INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DESANTA

CATARINA

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL

UNIDADE CURRICULAR: OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DE SISTEMAS DE

SANEAMENTO

PROFESSORA: VALÉRIA

TURMA: 812

FILTROS BIOLÓGICOS

CAROLINA RAMOS ROSA

NATÁLIA MANSCHEIN

Florianópolis, Junho de 2015.

SUMÁRIO

1.0 INTRODUÇÃO..........................................................................................3

2.0 DEFINIÇÕES.............................................................................................5

3.0 FUNCIONAMENTO...................................................................................7

3.1 DIMENSIONAMENTO..............................................................................................9

4.0 EQUIPAMENTOS....................................................................................10

5.0 CATEGORIAS.........................................................................................11

5.1 FILTROS DE BAIXA TAXA....................................................................................11

5.2 FILTROS DE MÉDIA TAXA...................................................................................11

5.3 FILTROS DE ALTA TAXA......................................................................................11

6.0 ESQUEMA DE TRATAMENTO...............................................................12

7.0 PROBLEMAS OPERACIONAIS E MANUTENÇÃO................................13

8.0 VANTAGENS E DESVANTAGENS.........................................................13

9.0 FILTRO COMPACTADO.............................................................................14

CONCLUSÃO....................................................................................................15

REFERÊNCIAS.................................................................................................16

ANEXOS...........................................................................................................17

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1.0INTRODUÇÃO

O lançamento de esgoto sem tratamento em corpos d’água é um dos

principais responsáveis pela poluição das águas. Sendo a água, um bem

universal e essencial para a sobrevivência e manutenção dos seres vivos e do

meio ambiente. Tratar o esgoto deve ser uma prioridade para a sociedade.

Sem o tratamento tem-se algumas conseqüências como desequilíbrios

ecológicos, elevação dos custos de tratamento de água, veiculação de

doenças, entre outros. Para minimizar e/ou eliminar essas

conseqüências são construídas as estações de tratamento de esgoto (ETE),

onde existe o tratamento físico-químico e o tratamento biológico.

Uma das tecnologias mais populares de tratamento biológico de efluentes,

domésticos e industriais, são os filtros biológicos percoladores. Essa tecnologia

é muito utilizada em diversos lugares no mundo, já que é uma tecnologia antiga

e bem conhecida, associada a baixos custos de instalação e de operação,

proporcionando resultados muito bons, ou seja, se bem desenhado e operado

cumprirá com o requerido, e sua instalação, operação e manutenção pode ser

realizada de um modo extremamente simples. 

Inicialmente os filtros biológicos para esgotos foram uma simples extensão

dos filtros intermitentes de areia usados para a purificação da água. Os

despejos orgânicos eram deixados passar lentamente através dos leitos de

areia grossa onde micro-organismos trabalhavam sobre a matéria orgânica

daqueles resíduos. A necessidade de se operar com cargas cada vez maiores

por unidade de volume do filtro fez com que a areia fosse substituída por

pedras.

A primeira unidade de filtro biológico a entrar em operação foi na Inglaterra,

datada do fim do século XIX, sendo a precursora dos “filtros de contato”.

Este primeiro filtro biológico, muito robusto, consistia basicamente em um

tanque preenchido com pedras, onde o esgoto sanitário era então direcionado

para seu interior até completar o volume total e por lá permanecia por

determinado intervalo de tempo. Após este período de detenção e com carga

poluidora reduzida, o filtro era drenado e posto em repouso antes de receber

nova carga sanitária.

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Ao contrário do que o nome sugere o filtro biológico não possui a função de

remover material particulado ou em suspensão da água através do elemento

filtrante, como em uma filtração convencional, por exemplo. Sua principal

função é remover poluentes dissolvidos na água, principalmente substâncias

de origem orgânicas, como proteínas, açúcares, lipídios e etc.

Para isso são empregados microorganismos decompositores cujo

crescimento se dá de maneira aderida ao material de enchimento do filtro, ou

seja, neste caso, os microorganismos crescem em um leito fixo inerte,

diferentemente dos sistemas de lodos ativados, onde a biomassa cresce em

suspensão no meio líquido. 

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2.0DEFINIÇÕES

Os filtros biológicos são bastante empregados no tratamento biológico

de esgotos domésticos e resíduos industriais. Eles consistem basicamente

de tanques rasos, circulares e de grande diâmetro, empregando pedras ou

material semelhante como enchimento.

Figura 1, corte esquematico de um filtro biológico

Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes97/lagoa.pdf

O esgoto contém muitas bactérias heterotróficas e protozoárias para

compor as culturas microbiais mistas que processam os poluentes orgânicos,

isso faz com que o tratamento biológico seja a forma mais eficiente de remoção

da matéria orgânica dos esgotos. Os filtros biológicos foram o primeiro sistema

de depuração que foi capaz de apresentar rendimentos depurativos elevados.

A atividade biológica desse processo é constituída por dois fenômenos

biológicos distintos combinados. O fenômeno anaeróbio, que ocorre na película

em contato com o recheio, gerando gases como o sulfídrico, metano, nitrogênio

e amoníaco, geralmente, gases malcheirosos. E o fenômeno aeróbio que

ocorre na parte externa, leva três vezes menos tempo que o anaeróbio e dele

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resultam gás carbônico, água, nitratos e sulfatos, substâncias inofensivas e

produtivas à vida vegetal.

Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes97/lagoa.pdf

O uso do processo de filtros biológicos necessita o controle da vazão, a

recirculação dos microorganismos decantados, o fornecimento de oxigênio e

outros fatores.Os elementos que mais afetam o crescimento dessa produção

são a temperatura, a disponibilidade de nutrientes, o fornecimento de oxigênio,

o pH, a presença de elementos tóxicos e a insolação.

A determinação da DBO é importante para indicar o teor de matéria

orgânica biodegradável e definir o grau de poluição que o esgoto pode causar

ou a quantidade de oxigênio necessária para submeter o esgoto a um

tratamento aeróbio.

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3.0FUNCIONAMENTO

O filtro biológico é  constituído por um leito onde o efluente é lançado

por meio de braços rotativos e percola através do mesmo. O material de

enchimento do leito deve ser inerte, na maioria das vezes, constituído de

pedras tipo britas nº 4 e anéis plásticos. Os materiais de suporte possuem

tamanhos da ordem de alguns centímetros, a fim de proporcionar grandes

espaços vazios entre eles para que não ocorra afogamento do leito. O esgoto

escoa de maneira descente pelo leito em direção ao dreno de fundo, porém a

película de bactérias absorve uma quantidade de matéria orgânica e faz sua

digestão mais lentamente.

A remoção de matéria orgânica em tais sistemas é resultado de um

processo de absorção ocorrendo na superfície de um limo biológico que cobre

o meio filtrante. Após essa absorção a matéria orgânica é usada por aquele

limo para desenvolvimento de sua população de micro-organismos, que são

uma grande comunidade de diversas espécies de bactérias heterotróficas

suportadas pela matéria orgânica presente no esgoto, que servem de alimento

para protozoários e pequenos metazoários. Abaixo segue a representação das

trocas que ocorrem no limo.

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Fonte: http://www.smarh.eng.ufmg.br/defesas/74M.PDF

O resíduo orgânico passando através do filtro entra em contado através

de camadas finas com o limo da superfície do material de enchimento. A

adsorção da matéria orgânica do esgoto tem lugar ao lado da descarga de

material inorgânico, resultante da oxidação de materiais previamente

absorvidos. O oxigênio garante tais oxidações na camada mais externa do

limo. O gás carbônico gerado nessa ação é descarregado para o ar. O

limo em excesso se desprende e é arrastado pelo esgoto que flui através do

filtro biológico.

Processo de formação, crescimento e ruptura da película.

Fonte: http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/abes97/lagoa.pdf

O processo de filtração biológica encerra uma unidade filtrante e um

tanque de sedimentação secundária. Em filtros sem recirculação um

decantador secundário é utilizado para a remoção de pedaços de limo. A

eficiência da filtração está relacionada com a qualidade do efluente do

decantador secundário. Em tais sistemas a eficiência da remoção de

matéria organica depende da profundidade da camada filtrante e da carga

hidráulica aplicada.

A recirculação dos filtros melhora a quailidade do efluente final, pois tem

maior período de contato, melhor distribuição de carga sobre o filtro ,

microorganismos desejados no efluente recirculado, redução da formação

de espuma nos decantadores primários, redução e controle de moscas,

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mas em compensação se tem necessidade de bombas, decantadores

maiores, redução na eficiência da sedimentação e influencia sobre a

temperatura das águas. Existem alguns esquemas de recirculação

3.1DIMENSIONAMENTO

O desenho de filtros percoladores deve ser realizado através estudo das

interações entre os compostos presentes na água a tratar e o biofilme aderido

ao meio de suporte. Para o desenho pode recorrer-se a diferentes métodos de

cálculo, fórmulas empíricas, etc.; no entanto, um resultado bom e constante irá

realmente depender da interação entre o biofilme aderido ao meio de suporte e

as características do afluente.

Existem vários modelos teóricos para o dimensionamento dos filtros

biológicos percolados, para tratamento do esgoto decantado. O modelo mais

tradicional é o desenvolvido pelo NationalResearchCouncil – NRC (EUA),

conforme a equação a seguir:

E= 1

1+0,443√ CvF Na qual:

E = eficiência de remoção de DBO5 (%)

Cv = carga orgânica volumétrica (kg/m3.d)

F = fator de recirculação

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O fator de recirculação é definido pela equação :

F= 1+r(+0,1×r )2

Na qual:

r = razão de recirculação

Em termos de remoção de organismos patogênicos em filtros biológicos

percoladores, MARA & CAIRNCROSS (1989) citados por BASTOS (1996)

indicam eficiências de remoção, em unidades logarítmicas, de 0 a 2 para

bactérias e helmintos e de 0 a 1 para vírus e protozoários. VON SPERLING

(1995) cita os filtros biológicos eficiências de remoção de DBO entre 80 e 90%

e remoção de coliformes de 60 a 90%.

4.0EQUIPAMENTOS

Um filtro biológico é composto de alguns materiais e equipamentos. O

principal é o enchimento, no qual podem ser utilizadas a pedra britada número

4, ou módulos plásticos, também conhecidos como anéis sintéticos. No sistema

de distribuição, normalmente é utilizado um distribuidor rotativo de braços (para

filtros percoladores cilíndricos), que devem garantir a distribuição uniforme da

água a tratar sobre toda superfície do meio de suporte. Uma estrutura de apoio

do meio de suporte. No processo de aeração, normalmente formado por

aberturas na parede externa do filtro, de modo a proporcionar a circulação de

ar. O sistema de drenagem, normalmente consiste em uma inclinação suave do

fundo do filtro, para conduzir a água tratada para uma tubulação de saída do

filtro. O sistema de recirculação é constituído por bombas e tubulações, de

grande importância para o processo. A estrutura externa do filtro percolador, é

constituída por parede externa e base, que pode ser realizada a baixo custo, de

peso reduzido e até portátil, normalmente é utilizado concreto armado.

Também é necessário raspadores de lodo, misturador para digestor e

equipamento de gás.

5.0CATEGORIAS

5.1FILTROS DE BAIXA TAXA

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Neste sistema, como a carga de DBO aplicada é baixa, o lodo sai parcialmente

estabilizado devido ao consumo da matéria orgânica presente na células das

bactérias em seus processos metabólicos por causa da escassez de alimento.

Tem eficiência comparável ao sistema de lodos ativados convencional. Ocupa

uma maior área e possui uma menor capacidade de adaptação as variações do

efluente, porém consome menos energia e é mais simples operacionalmente.

(SPERLING, 1995) Um dos problemas desse filtro é o desenvolvimento de

moscas.

5.2FILTROS DE MÉDIA TAXA

São projetados com taxas de aplicação com taxas de aplicação

superiores em relação aos filtros de baixa taxa, a vazão de alimentação é

contínua, mas a alimentação intermitente também possa ser praticada.

Normalmente há recirculação do efluente tratado, para o controle da espessura

do biofilme e a melhoria de eficiência do sistema. O efluente produzido nos

filtros de média taxa é parcialmente nitrificado, ainda é possível notar um

pequeno desenvolvimento de moscas.

5.3FILTROS DE ALTA TAXA

      Este sistema é menos eficiente que o sistema de filtros biológicos de baixa

carga e o lodo não sai estabilizado. A área ocupada é menor e a carga de DBO

aplicada é maior. Há uma recirculação do efluente para que mantenha os braços

distribuidores funcionando durante a noite, quando a vazão  é menor e, evitando

assim que leito seque. Com isto há também um novo contato das bactérias com a

matéria orgânica melhorando a eficiência. Uma outra forma de aumentar a

eficiência é colocando filtros biológicos em série. Há diferentes formas de

combinar os filtros e a recirculação de efluentes. (SPERLING, 1995)  Em

decorrência das elevadas taxas de aplicação, a remoção de DBO neste processo

é inferior, ficando na faixa de 70% a 80%, e os sólidos produzidos sedimentam

com maior dificuldade no clarificador. Não se desenvolvem moscas e a nitrificação

é parcial com as taxas de aplicação mais baixas.

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6.0ESQUEMA DE TRATAMENTO

7.0PROBLEMAS OPERACIONAIS E MANUTENÇÃO

O filtro deve ser construído longe de casas e empresas por conta dos

possíveis odores indesejáveis. Da manutenção deve-se remover

periodicamente o lodo acumulada no filtro para evitar obstruções. Podem-se

usar altas taxas de aplicação hidráulica para limpar o filtro. O material deve ser

mantido úmido. Isto pode ser um problema durante a noite, quando o fluxo de

água é reduzido ou quando há cortes de energia.

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Alguns problemas que ocorrem muito são a formação de poças na

superfície dos filtros biológicos, que ocorre quando o volume de vazios entre as

pedra é totalmente tomado por crescimento da camada biológica o motivo pode

ser que o material selecionado para o meio filtrante ser de dimensões

pequenas ou de forma irregular. Outro problema é a carga orgânica excessiva

em relação a carga hidráulica, a solução desse problema está em remover a

camada biologica do meio filtratante na area afetada, através da aplicação de

jatos de água de alta pressão na região. A proliferação de moscas (Psychoda

alternata) também é um grande problema, as moscas dos filtros são aquelas

encontradas no banheiro das residências. São associadas com áreas úmidas,

altamente orgânicas, sendo os filtros um habitat ideal. Depositam seus ovos

nas paredes do reator e mesmo no material de recheio. São capazes de

sobreviver a temperatura extremas e em baixas concentrações de oxigênio. Em

condições ideais o crescimento pode ser explosivo, causando incômodo às

pessoas das comunidades vizinhas à estação. Também podem ser nocivas ao

funcionamento do filtro, pois se alimentam de microorganismos, prejudicando a

película biológica. As soluções para o problema são a aplicação de cargas

descontinuas, lavagem das paredes internas do filtro, cloração do afluente de

0,5 a 1,0 mg/l.

8.0VANTAGENS E DESVANTAGENS

As vantagens são a elevada eficiencia na remoção de DBO, requisitos de

area relativamente baixos, mais simples do que lodos ativados, índice de

mecanização baixo e equipamentos simples. Estabilização do lodo no próprio

filtro (filtros de baixa taxa), riscos reduzidos de emissões de odor e maior

capacidade de absorver substâncias mais difíceis de serem degradadas.

As desvantagens são a menor flexidade em relação aos lodos ativados,

elevado custo de implantação, dependencia da temperatura do ar, sensível a

descargas tóxicas, necessita tratamento do lodo e sua disposição final,

problemas com moscas e elevada perda de carga.

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9.0 FILTRO COMPACTADO Há empresas que oferecem diversas opções de Estações de Tratamento

de Efluente compactos. O filtro anaeróbio consiste em um tanque PRFV

(poliéster reforçado de fibra de vidro), também com medidas e formato

específico.

O efluente é lançado na parte inferior do tanque, através de tubo que chega

até a parte inferior do mesmo, em seguida passa por uma tampa furada / meio

suporte / calha vertedora. As bactérias presentes no lodo disperso estabilizam-

se (fixam-se) no meio suporte. O meio suporte é o elemento filtrante usado,

podendo ser argila expandida ou até mesmo pedra brita, dependendo do porte

do equipamento em questão. O efluente não sobe além da tampa do filtro pela

"lei dos vasos comunicantes", na qual a água não subirá a um nível superior ao

que está entrando no sistema. O tubo possui um capse na parte superior

(tampão) para permitir a limpeza a cada 12 meses (através de caminhões

limpa-fossa). Obs: É necessário que o filtro trabalhe com o Reator Anaeróbio.

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CONCLUSÃO

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REFERÊNCIAS

Disponível em : < http://alianzaporelagua.org/Compendio/tecnologias/t/t8.html>

Acesso em :

Disponível em : < http://www.revistatae.com.br/artigos.asp?id=159&fase=c>

Acesso em:

Disponível em:

< coc.ufrj.br/teses/mestrado/inter/2005/Teses/SANTOS_ASP_05_t_M_rhs.pdf>

Acesso em:

Disponível em: <http://saaeara.com.br/arquivos/outros/Tratamento_de_Esgoto.pdf> - SAAE – Serviço autônomo de Água e Esgoto

Acesso em:

Disponível em: <http://www.revistatae.com.br/artigos.asp?id=159&fase=c>

Acesso em:

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ANEXOS

Filtro biológico em construção

Fonte: http://www.jornaldosudoeste.com.br/noticia.php?codigo=4422

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