DESINFECÇÃO DE LODO DE TANQUE SÉPTICO EM REATOR COM AQUECIMENTO SOLAR

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL GRUPO DE ESTUDOS EM SANEAMENTO DESCENTRALIZADO DESINFECÇÃO DE LODO DE TANQUE SÉPTICO EM REATOR COM AQUECIMENTO SOLAR

2 1 Introdução Lodo de esgoto PROBLEMAS Contaminação ambiental Saúde Fonte: sosriosdobrasil.blogspot.com

3 Introdução O uso de lodo na agricultura possibilita o biociclo de nutrientes minerais, fornece matéria orgânica, além de atuar como condicionador do solo. Principais preocupações associadas ao uso de lodo de esgoto na agricultura: transmissão de patógenos para alimentos ou trabalhadores rurais; contaminação de águas subterrâneas e superficiais, acumulação de metais pesados e contaminantes orgânicos no solo e alimentos. (VENGLOVSKY; MARTINEZ E PLACHA, 26) (ANDREOLI, LARA E FERNANDES, 21)

4 Introdução No Brasil, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) criou a Resolução n 375 em 26, onde define critérios e procedimentos para o uso agrícola de lodos de esgoto. Define alguns processos de redução de patógenos (lodos tipo A e tipo B). Entre os processos de redução adicional de patógenos sugeridos está o tratamento térmico e a pasteurização.

5 Introdução O tratamento térmico é muito utilizado na inativação microbiana em diversos produtos e vem sendo cada vez mais pesquisado na desinfecção de lodo de esgoto. Desinfecção Térmica Consumo de Energia A utilização da energia solar para o aquecimento torna o processo mais atraente, pois é uma energia limpa e renovável.

6 Introdução A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional da Saúde (FUNASA), e faz parte de um projeto intitulado Alternativas de gerenciamento seguro de lodos de esgotos sob a ótica do saneamento descentralizado. O modelo de tratamento em estudo se destina a localidades servidas prioritariamente com tanques e fossas sépticas para tratar seus esgotos, onde a gestão do lodo geralmente é deficiente.

7 2 Objetivos 2.1 Objetivo Geral Avaliar a desinfecção de lodo de tanque séptico em reator com aquecimento solar. 2.2 Objetivos Específicos a) Determinar a resistência térmica e parâmetros cinéticos de inativação da E. coli em lodo de esgoto.

8 Objetivos Específicos a) Verificar a eficiência do tratamento térmico com aproveitamento da energia solar na desinfecção do lodo quanto à remoção de Escherichia Coli e coliformes totais. b) Avaliar os efeitos dos índices de irradiação solar no processo, considerando suas variações ao longo do ano e em períodos com o céu encoberto. c) Monitorar o possível recrescimento de microrganismos no lodo após o tratamento térmico. d) Avaliar a cinética de inativação térmica da E. coli no reator com aquecimento solar.

9 3 Fundamentação Teórica 3.1 Tanques Sépticos O tanque séptico é definido pela NBR 7229 (ABNT, 1993), seu funcionamento envolve três etapas principais: retenção, decantação e digestão. A retirada do lodo em tanques sépticos deve ser periódica, o que nem sempre é realizado na prática, e acaba sendo vetor de doenças, gera mau cheiro, contamina o solo e corpos hídricos. (ANDREOLI e POMPEO, 29; ABNT, 1993).

10 Eexemplos de normas e orientações para utilização agrícola de lodo de esgoto OMS: Guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater/26. Environmental Protection Agency/EPA: Control of Pathogens and Vector Attraction in Sewage Sludge. EPA/625/R-92/13/23. CONAMA/Brasil: Resolução n 375/26. Res. n.375/26 : Col. Termotolerantes < 1 3 NMP/g de ST (Tipo A) OMS: Redução E. coli de pelo menos 4 unid. log e concentração < 1 3 NMP/1ml (aplicação sem restrições)

11 Pprocessos térmicos de desinfecção de lodo Arthurson (28) observa que a pasteurização é um processo eficaz na eliminação da maioria dos patógenos em lodo de esgoto. Deveria ser introduzida antes ou depois de processos de estabilização para obtenção de um produto adequado à utilização agrícola. Desvantagens: pode falhar na eliminação de endósporo bacteriano; há possibilidade de recrescimento microbiano ou de recontaminação no manuseio do produto; pode ter um custo elevado, dependendo da forma de energia que for utilizada no aquecimento.

12 3.3 CINÉTICA DE INATIVAÇÃO TÉRMICA DE PRIMEIRA ORDEM Descrição dos efeitos da temperatura pelo modelo de Arrhenius : Onde: N = concentração de células viáveis; k d = taxa de inativação térmica; Ed = energia de inativação térmica R = constante dos gases t = tempo de tratamento; C = constante de inativação térmica; TK = temperatura em Kelvin; (HAUG, 1993; STUMBO, 1973; PFLUG, HOLCOMB, GÓMEZ, 21)

13 3.4 Energia Solar A Radiação solar Influências na captação da energia solar: Movimento de translação Latitude Movimento de rotação Condições atmosféricas (GARG,1982). Fonte: adaptado de Ríspoli (28)

14 Utilização térmica da radiação solar coletores solares Principais componentes de um coletor solar plano para aquecimento de água: moldura e chapa inferior; isolante térmico; serpentina; chapa enegrecida; cobertura de vidro. (GARG, 1982; BEZERRA, 1986; SPRENGER, 27)

15 4. METODOLOGIA Descrição da Pesquisa Determinação de parâmetros cinéticos de inativação da Escherichia coli: Laboratório Integrado do Meio Ambiente/UFSC (LIMA), com auxílio do Laboratório de Transferência de Massa (LABMASSA) do Departamento de Engenharia Química. Avaliação do reator com aquecimento solar: Atividades no Centro de Treinamento (CETRE) da Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina (EPAGRI) de Florianópolis/SC e no LIMA. Procedência do lodo de esgoto: tanque séptico do próprio CETRE.

16 Determinação de Parâmetros Cinéticos de Inativação da Escherichia coli Procedimento experimental: Testes realizados em duplicata nas temperaturas de 45, 5, 55, 6 e 65 C, pelo método do frasco de três bocas (método do balão) adaptado de Stumbo (1973). Meio: lodo esterilizado Inoculo: lodo bruto concentrado através de centrifugação. Análise dos Dados Obtenção de k d, E d, constante térmica C, D T e z.

17 Processo de Desinfecção Térmica Utilizando Aquecimento Solar Lodo Bruto (Tanque séptico) Configuração do Sistema Sensor temperatura (2) Reator (1) Termopares (7) Controlador (6) Bomba água(5) Coletores solares (3) Trocador de calor (4) Sensor temperatura Lodo aquecido Tanque de armazenamento (8) Fluxo de Lodo Fluxo de Água

18 Componentes do Sistema Reator de aquecimento Coletores solares planos

19 Componentes do Sistema Trocador de calor Construído com tubos de cobre. Peça é composta por 5 tubos em paralelos assoados em série com um conjunto de mais 5 tubos.

20 Componentes do Sistema A bomba hidráulica automática (34W) Controlador para acionamento da bomba automática O parâmetro para acionamento é a diferença de temperatura dif da água entre a saída dos coletores (T1) e saída do trocador de calor (T2). Se dif > 8 C a bomba é acionada, Se dif < 2,5 C a bomba é desligada.

21 Operação Condições experimentais - Fixação de parâmetros: volume de lodo: 2 Litros; tempo de tratamento: 8 horas (início: 9hmin; término: 17hmin); configuração mecânica do sistema.

22 Ensaios realizados no reator com aquecimento solar Ensaio Data Condição meteorológica 1 3/12/29 Céu aberto 2 7/12/29 Céu aberto 3 2/12/29 Céu aberto 4 16/1/21 Céu encoberto 5 23/1/21 Céu encoberto 6 3/1/21 Céu aberto 7 6/2/21 Céu aberto 8 2/2/21 Céu aberto 9 13/3/21 Céu aberto 1 27/3/21 Céu encoberto 11 11/4/21 Céu encoberto 12 17/4/21 Céu aberto 13 1/5/21 Céu aberto 14 9/5/21 Céu aberto 15 5/6/21 Céu aberto 16 12/6/21 Céu aberto 17 27/6/21 Céu aberto 18 3/7/21 Céu aberto 19 25/7/21 Céu aberto 2 31/7/21 Céu aberto

23 Parâmetros de Análises e Monitoramento Tratamento Térmico Parâmetros microbiológicos Parâmetro Unidade Método Coliformes Totais NMP/1mL Substrato cromogênico Colilert Escherichia coli NMP/1mL Substrato cromogênico Colilert Tratamento Térmico Parâmetros Físico-químicos Parâmetro Unidade Método sólidos totais (ST) mg/l Gravimétrico -secagem a 15ºC (SILVA, 1977) sólidos totais voláteis mg/l Gravimétrico - calcinado a 55 C (SILVA, 1977). ph - Potenciométrico - Standard Methods 232 B (APHA, 1998). Temperatura C Termopar Irradiação e insolação W.h.m -2 e h Fornecidos pelo INMET

24 Recrescimento Microbiano Uma amostra de lodo tratado foi coletada e acondicionada em frasco esterilizado por 24 horas, sendo em seguida submetida a análises de Coliformes totais e E. coli.

25 Predição da Inativação Térmica da Escherichia coli no Reator com Aquecimento Solar Modelo de primeira ordem na forma diferencial conforme Haug (1993): C e E d foram determinados experimentalmente; T K (t): modelo empírico da temperatura em função do tempo (Origin 6. ); R: constante dos gases ideais (R = 8,3145 J.mol -1.K -1 ). A Equação foi resolvida numericamente utilizando-se o programa computacional Mathematica 7..

26 Predição da Inativação Térmica da Escherichia coli no Reator com Aquecimento Solar Avaliação do modelo: Gráfico dados experimentais vs. modelo; coeficiente angular da reta; coeficiente de determinação; porcentagem de variância (%V). Onde R 2 : coeficiente de determinação; p: número de observações; P: número de variáveis no modelo (P = 1).

27 5 RESULTADOS 5.1 Características Físico-Químicas e Microbiológicas do lodo de esgoto Parâmetro Média Máximo Mínimo Desvio padrão ph 7,12 7,62 6,68,22 Alcalinidade (mg.l -1 ) DQO (mg.l -1 ) Amonia (mg.l -1 ) 7,6 12,5 21,4 3,6 Nitrato (mg.l -1 ) 1,4 5,3,5 1,2 Ortofosfato (mg.l -1 ) 4,5 67,3 6,8 15,7 Sólidos Totais (mg.l -1 ) Sólidos Totais Voláteis (mg.l -1 ) Teor de sólidos voláteis (%) 45,2 51,1 38,9 4,2

28 ln N (NMP/ml) ln N (NMP/ml) ln N (NMP/ml) 5.2 Determinação de Parâmetros Cinéticos de Inativação da Escherichia coli em Lodo de Esgoto C t (min) C t (min) C t (min) Curvas de inativação térmica da Escherichia coli em lodo de esgoto a 45, 5 e 55 C, testes em duplicada ( repetição 1; repetição 2).

29 ln N (NMP/ml) ln N (NMP/ml) Resistência Térmica e Parâmetros Cinéticos de Inativação da Escherichia coli em Lodo de Esgoto C C ,,5 1, 1,5 2, 2,5 t (min) t (min) Curvas de inativação térmica da Escherichia coli em lodo de esgoto a 6 e 65 C, testes em duplicada ( repetição 1; repetição 2). ST ( DP) = 3.98 ( 1.56) mg.l -1. STV ( DP) = ( 815) mg.l -1

30 Determinação da Taxa de Inativação Térmica k d T ( C) Repetição k d (min -1 ) R 2 k d (médio) Taxa de inativação térmica da Escherichia coli (k d ), coeficiente de determinação (R 2 ) e desvio padrão para cada temperatura. 1,172,95 2,152,94 1,912,98 2,865,96 1,6215,99 2,6564,97 1 1,6416,97 2 1,623,94 1 3,7461,93 2 3,86,96 Desvio Padrão,162 min -1,14,889 min -1,33,639 min -1,247 1,631 min -1,151 3,7761 min -1,424

31 ln kd Determinação da Energia de Inativação E d e da constante C A energia de inativação E d e a constante C foram obtidas através da linearização da equação de Arrhenius. 2 1 y = -2985x + 89,835 R² =,97-1 E d = 2,48 x 1 5 J.mol -1 C =1,3 x 1 39 min ,9E-3 3,E-3 3,1E-3 3,2E-3 1/T K (K -1 ) Obtenção das constantes de inativação E d e C da E. coli em lodo de esgoto.

32 Determinação do tempo de redução decimal D T Valores de D T para cada temperatura e seu respectivo desvio padrão T ( C) Repetição D T (min) D T médio Desvio Padrão , , , ,62 1 3,7 2 3,51 1 1,4 2 1,42 1,61 2,6 D 45 C = 142,68 min 12,46 D 5 C = 25,93 min,97 D 55 C = 3,61 min,14 D 6 C = 1,41 min,1 D 65 C =,61 min,1

33 Cepa Meio D T (min) Referência - Lodo de esgoto líq. D 55 C = 3,61 D 6 C = 1,41 Presente trabalho NCTC 91 D Sobrenadante de lodo 55 C = 2,1 O148 D líquido centrifugado 55 C = 2,4 O158 D 55 C = 2,6 NCTC 91 D Caldo Triptona de 55 C = 4,4 O148 D Soja 55 C = 7,1 O158 D 55 C = 5,9 Lang e Smith (28) K-12 Batata + água D 57 C =,96 Chung, Wang, Tang (15,38% p/p) D 6 C =,32 (27) O157:H7 D Suco de maçã 55 C = 4,43 K-12 D 55 C =,96 Gabriel e Nakano O157:H7 Solução tampão de D 55 C = 2,55 (29) K-12 fosfato D 55 C = 1,18 O3:H6 Água deionizada D 55 C = 6,68 D 6 C =,85 D 65 C <,3 D 55 C = 3,72 Spinks et al. (26) O157:H7 D 6 C = 1,12 D 65 C =,5 G335 Caldo comercial D 54 C = 4,5 Oteiza, Giannuzzi, D 58 C = 1,5 Califano (23) D 62 C =,5

34 Obtenção do coeficiente térmico z log D T 2,5 2, 1,5 1,,5, -,5 y = -,12x + 7,413 R² =, T ( C) Curva de destruição térmica da E. coli em lodo de esgoto Z = 8,3 C Coeficiente térmico (z) para E. coli em diferentes trabalhos. Cepa Meio z ( C) Referência - Lodo de esgoto 8,3 Presente trabalho K-12 Caldo BHI 6,5 Chung, Wang, Tang (27) G335 Caldo comercial 7,9 Oteiza, O157:H7 Caldo comercial 7,8 Giannuzzi, Califano (23) K-12 Suco de maçã 4,7 Yuk et al. (29)

35 irradiação (W.h.m -2 ) Irradiação (W.h.m -2 ) 5.3 AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE DESINFECÇÃO TÉRMICA DO LODO UTILIZANDO ENERGIA SOLAR Condições Meteorológicas Irradiação Solar (W.h.m -2 ) : 11: 13: 15: 17: Período do tratamento 3/12/29 7/12/29 2/12/ : 11: 13: 15: 17: Período do tratamento 16/1/21 23/1/21 3/1/21 Curvas da irradiação solar global : 11: 13: 15: 17: Período do tratamento 6/2/21 2/2/21 13/3/21

36 Irradiação (W.h.m -2 ) Irradiação (W.h.m -2 ) Condições Meteorológicas Irradiação Solar (W.h.m -2 ) : 11: 13: 15: 17: Período do tratamento 27/3/21 11/4/21 17/4/ : 11: 13: 15: 17: Período do tratamento 1/5/21 9/5/21 5/6/21 12/6/21 Curvas da irradiação solar global : 11: 13: 15: 17: Período do tratamento 27/6/21 3/7/21 25/7/21 31/7/21

37 Irradiação Solar Média (W.h.m -2 ) Estação PRIMAVERA VERÃO Condição céu do Aberto Aberto Aberto Encoberto Encoberto Aberto Aberto Aberto Aberto Dia do ensaio 3/12/9 7/12/9 2/12/9 16/1/1 23/1/1 3/1/1 6/2/1 2/2/1 13/3/1 Média Período Média dia Estação OUTONO INVERNO Condição do céu Encoberto Encoberto Aberto Aberto Aberto Aberto Aberto Aberto Aberto Aberto Aberto Dia do ensaio 27/3/1 11/4/1 17/4/1 1/5/1 9/5/1 5/6/1 12/6/1 27/6/1 3/7/1 25/7/1 31/7/1 Média Período Média dia

38 Temperatura do Lodo Em todos os ensaios o perfil descrito pela temperatura média do lodo foi semelhante, o que permitiu o ajuste das curvas com o modelo sigmoidal de Boltzmann: A o : assíntota inferior; A f : assíntota superior; x o : ponto de inflexão da curva; dx: inclinação da curva; t: tempo (min). Os parâmetros do modelo para cada ensaio foram obtidos no programa Origin.

39 Temperatura ( C) Temperatura ( C) Temperatura ( C) Tobs. Tpredito 3/12/ /12/ Tempo (min) 2/12/ Temperatura Média do Lodo Ensaios com irradiação solar média > 7 W.h.m -2 Tobs. Tpredito 6/2/ /2/ Tempo (min)

40 Temperatura ( C) Temperatura ( C) Temperatura Média do Lodo Ensaios com irradiação solar média entre 5 e 7 W.h.m Tobs. Tpredito Tobs. Tpredito /1/ /3/ Tempo (min) 17/4/ Tempo (min) 1/5/21

41 Temperatura ( C) Temperatura ( C) Temperatura Média do Lodo Ensaios com irradiação solar <5 W.h.m -2 ; céu encoberto 5 Tobs. Tpredito 5 Tobs. Tpredito /1/ /1/ Tempo (min) 27/3/ /4/ Tempo (min)

42 Temperatura ( C) Temperatura ( C) Temperatura Média do Lodo Ensaios com irradiação solar < 5 W.h.m -2 ; céu aberto 6 5 Tobs. Tpredito 6 5 Tobs. Tpredito /5/ /6/ Tempo (min) 12/6/ /6/ Tempo (min)

43 Temperatura ( C) Temperatura Média do Lodo Continuação: Irradiação solar < 5 W.h.m -2 ; céu aberto Tobs. Tpredito 31/7/ /7/ Tempo (min) Tempo (min)

44 Parâmetros do modelo sigmoidal ajustado aos dados de temperatura do lodo. Ensaios Parâmetros Resíduo máx. = 2,9 C A o Erro A f Erro x o Erro dx Erro R 2 3/12/29 297,54,72 335,67,24 163,82 3,12 72,71 2,52,998 7/12/29 299,21,95 336,32,4 184,39 4,32 72,56 3,96,995 2/12/29 295,17 1,1 344,72,44 177,2 3,56 77,72 3,35,997 16/1/21 295,23,67 313,17,31 173,18 6,23 74,71 6,1,992 23/1/21 295,4,66 317,17,45 21,62 5,64 82,75 6,55,995 3/1/21 296,2,62 328,62,38 23,85 3,44 63,93 3,58,994 6/2/21 3,56,8 346,81,39 188,58 2,92 6,19 2,86,996 2/2/21 3,62,57 344,36,45 217,75 2,46 59,81 2,63,997 13/3/21 297,63,65 333,22,41 22,6 3,46 58,2 3,38,995 27/3/21 299,14,37 317,3,26 29,15 3,86 88,28 4,76,998 11/4/21 294,7,54 313,45,29 191,34 5,2 67,59 4,96,994 17/4/21 297,95,65 332,4,41 25,59 3,48 64,11 3,57,994 1/5/21 298,36,87 336,38,29 15,41 3,43 54,13 2,86,994 9/5/21 294,2,65 324,,33 187,46 3,76 63,8 3,65,994 5/6/21 296,29,7 32,68,28 177,38 4,72 65,76 4,2,993 12/6/21 289,44,24 313,26,17 214,53 1,91 55,99 1,88,998 27/6/21 292,24,63 321,38,49 221,33 4,25 71,67 4,7,992 3/7/21 291,98,65 329,88,36 194,49 3,9 66,61 3,6,996 25/7/21 289,47,68 324,81,41 199,57 3,51 66,4 3,58,995 31/7/21 289,68,6 326,82,3 184,67 2,76 6,58 2,62,996

45 - log (Nf/No) Eficiência do Processo na Desinfecção de Lodo ao Longo do Ano E. coli 8, 1 6, 4, 2, b a a Irradiação (W.h.m -2 ), Inativação (E. coli) Ensaios Radiação Solar Média Inativação de E. coli nos ensaios realizados em dias com céu aberto ao longo do ano, e a irradiação solar média incidente no período de cada ensaio. Letras iguais indicam que não há diferença na desinfecção ao nível de significância de 5% entre as faixas de irradiação solar pelo teste de Tukey.

46 - log (Nf/No) Eficiência do Processo na Desinfecção de Lodo ao Longo do Ano Coliformes Totais 8, 1 6, 4, 2,, b a a Irradiação (W.h.m -2 ) Inativação (Col. totais) Ensaios Radiação Solar Média Inativação de coliformes totais nos ensaios realizados em dias com céu aberto ao longo do ano, e a irradiação solar média incidente no período de cada ensaio. Letras iguais indicam que não há diferença na desinfecção ao nível de significância de 5% entre as faixas de irradiação solar pelo teste de Tukey.

47 - log (Nf/No) Eficiência do Processo na Desinfecção do Lodo em Dias com Céu Encoberto - E. coli 8, 1 6, 4, 2,, b a a Irradiação (W.h.m -2 ) Ensaios Inativação (E. coli) Radiação Solar Média Inativação de E. coli nos ensaios realizados em dias com céu aberto e dias com céu encoberto, e a respectiva irradiação solar média incidente no período de cada ensaio. Letras iguais indicam que não há diferença na desinfecção ao nível de significância de 5% entre as faixas de irradiação solar pelo teste de Tukey.

48 - log (Nf/No) Eficiência do Processo na Desinfecção do Lodo em Dias com Céu Encoberto - Coliformes Totais 8, 1 6, 4, 2,, b a a Irradiação (W.h.m -2 ) Ensaios Inativação (Col. totais) Radiação Solar Média Inativação de coliformes totais nos ensaios realizados em dias com céu aberto e dias com céu encoberto, e a respectiva irradiação solar média incidente no período de cada ensaio. Letras iguais indicam que não há diferença na desinfecção ao nível de significância de 5% entre as faixas de irradiação solar pelo teste de Tukey.

49 Recrescimento Microbiano Pode ocorrer com algumas bactérias e esporos bacterianos dependendo da intensidade do tratamento de desinfecção e das condições do meio. Parâmetros como idade da célula, estágio de crescimento, temperatura, ph, condições nutricionais, além de antibióticos e inibidores presentes no meio influenciam diretamente a auto-recuperarão de células ou esporos após o tratamento térmico (PFLUG, HOLCOMB, GÓMEZ, 21). De acordo com Haug (1993), esse fenômeno tem sido observado com coliformes totais e fecais, salmonella e streptococcus em lodo de esgoto.

50 Log N Log N E. coli Recrescimento Microbiano 4 Nf (NMP/g ST) Nr (NMP/g ST) após 24 horas Ensaios Col. totais Logaritmo da concentração final 4 Nf (NMP/g ST) Nr (NMP/g ST) após 24 horas (N f ) [1] e recrescimento após 24 horas 3 (N r ) para E. coli e coliformes totais 2 nos ensaios com irradiação solar média acima de 5 W.h.m Ensaios [1] Para as amostras onde não foi detectado E. coli ou coliformes totais, assumiu-se N = 1 NMP/g de ST, assim log N é igual a zero.

51 Log N Log N E. coli Recrescimento Microbiano 8 Nf (NMP/g ST) Nr (NMP/g ST) após 24 horas Ensaios Col. totais Logaritmo da concentração final 8 Nf (NMP/g ST) Nr (NMP/g ST) após 24 horas (N f ) e recrescimento após 24 horas 6 (N r ) para E. coli e coliformes totais 4 nos ensaios com irradiação solar média abaixo de 5 W.h.m Ensaios

52 5.4 PREDIÇÃO DA INATIVAÇÃO TÉRMICA DE Escherichia coli NO REATOR COM AQUECIMENTO SOLAR O modelo diferencial de primeira ordem foi resolvido numericamente para cada ensaio no reator em condições não isotérmicas.

53 Ensaios com irradiação solar média >7 W.h.m -2 N (NMP/ml) x Observado Modelo Temperatura 3/12/ Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /12/ Temperatura ( C) tempo (min) tempo (min) N (NMP/ml) x /12/ Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /2/ Temperatura ( C) tempo (min) tempo (min) Concentração de E. coli ao longo do tempo (experimental e modelo) e temperatura média do lodo

54 Ensaios com irradiação solar média entre 5 e 7 W.h.m -2 N (NMP/ml) x Observado Modelo Temperatura 3/1/ tempo (min) Temperatura ( C) N (NMP/ml) x tempo (min) 13/3/ Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /4/ Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /5/ Temperatura ( C) tempo (min) tempo (min) 2 Concentração de E. coli ao longo do tempo (experimental e modelo) e temperatura média do lodo

55 Ensaios com irradiação solar média < 5 W.h.m -2 ; Céu encoberto N (NMP/ml) x Observado Modelo Temperatura 16/1/ tempo (min) Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /1/ tempo (min) Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /3/ tempo (min) Temperatura ( C) N (NMP/ml) x tempo (min) 11/4/ Temperatura ( C) Concentração de E. coli ao longo do tempo (experimental e modelo) e temperatura média do lodo

56 Ensaios com irradiação solar média < 5 W.h.m -2 ; Céu aberto N (NMP/ml) x 1 2 Observado Modelo Temperatura /6/ tempo (min) Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /6/ tempo (min) Temperatura ( C) 2, N (NMP/ml) x 1 3 2,4 2, 1,6 1,2,8,4, tempo (min) 3/7/ Temperatura ( C) N (NMP/ml) x /7/ tempo (min) Temperatura ( C) Concentração de E. coli ao longo do tempo (experimental e modelo) e temperatura média do lodo

57 Modelo (NMP/ml x 1 3 ) Modelo (NMP/ml x 1 4 ) Avaliação do modelo y =,977x R² =,971 3/12/ Experimental (NMP/ml x 1 4 ) y =,892x R² =,942 27/6/ Experimental (NMP/ml x 1 3 )

58 Avaliação do modelo Radiação solar Condição do céu Data Coef. angular R 2 %V > 7 aberto 3/12/9,977,971 96,4 > 7 aberto 7/12/9 1,19,99 88,6 > 7 aberto 2/12/9,82,879 84,8 > 7 aberto 6/2/1 1,15,95 93,8 > 7 aberto 2/2/1 1,13,891 86,3 5 a 7 aberto 3/1/1 1,3,99 88,6 5 a 7 aberto 13/3/1 1,157,827 76,9 5 a 7 aberto 17/4/1,825,898 86,4 5 a 7 aberto 1/5/1,977,965 95,7 < 5 encoberto 16/1/1 1,57,768 65,1 < 5 encoberto 23/1/1 1,54,967 93,5 < 5 encoberto 27/3/1,939,882 76,4 < 5 encoberto 11/4/1 1,97,883 76,6 < 5 aberto 9/5/1,879,949 93,2 < 5 aberto 5/6/1,849,882 82,3 < 5 aberto 12/6/1,938,925 88,7 < 5 aberto 27/6/1,892,942 91,3 < 5 aberto 3/7/1,853,941 92,1 < 5 aberto 25/7/1 1,165,911 86,7 < 5 aberto 31/7/1,875,96 94,6

59 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Parâmetros de inativação térmica E. coli: o o A E. coli demonstrou seguir uma cinética de primeira ordem. Os principais parâmetros cinéticos de inativação obtidos em lodo de esgoto foram - D 55 C = 3,61 min; - D 6 C = 1,41 min; - z = 8,3 C; - E d = 2,48 x 1 5 J.mol -1.

60 Considerações finais Desinfecção de lodo com aquecimento solar: o Para os ensaios realizados com índices de irradiação solar média superior a 5 W.h.m -2, a temperatura do lodo ficou acima de 53 C por pelo menos três horas, chegando em alguns casos a 73 C. o A redução de E. coli nesses ensaios foi considerável, ficando entre 4,2-7,1 unidades logarítmicas. E para coliformes totais a redução ficou entre 4,8-7,4 unidades logarítmicas. o Dos nove ensaios realizados nessas condições, apenas um apresentou reaparecimento de E. coli e coliformes totais após 24 horas do tratamento.

61 Considerações finais o o o Para ensaios realizados com índices menores de irradiação solar, a inativação de E. coli e coliformes totais foi comprometida pelas baixas temperaturas do lodo, ficando abaixo de 2,27; e de 3,5 unidades logarítmicas, respectivamente. A eficiência do tratamento nesses ensaios foi significativamente (5%) inferior aos demais. O modelo de predição da concentração de E. coli no reator foi satisfatório: - os coeficientes de determinação ficaram entre,768 -,971; - a porcentagem de variância ficou entre 65,1% 96,4%.

62 Considerações finais Ressalta-se que esses resultados são válidos apenas para a localidade em questão ou demais situações com condições climáticas semelhantes. Regiões como Nordeste e Centro-Oeste do Brasil, ou mesmo outros países de clima quente, onde os índices de irradiação solar são superiores possuem maior potencial de utilização desse processo.

63 RECOMENDAÇÕES Estudos baseados na transferência de calor, envolvendo balanços de energia no sistema. O detalhamento do perfil de temperatura desenvolvido no interior do reator através de modelagem matemática por fluidodinâmica computacional. Avaliação de outros agentes microbiológicos como vírus, Salmonella e helmintos; determinação de parâmetros cinéticos de inativação térmica. Abordagem aspectos econômicos.

64 AGRADECIMENTOS

65 OBRIGADO!