sexta-feira, 2 de setembro de 2022

Tecnologias Eletroquímicas Microbianas (METs - Microbial Electrochemical technologies )

Nessa foto, apresento a vocês um sistema comercial de tratamento de efluentes, tecnologia denominada de "Sistemas de Tratamento Bioeletroquímica". 


Uma das tecnologias bioeletroquímicas mais conhecidas são os sistemas MFC (Microbial Fuel Cell - MFC). No português, Células Combustíveis Microbianas.

As tecnologias bioeletroquímicas baseiam-se em bactérias eletroativas, elas são a chave do processo. De maneira objetiva, você trata o esgoto e gera energia elétrica de forma simultânea!


Ótima sexta a todos!

quinta-feira, 14 de julho de 2022

Filtração Rápida em Estação de Tratamento de Água

Olá colegas, o tema que queria discutir com vocês hoje é sobre a filtração no tratamento de água. Muitas pessoas acreditam que a principal ação do filtro seria a coagem, ou seja, a ação de coar, impedindo a passagem de impurezas pelo mecanismo de retenção física simples. No entanto, esse não é o principal mecanismo que ocorre nos filtros. Os meios filtrantes empregados nas ETAs (areia e antracito, os principais) assim como as partículas coloidais dispersas na água, apresentam em suas superfícies carga elétrica predominantemente negativa. Quando adicionamos um coagulante, naturalmente haverá a desestabilização e neutralização das cargas dessas partículas coloidais, e, dependendo da dosagem, algumas partículas poderão inclusive ter carga positiva. Nesse sentido, quando a água bruta juntamente com essas partículas coloidais suspensas são transportadas até os filtros de areia, poderemos ter os seguintes mecanismos:

1. As partículas coloidais que após coagulação apresentam cargas positivas, serão fortemente atraídas QUÍMICAMENTE pelo meio filtrante, mecanismos denominado de "adsorção".  Para partículas que apresentem carga positiva a adsorção ocorrerá em razão da conjunção das forças eletrostáticas e de van der Waals, constituindo na situação mais favorável à remoção;

2. As partículas coloidais que após coagulação apresentam cargas neutras, serão atraídos QUÍMICAMENTE pelo meio filtrante, mas essa adsorção é mais fraca do que o caso 1, pois nesse caso, adsorção efetuar-se-á em razão das forças atrativas de van der Waals;

3. As partículas coloidais que ainda apresentam cargas negativas, poderão ser removidas pelo mecanismo FÍSICO de interceptação (tamanho de passagem do meio filtrante < tamanho das partículas em suspensão). 

Obs.: existem outros mecanismos que podem ocorrer, por exemplo a própria sedimentação que pode ocorrer no filtro (flocos pesados, sedimentando), mas para isso, deve haver a formação do floco.

Portanto, nesse post, podemos observar claramente que o mecanismo da filtração rápida vai além de mecanismos físicos!

segunda-feira, 23 de maio de 2022

O problema alarmante do uso de banheiros químicos no Brasil

O uso de banheiros químicos tem aumentado consideravelmente na nossa sociedade, seja em eventos, lugares públicos, locais de trabalho móveis (regiões afastadas). Como se sabe, os banheiros tem uma cabine plástica com vaso sanitário e um tanque de armazenamento, o qual possui capacidade entre 180 e 280 litros. Para manter a água residuária no tanque de armazenamento por longos dias sem apresentar forte odor, as empresas utilizam substâncias desodorizantes. A função principal desses desodorizantes é a inibição da atividade microbiana, minimizando a liberação de maus odores que seriam gerados no próprio tanque de armazenamento. Para efeitos de compreensão, imagine o acumulo de fezes e urina no vaso sanitário de uma residência qualquer, em poucas horas certamente haverá um forte odor em todo o ambiente. Por outro lado, nos banheiros químicos, por mais que haja um forte acúmulo de dejetos (fezes, urina, vômitos, etc.), ainda assim o odor é atenuado, devido a ação desses fortes reagentes químicos utilizados.


O grande problema está justamente na composição química desses desodorizantes. Estes produtos possuem em sua composição surfactantes, essências aromáticas e corantes, além disso, os desodorantes possuem compostos ativos de elevada toxicidade que atuam justamente na inibição microbiana no tanque de armazenamento, sendo usualmente utilizado o formaldeído e o bronopol. Além das substâncias mencionadas, os desodorizantes ainda podem conter em sua composição outros tipos de compostos químicos tóxicos e nocivos à saúde e ao meio ambiente, tais como álcool etílico, hipoclorito de sódio, ácido dodecil benzeno sulfonato de sódio, cloreto de benzalcônio, nonil fenol etoxilado, propilenoglicol, sulfato de magnésio e glutaraldeído. Este último, também conhecido como fluído de embalsamento, pode ocasionar grave irritação nos olhos e nas vias respiratórias.

Os compostos formaldeído e bronopol são apontados como os princípios ativos mais utilizados na formulação de produtos desodorizantes, principalmente por seu baixo custo de aquisição e poderosa inibição da atividade bacteriana (POE, 2000). O formaldeído possui elevada solubilidade em água, o que faz com que ele seja rapidamente absorvido no trato respiratório e gastrointestinal, e consequentemente metabolizado pelo corpo humano. Tal substância é tóxica se ingerida, inalada ou tiver contato com a pele, podendo ocasionar irritação na pele e mucosas, com comprovada ação cancerígena associada a câncer no pulmão, cérebro e leucemia. O bronopol, por sua vez, pode causar severos efeitos aos seres humanos via rota dérmica.

No Brasil, a ANVISA é o órgão responsável pelo registro e notificação dos produtos saneantes antes de sua comercialização. A ANVISA, através da Resolução RDC nº 35 de 3 de junho de 2008, proibiu a utilização de formaldeído em qualquer concentração e restringiu o uso de bronopol na concentração máxima de 0,1% em relação a sua massa, nos produtos saneantes fabricados e/ou comercializados no Brasil. Infelizmente, boa parte dos desodorizantes para banheiros químicos comercializados no Brasil (nacionais e internacionais) possuem formulação secreta protegida pelo código de regulação federal, ou seja, as FISPQ não contêm todas as informações necessárias para a caracterização deste tipo de produto. Portanto, fica impossível determinar com precisão a ausência de compostos tóxicos na formulação desses saneantes.

Outro grande problema relacionado ao uso dos banheiros químicos, além da notável toxicidade de alguns sanitizantes à saúde humana, refere-se ao tratamento dessa água residuária. Vários estudos mostraram alguns sanitizantes são tóxicos para os sistemas de tratamento de esgoto convencionais (sistemas biológicos). Estudos relataram a redução da comunidade bacteriana presente nos sistemas de lodo ativados após contaminação com bronopol, ocasionando um déficit na decomposição de vários componentes químicos pelas bactérias nesses sistemas (DEBOWSKI et al. 2011). Além disso, o bronopol é facilmente convertido a formaldeído, que, como mencionado, é um composto com propriedades carcinogênicas.

Outro composto muito utilizado, glutaraldeído, também foi avaliado como altamente tóxico para o sistemas de tratamento. Ainda podem ser encontradas em outras formulações diferentes variações do formaldeído, sendo elas: formalina e o paraformaldeído (formaldeído polimerizado), que além de tóxicos à saúde humana, também agem no retardamento do crescimento bacteriano, ocasionando a ineficiência nos sistemas de tratamento de esgotos (POE, 2000). Segundo a USEPA, efluentes de banheiros portáteis geralmente chegam às estações com concentração orgânica muito elevada quando comparada com a do esgoto doméstico típico, podendo comprometer o processo de tratamento desenvolvido nessas unidades. Esse impacto é ainda maior em ETE menores.

Os problemas citados nesse documento, vão além das águas residuárias de banheiros químicos, englobando também efluentes de banheiros de aeronaves, navios e quaisquer sistemas que utilizem sanitizantes/desodorizantes que possuam em sua formulação, compostos tóxicos para a saúde humana e para o sistema biológico de tratamento (sistemas convencionais de tratamento de esgoto). Considerando a baixa especificidades das FISPQs desses produtos, é impossível afirmar com segurança, a ausência de compostos tóxicos.

Devido à elevada toxicidade, tem sido relatado que esses compostos atuam como forte inibidor dos microrganismos envolvidos na degradação aeróbia e anaeróbia. Hovious et al. (1973), relataram que os efeitos tóxicos podem ser detectados em concentrações muito baixas de formaldeído, ainda concluíram que bactérias anaeróbias podem usar formaldeído como o único substrato, no entanto, levou-se o período de quatro meses para obter tal consórcio em que foi verificado uma atividade muito baixa do lodo anaeróbio. Lotfy e Rashed (2002) para verificar a biodegradabilidade aeróbia de formaldeído em águas residuárias, observou-se que nove dias seria um período conveniente para se chegar a índices satisfatórios de biodegradação.

Diante desse cenário, não é adequado que as águas residuárias desses sistemas sejam destinadas para sistemas de tratamento de efluentes convencionais sem um estudo prévio que demonstre a capacidade de tratamento, pois, caso esses poluentes não sejam devidamente removidos na ETE, estes serão lançados em corpo receptor, ocasionando elevados prejuízos ambientais, além de potenciais problemas para saúde da população abastecida pelo manancial.

Portanto, recomenda-se a avaliação técnica minuciosa dos produtos desodorizantes utilizados nos banheiros químicos, realizado por técnico competente, se possível, com testes de biodegradabilidade em laboratório.

*Silvio Rollemberg | silvio.rollemberg@ifce.edu.br
Engenheiro, Doutor em Saneamento. Professor e Pesquisador na área de Saneamento Ambiental. Possui várias publicações em periódicos nacionais e internacionais. Atua como revisor de conceituadas revistas. Eleito Secretário na ABES-CE. Possui patentes e várias pesquisas no ramo de tecnologias de tratamento de águas e efluentes.

domingo, 24 de abril de 2022

SISTEMAS ALAGADOS CONSTRUÍDOS: Plantados ou não plantados (Introdução Geral)

 Os sistemas alagados construídos (SAC), comumente chamado de Wetlands, podem ser plantados ou não. A maioria dos SAC para o tratamento de efluentes é plantado com macrófitas emergentes. Os SAC de escoamento subsuperficial utilizam um leito de pedras, ou outro material, por onde a água escoa horizontalmente ou verticalmente. Os SAC de escoamento superficial são equivalentes às áreas alagadas naturais, onde a superfície da água está descoberta.

A mais importante zona reativa dentro de um SAC é a zona de raízes, ou rizosfera, onde plantas, solo e microrganismos interagem com o líquido intersticial para promover a degradação dos poluentes. A rizosfera e os microrganismos contribuem para a remoção dos poluentes. Algumas espécies, tais como Scirpus lacustris, possuem a capacidade de remover fenóis, patógenos e outros poluentes em efluentes.

No lado esquerdo, SAC plantado. No lado direito, SAC não plantado.

Variações macroscópicas no potencial redox ao longo do comprimento dos SAC horizontais são caracterizadas por um gradiente, sendo encontradas condições mais redutoras próximo à região de entrada do que próximo à de saída. Elevados valores de potencial redox (+100 mV a +700 mV) estão associados com um ambiente oxidante e promovem processos aeróbios, tais como a nitrificação. Em contraste, valores de potencial redox mais baixos e negativos (-100 mV a -350 mV) estão associados com condições redutoras e processos anaeróbios, tais como a redução de sulfatos e metanogênese. 

Também foi avaliada a evolução diurna do potencial redox (de dia, o potencial sobe). O potencial redox e a concentração de oxigênio no efluente decrescem instantaneamente após cada aplicação. Tanner (2001) observou maior potencial redox em zona de raízes de um SAC horizontal plantado do que em um SAC horizontal não plantado. Outros estudos mostraram que a diversidade, atividade e densidade microbiana são intensificadas na região da rizosfera de SAC subsuperficiais. As macrófitas aquáticas transferem oxigênio para seu sistema radicular e liberam uma fração deste para a rizosfera, promovendo a formação de camadas aeróbias ao redor da raiz.

Wiessner et al. (2005), o potencial redox se relacionou com o ciclo diurno de luminosidade. Valores de potencial redox começaram a aumentar praticamente ao mesmo tempo que a luminosidade do dia aumentava pela manhã.

segunda-feira, 14 de março de 2022

Cálculo de vazão (projetos especiais)

O cálculo de vazão para projetos de estabelecimentos especiais (ex. aeroporto, posto de gasolina, etc.) pode ser calculado de forma simplificada através da tabela abaixo:

Tipo de Projeto

Vazão

Projeto de Aeroporto

10L/passageiro.dia

Projeto Habitacional AP classe média

150L/ hab.dia

Projeto de Posto de Gasolina

30L/funcionário.dia + 2L/veículo atendido.dia

Projeto de Bares - Gastrobar

30L/funcionário.dia + 30L/cliente.dia

Projeto de Hotel

30L/funcionário.dia + 200L/hóspede.dia

Projeto de Lavanderia

1250 L/máquina.dia

Projeto de Escritório

40L/funcionário.dia

Projeto de Restaurantes

20L/funcionário.dia + 25L/cliente.dia

Projeto de Shoppings

30L/funcionário.dia + 3L/vaga estacionamento.dia

Projeto de Igrejas

10L/assento.dia

Projeto de Hospitais

30L/funcionário.dia + 300L/Leito.dia

Projeto de Presídios

30L/funcionário.dia + 200L/presidiário.dia

Projeto de Escolas

70L/estudante.dia

Projeto de Feiras e Centros de Vendas

5L/visitante.dia


Exemplo de cálculo:

1) Qual a vazão máxima de uma estação de tratamento de efluentes (ETE) de um restaurante que possui 10 funcionários e possui capacidade máxima de lotação de 120 clientes?

Considerando os dados apresentados acima, temos a seguinte equação:

Q (L/dia) = 20L x número de funcionários + 25L x número de clientes

Q (L/dia) = 20L x 10 + 25 x 120 = 200 + 3000 = 3200L/dia ou 3,2m³/dia


Esse artigo foi escrito por Silvio Rollemberg, professor, pesquisador e consultor técnico de várias ETAs e ETEs. Contato: silviorollemberg@gmail.com | silvio.rollemberg@ifce.edu.br


sexta-feira, 4 de março de 2022

Publicação 1 - Série Biogás

P1 - Reaproveitando o biogás gerado nas ETEs, digestores de resíduos orgânicos e aterros sanitários 

O biogás é o principal produto gerado na digestão anaeróbia de matéria orgânica. Esse gás pode ser gerado tanto na digestão resíduos sólidos como líquidos. O principal constituinte do biogás é o metano CH4, no entanto há outros gases presentes, como CO2 (dióxido de carbono), N2 (nitrogênio) e H2S (sulfeto de hidrogênio). O biogás pode ser utilizado para vários fins, pois possui elevado poder calorífico inferior (PCI). Para se ter idéia, o PCI do gás natural é de 31,8 MJ.Nm³, já o PCI do biogás bruto (isto é, sem etapa de purificação) é de 25,1 MJ.Nm³. Caso o biogás passe por uma etapa de tratamento e purificação e seja obtido o CH4 puro, esse valor chega a aproximadamente 36 MJ.Nm³.

No post de hoje, vamos responder apenas 3 perguntas iniciais sobre o biogás:
1) Qual a melhor forma de reaproveitamento do biogás? 
2) 
O biogás gerado no tratamento de esgoto é o mesmo gerado em aterros sanitário e em digestores de lodo? Existe alguma diferença?
3) 
O que é esse biometano? É possível obter hidrogênio a partir do biogás? Como se obter o famoso "biometano"?


Figura 1 - Ônibus movido a biogás

Qual a melhor forma de reaproveitamento do biogás? 

O biogás possui elevada energia química e isso pode ser transformado em energia térmica, elétrica ou mecânica. Na transformação em energia térmica, podemos utilizar o biogás como fonte de energia para produzir calor para cozimento (nesse caso, armazenamento do gás e uso como gás de cozinha). Também é possível queimar o biogás e utilizar o calor para higienização e secagem do lodo e escuma. Na transformação em energia elétrica, podemos utilizar o biogás em motores CHP e gerar energia elétrica que pode ser utilizado nas bombas, sopradores, etc. Já na transformação em energia mecânica, o biogás pode ser utilizado como combustível veicular e até mesmo industrial.

As fotos abaixo mostram as possíveis aplicações do biogás.

Figura 2 - Terminal de abastecimento de veículos com biogás
Figura 3 – Biogás armazenado para ser utilizado posteriormente para produção
Figura 4 – Queima direta de biogás sem reaproveitamento em plantas de tratamento de esgoto (reatores anaeróbios)

O biogás gerado no tratamento de esgoto é o mesmo gerado em aterros sanitário e em digestores de lodo?

O biogás pode ter composição variada de acordo com as características dos resíduos ou do esgoto. Conforme foi citado, além do CH4, o biogás é composto por CO2 e N2. Vamos comparar, por exemplo, o biogás gerado em um reator UASB tratamento esgoto sanitário com o biogás gerado em um digestor de lodo (tabela abaixo).


Tabela 1 – Comparativo do biogás gerado em reator UASB x Digestor de Lodo

Como pode ser observado, o biogás do reator UASB (tratando esgoto sanitário), geralmente apresenta maior teor de CH4, H2S e maior teor de N2. A elevada concentração de N2 presente no biogás de reatores UASB, se comparado ao de digestores de lodo, pode estar relacionada à solubilização do ar atmosférico (78% de N2 no ar) no esgoto afluente, sendo liberado para a fase gasosa no interior do reator anaeróbio. Já as baixas concentrações de CO2 no biogás se devem à elevada solubilidade desse composto no líquido. Em resumo, não existe um padrão de biogás. A depender do tipo de resíduo ou de esgoto, as características do biogás podem variar. Ainda sobre as características do biogás, é importante citar que as elevadas concentrações de N2 no biogás de reatores UASB inviabilizam a obtenção de um gás com concentração de CH2 acima de 90% (biometano), visto que o processo para remoção de N2 é substancialmente complexo (Brasil, 2017), podendo ser considerado impraticável na realidade atual das ETEs brasileiras. Dessa forma, apenas o biogás gerado em digestores de lodo apresenta características favoráveis à produção de biometano e, eventualmente, de hidrogênio.

O que é o biometano? É possível obter hidrogênio a partir do biogás?

O biometano é o gás resultante do processo de purificação do biogás. Quando o biogás coletado passa por um processo de tratamento e purificação, este pode tornar-se biometano. Para isso é necessário a remoção de CO2 e outros gases, de forma que o gás final possua concentração de CH2 acima de 90%. Ainda nessa pergunta, é importante citar que é possível utilizar o biometano para produção de hidrogênio. A Figura abaixo mostra as etapas de tratamento do biogás para obtenção de biometano e as etapas para obtenção de hidrogênio a partir de biometano.

Figura 5 – Tratamento do biogás e respectivos usos

Na Figura acima, podemos verificar que o biogás com concentração de CH4 entre 60 – 80%, precisa inicialmente passar por um processo de desidratação (retirada de umidade), para posteriormente ser utilizado em motores de acionamento direto ou combustão em caldeira. Caso seja visado a cogeração (isto é, obtenção de energia elétrica e aproveitamento do calor de forma simultânea), deve ser realizado, além da desidratação, a retirada de H2S. Para obtenção do biometano e uso do gás como componente na forma de GNV ou até mesmo uso industrial, além de desidratação e dessulfurarão, deve ser realizado a retirada de CO2.

Por fim, para a geração de hidrogênio em biometano, deve ser utilizado células combustíveis. Melhores detalhes na Figura abaixo.

Figura 6 – Usos do biogás e tratamento requerido

Considerações finais desse post
Dentre as principais aplicações do biogás estão: (i) combustão direta para produção de calor - cozimento, aquecimento de água, caldeira (vapor), higienização e/ou secagem de lodos; (ii) produção direta de eletricidade; e (iii) geração combinada de calor e eletricidade. Com relação, ao uso da biometano, cabe destacar a recente autorização no Brasil da injeção de biometano oriundo de ETEs na rede de gás natural (vide Resolução da Agência Nacional de Petróleo nº 685/2017 – ANP, 2017). Com relação ao tratamento do biogás, as técnicas de remoção de umidade e de H2S são consideradas quando o aproveitamento de energia elétrica e térmica for o objetivo do tratamento, e a combustão direta em queimadores quando o aproveitamento energético não for praticável ou houver sua paralisação.


Esse artigo foi escrito por Silvio Rollemberg, professor, pesquisador e consultor técnico de várias ETAs e ETEs. Contato: silviorollemberg@gmail.com | silvio.rollemberg@ifce.edu.br

 

Tecnologias Eletroquímicas Microbianas (METs - Microbial Electrochemical technologies )

Nessa foto, apresento a vocês um sistema comercial de tratamento de efluentes, tecnologia denominada de "Sistemas de Tratamento Bioelet...