Tratamento de Efluentes e Recuperação de Recursos

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A bíblia do tratamento de efluentes! O texto de Metcalf & Edy é referência mundial, sendo utilizado em universidades e empresas em todo o mundo. Esta edição traz uma extensa revisão dos mais importantes avanços científicos da área de tratamento de efluentes e recuperação de recursos dos últimos 10 anos. Texto obrigatório e indispensável para instituições, empresas e profissionais ligados às engenharias civil, sanitária e ambiental.

18 capítulos

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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de esgotos e à análise de processo

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Introdução ao tratamento de esgotos e à análise de processo

1–1 EVOLUÇÃO DO TRATAMENTO DE ESGOTOS 4

Objetivos do tratamento 4

Aspectos atuais de saúde e ambientais 5

Considerações sobre sustentabilidade 5

1

1–2 EVOLUÇÃO DAS REGULAMENTAÇÕES IMPORTANTES PARA A ENGENHARIA DE ESGOTOS 6

Criação da agência de proteção ambiental 6

Regulações federais importantes 6

Outros regulamentos federais 8

Regulamentos estaduais e regionais 9

1–3 CARACTERÍSTICAS DO ESGOTO 9

Fontes de esgotos 9

Tipos de sistemas de coleta 9

Constituintes do esgoto 10

1–4 CLASSIFICAÇÃO DOS MÉTODOS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS 10

Processos unitários físicos 10

Processos unitários químicos 10

Processos unitários biológicos 12

1–5 APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE TRATAMENTO 12

Processamento do esgoto 12

Processamento de residuais 13

Diagramas de vazão típicos de processos de tratamento 13

1–6 SITUAÇÃO DO TRATAMENTO DE ESGOTOS NOS ESTADOS UNIDOS 17

 

Capítulo 2 – Características do esgoto

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Características do esgoto

2–1 CARACTERIZAÇÃO DO ESGOTO 60

Propriedades e constituintes do esgoto 60

Constituintes de importância no tratamento de esgoto 60

2–2 AMOSTRAGEM E PROCEDIMENTOS ANALÍTICOS 60

Amostragem 63

Métodos de análise 65

Unidades de expressão para parâmetros físicos e químicos 66

Relações químicas úteis 66

2–3 PROPRIEDADES FÍSICAS 72

Fontes de propriedades físicas 72

Sólidos 73

Tamanho de partículas e medidas de tamanhos de partículas 76

Distribuição de dimensões de partículas 79

Nanopartículas e nanocompósitos 82

Turbidez 83

Relação entre turbidez e SST 84

Cor 84

Absorção/transmitância 85

Temperatura 86

Conteúdo de energia térmica no esgoto 88

Condutividade 88

Densidade, gravidade específica e peso específico 89

2–4 CONSTITUINTES ORGÂNICOS NÃO METÁLICOS 89

Fontes de constituintes inorgânicos não metálicos 89 pH 90

Cloretos 90

 

Capítulo 3 – Vazões de esgoto e cargas de constituintes

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Vazões de esgoto e cargas de constituintes

3

3–1 FONTES E VAZÕES DE ESGOTO 179

Usos municipais de água 179

Fontes e vazões de esgotos domésticos 180

Estratégias para reduzir o consumo interno de água e as vazões de esgotos 183

Uso de água em outras partes do mundo 188

Fontes e vazões de esgoto industrial (não domésticos) 188

Variações nas vazões de esgotos 189

Variações multianuais de longo prazo associadas à conservação 192

Impacto da conservação de água em planejamento futuro 193

3–2 IMPACTO DE SISTEMAS DE COLETA NAS VAZÕES DE ESGOTO 194

Infiltração/influentes 194

Influentes em sistemas de coleta 196

Vazamento em sistemas coletores 197

Vazões de sistemas coletores unitários 199

Medidas diretas de vazões e de características do esgoto em sistemas unitários 199

Cálculo de vazões de sistemas unitários 201

3–3 ANÁLISE DE DADOS DE VAZÃO DE ESGOTO 202

Análise estatística de dados de vazão 202

 

Capítulo 4 – Seleção, projeto e implementação de estações de tratamento de esgoto

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4

Seleção, projeto e implementação de estações de tratamento de esgoto

4–1 PLANEJAMENTO PARA PROJETAR ESTAÇÕES DE TRATAMENTO NOVAS E PARA MELHORAR

ESTAÇÕES EXISTENTES 256

Necessidade de aprimorar estações de tratamento existentes 256

Planejando novas estações de tratamento de esgotos 257

Considerações sobre o projeto de processos de tratamento 257

Requisitos do proprietário 261

Considerações ambientais 261

Compatibilidade com instalações existentes 262

Requerimentos de energia e de recursos 262

Considerações sobre custos 263

Outras considerações para projeto 264

4–2 CONSIDERAÇÕES SOBRE A SELEÇÃO DE PROCESSOS 265

Fatores importantes na seleção de processos 265

Seleção de processos com base em cinética de reação 265

Seleção de processos com base em transferência de massa 267

Projetos de processos com base no critério de carga 268

Testes de bancada e estudos-piloto em banco de testes 268

 

Capítulo 5 – Processos unitários físicos

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5

Processos unitários físicos

5–1 GRADEAMENTO 298

Classificação de grades 299

Quantidades e características de material gradeado 299

Barras grosseiras 301

Grades finas 306

Microgrades 311

Manuseio, processamento e disposição do material gradeado 312

5–2 REDUÇÃO DE SÓLIDOS GROSSEIROS 313

Fragmentadores 314

Maceradores 314

Trituradores 315

Considerações sobre projetos 315

5–3 MISTURA E FLOCULAÇÃO 316

Mistura rápida contínua em tratamento de esgoto 317

Mistura contínua em tratamento de esgoto 317

Dissipação de energia em mistura e floculação 318

Tempo de mistura 320

Tipos de misturadores utilizados para mistura rápida em tratamento de esgoto 320

Tipos de misturadores utilizados para manter sólidos em suspensão em tratamento de esgoto e em mistura química 323

Tipos de misturadores utilizados para floculação em tratamento de esgoto 327

Tipos de misturadores utilizados para mistura contínua em tratamento de esgoto 330

 

Capítulo 6 – Processos unitários químicos

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Processos unitários químicos

6

6–1 FUNÇÃO DOS PROCESSOS UNITÁRIOS QUÍMICOS EM TRATAMENTO DE ESGOTO 444

Aplicações de processos unitários químicos 444

Considerações sobre o uso de processos unitários químicos 445

6–2 FUNDAMENTOS DA COAGULAÇÃO QUÍMICA 446

Definições básicas 447

Natureza das partículas do esgoto 447

Desenvolvimento e medidas de cargas superficiais 448

Interações partícula-partícula 450

Desestabilização e agregação de partículas com polieletrólitos 452

Desestabilização de partículas e remoção com íons de metal hidrolizados 453

6–3 PRECIPITAÇÃO QUÍMICA PARA MELHORIA DO DESEMPENHO DE ESTAÇÕES DE

TRATAMENTO 459

Reações químicas em aplicações de precipitação de esgoto 459

Tratamento primário quimicamente assistido (TPQA) 462

Tratamento físico-químico independente 463

Estimativa das quantidades de lodo de precipitação química 463

6–4 REMOÇÃO QUÍMICA DE FÓSFORO 466

Produtos químicos utilizados para a remoção de fósforo 466

 

Capítulo 7 – Fundamentos do tratamento biológico

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Fundamentos do tratamento biológico

7–1 REVISÃO DO TRATAMENTO BIOLÓGICO DE ESGOTO 537

Objetivos do tratamento biológico 537

A função dos micro-organismos em tratamento de esgoto 537

Tipos de processos biológicos para tratamento de esgoto 538

7

7–2 COMPOSIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO DE MICRO-ORGANISMOS 543

Componentes de células 543

Composição da célula 545

Fatores ambientais 546

Classificação e identificação de micro-organismos 546

Uso de ferramentas moleculares 549

7–3 INTRODUÇÃO AO METABOLISMO MICROBIANO 552

Fontes de carbono e de energia para crescimento microbiano 552

Requerimentos de nutrientes e de fator de crescimento 554

7–4 CRESCIMENTO BACTERIANO, ENERGÉTICA E DECAIMENTO 554

Reprodução bacteriana 554

Padrões de crescimento bacteriano em um reator batelada 555

Crescimento bacteriano e síntese de biomassa (yield) 555

Medindo o crescimento da biomassa 556

Estimando a síntese de biomassa (yield) e requerimentos de oxigênio por estequiometria 556

 

Capítulo 8 – Processos de tratamento com crescimento em suspensão

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Processos de tratamento com crescimento em suspensão

8–1 INTRODUÇÃO AO PROCESSO DE LODOS ATIVADOS 673

Histórico do desenvolvimento do processo de lodos ativados 673

Descrição do processo básico 673

Evolução do processo convencional de lodo ativado 674

Processos para a remoção de nutrientes 678

8

8–2 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE 678

Constituintes relevantes para o projeto dos processos de tratamento 678

Métodos utilizados para a caracterização de efluentes 684

Correntes de reciclo e cargas 686

8–3 CONCEITOS BÁSICOS PARA ESCOLHA, PROJETO E CONTROLE DOS PROCESSOS

DE TRATAMENTO 689

Considerações gerais sobre a implantação de processos de tratamento de efluentes 689

Fatores relevantes para a escolha e projeto do processo de tratamento 689

Controle do processo 698

Problemas operacionais em sistemas de lodo ativado com clarificadores secundários 704

Problemas operacionais com sistemas MBR 709

 

Capítulo 9 – Processos biológicos de tratamento com crescimento aderido e combinados

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Processos biológicos de tratamento com crescimento aderido e combinados

9

9–1 INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS COM CRESCIMENTO ADERIDO 919

Tipos de processos com crescimento aderido 919

Limitação na transferência de massa nos processos com crescimento aderido 923

9–2 PROCESSOS COM CRESCIMENTO ADERIDO NÃO SUBMERSO 923

Descrição geral do processo 924

Classificação e aplicações dos filtros percoladores 926

Vantagens e desvantagens dos filtros percoladores 930

Principais componentes dos filtros percoladores 930

Considerações sobre o projeto das instalações físicas 934

Considerações sobre o projeto de processos para remoção de DBO 945

Análise do processo para remoção de DBO 949

Análise do processo para nitrificação 956

9–3 SISTEMA SEQUENCIAL COMBINADO COM FILTRO PERCOLADOR E PROCESSOS

COM SÓLIDOS EM SUSPENSÃO 965

Desenvolvimento dos sistemas combinados 966

Aplicações dos sistemas combinados 966

 

Capítulo 10 – Processos anaeróbios de tratamento com crescimento em suspensão e aderido

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Processos anaeróbios de tratamento com crescimento em suspensão e aderido

10

10–1 CONCEITOS SOBRE OS SISTEMAS ANAERÓBIOS DE TRATAMENTO 1039

Vantagens dos processos anaeróbios de tratamento 1039

Desvantagens dos processos anaeróbios de tratamento 1040

Síntese da avaliação 1041

10–2 DESENVOLVIMENTO DAS TECNOLOGIAS DE TRATAMENTO ANAERÓBIO 1041

Desenvolvimento histórico para tratamento de lodos 1041

Estabilização de lodos dos processos biológicos 1043

Tratamento de efluentes com alta carga orgânica 1044

Desenvolvimentos futuros 1045

10–3 TECNOLOGIAS ANAERÓBIAS DE TRATAMENTO 1045

Tipos de processos anaeróbios de tratamento 1045

Aplicação da tecnologia de tratamento anaeróbio 1049

10–4 FUNDAMENTOS SOBRE A APLICAÇÃO DOS PROCESSOS ANAERÓBIOS DE

TRATAMENTO 1053

Características do efluente a ser tratado 1053

Pré-tratamento do afluente 1058

Estimativa da produção de gás 1061

Produção potencial de energia 1063

 

Capítulo 11 – Processos para remoção de contaminantes residuais

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11

Processos para remoção de contaminantes residuais

11–1 RAZÕES PARA O TRATAMENTO COMPLEMENTAR DE EFLUENTES 1097

11–2 TECNOLOGIAS UTILIZADAS PARA A REMOÇÃO DE MATERIAL PARTICULADO E DISSOLVIDO

PRESENTE NO EFLUENTE SECUNDÁRIO 1099

Operações unitárias por transferência de massa 1099

Transformações baseadas em processos químicos e biológicos 1099

Aplicação das operações e processos unitários para a remoção de contaminantes residuais 1099

11–3 OPERAÇÕES UNITÁRIAS PARA A REMOÇÃO DE MATERIAL PARTICULADO E DISSOLVIDO 1100

Diagramas de processos típicos 1101

Estimativa do desempenho dos processos 1102

11–4 INTRODUÇÃO À FILTRAÇÃO EM PROFUNDIDADE 1103

Descrição da operação de filtração 1106

Características hidráulicas dos filtros profundos 1111

Modelagem da operação de filtração 1119

11–5 FILTRAÇÃO EM PROFUNDIDADE: CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO E DIMENSIONAMENTO 1120

Tecnologias de filtração disponíveis 1121

 

Capítulo 12 – Processos de desinfecção

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12

Processos de desinfecção

12–1 INTRODUÇÃO AOS AGENTES DE DESINFECÇÃO UTILIZADOS NO TRATAMENTO DE EFLUENTES 1271

Características de um agente de desinfecção ideal 1271

Agentes e métodos de desinfecção 1271

Mecanismos utilizados para explicar a ação dos agentes de desinfecção 1273

Comparação entre os desinfetantes 1273

12–2 CONSIDERAÇÕES SOBRE O PROCESSO DE DESINFECÇÃO 1274

Instalações físicas utilizadas para a desinfecção 1274

Fatores que afetam o desempenho do processo de desinfecção 1277

Desenvolvimento do conceito de CT para prever o desempenho dos processos de desinfecção 1283

Aplicação do conceito do parâmetro CT para a desinfecção de efluentes 1284

Comparação do desempenho das tecnologias de desinfecção 1285

12–3 DESINFECÇÃO COM CLORO E SEUS DERIVADOS 1289

Características do cloro e seus derivados 1289

Química do cloro e de derivados 1291

Reações com o cloro até o ponto de quebra 1293

 

Capítulo 13 – Processamento e tratamento de lodos

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Processamento e tratamento de lodos

13–1 FONTES, CARACTERÍSTICAS E QUANTIDADES DE LODO 1424

Fontes 1424

Características 1426

Quantidades 1429

13

13–2 LEGISLAÇÃO PARA REÚSO E DISPOSIÇÃO DE LODO NOS ESTADOS UNIDOS 1433

Aplicação no solo 1434

Disposição na superfície 1434

Redução de patógenos e atração de vetores 1434

Incineração 1435

13–3 DIAGRAMAS DE PROCESSO DE UNIDADES DE PROCESSAMENTO DE LODOS 1438

13–4 BOMBEAMENTO DE LODO E DE ESCUMA 1439

Bombas 1439

Cálculo da perda de carga em sistemas de bombeamento de lodo 1447

Tubulação de lodo 1453

13–5 PREPARAÇÃO DO LODO PARA PROCESSAMENTO 1453

Trituração 1454

Peneiramento 1454

Remoção de detritos 1455

Mistura 1455

Armazenagem 1456

13–6 ADENSAMENTO 1459

Aplicações 1459

Descrição e projeto de adensadores de lodo 1460

13–7 PROCESSOS DE ESTABILIZAÇÃO DE LODOS 1469

13–8 ESTABILIZAÇÃO ALCALINA 1471

 

Capítulo 14 – Processamento de biossólidos, recuperação de recursos e usos benéficos

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Processamento de biossólidos, recuperação de recursos e usos benéficos

14–1 CONDICIONAMENTO QUÍMICO 1534

Polímeros 1534

Fatores que afetam o condicionamento de polímeros 1535

Determinação da dosagem de polímero 1535

Mistura 1536

Preparação, condicionamento e alimentação 1537

14–2 DESAGUAMENTO 1537

Descrição das tecnologias de desaguamento 1538

Centrifugação 1541

Prensas desaguadoras 1544

Prensa rotativa 1547

Extrusora 1550

Filtros prensas 1552

Eletrodesaguamento 1555

Leitos de secagem de lodo 1558

Leito de plantas 1561

Lagoas de secagem 1562

14–3 SECAGEM TÉRMICA 1563

Métodos de transferência de calor 1563

Descrição do processo 1565

Características e uso de produto 1569

Transporte e armazenagem do produto 1570

Risco de incêndios e explosões 1570

Controle da emissão de odores e poluição do ar 1571

14–4 PROCESSOS AVANÇADOS DE OXIDAÇÃO TÉRMICA 1572

 

Capítulo 15 – Tratamento das correntes de recirculação e recuperação de nutrientes

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15

Tratamento das correntes de recirculação e recuperação de nutrientes

15–1 IDENTIFICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE CORRENTES DE RECIRCULAÇÃO 1628

Correntes secundárias resultantes de lodos primários e secundários 1629

Correntes secundárias resultantes do lodo primário fermentado ou de lodos primário e secundário digeridos 1629

15–2 MITIGAÇÃO DAS VAZÕES E DAS CARGAS DE RECICLO 1634

Pré-tratamento das correntes secundárias 1634

Equalização de vazões e cargas das correntes secundárias 1634

15–3 REDUÇÃO DE SÓLIDOS EM SUSPENSÃO E MATERIAL COLOIDAL 1640

Correntes secundárias resultantes do adensamento de lodos 1640

Correntes secundárias do desaguamento de biossólidos 1640

Remoção de material coloidal 1641

15–4 PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS PARA A RECUPERAÇÃO DE FÓSFORO 1642

Descrição do processo de cristalização 1642

Recuperação de fósforo como fosfato de magnésio amoniacal (estruvita) 1645

Recuperação de fósforo como fosfato de cálcio 1650

 

Capítulo 16 – Emissões atmosféricas das unidades de tratamento de efluentes e seu controle

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16

Emissões atmosféricas das unidades de tratamento de efluentes e seu controle

16–1 TIPOS DE EMISSÕES 1704

16–2 EXIGÊNCIAS LEGAIS 1704

Qualidade do ar ambiente e condições de conformidade 1704

Programas de permissão pré-construção e operação 1706

Exigências tecnológicas para o controle de emissões por fontes estacionárias 1706

16–3 CONTROLE DE ODOR 1707

Tipos de odores 1707

Fontes de odores 1707

Medida do nível de odor 1710

Modelagem da dispersão de odores 1711

Movimento de odores das unidades de tratamento de efluentes 1711

Estratégias para o gerenciamento de odores 1712

Métodos de tratamento de odores 1716

Seleção e projeto de unidades para controle de odores 1725

Considerações sobre o projeto de lavadores de gases químicos 1725

Considerações sobre o projeto de biofiltros para controle de odor 1727

16–4 CONTROLE DAS EMISSÕES DE COMPOSOTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS 1732

Propriedades físicas de alguns COVs de interesse 1733

 

Capítulo 17 – Consumo de energia no gerenciamento de efluentes

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17

Consumo de energia no gerenciamento de efluentes

17–1 FATORES QUE LEVAM À NECESSIDADE DE GERENCIAMENTO DE ENERGIA 1762

Potencial para a redução de custos 1762

Confiabilidade da fonte de energia 1763

Aspectos de sustentabilidade 1763

17–2 ENERGIA NOS EFLUENTES 1763

Energia química 1764

Energia térmica 1767

Energia hidráulica 1768

17–3 FUNDAMENTOS DE BALANÇO DE ENERGIA 1770

Conceito de um balanço de energia 1770

Elaboração de um balanço de energia 1771

17–4 USO DE ENERGIA NAS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE EFLUENTES 1772

Tipos de fontes de energia utilizadas em estações de tratamento de efluentes 1773

Uso de energia para o tratamento de efluentes 1773

Uso de energia pelos processos individuais de tratamento 1773

Tecnologias avançadas e novas tecnologias de tratamento de efluentes 1774

17–5 AVALIAÇÃO DO CONSUMO DE ENERGIA E COMPARAÇÃO DE DESEMPENHOS 1776

Comparação de desempenho do consumo de energia 1777

 

Capítulo 18 – O futuro do gerenciamento de efluentes: desafios e oportunidades

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18

O futuro do gerenciamento de efluentes: desafios e oportunidades

18–1 DESAFIOS FUTUROS E OPORTUNIDADES 1830

Gerenciamento de recursos 1830

Projeto para a recuperação de energia e recursos 1832

Projeto de estações de tratamento de efluentes para o reúso potável 1832

Sistemas descentralizados de tratamento de efluentes 1835

Desenvolvimento de baixo impacto 1837

Linha de base tripla 1837

18–2 IMPACTO DA DEMOGRAFIA, DAS MUDANÇAS CLIMÁTICAS E ELEVAÇÃO DO

NÍVEL DO MAR, DE EVENTOS NÃO CONTROLÁVEIS E DE CONSEQUÊNCIAS

NÃO INTENCIONAIS 1839

Impacto da demografia 1839

Impactos das mudanças climáticas e elevação do nível do mar 1841

Impactos de eventos não controláveis 1842

Impacto legal de consequências não intencionais 1842

18–3 MELHORIA DO DESEMPENHO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE EFLUENTES

POR MEIO DA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS E/OU MUDANÇAS OPERACIONAIS 1845

Otimização de processos 1845

 

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