II CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTOS POR LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO EM LINS/SP

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTOS POR LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO EM LINS/SP Roque Passos Piveli Professor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Av Prof. Almeida Prado, Travessa 2 no. 271, Cidade Universitária/SP. rppiveli@usp.br Maria do Carmo Doria Pereira Técnica Química da Faculdade de Saúde Pública da Universidade de São Paulo Av. Dr. Arnaldo, 715 Cerqueira César São Paulo SP CEP: mcdoria@usp.br RESUMO No presente estudo, discutem-se as condições operacionais de um sistema de lagoas de estabilização em escala real. O sistema é constituído de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa. A lagoa anaeróbia trabalha com tempo de detenção hidráulico médio de 5,0 dias (4,0 m de profundidade útil) e a lagoa facultativa com taxa de aplicação superficial de DBO em torno de 170 kgdbo/ha.dia e tempo de detenção hidráulico médio de 10,0 dias (1,90m de profundidade útil). Estas condições não representam sobrecarga para a região de Lins onde são registradas temperaturas elevadas ao longo de todo o ano. Contudo, o sistema apresenta sisntomas de estar trabalhando próximo ao seu limite. Os valores de DBO do efluente da lagoa facultativa ultrapassam, em alguns episódios, o padrão de emissão de 60 mg/l, embora esse valor se aproxime da média dos resultados. A concentração de nitrogênio amoniacal é elevada, chegando a superar 30 mg/l, indicando a não ocorrência de nitrificação. Os níveis de fósforo do efluente final, na faixa de 0,3 a 0,5 mg/l, também podem ser considerado elevados, principalmente em função da baixa capacidade de diluição do corpo receptor. O mesmo pode ser dito com relação ao índice de coliformes fecais, mantido na faixa de 105NMP/100mL. Florações de alguns gêneros de algas apontam para possibilidades reais de eventos de sobrecarga. Os efluentes da lagoa facultativa apresentam concentrações de sólidos em suspensão elevadas, atingindo a 200 mg/l, devido ao grande crescimento de algas. Este valor é bem superior à concentração de sólidos em suspensão dos efluentes da lagoa anaeróbia, geralmente abaixo de 100 mg/l Um resultado surpreendente é uma redução de ovos de helmintos em torno de 63%, bem abaixo dos

2 resultados apresentados por outros sistemas com características semelhantes. Ocorreram, em algumas campanhas de amostragem e análises, resultados positivivos de bactérias patogênicas do gênero Aeromonas sp e Salmonella sp. Por estes motivos tem-se procurado alternativas para o pós-tratamento e disposição final desses efluentes. Como póstratamento, a desinfecção final está sendo estudada em escala piloto, comparando-se técnica e economicamente unidades de cloração, radiação ultravioleta e ozonização. Um obstáculo importante a ser vencido pelos agentes desinfetantes é a concentração elevada de sólidos em suspensão. Estudos paralelos de remoção de algas por floculação química têm sido conduzidos, indicando que a remoção de algas dos efluentes da lagoa facultativa promove a remoção paralela de bactérias do grupo coliformes e ovos de helmintos, provavelmente aderidos às algas. Como alternativa para a disposição final, o uso agrícola tem sido avaliado através de pesquisa com sistema de fertirrigação, com o objetivo de aproveitamento do excesso de nutrientes no esgoto tratado, desde que garantida a qualidade sanitária dos produtos em todas as etapas do ciclo produtivo. 2) PALAVRAS CHAVE Tratamento de esgotos; lagoas de estabilização; controle físico-químico; controle biológico INTRODUÇÃO A utilização de efluentes tratados de estações de tratamento de esgotos tem sido uma fonte alternativa de suprimento de água para fins produtivos, principalmente nos paises de clima árido e semi-árido. Contudo, segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), as enfermidades infecciosas e parasitarias são transmitidas pela água contaminada, sendo responsáveis por 65% das internações hospitalares nos paises em desenvolvimento. O objetivo do presente estudo é verificar as condições operacionais do sistema de lagoas de estabilização no município de Lins SP, recorrendo-se a parâmetros físico-químicos e biológicos. Este sistema é utilizado como fonte de água e nutrientes para fertirrigação, hidroponia e piscicultura. METODOLOGIA Dentre os parâmetros físico-químicos destacam-se ph, Temperatura, DBO5, DQO, Nitrogênio Total Kjeldhal e Nitrogênio Amoniacal, Fósforo Total e Ortofosfatos e Sólidos em Suspensão, determinados de acordo com procedimentos recomendados no "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater", da AWWW/APHA/WEF. Dentre os parâmetros biológicos destacam-se as determinações de coliformes totais, E. coli, Salmonella sp, Aeromonas sp e ovos de helmintos.

3 As amostras foram coletadas na entrada do sistema entrada da lagoa anaeróbia (EA), saída da lagoa anaeróbia (SA) e saída da lagoa facultativa (SF), para Coliforme total, E. coli e Aeromonas sp e Salmonella e Ovos de helmintos foram realizadas coletas somente de amostras do efluente final (SF) durante o período de um ano (agosto de 2001 a agosto de 2002). Para a pesquisa de Coliformes e E. coli foi utilizado o método cromogênico (Colilert). A pesquisa de Aeromonas foi realizada através do enriquecimento em água Peptonada Alcalina ph 8,6, isolamento em Agar Sangue Ampicilina (10 mg/l) as colônia sugestivas foram triadas pelo teste de oxidase e Fermentação em meio de ferro de Kliegler. Os organismos típicos foram submetidos à provas bioquímicas para identificação de espécie. A pesquisa de Salmonella foi realizada através da filtração de 5 litros de amostra, em filtro de nitrocelulose de porosidade de 0,45 m m, após o qual a membrana de filtro foi transferida para erlenmeyers contendo 100 ml dos respectivos meios: Rappaport e Caldo selenito novobiocina os quais foram incubados a 35oC e 42,5oC respectivamente por 18 a 24 horas. O isolamento foi realizado em meio XLD e Agar Verde Brilhante, e as colônias sugestivas de pertencerem ao grupo de interesse, foram identificadas com o auxilio do meio IAL. A pesquisa de Helmintos foi realizada segundo as normas descritas pela OMS através da concentração da amostra com Sulfato de Zinco (método YANKO). RESULTADOS 5.1. Resultados dos Parâmetros Físico-Químicos Na tabela 1 apresentam-se os resultados das principais variáveis físico-químicas controladas nos esgotos ao longo do sistema de lagoas de estabilização, isto é, à entrada da lagoa anaeróbia, à saída da lagoa anaeróbia e à saída da lagoa facultativa. Pode ser observado que o sistema apresenta dificuldade em manter a DBO5 abaixo de 60 mg/l, embora se garanta mais facilmente a remoção de 80% da DBO5 dos esgotos, tendo em vista os resultados relativamente altos (esgoto médio a forte) dessa característica do esgoto bruto. Por outro lado, o corpo receptor apresenta baixa capacidade de diluição, comprometendo o enquadramento em sua respectiva classe tanto em termos de DBO quanto em termos de concentração de oxigênio dissolvido. Tabela 1- a : Características físico-químicas dos esgotos à entrada da lagoa anaeróbia Data DBO

4 DQO NTK N-AMON P-Total P-Ortof. S. Susp. (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 18/03/ ,3 4, /04/

5 36 16,7 8, /04/ ,3 18,6 9 4, /05/ ,3 17,3 8,5 4, /05/02 360

6 580 44,1 25,3 9, /06/ , /06/ ,5 8,6 3, /07/02 110

7 350 50,6 26,6 9,1 4, /07/ ,4 27,2 8,6 5, /08/ ,6 51,5 10,1 5, /08/02

8 ,5 28,8 4 1, /09/ ,1 3, /09/ ,8 21,6 8,6 3, /10/02

9 ,1 28,8 7,3 4, /10/ ,1 37,2 8 4, /11/ ,1 7,

10 Tabela 1- b : Características físico-químicas dos esgotos à saída da lagoa anaeróbia Data DBO DQO NTK N-AMON P-Total P-Ortof. S. Susp. (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 18/03/ ,4 6,1

11 /04/ ,1 5,3 2, /04/ ,1 13,3 7, /05/ ,1 12,7

12 8 4, /05/ ,7 8,3 3, /06/ ,7 10,1 6,6 3, /06/ ,6

13 7,8 4, /07/ ,8 13,4 7, /07/ ,6 7, /08/ ,3

14 41,7 8,8 5, /08/ ,3 41,7 7 5, /09/ ,6 45, /09/ ,2

15 32,1 7,3 2, /10/ ,3 47,6 6,6 2, /10/ ,8 35,4 6, /11/

16 43,6 24,1 6,1 3,3 100 Tabela 1- c : Características físico-químicas dos esgotos à saída da lagoa facultativa Data DBO DQO NTK N-AMON P-Total P-Ortof. S. Susp. (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 18/03/02 80

17 145 20,7 11,1 6 3, /04/ ,6 9 6,1 3, /04/ ,7 11,5 8 3, /05/02

18 ,1 7,3 3, /05/ ,9 7,9 4, /06/ ,1 18,5 8,1 4, /06/02

19 ,3 15,9 7 5, /07/ ,1 8,6 4, /07/ ,6 17,

20 08/08/ ,4 29,7 8,3 4, /08/ ,9 26,3 4, /09/ ,9 31,1 6 2,7 90

21 25/09/ ,2 28,3 6 1, /10/ ,3 5, /10/ ,2 30,6 6 2,8

22 156 06/11/ ,2 6 2,8 88 Os resultados de Nitrogênio Total Kjeldhal (NTK) e de Nitrogênio Amoniacal aponta que esses macro-nutrientes são poucos removidos no sistema de lagoas de estabilização. Os esgotos à entrada da lagoa anaeróbia chegam a apresentar valores superiores a 60 mg/l de NTK e superiores a 50 mg/l para Nitrogênio Amoniacal, enquanto que o efluente final atinge concentrações de NTK superiores a 40 mg/l e de Nitrogênio Amoniacal acima de 30 mg/l. Embora esses compostos possam ser desejados para o enriquecimento de solos agrícolas, tem-se muita dificuldade no atendimento aos padrões de emissão para nitrogênio amoniacal impostos pela legislação federal. Concentrações excessivas de nitrogênio amoniacal tornam as águas impróprias para diversas formas de aqüicultura. Os resultados da concentração de fósforo total demonstram que o esgoto bruto apresentou variação na faixa entre 7,0 e 10,0 mg/l, enquanto que o esgoto tratado apresentou-se na faixa de 4,5 a 8,5 mg/l. Não houve grande incorporação desse macro-nutriente no sistema biológico de tratamento de esgotos por lagoas de estabilização. Importante para o condicionamento de solos, o fósforo constitui-se no principal responsável pela eutrofização das águas naturais, sendo severamente limitado em nossa legislação, podendo-se esperar, nesta e em inúmeras outras situações, dificuldades na manutenção do enquadramento dos corpos receptores de despejos. A concentração de sólidos em suspensão apresenta comportamento diferenciado ao longo do sistema de lagoas. Enquanto que os esgotos à entrada da lagoa anaeróbia apresentam variação na faixa entre 200 a 400 mg/l, à saída ocorre variação na faixa de 100 a 200 mg/l, indicando remoção de praticamente 50% dos sólidos em suspensão dos esgotos. Ã saída da lagoa facultativa, no entanto, os resultados variaram entre100 a 300 mg/l, indicando um aumento de concentração média, devido ao crescimento das algas nesta última etapa deste sistema de tratamento.

23 O ph dos esgotos à entrada do sistema variou muito pouco em torno de 7,0, Este valor foi praticamente mantido à saída da lagoa anaeróbia e o efluente da lagoa facultativa apresentou valores acima de 8,0 unidades durante as horas diurnas em que se realizavam as coletas de amostra do sistema. A temperatura dos esgotos ao longo dos estudos variou na faixa de 20 a 30oC Resultados dos Parâmetros Biológicos Na tabela 2 são apresentados os resultados de Coliformes Totais e de E.coli dos esgotos ao longo do sistema de lagoas de estabilização. Pode ser observado que nos resultados de concentração de E.coli no efluente da lagoa facultativa apresentou-se na faixa de NMP/100 ml. Arbitrando-se, apenas a titulo de referência, o padrão de 103 NMP/100mL, concentração limite para águas classe 2 da legislação do estado de São Paulo, valor também usado como padrão para irrigação sob determinadas condições, nota-se a necessidade de tratamento complementar dos esgotos visando maior grau de descontaminação biológica. Tabela 2 Resultados de Coliformes totais e E. coli nos esgotos ao longo do sistema de lagoas de estabilização no município de Lins - SP Data da coleta Entrada Anaeróbia Saída Anaeróbia Saída Facultativa Coli Total E.coli Coli Total E.coli Coli Total E.coli ,3 x 1010

24 8,0 x 109 2,4 x 108 2,8 x 106 2,2 x 106 1,7 x ,7 x ,0 x109 3,2 x1010 7,3 x 109 1,3 x1010 7,3 x ,2 x 109 2,2 x 109 1,4 x107 9,0 x 106 8,0 x 106 5,0 x ,4 x 108 1,4 x 108 1,4 x 107

25 1,1 x 107 6,0 x 105 5,0 x ,4 x 108 1,4 x 108 1,7 x 108 1,7 x 108 3,0 x 105 3,0 x ,0 x 108 3,0 x 108 5,0 x 105 5,0 x 105 5,0 x 105 5,0 x ,7 x 108 5,0 x 107 3,0 x 107 3,0 x 107 2,3 x 105 4,0 x 104

26 ,7 x ,7 x ,0 x 106 5,0 x 106 3,0 x 105 3,0 x ,1 x 108 3,1 x 107 3,1 x 107 1,0 x 107 2,0 x 107 < ,0 x 108 6,0 x 108 7,0 x 107 7,0 x 107 2,3 x 105 2,2 x ,8 x 1012

27 1,2 x ,2 x ,0 x ,2 x 1010 < > 2,4 x ,2 x ,9 x 107 9,2 x 105 1,9 x 108 2,7 x ,2 x ,5 x 107 9,2 x 107 1,2 x 107 5,4 x 107 1,3 x ,4 x 109 1,5 x 108 1,9 x 107 2,4 x 106

28 1,2 x ,3 x ,6 x ,8 x 107 5,7 x 107 4,9 x 106 9,2 x 106 4,9 x ,7 x 108 4,1 x 107 5,1 x 107 9,2 x 106 8,1 x 106 1,9 x ,1 x ,7 x 108 3,2 x 106 9,9 x 105 4,3 x 109 8,3 x 109

29 ,2 x 109 7,2 x 107 6,4 x 106 9,1 x 105 3,4 x 106 2,2 x ,2 x 107 7,2 x 106 1,0 x 107 4,1 x 106 6,8 x 107 1,4 x ,7 x ,3 x ,9 x 107 3,3 x 106 9,8 x 105 1,6 x ,4 x ,6 x 108

30 1,5 x 108 1,2 x 106 1,2 x 108 2,8 x ,2 x 109 5,1 x 107 4,1 x 107 4,3 x 106 3,6 x 107 2,3 x 105 Na Tabela 3 são apresentados os resultados de presença/ausência nas determinações de Aeromonas sp nos esgotos ao longo do sistema de lagoas de estabilização no município de Lins SP. Observa-se que as bactérias Aeromonas sp demonstram determinada resistência ao longo de todo o sistema de tratamento. Encontrou-se inclusive maior freqüência de aparecimento no efluente final do que no esgoto bruto, corroborando com a teoria em que maior número de espécies desta bactéria aparecem quanto menor o grau de poluição das águas, inclusive com maior grau de patogenicidade. Este fato destaca o caráter diferenciado do comportamento destas bactérias com relação a outros indicadores como as bactérias do grupo coliformes, sempre em concentrações decrescentes de montante para jusante ao longo do sistema de tratamento. Tabela 3: Resultados das determinações de Aeromonas sp nos esgotos ao longo do sistema de lagoas de estabilização no município de Lins SP. Data da Coleta Entrada L. Anaeróbia

31 Saída L. Anaeróbia Saída L. Facultativa Data da Coleta Entrada L. Anaer. Saída L. Anaer. Saída L. Facult _

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35 Na Tabela 4 são apresentados os resultados de Salmonella sp do efluente final do Sistema de lagoas de estabilização no município de Lins SP. Tabela 4: Resultados de Salmonella sp do efluente da lagoa facultativa Data da coleta Efluente Final Data da coleta Efluente Final P/A P/A 06/11/01 AUSÊNCIA 02/04/02

36 PRESENÇA 20/11/01 PRESENÇA 17/04/02 PRESENÇA 03/12/01 AUSÊNCIA 08/05/02 AUSÊNCIA 17/12/01 AUSÊNCIA 20/05/02 AUSÊNCIA 07/01/02 PRESENÇA 03/06/02 PRESENÇA 14/01/02 AUSÊNCIA 25/06/02 AUSÊNCIA 21/01/02 PRESENÇA

37 11/07/02 AUSÊNCIA 04/02/02 PRESENÇA 24/07/02 AUSÊNCIA 19/02/02 AUSÊNCIA 08/08/02 AUSÊNCIA 06/03/02 PRESENÇA 19/08/02 PRESENÇA 18/03/02 AUSÊNCIA 11/09/02 AUSÊNCIA Pode ser observado através dos resultados, a presença dessa bactéria patogênica em diversas coletas e análises dos efluentes finais do sistema de lagoas de estabilização. Esse fato destaca mais uma vez a importância da multiplicidade de parâmetros biológicos na avaliação da contaminação por esgotos sanitários, que muitas vezes é acompanhada pela avaliação dos resultados de índice de coliformes. Na Tabela 5 são apresentados os resultados de concentração de ovos de helmintos, totais e viáveis, obtidas nos efluentes da lagoa facultativa.

38 Estes podem ser considerados os resultados mais surpreendentes obtidos no presente estudo. Consta na literatura que ovos de helminto são removidos em operações unitárias, como a sedimentação ou a filtração. Inativação propriamente dita como a decorrente de processos químicos de desinfecção, não constitui mecanismo eficiente, conforme consta na maioria dos estudos. Dentro desta ótica, os sistemas de lagoas de estabilização podem ser considerados tratamentos privilegiados para a separação de ovos de helmintos, dados os grandes tempos de detenção disponíveis nas lagoas anaeróbias, facultativas e de maturação, estas últimas, nem sempre implantadas devido à escassez de área para a implantação da estação. No caso em questão são disponíveis cerca de 15,5 dias de tempo de detenção hidráulico e, apesar disso, foram encontrados ovos viáveis nos efluentes da lagoa facultativa com freqüência relativamente alta. Muitos estudos apontam para eficiências de 100%, outros, pelo menos 90%, na remoção de ovos de helmintos. Neste trabalho identificou-se ovos de Ascaris sp, Enterobius vermiculares e Taenia sp no efluente final. Esses resultados vieram a ser confirmados no solo que recebeu tais efluentes para a fertirrigação. Por outro lado, estudo paralelo de remoção de algas por processo físico-químico à base de coagulação/floculação/decantação, demonstrou que os ovos de helmintos são praticamente totalmente removidos dessa forma. Isso contribui com argumento para a idéia de aderência de ovos de helmintos às algas. Isto pode ser observado através de microscopia, sendo sido fotografado. Pode-se, definitivamente, verificar a presença de indicadores sanitários demonstrando os riscos à saúde pública nos efluentes finais do sistema de lagoas de estabilização constituído de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa. Essa preocupação deve ser estendida tanto para o lançamento em corpos de água tanto quanto no solo, demandando estudos para o pós-tratamento de efluentes de lagoas de estabilização com determinadas finalidades, o aumento na intensidade do controle biológico pela introdução de novos indicadores e o avanço dos processos de desinfecção final. Também os estudos agronômicos de aplicação de esgotos tratados, recomenda-se que sejam planejados de forma garantir a plena avaliação das possibilidades de contaminação biológica e de migração de constituintes químicos no solo. Tabela 5: Resultados de ovos de helmintos do efluente final do sistema de lagoas de estabilização no município de Lins SP.] Data da coleta Ovos viáveis (ovos/l) Ovos de Helmintos**

39 Ascaris Trichuris Ancylostoma (0vos/L) 18/08/01 3 Strongiloydes sp Taenia sp 27/08/01 4 Enterobius vermicularis 04/09/ /10/01

40 Hymenoleps diminuta 06/11/01 22 Enterobius vermicularis Hymenoleps diminuta Fasciola sp 20/11/01 Hymenoleps diminuta 03/12/ /12/01 -

41 07/01/ /01/02 Taenia sp Hymenoleps sp 21/01/02 3 Enterobius sp Strongiloydes sp Taenia sp 05/02/02 5 Enterobius sp Taenia sp

42 18/02/02-06/03/02 Taenia sp 18/03/02-02/04/02-17/04/02 4

43 Enterobius sp, Taenia sp Schistosoma sp 08/05/02-20/05/02-03/06/02-26/06/02 Hymenoleps sp 11/07/02

44 8 Taenia sp 24/07/02 3 Taenia sp Hymenoleps sp 08/08/02 Taenia sp 19/08/02-11/09/02

45 Taenia sp Hymenoleps sp 29/09/02-09/10/02 - *- indicadores de nemátodos intestinais recomendados pela OMS (1989) no controle sanitário de águas de reúso,** - Outros ovos de helmintos encontrados nas amostras analisadas. Através da Figura 1 pode-se observar a distribuição dos parâmetros Helmintos, Salmonella e Aeromonas no efluente final do sistema nas diferentes amostragens realizadas durante o presente estudo CONCLUSÕES Os estudos demonstram que o sistema de lagoas de estabilização constituído de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa, operando à plena carga, apresenta dificuldade na remoção de poluentes químicos e contaminantes biológicos dos esgotos com eficiência suficiente para atender à determinadas condições bastante restritivas associadas à corpos receptores pouco caudalosos. A presença de algas em concentração excessiva, Echerichia coli e bactérias patogênicas como as dos gêneros Aeromonas sp e Salmonella sp, além de ovos viáveis de helmintos são as principais preocupações levantadas neste estudo. Sob o

46 ponto de vista químico, a carga orgânica residual de matéria orgânica biodegradável é ainda elevada, bem como as concentrações de nitrogênio, nas formas orgânica e amoniacal, o mesmo ocorrendo com as concentrações de fósforo total e de ortofosfatos. Os resultados do estudo fornecem subsídios para avaliação da eficiência do sistema quanto a remoção de ovos de helmintos e potenciais patógenos, salientando a importância da vigilância sanitária ambiental na prevenção de doenças. Esforços devem ser envidados no sentido de melhorar as características destes efluentes para o lançamento nos corpos de água naturais, envolvendo a remoção de constituintes químicos e biológicos, ou o lançamento no solo, neste caso, a preocupação restringe-se mais aos constituintes biológicos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Von Sperling, M. "Lagoas de Estabilização". Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental. DESA/UFMG Cossío, F.Y. "Lagunas de Estabilización". ETAPA, Equador 1995.