbulência no despejo, prática normalmente adotada para evitar
sedimentação.
4. Cuidados especiais deverão ser tomados no caso de análises de líquidos não miscíveis
como, por exemplo, mistura de óleo e água. Em locais onde o óleo flutua, é simples obter
uma amostra do óleo para análise, porém, é difícil determinar a quantidade de óleo flutuante
por dia.

Um método comumente utilizado para estimar o volume total, é conduzir o despejo a um recipiente.
Após separar os dois fluidos, é possível medir a espessura da camada de Óleo e assim medir o
volume presente.

1.2.14. Esquema e Análise da Amostragem

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O período da composição da amostra e a frequência de amostragem se estabelecem de acordo com


a natureza do processo cuja água residual se estuda. Alguns processos em operação contínua podem
mostrar em cada hora e integrar-se por períodos de 8, 12 e até de 24 H. Aqueles processos nos
que há muita variação devem integrar-se em períodos de uma ou duas horas.

Qualquer planeamento de tratamento de despejos industriais baseia-se em informações obtidas por


amostragem. Todas as decisões com relação ao projeto se apoiam nesta fase. Por isso, o programa
de amostragem deve ser realizado criteriosamente com os cuidados que cada caso requer. A
obtenção de bons resultados dependerá de certos detalhes tais como:

 Que a amostra tomada seja verdadeiramente representativa do despejo;


 Que sejam utilizadas técnicas de amostragem adequadas;
 Que se condicione as amostras até serem analisadas.

Em processo batch a formação de amostra composta pode induzir a resultados erróneos, a menos
que a amostragem seja feita com frequência muito grande, possivelmente contínua, ou o fluxo seja
alisado por técnica de equalização. As amostras poderão se coletadas de maneira fortuita ou
compacta, manual ou automaticamente.

1.2.14.1.1. Amostragem Fortuita

Estas amostras poderão ser coletadas manual ou automaticamente. A automação é necessária


quando é feita urna coleta em intervalos regulares de tempo.

A amostragem fortuita é utilizada quando:


1. As características dos despejos são relativamente constantes;
2. Se determina, se a amostra composta mascara condições extremas de um despejo;
3. O despejo objeto da amostragem não flui continuamente como é o caso de descargas de
tanques: urna amostra ao acaso desta descarga é suficiente para se obter as características.

É o que ocorre, por exemplo, com uma possível variação de pH. Uma amostra composta pode ter
o pH neutro, enquanto as parcelas que a constituíram podem apresentar uma larga faixa de variação

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de pH. Um exemplo típico é o caso dos curtumes onde, pela manhã, o pH apresenta-se alto (em
torno de 13) e à tarde cai para cerca de 4,5.
Amostras fortuitas são também necessárias no caso de se analisarem gases dissolvidos, cloro
residual, sulfatos solúveis, temperatura e pH.

1.2.14.1.2. Amostragem Composta

A fim de se minimizar o número de amostras a ser analisado, é usual misturarem-se diversas


amostras individuais. A quantidade de amostras individuais que pode ser adicionada à mistura total,
depende da vazão na hora em que a amostra foi tomada.

 Por exemplo, para cada quatro litros por minuto de vazão ao longo do tempo da
amostragem, l ml é adicionado na amostra composta.

a) A quantidade total da amostra composta depende do número e tipo de análises feitas.


b) A quantidade mínima situa-se em torno de 2 litros.
c) A quantidade mínima de uma amostra individual seria de 200 ml se a amostra fosse coletada
em um intervalo de tempo de 1 hora.
d) Quando a amostragem é contínua (em intervalo de cerca de 3 à 5 minutos) a quantidade
mínima de amostra deverá ser em torno de 25 ml.

As amostras compostas podem ser formadas com base no fluxo ou no tempo:

 Fluxo: A quantidade de amostras coletadas ou adicionadas à mistura durante período de


amostragem é proporcional à vazão dos despejos no tempo de amostragem.
 Tempo: Um outro dispositivo para amostragem composta é a coleta de amostra com um
volume fixado depois que uma certa quantidade de despejo tenha passado pelo ponto de
amostragem.

1.2.14.1.3. Amostragem Bacteriológica

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A amostragem bacteriológica deve ser obtida em garrafas de boca larga com uma capacidade de,
no mínimo, 300 ml e equipadas com rolha de vidro. As garrafas deverão ser esterilizadas. Um meio
para assegurar estas exigências seria o aquecimento em forno por duas horas a 170°C.

As garrafas não devem estar completamente cheias para que a mistura possa ser agitada antes das
análises. Durante a amostragem, a boca da garrafa deverá ser colocada na direção da corrente e a
rolha deve ser protegida de contaminação.

As amostras devem ser armazenadas a 4°C, imediatamente após a amostragem e, no transporte, as


garrafas devem permanecer em caixas de gelo.

1.2.14.2. Análise da Amostragem

As amostras deverão ser analisadas tão logo seja possível após a coleta, dado que certos produtos
químicos sofrem modificações com o passar do tempo, tais como:

 Catiões metálicos podem precipitar-se como hidróxidos ou formar complexos;


 A valência dos iões pode mudar por oxidação ou redução;
 Catiões metálicos podem ser absorvidos na superfície do vidro, plástico ou recipiente de
quartzo.

As características das amostras podem ser modificadas, também, pela atividade microbiológica:
 As células podem aumentar a DBO ou DQO;
 A produtividade de células pode modificar a DBO e DQO;
 O conteúdo de nitrogénio e fósforo orgânico pode ser alterado.

As amostras compostas precisam ser preservadas de tal modo que as características a serem
medidas não se alterem em quantidade e qualidade. Métodos especiais de coletas são algumas vezes
necessários para evitar estas alterações.

 Por exemplo, deve-se eliminar o ar dos recipientes quando se analisam: O2, CO2, NH3,
H2S, cloro livre, pH, dureza, SO2, NH4, Fe, acidez e alcalinidade.

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Na prática, isto significa que o ar não deve entrar nas garrafas e que as mesmas devem ser
completamente cheias. O pH será sempre determinado imediatamente depois que a amostra tenha
sido coletada e o conteúdo de oxigénio deve ser determinado no local ou ser fixado com sulfato de
manganês e iodeto de potássio como no método Winkler.

O procedimento usual para a armazenagem consiste em se colocar as amostras em um refrigerador.


A tabela 1.7 apresenta informações para a armazenagem e a aplicação de refrigeração e
congelamento para diversas características de despejos. Se a DQO não pode ser medida por vários
dias, é recomendado que o pH seja ajustado numa faixa entre 3 e 5.

Preservativos que não influenciem as análises devem ser adicionados imediatamente após a tomada
de amostra.

Tabela 1.6: Condições de Refrigeração e Congelamento de Amostras:


Condições de Armazenamento
Análises Refrigeração Congelamento
Sólidos totais - -
Sólidos em suspensão Até diversos dias -
Sólidos em suspensão voláteis Até diversos dias -
DQO Até diversos dias -
DBO Até diversos dias num sistema Adaptação.
Deve-se somente
composto de amostragem
utilizar de um
esgoto fresco
Fonte: MEDEIROS, 2013.

1.2.14.2.1. Comparação dos Resultados das Análises

Depois de obter os resultados das amostras faz-se as análises dos efluentes, portanto, pode-se passar
à interpretação global dos mesmos.

Como se sabe, a matéria orgânica é medida, por tentativas, através dos seguintes testes:
 Sólidos voláteis (g de matéria volátil por litro de despejo);
 DBO (g de oxigénio dissolvido gastos na oxidação de 1 litro de despejo);
 DQO (g de oxigénio gastos na oxidação de 1 litro de despejo);
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 Estabilidade relativa;
 Demanda de cloro (g de cloro por litro de despejo).

Pela sua representatividade, pode-se considerar, a Demanda Bioquímica de Oxigénio e a Demanda


química de Oxigénio, como as chaves de interpretação inicial e de direcionamento na escolha dos
tipos possíveis de tratamento.

 A DQO é pouco maior que a DBO (DQO/ DBO <2) - Se possível DBO20, se não DBO5

No caso em que os valores da DBO e da DQO estejam próximos, tem-se uma alta possibilidade de
que o despejo seja de características tais que permita o seu tratamento em unidades convencionais
(fossas sépticas, filtros biológicos, lodos ativados convencionais, valas e células de aeração,
lagoas). Parte-se, da premissa, confirmada pela baixa relação, de que praticamente toda a matéria
orgânica seja biodegradável e que sua remoção seja o objectivo do tratamento.

Não existe maneira ideal de fixar um quociente único, fixo. O número 2 é simplesmente orientador.
Serviriam como confirmação da premissa da biodegradabilidade, a ocorrência de algumas das
seguintes situações:

 O despejo bruto, depois de deixado envelhecer, deverá ficar com o seu pH reduzido
(despejo já tenha microrganismos capazes de iniciar a degradação);
 O OD, se inicialmente existente, deverá diminuir, podendo até desaparecer;
 Para a situação em questão, o fato da matéria orgânica estar solúvel ou em suspensão, é
secundário para todos os tipos de tratamento biológico (com excepção da estabilização
por contacto que é mais adequada para o caso da matéria orgânica estar em suspensão).

Para se saber se a matéria orgânica está em solução ou em suspensão poder-se-ia fazer o teste da
DBO da amostra bruta e da amostra decantada (por exemplo 2 horas) ou verificar-se a matéria
volátil (SV) está em sua maior parte, na forma de SS ou SO ou seja, a relação entre SSV e SDV.
 A DQO é sensivelmente maior que a DBO ( DQO/DBO > 2)

A situação mostrada pela análise, indica a presença, nos despejos, de grande quantidade de matéria
orgânica não atacável biologicamente.
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Duas serão as alternativas:

 1ª Alternativa

Se a matéria orgânica não atacável biologicamente não tiver maior importância sanitária (celulose,
por exemplo) e houver interesse (quase sempre há) de remover a parte biodegradável, então pode-
se pensar em usar os tratamentos convencionais de esgotos sanitários.
O efluente do tratamento terá baixa DBO e a DQO será reduzida apenas parcialmente no que
corresponde a sua parte biodegradável. Parte da matéria orgânica não-biodegradável e que esteja
em suspensão, poderá ser também removida pela floculação que naturalmente ocorre nos
tratamentos biológicos.

A matéria não-biodegradável em solução, praticamente não será atacada. O efluente do tratamento


poderá ter ainda uma alta DQO mas isso não preocupará pelo fato que essa matéria não putrescível
não causará dano ao rio.

 2ª Alternativa

Se a matéria orgânica não biodegradável de um despejo for um dos óbices, a sua disposição, pouca
coisa poderá ser feita com tratamentos biológicos. Ter-se-á que partir para tratamentos físicos ou
químicos específicos e não obrigatoriamente utilizados nas estações de tratamento convencionais
de esgotos sanitários.

Tabela 1.7: Resumo da Interpretação das Análises:


Alternativas Tratamentos Possíveis
Biológico convencional (filtros
biológicos, lodos activados
DQO/DBO 2
convencionais, estabilização por
contacto, aeração prolongada,
lagoas)
DQO/DBO afluente
DQO/DBO afluente
1ª Alternativa Recomendado o tratamento
A parte não biodegradável não biológico c convencional
é importante do ponto de vista DQO/DBO afluente
da poluição

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DQO/DBO efluente do
tratamento

DQO/DBO 2
2ª Alternativa Decantação simples, flotacao
A parte não 1ª Hipótese Decantação com alteração do pH
biodegradável SSV / SV> Decantação com auxílio de
é também 0,8 floculantes (precipitação
causadora da química) flotacao, etc.
poluição 2ª Hipótese Absorção em leitos de carvão
SDV / SV> activado
0,8 Oxidação química
Combustão, etc
Fonte: Adaptado de MEDEIROS, 2013.

Na leitura da tabela 1.7, deve-se ressalvar que:

 Os números 2 e 0,8 são meramente para orientação.


 A escolha entre filtros biológicos e lodos ativados (e seus processos modificados) para
despejos que podem receber substâncias tóxicas ou com variação muito rápida de
características, deve considerar a maior estabilidade de resultados dos filtros biológicos.
 Estes são mais inertes a choques, por duas razões principais: a sua massa de lodo
(quantidade de microrganismos) é maior que os processos de lodos ativados, absorvendo
melhor as sobrecargas ou efeitos danosos.
 A exposição do lodo ou líquido em tratamento nos filtros biológicos é gradual (superficial),
permitindo a regeneração da película atacada pela ação de tóxicos (desde que esta seja
rápida).
 Nos lodos ativados a exposição do lodo é total.

1.2.15. Frequência de Amostragem

A frequência de amostragem depende da vazão e das características dos despejos. Na amostragem


fortuita é de uma/hora. Quando os resultados dos exames indicarem baixa variabilidade, a amostra
fortuita pode ser tomada ao longo de intervalos de duas, quatro, oito, dezasseis ou mesmo 24 horas.
 Para alta variabilidade de concentração de despejos é desejável a instalação de um
amostrador automático. O tempo para a formação de amostras compostas também depende
da variação da vazão.
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 Para alta variabilidade, as amostras individuais para composição seriam coletadas com uma
frequência de 3 minutos até 1 hora. O tempo máximo para a composição de uma amostra
composta é controlado pela capacidade de armazenar a amostra individual
convenientemente. Porém não deverá ser superior a 24 horas.

 Quando as análises são para a determinação de critérios de projeto para tratamento


biológico, tais como DBO, DQO ou COT, a amostra composta deverá ser armazenada por
um período de 8 à 12 horas quando as características dos despejos são constantes, ou 2 a 4
horas em caso contrário.

Tabela 1.8: Tempo Máximo de Armazenamento:


Parâmetros Alta variabilidade Baixa variabilidade
DBO 4 Horas 12 Horas
DQO ou COT 2 Horas 8 Horas
SS 8 Horas 24 Horas
Alcalinidade ou Acidez 1 Horas 8 Horas
pH Continua 4 Horas
Nitrogénio e Fósforo 24 Horas 24 Horas
Metais pesados 4 Horas 24 Horas
Fonte: GUTIÉRREZ e OLMO, 2003.

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