II IMPACTO DE CARGAS TÓXICAS DE DERIVADOS DE PETRÓLEO EM REATORES UASB OPERANDO COM FLUXO INTERMITENTE EM ESCALA PILOTO

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1 II IMPACTO DE CARGAS TÓXICAS DE DERIVADOS DE PETRÓLEO EM REATORES UASB OPERANDO COM FLUXO INTERMITENTE EM ESCALA PILOTO Verginia Januário Dos Reis Rocha Engenheira Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo ( UFES / 1998 ). Pós - Graduada em Saúde Pública (UNAERP / 1999). Mestranda em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo Tadeu Lyrio Graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Aluno de Iniciação Científica - Bolsista do CNPq. Bruno Rocha Coutinho Graduando em Ciências Biológicas pela Universidade Federal do Espírito Santo. Pesquisador Voluntário. Eliana Zandonade Estatística pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Mestre em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ). Doutora em Estatística pela Universidade Estadual de São Paulo (IME-USP). Professora Adjunto do Departamento de Estatística da Universidade Federal do Espírito Santo (DEST-UFES). Ricardo Franci Gonçalves (1) Engenheiro Civil e Sanitarista pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UERJ) Pós-Graduado em Eng a de Saúde Pública (ENSP/RJ) DEA Ciências do Meio Ambiente Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Águas INSA de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHS e do PMEA- UFES. Sérvio Túlio Alves Cassini (1) Biólogo pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) PhD Microbiologia pela Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU) EUA Pós-Doutorado em Microbiologia Ambiental na Universidade do Tennessee EUA Endereço (1) : Departamento de Hidráulica e Saneamento DHS CT UFES -Caixa Postal: CEP: Vitória ES - Fone: (27) Fax: (27) scassini@npd.ufes.br RESUMO O sistema de tratamento biológico de esgotos sanitários tem sido alvo de lançamentos de águas residuárias industriais de forma clandestina, podendo conter substâncias tóxicas capazes de provocar distúrbio no sistema de tratamento de esgotos e consequentemente afetar a qualidade do efluente lançado no corpo receptor. Apesar da comprovada eficiência dos reatores UASB na remoção de sólidos totais e DQO, pouco se sabe sobre os possíveis impactos de cargas tóxicas de derivados de petróleo sobre estes sistemas de tratamento. Diante dessa constatação, faz-se necessário avaliar o desempenho do reator UASB frente a possíveis contaminações por cargas tóxicas de derivados de petróleo. O aparato experimental consta, de três reatores UASB idênticos com volumes de 47,59 L e foram alimentados de forma intermitente (batelada), com ciclos operacionais de 12 horas diárias. Resultados obtidos com os reatores operando com carga orgânica volumétrica de 2kgDQO/m 3.dia, apontaram eficiências médias de remoção de 67.05%, 70.34% e 68.56% em termos de SST, 62.61%, 62.16% e 54.78% de DQO e 28.41%, 32.86%, 30.8% de DQO filtrada para os reatores R1, R2 e R3 respectivamente. Esses resultados são aceitáveis, quando comparados com estudos anteriores realizados com reatores UASB do tipo convencional. O reator R1 foi o branco da pesquisa, pois a injeção de cargas tóxicas se deu através de choque crônico, nos reatores R2 e R3, com óleo lubrificante "novo" e óleo "queimado", respectivamente. As concentrações de tóxico pesquisadas foram: 500, 1000, 1500, 2000, 3500 e atualmente 7000 ppm. PALAVRAS-CHAVE: UASB, Toxicidade, Óleos, Tratamentos de Esgotos, Fluxo Intermitente, Batelada. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 INTRODUÇÃO O processo de tratamento de esgoto sanitário pela via anaeróbia, através de reatores de manta de lodo, é amplamente usado em regiões de clima quente e suas vantagens são evidentes na realidade brasileira. Apesar da comprovada eficiência dos reatores UASB na remoção de sólidos totais e DQO, pouco se sabe sobre os possíveis impactos de cargas tóxicas de derivados de petróleo sobre estes sistemas de tratamento. A baixa capacidade do sistema, em tolerar cargas tóxicas é uma desvantagem que estudamos nesse trabalho. Os óleos e graxas presentes nos efluentes são resultantes do uso de manteiga, óleos vegetais e gordura animal. Além dessas formas orgânicas de gordura, pode-se encontrar ainda a presença indesejável de óleos minerais oriundos do petróleo, como querosene, óleo lubrificante (PESSOA e JORDÃO, 1982). Essas substâncias tóxicas são capazes de provocar distúrbios no sistema de tratamento de esgotos e consequentemente afetar a qualidade do efluente lançado no corpo receptor. Entre os possíveis contaminantes tóxicos, estão os óleos automotivos aditivados, provenientes de postos de gasolina, que são contaminados com metais especialmente o chumbo (0,15 0,2 %) e partículas carbonosas (GUIMARÃES, 2000). Assim, torna-se necessário uma análise detalhada de todos os tipos de esgotos que contribuem para a Estação de Tratamento de Esgotos (ETE), pois influenciará no seu dimensionamento e consequentemente no seu monitoramento (VON SPERLING, 1996). MATERIAL E MÉTODOS O aparato experimental foi construído na Estação de Tratamento de Esgoto da UFES (ETE UFES). A ETE- UFES recebe esgoto tipicamente doméstico, proveniente do Bairro Jardim da Penha, onde existe uma elevatória operada pela Companhia Espírito Santense de Saneamento CESAN. No ponto de chegada na ETE, o esgoto passa pelo gradeamento e elevatória, de onde o esgoto é bombeado simultaneamente para os três reatores do tipo UASB, da presente pesquisa. Os reatores são idênticos, construídos em PVC branco com diâmetro de 100 mm, altura de 5 m e volume útil de 4,59 l e foram fixos numa torre de andaimes de 6 metros de altura (VAN HAANDEL, 1999). Ao longo de cada reator existem 7 torneiras para amostragem (Figura 1). TÓXICO REATORES UASB ELEVATÓRIA Figura 1: Croqui do Aparato Experimental As operações de manutenção do aparato experimental obedecem a um ciclo de operação pré - determinado, composto por cinco etapas básicas: enchimento, reação, sedimentação e descarte do efluente (Cybis e Pickbrenner, 2000). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Tendo como referência o reator UASB, as condições operacionais que o caracterizaram, foram vazão de recirculação de 2ml/s, tempo de detenção hidráulica de 12 horas, velocidade ascensional de 0.5 m/h e uma carga orgânica volumétrica de 2.17 kg DQO.m -3 dia -1. As variáveis de controle do ciclo operacional estão mostradas na figura 2. O controle operacional é feito manualmente para o enchimento, coleta e descarte, e somente a bomba de recirculação é controlada por timer (temporizador). (1) (2) (3) (4) (1)- Enchimento com vazão de 20 ml/s e duração de 30 min. (2)- Recirculação do efluente, através de bomba peristáltica, com duração de 9 horas. (3)- Sedimentação com duração de 2 horas. (4)-Descarte do efluente com duração de 30 min. Figura 2 : Esquema do ciclo operacional Os ciclos operacionais dos 3 reatores são idênticos, com períodos diferenciais de enchimento (estático), reação (anaeróbia), sedimentação e descarte, como pode ser visto na tabela 1 Tabela 1: Ciclo Operacional CICLO DE 12 HORAS TEMPO FASE OBSERVAÇÃO 30 Enchimento Sem mistura 9 horas Reação anaeróbia Mistura (recirculação do efluente) 2 horas Sedimentação Sem mistura 30 Retirada ou descarte Sem mistura As amostras são coletadas, a uma altura de 4,25 m, em cada reator. São coletadas amostras simples de esgoto bruto na fase de enchimento e dos efluentes do reatores R1, R2 e R3 na fase final do repouso. Os parâmetros de monitoramento são os sólidos suspensos totais (SST), demanda química de oxigênio (DQO) para amostras filtradas (DQOfiltrada), óleos e graxas (OeG), sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV),foram determinados de acordo com técnicas padrão STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER, 19 ª edição. No caso de ácidos voláteis, alcalinidade total a bicarbonato, seguiram métodos recomendados por DILALLO e ALBERTSON (1961). A pesquisa foi dividida em diferentes etapas para os três reatores, conforme a tabela 3. Tabela 3: Condições operacionais impostas aos reatores ETAPAS Duração Concentração de Tóxico (g/l) (dias) R1 R2 R3 1 ª 129 Partida dos reatores (sem Tóxico) 2 ª 4 Controle* 0,50 0,50 3 ª 4 Controle* 1,00 1,00 4 ª 4 Controle* 1,50 1,50 5 ª 4 Controle* 2,00 2,00 6 ª 20 Controle* 3,50 3,50 7 ª 20 Controle* 7,00 7,00 *Sem adição de Tóxico ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Os óleos foram bombeados para os reatores (R2 e R3) através de uma bomba peristáltica. A linha de injeção do óleo passa obrigatoriamente pelo leito dos reatores, pois existe uma válvula de retenção horizontal para proteção hidráulica do lodo dos reatores e garantir o fluxo ascendente do líquido. No reator R2 foi injetado óleo lubrificante automotivo novo e no reator R3 óleo queimado proveniente do sistema separador de óleo de posto de gasolina. O reator R1 será mantido sob condição normal ou controle sem injeção de óleo. O óleo limpo utilizado nas injeções é de elevado desempenho para uso em motores a gasolina e a álcool e aos adaptados para o uso de gás natural, as características expressas em valores modais para o Grau SAE 20W/50 são: densidade a 20/4 ºC de , ponto de fulgor (VA) de 240 ºC, ponto de fluidez de 27 ºC e cinzas sulfatadas de 1 (% peso). RESULTADOS PRIMEIRA ETAPA Após a fase de partida dos reatores, analisamos os parâmetros listados na tabela 4, esses resultados médios do monitoramento aparentemente estão longe dos valores médios encontrados na literatura, mg/l, mgO 2 /L de SST e DQO respectivamente (ARAÚJO,1996, BOF,1999 e VERONEZ, 2001 ). A particularidade dessa pesquisa está na forma de captação do esgoto bruto, pois é coletado através de bomba submersível localizada no fundo da elevatória (ETE-UFES), onde o teor de sólidos é elevado como mostrado na tabela 4 e figura 1, o afluente aos reatores é o esgoto bruto (EB). Por esse motivo a eficiência média de remoção foi alta, indicando a estabilidade da remoção de matéria orgânica pelos reatores. A primeira etapa teve duração de 129 dias, após a inoculação. RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA Tabela 4 : Desempenho dos reatores com relação aos principais parâmetros de monitoramento: Sólidos Suspensos Totais - SST (mg/l), Demanda Química de Oxigênio (mgo 2 /L) e Demanda Química de Oxigênio Filtrada (mgo 2 /L) Parâmetro Média Máximo Mínimo Desv. Padrão N Eficiência Média de Remoção (%) EB SST (mg/l) R R R EB DQO (mgo 2 /l) R R DQO filtrada (mg O 2 /l) R EB R R R DQO (mgo2/l) R1 R2 R3 ESGOTO BRUTO Dias de Monitoramento DQO filtrada, (mgo2/l) R1 R2 R3 ESGOTO BRUTO Dias de Monitoramento A B C SST (mg/l) EB R1 R2 R3 Dias de Monitoramento Figura 1 - A : DQO (mgo2/l), B: DQO filtrada (mgo2/l) e C: SST (mg/l) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Os valores médios da alcalinidade total desta fase são 210,16, 224,04, 232,83 e 234,55 (mg CaCO 3 ) para esgoto bruto, R1, R2 e R3 respectivamente e não demonstraram diferenças significativas entre os três reatores. CARGAS TÓXICAS Os resultados das etapas subsequentes do experimento, são apresentados na tabela 5. Tabela 5 : Desempenho dos reatores com relação as eficiências médias dos seguintes parâmetros: Sólidos Suspensos Totais - SST (mg/l), Demanda Química de Oxigênio - DQO (mgo 2 /L) e Demanda Química de Oxigênio da amostra Filtrada - DQOfiltrada (mgo 2 /L) Parâmetro Reatores 1 ª Etapa 2 ª Etapa 3 ª Etapa 4 ª Etapa 5 ª Etapa 6 ª Etapa 7 ª Etapa SS (mg/l) DQO (mgo2/l) DQO filtrada (mg O2/L) R R R R R R R R R Em relação ao parâmetro óleos e graxas do efluente, os valores são mostrados na tabela 6 e visualizados na figura 2. Tabela 6 : Valores de Óleos e Graxas, OG (mg/l) do Esgoto Bruto e dos Efluentes dos Reatores R1, R2 e R3 nas cinco etapas experimentais Etapas Média Máximo Mínimo Desv. Padrão N EB 113, ,00 15,13 158, ª R1 42,72 107,16 14,300 26,47 14 R2 29,90 59,50 8,30 15,72 14 R3 45,46 162,6 10,60 44,4 16 EB 80,25 81,5 79,00 1, ª R1 27,50 32,0 23,00 6,36 2 R2 36,87 41,75 32,00 6,00 2 R3 43,5 50,75 36,25 10,25 2 EB 93,04 189,5 26,00 68, ª R1 59,25 156,0 1,00 67,56 4 R2 41,45 61,5 13,00 25,67 4 R3 50,35 44,,00 63,75 9,20 4 EB 156,77 306,66 64,66 95, ª R1 65,00 126,60 46,60 47,97 6 R2 47,72 76,66 18,00 23,37 6 R3 45,66 78,66 11,66 27,74 6 EB 27,86 771,33 93,30 284, ª R1 73,73 118,60 15,00 46,38 5 R2 121,6 22,22 60,3 61,19 5 R3 88,26 128,66 33,33 44,44 5 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Por motivos operacionais, os dados finais da 6 ª etapa ainda estão sendo processados para o parâmetro óleos e graxas. OBSERVAÇÕES SOBRE A OPERAÇÃO DO PROCESSO Verificou-se para os dois reatores, que após a terceira injeção de óleo, este passava pelo leito e ficava no topo dos reatores (R2 e R3). Na etapa de descarte do efluente tratado, tomou-se o cuidado de acompanhar através de inspeção visual o aumento de sólidos nas proximidades da manta o que ocasionou a escolha da modificação do volume de descarte sempre deixando aproximadamente um volume de seis litros acima da manta, e após a injeção do óleo esse volume preservava o filme de óleo formado no do topo dos reatores. CONCLUSÕES O experimento ainda está em andamento, para o fechamento da parte experimental faltam duas injeções de óleo, com concentrações a ser determinada. Os resultados obtidos até a sétima etapa para os parâmetros de rotina de monitoramento, não indicaram a presença de uma substância tóxica na estação de tratamento de esgoto, mas com relação ao parâmetro óleos e graxas, o efluente estaria comprometido desde antes da injeção de óleo, ou seja, impróprio para o lançamento direto no corpo receptor, pois o limite imposto pela legislação é menor que 20 mg/l (CONAMA, 1986). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BOF, Vancleide Soeiro: Desempenho da Associação em Série de um Reator UASB e um Biofiltro Aerado Submerso Tratando Esgoto Sanitário sob Condições Dinâmicas de Cargas e Retorno do Lodo Aeróbio para o UASB. Dissertação de mestrado PMEA/UFES, CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n º 20 de 18 de junho de Publicado no D.O.U. de 30/07/ CYBIS, L. F., PICKBRENNER, K. Uso de Reator Sequencial em Batelada para Pós Tratamento de Efluentes de Tratamento Anaeróbio. Pós tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbio. Belo Horizonte MG. Volume 1: Coletânea de Trabalhos Técnicos, p , GUIMARÃES, R. C. L. et al. Distribuição de Contaminantes de Petróleo nas Bacias Brasileiras. In: Rio Oil & Gas Expo and Conference [CD - ROM], Riocentro RJ, PESSOA, C. A., JORDÃO, E. P. - Tratamento de Esgotos Domésticos. Volume 1, 2 ª edição, Rio de Janeiro-RJ, VAN HAANDEL, A.C. et al. Efeito Da Proporção Área/ Profundidade Sobre o Desempenho de um Reator UASB. In: 21 º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental [CD - ROM], Rio de Janeiro RJ, VERONEZ, A. F. Desempenho de um Reator UASB Tratando Esgoto Sanitário e Realizando Concomitantemente o Adensamento e a Digestão do Lodo de Descarte de Biofiltros Aerados Submersos. Dissertação de mestrado PPGEA/UFES, VON SPERLING, M. - Princípio do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Belo Horizonte MG: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais. Volume 2: Princípios Básicos do Tratamento de Esgotos, 211p, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6