EFICIÊNCIA DOS FILTROS ANAERÓBIOS TIPO CYNAMON NO TRATAMENTO DE ESGOTOS - PARTE I

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1 EFICIÊNCIA DOS FILTROS ANAERÓBIOS TIPO CYNAMON NO TRATAMENTO DE ESGOTOS - PARTE I Odir Clécio da Cruz Roque (1) Engenheiro Químico, D.Sc. Professor Adjunto da FEUERJ. Pesquisador Titular da ENSP / Fiocruz. Hélio Andrade de Assis Mello Junior Engenheiro Agrônomo. Mestrando da Escola Nacional de Saúde Pública / Fiocruz. Endereço (1) : Rua São Francisco Xavier, o andar - Maracanã - Rio de Janeiro - RJ - CEP Brasil - Tel: (021) Fax: (021) odir@manguinhos.ensp.fiocruz.br RESUMO Os filtros anaeróbios estão normalizados e são largamente empregados no Brasil. A principal crítica que se faz ao filtro está na sua pouca eficiência na redução de nutrientes e indicadores de contaminação, embora com bons resultados na redução de carga orgânica. No Brasil o filtro anaeróbio é utilizado logo após o tanque séptico sendo seu efluente lançado diretamente nos corpos receptores ou nas linhas de esgotamento sanitário ou drenagem pluvial. No sentido de melhorar a qualidade dos efluentes, variações do filtro anaeróbio surgiram no decorrer do tempo. Uma destas variações foi proposta por CYNAMON (1986), na qual o filtro anaeróbio é usado em série de três filtros (ascendente, descendente, ascendente), e um posterior polimento do efluente realizado por um filtro de areia. Em Niterói, Município do Estado do Rio de Janeiro, vem sendo aplicada uma variação do filtro tipo CYNAMON, que é utilizada para o tratamento de efluentes de um entreposto de pesca. Neste caso os fluxos são todos ascendentes. Em Cabo Frio, também Município do Estado do Rio de Janeiro, foram localizados 33 (trinta e três) filtros anaeróbios de três estágios, dos quais foram selecionados 2 (dois) para análise mais aprofundada. Estes filtros são usados tanta para o tratamento de esgotos sanitários como para o tratamento de despejos comerciais (bares, lojas e restaurantes). Optamos por estudar os filtros anaeróbios em série, proposto por CYNAMON, já que vêm sendo aplicados em vários locais, notadamente no Rio de Janeiro e portanto, necessitamos conhecer mais profundamente suas principais características técnicas, químicas e biológicas. Os efluentes deste tipo de tratamento apresentam-se límpidos e inodoros, levando-nos a perspectiva de estarmos diante de um processo de tratamento que poderá ser utilizado para situações próprias das condições encontradas em vários locais do Brasil. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Esgotos, Filtros Anaeróbios, Tratamento de Águas Residuárias. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3529

2 INTRODUÇÃO O alarmante déficit na área de tratamento de esgotos, já observado há décadas no Brasil, é resultado de uma política inadequada de investimentos em saúde e saneamento. A falta de seriedade e abandono do setor, leva a perda de condições de funcionamento das poucas estações existentes, pelo sucateamento, bem como a implantação de novas estações de tratamento ficam a cargo da boa vontade das autoridades governamentais locais e muitas vezes quando implantadas têm sido superadas pelo próprio crescimento vegetativo da população, aliado a tendência à urbanização (VON SPERLING & CHERNICHARO, 1996). O baixo nível dos recursos destinados para o setor tem sido a justificativa para o quadro sanitário que se apresenta. Se não existe a vontade política de realização para o setor, com investimentos, obras e projetos, ou seja, persistindo o cenário muito pouco ambicioso de atuação concreta em saneamento e por conseqüência, em tratamento de esgotos, algo deverá ser feito para iniciar-se o processo de reversão do déficit. Há caminhos que podem ser trilhados e que, mesmo apresentando um desempenho eventualmente não muito próximo do desejado, pelo menos representam o início de uma recuperação do tempo perdido e representam uma contribuição concreta para um futuro favorável no setor. OBJETIVOS O projeto de pesquisa procura avaliar o uso de filtros anaeróbios do tipo CYNAMON (e suas variações criadas por outros projetistas) no tratamento de esgotos, principalmente na remoção de parâmetros sanitários como DBO, DQO, resíduos sólidos, coliformes totais e fecais, nitrogênio total, fósforo total e ph, como também as taxas de cargas aplicadas a fim de proporcionar a ampla divulgação dos resultados, no sentido de se ter mais uma opção de tratamento de esgotos aplicáveis as condições brasileiras. MÉTODO Para atender o objeto da pesquisa está sendo aplicada o seguinte método: 1. Pesquisa e revisão bibliográfica sobre os processos de tratamento anaeróbios, centrados em filtros anaeróbios; 2. Localização, seleção e estudos sobre estações de tratamento de esgotos que utilizem filtros anaeróbios do tipo CYNAMON; 3. Análise do funcionamento das estações de tratamento sob o aspecto de projeto e construção; 4. Análise dos dados operacionais: Amostragem para levantamento de dados de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio total, fósforo total, colimetria, resíduos sólidos totais em suspensão e ph; Determinação de vazões, tempos de detenção e perfil hidráulico; 5. Construção de gráficos e tabelas para efeito de comparação e conclusões. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3530

3 SELEÇÃO DO PROCESSO Com a crise de energia da década de 70, diversos processos anaeróbios de alta taxa vinham sendo desenvolvidos, apresentando soluções mais simples e econômicas, principalmente para o tratamento de resíduos industriais. Foram estudadas soluções com tecnologia mais apropriada e de custo menor para que pudessem ser aplicadas de acordo com as conveniências sócios culturais e econômicas do país. No Brasil, o uso de filtros anaeróbios para instalações de pequeno porte passou a ser difundido, sobretudo depois que a Associação Brasileira de Normas Técnicas normalizou seu emprego para tratamento de efluentes de tanques sépticos (NBR 7229, 1993 e NBR 13969, 1997). Experimentos realizados com a utilização de filtros anaeróbios apresentaram excelentes resultados quanto à remoção de carga orgânica, demonstrando grande potencial de aproveitamento, embora a redução de indicadores de contaminação (coliformes totais e fecais) não atingia os patamares desejáveis de outros processos de tratamento (YOUNG & MAC CARTY, 1969; PAULA JR., 1983; DENNIS JR. & JENNET, 1974). Figura 1 - Filtro anaeróbio norma NBR 13969/1997. O filtro anaeróbio (figura 1) é um reator de leito fixo no qual a matéria orgânica é estabilizada através da ação de microrganismos que ficam retidos nos interstícios ou apoiados no material suporte que constitui o leito através do qual as águas residuárias percolam. A maiores taxas de remoção de substrato ocorrem nos níveis mais baixos do leito (quando o fluxo é ascendente), sendo que nessa região existem grandes concentrações de substrato e de sólidos biológicos. Sólidos biológicos que se formam nas camadas mais profundas são arrastados no mesmo sentido do fluxo, mantendo-se disponíveis para remoções adicionais de despejos. Filtros anaeróbios em boas condições de funcionamento podem apresentar elevada remoção de substrato, sendo que os sólidos suspensos remanescentes são constituídos basicamente por células e matérias estáveis. Esses sólidos apresentam aspecto semelhante ao de pequenas partículas de carvão suspensas em líquido bastante clarificado, para a maioria dos despejos líquidos. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3531

4 O interesse pelo filtro anaeróbio deve-se, em princípio, à publicação de YOUNG & MAC CARTY (1969), elaborada com base em dados de pesquisa realizada a partir de 1963, na qual são mostrados resultados obtidos na operação desse tipo de reator alimentado com despejo líquido sintético, verificando-se eficiência na remoção de DBO superior a 80% para tempos de detenção hidráulicos inferiores a 24 horas. Em 1985, PAULA JR. apresentou tese de mestrado avaliando o desempenho de um filtro anaeróbio. Essas pesquisas demonstraram que o filtro anaeróbio possui boas condições inclusive para tratar despejos solúveis em concentrações relativamente baixas. Não há necessidade de se efetuar a decantação do efluente desse reator biológico e também não se torna obrigatória, na maioria dos casos, a recirculação de parcela desse efluente. Como as bactérias anaeróbias, de maneira geral, apresentam baixo coeficiente de síntese celular, o descarte de sólidos, assim como sua disposição final, é operação que resulta muito facilitada em relação a tratamentos convencionais. Na maior parte dos casos estudados o fluxo é ascendente e o leito dos reatores é constituído por pedras de tamanho apropriado (brita n 0 4), porém podem ser utilizados outros materiais suporte, tais como anéis, esferas perfuradas, blocos modulares etc. É interessante destacar que também existem propostas para que o fluxo líquido seja descendente, tais como as de YOUNG & McCARTY (1969) e CYNAMON (1986). Apesar de existirem estudos visando ao conhecimento da cinética do processo que ocorre nos reatores, ainda não existem até o presente critérios definidos para projeto, recomendando-se a instalação de estação piloto para esgotos industriais e os valores da norma NBR-ABNT para esgotos domésticos. Os parâmetros utilizados atualmente para a elaboração do dimensionamento de um filtro anaeróbio são a carga hidráulica, a carga orgânica e o tempo de detenção hidráulico. VIEIRA & SOBRINHO (1983), estudaram a associação de sistemas de fossa séptica mais filtro anaeróbio para o tratamento de esgotos sanitários e chegaram às seguintes conclusões principais: a) o sistema necessita de um tempo de aclimatação de cerca de três meses, ou a partida tem de ser controlada, aumentando-se lentamente a carga do sistema; b) o sistema atingiu bons resultados na remoção de DBO e SS a tempos de detenção mínimos de 4,l horas na câmara de decantação das fossas e 19 horas no filtro anaeróbio, em relação à vazão média; c) a limpeza controlada das fossas e do filtro anaeróbio são de extrema importância para tornar eficiente a remoção de sólidos pelo sistema, pois os sólidos contidos no efluente são de difícil separação, não sendo viável sua remoção por simples sedimentação após serem eliminados junto com o efluente. FILTRO ANAERÓBIO PARA ESTUDO No sentido de melhorar a qualidade dos efluentes, variações do filtro anaeróbio surgiram no decorrer do tempo. Uma destas variações foi proposta por CYNAMON (1986), na qual o filtro anaeróbio é usado em série de três filtros (ascendente, descendente, ascendente), e um posterior polimento é feito por um filtro de areia. A figura 2 demonstra um filtro tipo CYNAMON já modificado (três fases ascendentes). 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3532

5 Os parâmetros de dimensionamento recomendados são de taxa volumétrica de m 3 /m 2.d, carga orgânica de 1-2 kg DBO/m 3 de pedra por dia. após passagem dos esgotos pelo tanque séptico. Para o filtro de areia o autor recomenda uma camada de 0,30-0,40m com diâmetro efetivo de 0,5mm e camada suporte de brita #4 com 0,30m de altura aplicando-se taxa volumétrica de m 3 /m 2.d. Figura 2 - Filtro anaeróbio em série, tipo CYNAMON, O processo baseia-se nas mesmas propriedades discutidas em filtros biológicos anaeróbios comuns. Apresenta a vantagem de praticamente dividir o tratamento em três fases, dando tempo necessário para uma máxima atuação dos microrganismos anaeróbios que assim se utilizam melhor do substrato. O funcionamento é simples pois os filtros em série possuem o mesmo perfil de construção de filtros comuns, sendo portanto, de fácil operação e manutenção. Em Niterói, Município do Estado do Rio de Janeiro, vem sendo aplicada uma variação do filtro do tipo CYNAMON, que é utilizada para o tratamento de efluentes de um entreposto de pesca. A diferença entre este filtro, e o tipo CYNAMON, é que neste os três fluxos são ascendentes. Em Cabo Frio, também no Município do Estado do Rio de Janeiro, foram localizados 33 (trinta e três) filtros anaeróbios de três estágios, dos quais serão selecionados 2 (dois) para análise mais aprofundada. Estes filtros são usados tanto para o tratamento de esgotos sanitários como para o tratamento de despejos comerciais (bares, lojas e restaurantes). Optamos por estudar os filtros anaeróbios em série, proposto por CYNAMON, já que estes vêm sendo aplicados em vários locais, notadamente no Estado do Rio de Janeiro, e portanto necessitamos conhecer mais profundamente suas principais características técnicas, químicas e biológicas. Os efluentes deste tipo de tratamento são límpidos e inodoros, levando-nos a perspectiva de estarmos diante de um processo de tratamento que poderá ser utilizado para situações próprias das condições encontradas em vários locais do Brasil. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3533

6 COLETA DE AMOSTRAS As amostras são coletadas nos afluentes e efluentes das ETE. Os pontos de coleta foram selecionados de maneira a se avaliar três pontos específicos do processo de tratamento conforme a figura 3. Figura 3 - Pontos de coleta de amostras. Ponto 1 - Afluente Ponto 2 - Efluente após a passagem pelo 1 o Filtro Ponto 3 - Efluente Tratado CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES Local de Coleta: Shopping Miragem do Mar Médias dos Resultados Pontos de Coleta Eficiência Parâmetros Ponto Ponto Ponto de Remoção DQO (mg/l) ,91 DBO (mg/l) * ,06 ph (mg/l) 6,9 6,9 7,1 Sólidos (mg/l) ,81 Nitrogênio Total (mg/l) ,95 Fósforo Total (mg/l) ,79 Coliformes Totais (NMP) 2,7 x ,6 x 10 2,5 99,91 Para uma melhor visualização, mostramos, a seguir, gráfico com as eficiências de remoção em cada fase do tratamento: 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3534

7 Local de Coleta: Shopping Miragemdo Mar Local de Coleta: Shopping Miragemdo Ma Data de Coleta: 26/01/98 Médias dos Resultados Pontos de Coleta Eficiência Pontos de Coleta Parâmetros Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 de Remoção (%) Parâmetros Ponto Ponto Ponto DQO(mg/L) , DBO(mg/L) * ,88 DQO(mg/L) ph(mg/l) 7,0 6,9 7,0 DBO(mg/L) * Sólidos (mg/l) ph(mg/l) 6,9 6,9 7,1 Nitrogênio Total (mg/l) Sólidos (mg/l) Fósforo Total (mg/l) Nitrogênio Total (mg/l) Coliformes Totais (NMP) Fósforo Total (mg/l) Coliformes Totais (NMP) 2,7E+03 6,6E+01 2,5E+00 * Eficiência entre os pontos 02 e 03 (a DBOdo ponto 01 não foi encontrada). Data de Coleta: 02/02/98 Pontos de Coleta Eficiência Parâmetros Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 de Remoção (%) DQO(mg/L) ,04 DBO(mg/L) * ,41 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES INICIAIS Parâmetros Eficiência de Remoção A associação do tanque séptico com o filtro anaeróbio para tratamento de esgotos sanitários é de conhecimento geral e vem sendo aplicado principalmente para atendimento das áreas desprovidas de redes coletoras. O filtro anaeróbio de percolação ascendente/descendente, proposto pelo Professor CYNAMON, objetiva dar um tratamento a nível secundário ao efluente do tanque séptico, reduzindo a carga orgânica e a concentração dos demais parâmetros, gerando um efluente que atenda aos padrões estabelecidos pelos órgãos ambientais. A caixa de brita, utilizada no sistema de tratamento tem como objetivo remover quaisquer sólidos que sejam carreados com o efluente do sistema, ou seja, funciona apenas como um polimento do tratamento. Como na maioria dos sistemas de tratamento biológicos, a redução de fósforo e nitrogênio não é satisfatória, não atingindo os limites da lançamento estabelecidos pela legislação ambiental. A eficiência do filtro anaeróbio depende do teor de carga orgânica. Quanto maior a carga orgânica, melhor é a taxa de remoção. O sistema de tratamento em estudo requer poucos cuidados operacionais, necessitando apenas de uma descarga anual. Deverá ser realizada uma análise da DBO, efluente do tanque séptico para se possa melhor dimensionar o sistema de filtros. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3535

8 O sistema deve ser localizado em local de fácil acesso a caminhões ou máquinas necessárias para sua manutenção. O sistema deverá se situar em local onde seja possível minimizar, se houver, odores que possam ser desagradáveis à comunidade. Localizar o sistema de modo que o efluente possa escoar por gravidade até o corpo receptor. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Projeto, construção e operação de tanques sépticos: NBR Rio de Janeiro, p. 2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Tanques sépticos - unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - projeto, construção e operação, NBR Rio de Janeiro, CYNAMON, S.E. Sistema não convencional de esgoto sanitário a custo reduzido, para pequenas coletividades e áreas periféricas. 2 ed. Rio de Janeiro: Fundação Oswaldo Cruz, Escola Nacional de Saúde Pública, p. 4. DENNIS JR., N.D., JENNET, J.C. Pharmaceutical waste treatment with an anaerobic filter Proc. In: 29 th INDUSTRIAL WASTE CONFERENCE, Pardue. Anais...Pardue University, p PAULA JR., D. R. Desempenho de um filtro anaeróbio piloto no tratamento de águas residuárias de uma indústria de conservas alimentícias. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, jan p. 6. YOUNG, J.C. & MAC CARTY, P.L. The anaerobic filter for waste treatment. Journal WPCF, 41 (5), p , VIEIRA, S.M.M., SOBRINHO, P.A. Resultados de operação e recomendações para o projeto de sistema de decanto-digestor e filtro anaeróbio para o tratamento de esgotos sanitários. Revista DAE, n. 135, p.51-7, dez VON SPERLING, M., CHERNICHARO, C.A.L. Tendências no tratamento simplificado de águas residuárias. Tópicos de relevância. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL TENDÊNCIAS NO TRATAMENTO SIMPLIFICADO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS. Belo Horizonte. Anais...Belo Horizonte, MG: DESA/UFMG, p o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3536