EFEITO DE CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E OPERACIONAIS NA CINÉTICA DE REMOÇÃO DE COLIFORMES FECAIS EM LAGOAS FACULTATIVAS SECUNDÁRIAS E DE MATURAÇÃO

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1 EFEITO DE CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E OPERACIONAIS NA CINÉTICA DE REMOÇÃO DE COLIFORMES FECAIS EM LAGOAS FACULTATIVAS SECUNDÁRIAS E DE MATURAÇÃO Salomão Anselmo Silva (1) Graduado em Eng. Civil pela Escola Politécnica da Univ. Federal da Paraíba (1963). Mestre em Eng. Civil pela Escola Politécnica da Univ. Federal da Paraíba (1975). PhD pela Universidade de Dundee, Dundee, Escócia (1982). Professor Titular do Depto. de Eng. Civil da Univ. Federal da Paraíba. Chefe de Pesquisas da EXTRABES-UFPB. Gilson Barbosa Athayde Júnior Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Federal da Paraíba (1995). Aluno de doutorado em Engenharia Civil na Universidade de Leeds, Inglaterra. Bolsista do CNPq. Rui de Oliveira Graduado em Eng. Civil pela Escola de Eng.- MA (1974). Mestre em Eng. Civil pela Univ. Federal - PB (1983). PhD pela Univ. de Leeds, Leeds, Inglaterra (1990). Prof. Adj. do Depto de Engenharia Civil da Univ. Federal - PB - Pesquisador da EXTRABES-UFPB. André Luis Calado Araújo Graduado em Eng. Civil pela Univ. Federal do Pará (1990). Mestre em Eng. Civil pela Univ. Federal da Paraíba (1993). Prof. da Área de Tecnologia Ambiental da Escola Técnica Federal - RN. Aluno de doutorado em Eng. Civil da Univ. de Leeds, Inglaterra. Salena Tatiana Anselmo Silva Graduada em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual da Paraíba (1994). Aluna de doutorado em Microbiologia na Universidade de Liverpool, Inglaterra. Bolsista do CNPq. Howard William Pearson Graduado em Botânica (BSc), Univ. de Londres (1968). PhD em Fisiologia Microbiana - Universidades de Londres e Dundee (1972). Senior Lecture do Departamento de Genética e Microbiologia da Universidade de Liverpool, Liverpool, Inglaterra. Endereço (1) : Rua Monteiro Lobato, Alto Branco - Campina Grande - PB - CEP: Brasil - Tel: (083) Fax: (083) salomão@cgnet.com.br. RESUMO Foi estudada a influência da profundidade o do tempo de detenção hidráulica na taxa de decaimento de coliformes fecais num complexo experimental de lagoas de estabilização situado em Campina Grande-PB. Em virtude do efeito da radiação solar, a taxa de decaimento bacteriano aumenta com a diminuição da profundidade da lagoa, fato este confirmado neste trabalho. Porém, os aumentos na taxa de decaimento de coliformes fecais encontrados nas lagoas mais rasas não foram suficientes para compensar a perda de volume causadas também pela diminuição da profundidade. As lagoas facultativas profundas (1,70-2,00 m) mostraram- 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 475

2 se como uma opção de economia de terreno de cerca de 50% em relação às rasas (1,00-1,30 m). PALAVRAS-CHAVE: Lagoas de Estabilização, Profundidade, Projeto, Decaimento Bacteriano. INTRODUÇÃO Dentre as diversas vantagens do uso de lagoas de estabilização encontra-se a elevada remoção de microorganismos patogênicos (Silva & Mara, 1979). Sabe-se que um dos principais mecanismos através dos quais esses organismos são removidos em lagoas facultativas e de maturação é o efeito da radiação solar em conjunto com elevados valores de ph e oxigênio dissolvido (Curtis et al., 1992). Como a luz solar é atenuada ao longo da profundidade, quanto mais rasa for a lagoa, maior será o contato da radiação solar com a massa líquida e consequentemente maior será a taxa de decaimento bacteriano (Moeller & Calkins, 1980; Sarikaya & Saatci, 1987; Sarikaya et al, 1987; Mayo, 1989). Entretanto, quanto menor a profundidade e considerando o volume como constante, maior será a área requerida para a instalação da lagoa, área esta que é considerada como a maior desvantagem dessa alternativa de tratamento de águas residuárias. Considerando condições de mistura completa, o decaimento bacteriano pode ser descrito pela Equação 1 (Marais, 1974). No N? 1? kb. t (Eq. 1) onde: N= número final de bactérias; N o = número inicial de bactérias; k b = taxa de decaimento bacteriano (d -1 ); t = tempo de detenção hidráulica (d). Assim, a área requerida para a instalação de uma lagoa seria dada pela Equação 2. A? Q N o? N?? N kb. P (Eq. 2) onde: Q = vazão (m 3 /d); N= número final de bactérias; N o = número inicial de bactérias; k b = taxa de decaimento bacteriano (d -1 ); P = profundidade (m). Ou seja, a área é inversamente proporcional ao produto k b.p. Este trabalho tem como objetivos, propor profundidades ideais para o projeto de lagoas facultativas e de maturação, bem como analisar a influência do tempo de detenção hidráulica na 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 476

3 cinética de remoção de coliformes fecais num sistema experimental de lagoas de estabilização, além de analisar as implicações dos resultados em projetos. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 477

4 METODOLOGIA Foram estudadas cinco lagoas facultativas (F21,...,F25) e cinco de maturação (M16,...,M20) em dois experimentos, com diferentes características operacionais (ver Tabela 1). Estas lagoas pertenciam a um complexo experimental de lagoas instalado nas dependências da ETE da Catingueira na cidade de Campina Grande o qual era constituído por lagoas em escala-piloto construídas em alvenaria de tijolos revestida com argamassa de cimento e areia sendo duas anaeróbias paralelas (A9 e A10), cinco facultativas secundárias (F21,..., F25), uma lagoa de maturação primária (M15), cinco lagoas de maturação secundárias (M16,...,M20) e quatro lagoas de maturação terciárias conforme a ilustração da Figura 1 que também indica como as diversas unidades eram alimentadas. Tabela 1 - Características físicas e operacionais do sistema nos dois experimentos. Lagoa Dimensões TDH (d) Área (m 2 ) Profundidade(m) Exp. I Exp. II F21 24,0 1,00 3,0 1,5 F22 24,0 1,30 4,0 2,0 F23 24,0 1,70 5,0 2,5 F24 24,0 2,00 6,0 3,0 F25 24,0 2,00 6,0 3,0 M16 39,5 0,90 7,0 3,5 M17 39,5 0,64 5,0 2,5 M18 39,5 0,39 3,0 1,5 M19 39,5 0,39 3,0 1,5 M20 39,5 0,39 1,0 0,5 TDH = Tempo de detenção hidráulica F21 F22 F23 F24 M16 M15 M17 M22 M24 M18 A9 A10 F25 M19 M21 M23 M20 Figura 1 - Planta do complexo experimental de lagoas na Estação da Catingueira. Foram coletadas amostras de toda a coluna líquida por meio de um amostrador de coluna de acrílico (Pearson et al., 1987), próximo à canalização de saída de cada lagoa. As amostras 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 478

5 foram coletadas às 8h da manhã, uma vez a cada três semanas no primeiro experimento e quinzenalmente no segundo. A determinação de coliformes fecais seguiu a técnica da membrana filtrante (APHA et al, 1989) usando membranas Gelman de éster de celulose de 0,45?m de diâmetro, meio de cultura caldo lauril sulfato de sódio, com incubação a 44,5 o C por 24 h. RESULTADOS E CONCLUSÕES Apesar de ter sido encontrada correlação inversa (r = -0,834 no segundo experimento) entre a taxa de decaimento bacteriano e a profundidade, para as lagoas facultativas, profundidades variando de 1 a 2 m não afetaram k b significativamente. Com relação ao TDH, foram encontradas correlações inversas entre a taxa de decaimento e os mesmos, mas com grande variação do primeiro para o segundo experimento. Tabela 2 - Análise da área necessária para instalação de lagoas de estabilização em função da profundidade e da taxa de decaimento bacteriano. Experimento I Experimento II % a mais de área % a mais de área k b (d -1 ) k b. P necessária em relação k b (d -1 ) k b. P necessária em relação Lagoa à lagoa ótima. à lagoa ótima. F21 1,25 1, ,919 0, F22 1,38 1, ,854 1, F23 1,07 1, ,873 1,484 ótima F24 1,31 2,690* ótima 0,698 1,483* ótima F25 1,38 0,785 M16 6,18 5, ,199 2, M17 8,08 5, ,675 4,272 ótima M18 13,76 5,835 M19 22,67 6,514* ótima 3,121 2,006* 113 M20 13,68 6,475 *Calculado com k b médio das lagoas com mesma profundidade. Através da Tabela 2, percebe-se que, no primeiro experimento, uma lagoa de 1 m de profundidade e taxa de decaimento 1,250 d -1, necessitaria de mais do dobro da área necessária àquela com 2 m de profundidade e com k b = 2,690 d -1, para um mesmo TDH. No segundo experimento, uma lagoa com profundidade de 1 m e taxa de decaimento igual a 0,919 d -1 representaria um acréscimo de 36% em área em relação a uma lagoa de 2 m de profundidade e k b = 1,483 d -1 (média entre as duas lagoas de 2 m), ambas operadas com um mesmo TDH. É demonstrado assim, em concordância com outros trabalhos já realizados na EXTRABES (de Oliveira, 1990), que o uso de lagoas facultativas profundas representa uma economia de área bastante significativa em relação a lagoas rasas. É desaconselhavel o projeto de lagoas facultativas com menos de 1,70 m de profundidade. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 479

6 Para as lagoas de maturação com profundidades variando entre 0,39 e 0,90 m as diferenças em kb foram mais acentuadas que nas lagoas facultativas. Também foi encontrada uma relação inversa entre kb e profundidade, com r = -0,789 e no primeiro e segundo experimentos. No entanto estes dados não puderam definir uma faixa de profundidade ideal para tais lagoas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA, WPCF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 18th ed. Public Health Association Inc., New York CURTIS, T.P., MARA, D.D. and SILVA, S.A. The Effect of Sunlight on Faecal Coliforms in Ponds: Implications for Research and Design. Water Science and Technology. v.26, n.7-8, p DE OLIVEIRA, R. The performance of deep waste stabilization ponds in northeast Brazil. PhD Thesis. The University of Leeds, UK MARAIS, G. R. Faecal Bacterial Kinetics in Stabilization Ponds. Journal of the Environmental Engineering Division. American Society of Civil Engineers. v.100, p MAYO, A.W. Effect of Pond Depth on Bacterial Mortality Rate. Journal of Environmental Engineering. v.115, p MOELLER, J.R. & CALKINS, J. Bactericidal Agents in Wastewater Lagoons and Lagoon Design. Journal of the Water Pollution Control Federation. v.52, n.10, p PEARSON, H.W.; MARA, D.D.; KONIG, A; DE OLIVEIRA, R.; MILLS, S.W.; SMALLMAM, D.J & SILVA, S.A. Water column sampling as a rapid and efficient method of determining effluent quality and the performance of waste stabilization ponds. Water Science and technology. v.19, n.12, p SARIKAYA, H.Z. & SAATÇI, A.M. Bacterial Die-off in Waste Stabilization Ponds. Journal of Environmental Engineering. v.113, n.2, p SARIKAYA, H.Z., SAATÇI, A.M. & ABTULFATTAN, A.F. Effect of Pond Depth on Bacterial Die-off. Journal of Environmental Engineering. v.133, n.6, p SILVA, S.A & MARA, D.D. Tratamentos Biológicos de Águas Residuárias - Lagoas de Estabilização. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental - ABES, Rio de Janeiro o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 480