II-296 DESEMPENHO DE UMA LAGOA DE AGUAPÉS NO TRATAMENTO TERCIÁRIO DO EFLUENTE DE UMA INDÚSTRIA METAL-MECÂNICA

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1 II-296 DESEMPENHO DE UMA LAGOA DE AGUAPÉS NO TRATAMENTO TERCIÁRIO DO EFLUENTE DE UMA INDÚSTRIA METAL-MECÂNICA Rodrigo Steiner Engenheiro Químico responsável pela Gestão do Meio Ambiente na AGRALE S.A. Mestrando no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental UFRGS. Ivo André Homrich Schneider (1) Engenheiro de Minas. Mestre e Doutor em Metalurgia Extrativa pela UFRGS. Prof. do DEMET e PPGEM da UFRGS. Endereço (1) : Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Centro de Tecnologia. Av. Bento Gonçalves 95. CEP: , Porto Alegre, RS, Brasil - Tel: (51) Fax: (51) ivoandre@ct.ufrgs.br RESUMO A Agrale S.A. é uma empresa de capital nacional que produz veículos, tratores e motores a diesel. Na Unidade de Caxias do Sul - RS, os efluentes líquidos gerados provêm das cabines de pintura, tratamento de superfície, cabine de lavagem de peças com óleos, usinagem, esgoto cloacal e lavagem de veículos. Todos esses fluxos são enviados à estação de tratamento de efluentes onde recebem tratamento físico-químico (coagulaçãofloculação) e biológico (lagoa aerada seguida por uma lagoa de aguapés). Entretanto, no monitoramento da ETE, observou-se que em algumas ocasiões os teores de nitrogênio e fósforo excediam os limites de emissão. Ainda, na Empresa, não havia uma metodologia estabelecida para o acompanhamento da eficiência de operação da lagoa de aguapés, unidade onde se espera que as concentrações residuais de nutrientes sejam reduzidas. Assim, o objetivo do presente trabalho foi monitorar o desempenho da lagoa de aguapés empregada como etapa de polimento na estação de tratamento da Empresa Agrale S.A. Experimentalmente, os estudos foram conduzidos levando em conta um nível de recobrimento da lagoa de 5% e uma taxa de aplicação superficial de,32 m 3 /(m 2.dia). A avaliação do desempenho da lagoa foi realizada em relação à redução dos níveis de sólidos suspensos, DQO, nitrogênio total, fósforo total, óleos e graxas e ferro. Os resultados demonstram que a lagoa de aguapés foi eficiente no polimento final do efluente. Após um ano de monitoramento, os índices médios de remoção foram: 22,4% na concentração de sólidos suspensos, 44,4 % na concentração de DQO, 76,9 % no teor de nitrogênio, 6,8 % no teor de fósforo, 5,5% no teor de óleos e graxas e 26,5% no teor de ferro. Os índices de remoção foram constantes durante todo o ano, mesmo durante o inverno. A lagoa de aguapés demonstrou ser bastante importante na estação de tratamento de efluentes em questão, uma vez que, sem a sua presença, o índice de não conformidades em relação aos padrões de lançamento referentes a DQO, nitrogênio, fósforo e óleos e graxas seriam bastante freqüentes. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de efluentes líquidos, Eichhornia crassipes, lagoa de aguapés, nutrientes. INTRODUÇÃO A Agrale S/A é uma empresa brasileira de capital nacional que produz veículos, tratores e motores a diesel. Como empresa do setor automotivo, apresenta efluentes líquidos gerados em cabines de pintura, tratamento de superfície, cabine de lavagem de peças com óleos, usinagem, esgoto cloacal e lavagem de veículos. Todos esses efluentes são enviados à Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) onde recebem tratamento físicoquímico e biológico. As estações de tratamento de efluentes do setor automotivo, baseadas na combinação de processos físicoquímicos e biológicos, mostram-se de modo geral eficientes. Entretanto, em mais de um caso no Estado do Rio Grande do Sul, os parâmetros de maior dificuldade para atender os padrões de emissão são o nitrogênio e o fósforo. Esse fato tem levado as Empresas a adotarem sistemas de tratamento complementares baseados em lagoas de polimento, lagoas de aguapés e banhados construídos. No caso da Agrale, a remoção de nitrogênio e fósforo residual é para ser realizada em uma lagoa de aguapés. Entretanto, observou-se nos últimos anos que em algumas ocasiões os teores de nitrogênio e fósforo excediam os limites de emissão exigidos pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental (FEPAM). Ainda, na Empresa, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 não havia uma metodologia estabelecida para a operação da lagoa de aguapés, unidade onde se espera que as concentrações residuais dos nutrientes sejam reduzidas. Lagoas de aguapés são uma alternativa consolidada para o polimento de efluentes. Já se mostraram eficientes na remoção de carga orgânica, nutrientes e, eventualmente, metais pesados (WOLVERTON e McDONALD, 1979; ALVARADO e FASANARO, 198; SALATI e RODRIGUES, 1982; KAWAI e GRIECO, 1983; ROMITELLI, 1983; RIBEIRO et al, 1986; KAWAI et al, 1987; BAVARESCO et al, 1999). Porém, devido a proliferação de insetos, crescimento exagerado de biomassa vegetal, o seu uso atual é bem menor do que no passado (décadas de 7 e 8). Ainda, sua aplicação geralmente se dá em locais de clima quente, praticamente não sendo uma alternativa na serra gaúcha. Assim, o presente trabalho visa avaliar o desempenho de uma lagoa de aguapés operando na etapa de polimento do efluente gerado por uma empresa metal-mecânica do setor automotivo, na região de Caxias de Sul, um dos locais de clima mais frio no Brasil. MATERIAIS E MÉTODOS A estação de tratamento de efluentes da Agrale Na estação de tratamento de efluentes da Agrale S/A, cujo fluxograma é apresentado na Figura 1, ocorrem basicamente dois processos de tratamento: o físico-químico e o biológico. Efluente industrial Reagentes Tanque de equalização Decant. Água Pint. Decant. Água Oleosas Óleo livre enviado para recicladores Esgoto cloacal Água de lavagem de veículos Leito secagem Lagoa aerada Envio para ARIPE Lagoa de aguapés Água tratada descartada na rede pública Figura 1. Fluxograma da estação de tratamento de efluentes da Agrale S/A. O tratamento físico-químico é realizado em batelada em dois tanques de sedimentação. Um tanque recebe as águas provenientes das cabines de pintura e de tratamento de superfície (fosfatização), enquanto que o outro tanque recebe as águas oleosas provenientes das máquinas de desengraxe de peças e da limpeza das máquinas de usinagem. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Nas águas das cabines de pintura e de fosfatização, adiciona-se coagulante (sulfato de alumínio), corretivos de ph (soda cáustica) e floculante. Após a agitação mecânica, deixa-se o efluente decantar por aproximadamente 3 horas, quando o lodo segue para os leitos de secagem e a água tratada para a unidade de tratamento biológico. No tratamento das águas oleosas, a quebra de emulsão é feita na faixa de ph entre 2 e 3 com a adição de ácido sulfúrico 1%. Coloca-se coagulante (sulfato de alumínio), corretivo de ph (soda cáustica) e floculante. Após a sedimentação três produtos são gerados: óleo livre, que fica acumulado na superfície do tanque e é armazenado em tonéis para remessa a recicladores, o lodo que é enviado aos leitos de secagem e a água tratada que é enviada ao tratamento biológico. O tratamento biológico é constituído por uma lagoa aerada seguida por uma lagoa de decantação recoberta parcialmente por aguapés. A lagoa aerada recebe os fluxos acima mencionados, a água dos esgotos sanitários da unidade industrial e as águas de lavagem dos veículos. A aeração ocorre de segunda a sexta-feira no período das 7:3 min até as 17:35 min. É freqüente, durante a operação dos aeradores, a geração de espumas, fazendo-se necessária adição de anti-espumante. O efluente da lagoa aerada é enviado de forma contínua para a lagoa de aguapés e que será descrita a seguir. Após, o efluente tratado é descartado para a rede pública de águas pluviais. A lagoa de aguapés da Agrale A lagoa de aguapés apresenta como dimensões 26,6 m de comprimento, 6, m de largura e 1,2 m de profundidade. A vazão média é de 5,2 m 3 /dia, o que dá uma taxa de aplicação superficial de,32 m 3 /(m 2.dia) e tempo de detenção de aproximadamente 36 dias. Nesse estudo, o recobrimento de aguapés da lagoa foi mantido em 5%, uma vez que dados de literatura demonstram ser este o melhor índice de recobrimento (BICH et al, 1999). Uma vista da lagoa pode ser observada na Figura 2. Figura 2. Fotografia da lagoa de aguapés. Quanto à geração de espumas, fica bem aquém da lagoa aerada. A lagoa de aguapés, por ser a última etapa do processo de tratamento do efluente, recebe todos efluentes da fábrica e diariamente mede-se o seu ph, vazão de saída e temperatura, dados estes exigidos pela FEPAM, devido a Agrale pertencer ao SISAUTO (sistema de auto monitoramento) e por ser considerada empresa de carga poluidora alta. Além disso, monitorou-se diariamente a taxa de crescimento de biomassa de aguapés. O procedimento adotado foi, quando se reparou que a quantidade de aguapés excedeu a 5% da área superficial da lagoa, retirou-se as plantas e quantificou-se o peso, ficando este dado registrado. Coleta de amostras e análises químicas ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 A coleta de amostras for realizada na entrada e saída da lagoa de aguapés, durante o ano de 23 (início em janeiro e término em dezembro), em uma freqüência de duas vezes ao mês (aproximadamente 15 em 15 dias). Avaliaram-se os seguintes parâmetros: temperatura, ph, sólidos suspensos, DQO, nitrogênio total, fósforo total, óleos e graxas e ferro total. Todas essas análises seguiram os métodos descritos no Standard Methods for Water and Wastewater Analysis (APHA, 1995). Esses parâmetros foram escolhidos por serem esses os exigidos pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental (FEPAM) que na LO número 4455/22-DL estabelece: - ph entre 6, e 8,5; - sólidos suspensos até 18 mg/l, - DQO até 45 mg/l, - nitrogênio total até 1 mg/l, - fósforo total até 1 mg/l, - óleos e graxas até 1 mg/l, - ferro até 1 mg/l. Tratamento estatístico dos dados Os valores de entrada e saída foram comparados pelo teste t de Student para avaliar se houve diferenças significativas entre os valores médios de entrada e saída com um nível de confiança de 95% (α -,5 (ROTHENBERG, 1991). RESULTADOS A Figura 3 apresenta os resultados do monitoramento da lagoa de aguapés em termos de sólidos suspensos. Pode-se observar que tanto o fluxo afluente como o efluente atende o padrão de 18 mg/l, exigido pelo órgão de controle ambiental. Avaliando os resultados de forma global, pode-se observar que houve uma redução de 22,4 % na remoção de sólidos suspensos na lagoa de aguapés. A Figura 4 apresenta os resultados do monitoramento da DQO. Os resultados demonstram que ocorre redução de carga orgânica na lagoa de aguapés, seja pela remoção de DQO suspensa (pela remoção de sólidos suspensos) ou pela ação de microrganismos suspensos ou aderidos nas raízes dos aguapés degradando a DQO solúvel. Em termos de eficiência global, a remoção de DQO na lagoa de aguapés foi de 44,4 %. As Figuras 5 e 6 mostram os resultados do monitoramento de nitrogênio e fósforo na lagoa de aguapés. Observa-se que esses parâmetros são os mais críticos para atender os critérios exigidos pela FEPAM. Levando em conta os valores médios de entrada e saída, verificou-se que a eficiência de remoção de N foi de 76,9% e a de P foi de 6,8%, mostrando a boa eficácia desse sistema para a remoção de nutrientes. Mesmo assim, no universo de amostras coletadas, observou-se uma não conformidade em relação ao N e 5 não conformidades em relação ao P no efluente final. A Tabela 1 apresenta também as análises de N e P realizadas no afluente e efluente em amostras filtradas e não filtradas. O que se pode observar é que grande parte do N e do P estão presentes nos sólidos suspensos. No caso do nitrogênio, verifica-se que houve uma considerável redução do nitrogênio solúvel, provavelmente pelos mecanismos de assimilação de N pelas plantas, volatilização de amônia e nitrificação/denitrificação. No caso do fósforo solúvel, o mecanismo predominante é a assimilação do P pelas plantas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 18 Sólidos Suspensos (mg/l) ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 1ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ª 16ª 17ª 18ª 19ª 2ª 21ª 22ª 23ª Sól.Suspensos Entrada Sól.Suspensos Saída Figura 3. Monitoramento da lagoa de aguapés em relação aos sólidos suspensos. DQO (mg O 2 /l) DQO Entrada DQO Saída 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 1ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ª 16ª 17ª 18ª 19ª 2ª 21ª 22ª 23ª Figura 4. Monitoramento da lagoa de aguapés em relação à DQO. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Nitrogênio Total (mg N/l) N Entrada N Saída 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 1ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ª 16ª 17ª 18ª 19ª 2ª 21ª 22ª 23ª Figura 5. Monitoramento da lagoa aguapés em relação ao nitrogênio total. 6, Fósforo (mg P/l) 5, 4, 3, 2, Fósforo Entrada Fósfoto Saída 1,, 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 1ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ª 16ª 17ª 18ª 19ª 2ª 21ª 22ª 23ª Figura 6. Monitoramento da lagoa aguapés em relação ao teor de fósforo total. Tabela 1. Resultados de análise de N e P sobre amostras afluentes e efluentes filtradas e não filtradas (coleta na primeira semana de agosto do ano de 23). Coleta N total (mg/l) N no filtrado (mg/l) P total (mg/l) P no filtrado (mg/l) Afluente 4,3 5,6 2,6,9 Efluente 7,,4,5,7 Os resultados do acompanhamento do teor de óleos e graxas na saída e entrada da lagoa de aguapés estão apresentados na Figura 7. Pode-se notar que na lagoa de aguapés ocorreu uma significativa remoção de óleos e graxas, evitando assim uma séria de não conformidades em relação a esse parâmetro. A eficiência média de remoção de óleos e graxas foi de 5,5%. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Os resultados do monitoramento de ferro estão demonstrados na Figura 8. Em nenhum momento o afluente ou o efluente da lagoa extrapolou o limite exigido para esse parâmetro (até 1 mg/l). A eficiência média de remoção de ferro foi de 26,5 %. 35 Óleos e Graxas (mg óleos/l) OG Entrada OG Saída 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 1ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ª 16ª 17ª 18ª 19ª 2ª 21ª 22ª 23ª Figura 7. Monitoramento da lagoa aguapés em relação ao teor de óleos e graxas. Ferro (mg fe/l) 12, 11, 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Fe Entrada Fe Saída 1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª 9ª 1ª 11ª 12ª 13ª 14ª 15ª 16ª 17ª 18ª 19ª 2ª 21ª 22ª 23ª Figura 8. Monitoramento da lagoa aguapés em relação ao teor de ferro. As Tabelas 2 e 3 mostram um resumo dos valores mínimos, máximos, a média, o desvio padrão e o número de não conformidades encontrados para cada um dos parâmetros. A Tabela 4 demonstra os valores da eficiência média e o resultado do teste estatístico para avaliar em que parâmetros houve uma diferença significativa na qualidade da água. Observa-se que a lagoa de aguapé mostrou-se, para um nível de significância de,5, eficiente na remoção de DQO, óleos e graxas, nitrogênio e fósforo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Tabela 2: Tratamento estatístico dos parâmetros de qualidade de águas de amostras coletadas na entrada da lagoa de aguapés durante o ano de 23. Parâmetro Mínimo Máximo Média Desvio Padrão Sólidos Suspensos (mg/l) ,739 23,287 DQO (mg/l) 21,85 52,79 162,4 17,92 Nitrogênio total (mg/l),42 58,8 18,258 16,734 Fósforo total (mg/l),3 5,5 2,181 1,639 Óleos e graxas (mg/l) ,142 7,343 Ferro (mg/l),69 7,72 1,55 1,547 No de não conformidades Tabela 3: Tratamento estatístico dos parâmetros de qualidade de águas de amostras coletadas na saída da lagoa de aguapés durante o ano de 23. Parâmetro Min Máximo Média Desvio Padrão Sólidos Suspensos (mg/l) ,391 28,198 DQO (mg/l) 5 247,6 9,3 67,26 Nitrogênio total (mg/l),612 16,8 4,212 4,2 Fósforo total (mg/l),3 3,54,855,87 Óleos e graxas (mg/l) ,523 3,265 Ferro (mg/l),3 1,84,775,492 No de não conformidades Tabela 4: Aplicação do teste t de student para um nível de significância de,5 para avaliar possíveis diferenças significativas entre as médias de entrada e saída. Parâmetro Sólidos suspensos DQO Nitrogênio total Fósforo total Óleos e graxas Ferro Eficiência Média de Remoção (%) 22,4 44,4 76,9 6,8 5,5 26,5 Resultados do teste t Não significativo Significativo Significativo Significativo Significativo Não significativo Nas Figuras de 3 a 8 também é possível observar que não parece haver uma variação significativa nos valores de entrada e saída do todos os parâmetros avaliados em função da estação do ano. Entretanto, a produção de biomassa, e a necessária remoção dos aguapés, foram bem marcantes nos meses de primavera e verão (Figura 9). Os valores da Figura estão expressos em base úmida, mas o valor em base seca pode ser estimado considerando uma umidade média de 95%. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 6 Kg de aguapé Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Mês Figura 9. Produção de biomassa seca de aguapés ao longo do ano de 23 na lagoa de polimento da Empresa Agrale S/A, Caxias do Sul. CONCLUSÕES Com base no trabalho realizado, concluiu-se que: Os resultados demonstram que a lagoa de aguapés foi eficiente no polimento final do efluente. Os índices médios de remoção foram: 22,4 % na concentração de sólidos suspensos, 44,4 % na concentração de DQO, 76,9 % no teor de nitrogênio, 6,8 % no teor de fósforo, 5,5 % no teor de óleos e graxas e 26,5% no teor de ferro. A lagoa de aguapés mostrou-se eficiente durante todo o ano, não havendo diferenças marcantes entre as diferentes estações primavera, verão, outono e inverno. Entretanto, os cuidados básicos de operação devem ser tomados, principalmente na remoção do excedente de plantas nos picos de crescimento (primavera e verão). A lagoa de aguapés demonstrou ser bastante importante na estação de tratamento de efluentes em questão, uma vez que, sem a sua presença, o índice de não conformidades em relação aos padrões de lançamento referentes a DQO, nitrogênio, fósforo e óleos e graxas seriam bastante freqüentes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ALVARADO, G.R.P.; FASANARO, R. Aguapés: Sua Aplicação no Tratamento Biológico dos Esgotos e na Produção de Energia Alternativa. Engenharia Sanitária, v.19, n.1, p.68-69, APHA, Standard Methods for Water and Wastewater Analysis. Washington, BAVARESCO, A.S.L.; MEDRI, W.; COSTA, R.H.R. Lagoas de Aguapés no Tratamento Terciário de Dejetos de Suínos. In: 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Rio de Janeiro, CD ROM... ABES, Rio de Janeiro, Trabalho I-148, BICH, N.N.; YAZIZ, M.I.; BAKTI, N.A.K. Combination of Chlorella vulgaris and Eichhornia crassipes for wastewater nitrogen removal. Water Research, v.33, n.1, pp , KAWAI, H.; GRIECO, V.M. Utilização do Aguapé para Tratamento de Esgoto Doméstico. Estabelecimento de Critérios de Dimensionamento da Lagoa de Aguapé e Abordagem de Alguns Parâmetros Operacionais. Revista DAE, n.135, p.79-9, KAWAI, H.; UEHARA, M.Y.; GOMES, J.A.; JAHNEL, M.C.; ROSSETO, R.; ALEM, P.; RIBEIRO, M.D.; TINEL, P.R.; GRIECO, V.M. Pilot-Scale Experiments in Water Hyacinth Lagoons for Wastewater Treatment. Water Science Technology, v.19, n.1, p , ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 7. RIBEIRO,M.D.; KAWAI, H. TINEL, P.R.; ROSSETTO, R. Experimento-Piloto da Lagoa de Aguapés para Tratamento de Esgoto Bruto. Revista DAE, v.46, n.144, p , ROMITELLI, M.S. Remoção de Fósforo em Efluentes Secundários com Emprego de Macrófitas Aquáticas do Gênero Eichhornia. Revista DAE, n.133, p.66-88, ROTHENBERG, R.I. Probability and Statistics. San Diego: HBJ, p. 1. SALATI, E.; RODRIGUES, N.S. De Poluente na Nutriente, a Descoberta do Aguapé. Revista Brasileira de Tecnologia, v.13, n.3, p.37-42, WOLVERTON, B.C.; McDONALD, R. The Water Hyacinth: from Prolific Pest to Potential Provider. Ambio, v.8, n.1, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1