II DESEMPENHO DO REATOR UASB DA ETE LAGES APARECIDA DE GOIÂNIA EM SUA FASE INICIAL DE OPERAÇÃO

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1 II DESEMPENHO DO REATOR UASB DA ETE LAGES APARECIDA DE GOIÂNIA EM SUA FASE INICIAL DE OPERAÇÃO Walter Luiz da P. B. Vieira (1) Engenheiro Civil pela Universidade Católica de Goiás. Especialista em Tratamento e Disposição Final de Resíduos Sólidos e Líquidos pela Universidade Federal de Goiás. Inspetor de Obras Públicas do Tribunal de Contas do Estado de Goiás. Eraldo Henriques de Carvalho (2) Engenheiro Civil. Doutor em Engenharia Civil na área de Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC/USP). Professor Adjunto da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás (EEC/UFG). Coordenador do Curso de Pós-graduação Lato Sensu em Tratamento e Disposição Final de Resíduos Sólidos e Líquidos. Luiza Cintra Campos (3) Engenheira Civil. PhD em Engenharia Ambiental pelo Imperial College of Science, Technology and Medicine da Universidade de Londres. Mestra em Engenharia Civil (Hidráulica e Saneamento) pela Escola de Engenharia Civil de São Carlos da Universidade de São Paulo. Professora Adjunta da Escola de Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás (EEC/UFG). Coordenadora do Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia do Meio Ambiente da UFG. Endereço (1) : Rua 8, nº 673, Apt. 502, Setor Oeste, Goiânia GO. Fone: , (Fone/ Fax): thim@brturbo.com Endereço (2) : Av. T-15, n Apto. 904 Setor Bueno, CEP: Fone: (62) Fax: (62) carvalho@eec.ufg.br Endereço (3) : Rua 1024 N.76 Apt.204 Setor Pedro Ludovico, CEP Goiânia-Goiás. Tel Fax lcintra@eec.ufg.br RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho do reator UASB da ETE Lages de Aparecida de Goiânia- GO durante sua fase inicial de operação, contribuindo para o conhecimento técnico da operação do sistema através da apresentação e análise de dados operacionais. Para caracterizar o desempenho do reator, observouse: Acumulação da Biomassa no Sistema, Temperatura, ph, Concentração de material orgânico (DBO e DQO), Concentração de Sólidos Sedimentáveis e em Suspensão, Sólidos Totais Voláteis e Fixos, Sólidos Totais, Alcalinidade Total, Acidez Volátil. Com o intuito de obter e analisar a correlação entre os parâmetros físico-químicos das amostras do afluente e do efluente ao reator UASB, esta pesquisa analisou estatisticamente suas amostras, através de ferramentas de análises do Microsoft Excel. O afluente da ETE Lages apresentou durante todo o período da pesquisa, desde o início de sua operação em 28/05/02 até o momento final deste trabalho, 05/01/03, indícios de uma antecipada depuração, (cor escura/ forte odor) possivelmente devido as baixas vazões mínima, média e máxima: 2,10, 6,00 e 9,00 L/s, respectivamente (vazões consideradas baixas em relação à vazão média de projeto de 50 L/s prevista para a 1ª etapa de operação). Durante o período da pesquisa 28/05/02 a 05/01/03, o desempenho do reator UASB não apresentou nenhuma anormalidade e obteve desempenho satisfatório do reator UASB com Tempo de Detenção Hidráulico Médio de 46 horas. A estabilização da matéria orgânica no reator iniciou-se a partir da 17ª semana, estabelecendo uma boa eficiência e praticamente constante de redução da DBO e DQO. Dos resultados desta experiência, a eficiência de remoção dos constituintes orgânicos foi considerada satisfatória, comparando com os dados da bibliografia revisada que foram amplos e substanciais, porém a eficiência de projeto até então, não foi alcançada (78%). PALAVRAS-CHAVE: Reator UASB, Desempenho, Fase Inicial de Operação. INTRODUÇÃO O emprego de reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket ou Reator Anaeróbio de Manta de Lodo), está deixando de ser utilizado apenas no tratamento de águas residuárias de concentrações média ou alta, e vem ganhando aplicabilidade no tratamento de esgotos sanitários em regiões onde a temperatura da água se mantém geralmente acima de 20 C (Chernicharo, 1997). O esgoto sanitário difere da maioria das águas ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 residuárias por conter as populações bacterianas necessárias para a digestão anaeróbia podendo neste caso específico, a partida ser realizada sem a necessidade de inoculação. O período de partida, nesses casos, pode ser relativamente curto, variando de 12 a 20 semanas. A duração do período de partida é definida, como sendo o tempo necessário para a obtenção de uma qualidade essencialmente constante do efluente e massa de lodo invariável com o tempo, em termos quantitativo e qualitativo (van Haandel e Lettinga, 1994). A partida dos reatores UASB é considerada, portanto, uma fase delicada que inibe a aplicação desta tecnologia. Dos 80 sistemas de tratamento de esgotos implantados e ainda em implantação no Estado de Goiás, 25 unidades (31,25%) são do tipo UASB. Destas 25 unidades três estavam em fase inicial de operação no ano de 2002, possibilitando a realização deste trabalho visando a avaliação do início da operação de um reator UASB, desde sua partida, até à acumulação de sólidos biológicos no reator. O sistema de tratamento escolhido foi a ETE Lages localizada no município de Aparecida de Goiânia-GO. No caso específico da ETE Lages, optou-se pela busca da formação da manta de lodo no interior do reator ao invés de fazer uso de lodo oriundo de fossas sépticas, o qual poderia ter substâncias impróprias ao reator e não adaptadas às características do afluente da ETE Lages. Isto levou a necessidade de se conhecer as características próprias do afluente ao qual dará origem à manta de lodo no interior do reator que muito provavelmente servirá de inoculo aos demais reatores provenientes de futuras expansões e construções no Estado de Goiás. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho do reator UASB da ETE Lages durante sua fase inicial de operação, contribuindo para o conhecimento técnico da operação do sistema através da apresentação e análise de dados operacionais. MATERIAIS E MÉTODOS A ETE Lages consiste de dois reatores UASB em paralelo seguidos de um sistema em paralelo com duas lagoas de maturação em série. A implantação do sistema foi prevista para ser em duas etapas, sendo a vazão média de projeto da ETE de 50 L/s. Cada reator tem capacidade para 25 L/s e uma profundidade de 4,5 m. A operação do primeiro reator implantado iniciou-se em 16/04/2002, sem adição de inóculo e com vazão média de 5,23 L/s. A metodologia utilizada para avaliar o desempenho do reator consistiu de: (a) análise dos parâmetros físicoquímicos do afluente e efluente ao reator; e (b) análise visual das características físicas do lodo. Os parâmetros físico-químicos analisados foram: acumulação da biomassa no reator, temperatura, ph, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos sedimentáveis (SP), sólidos suspensos (SS), sólidos totais (ST), sólidos totais voláteis (STV), sólidos totais fixos (STF), alcalinidade total e ácidos voláteis. Os métodos utilizados para a determinação dos parâmetros físico-químicos seguiram as recomendações da APHA et al. (1995). As amostras foram coletadas no afluente e efluente do reator em intervalos semanais irregulares durante o período investigado (16/04/02 a 05/01/03) em horários que variaram das 7:00 às 18:00 horas. Ao total foram analisadas 16 coletas. A coleta do lodo foi realizada em um dos seis pontos fixos de amostragem do reator R1 (Figura 1), ponto nº 4, com registros a 0,50 m, 1,00 m e 1,50 m de profundidade (Foto 1). A análise consistiu em drenar o lodo, fazer a coleta em um recipiente, observar suas características físicas (quanto à granulação/ floculação) em um cone Imhoff de ml simulando o ensaio de acumulação da biomassa no reator. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 1: Pontos de amostragem do lodo nos reatores RI e RII ETE Lages. Foto 1:Registros de amostragem do lodo RESULTADOS E DISCUSSÃO A baixa vazão média aplicada ao sistema (Qmédio= 6,0 L/s), proporcionou um tempo de detenção muito alto no reator (TDHmédio= 46 horas), comparado com o de projeto (7,0 horas). O Quadro 1 mostra os valores médios dos parâmetros físico-químicos do afluente e do efluente ao reator durante o período investigado, 16/04/2002 a 05/01/2003. A eficiência de remoção foi analisada estatisticamente com a ferramenta de análise Teste-t e foi considerada significante para valores de P 0,05. Constatou-se que a eficiência do reator UASB da ETE Lages foi satisfatória para a remoção de DBO, DQO, SS, ST e STV. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Quadro 1: Teste-t com valores médios do afluente e do efluente ao reator ETE Lages. Parâmetro Valor Médio Teste-t Afluente Efluente ph 7,07 7,11 P = 0,349 DQO 397,50 187,13 P < 0,05 DBO 136,20 59,04 P < 0,05 SP 2,15 0,09 P < 0,05 SS 200,80 70,20 P < 0,05 ST 576,81 426,60 P < 0,05 STV 319,00 192,00 P < 0,05 STF 257,81 234,60 P = 0,095 Acidez Volátil 55,27 48,67 P = 0,305 Alcalinidade Total 271,87 309,47 P = 0,144 P 0,05: significativo P > 0,05: não significativo A relação entre os diversos parâmetros foi determinada através do coeficiente de correlação (R), o qual foi considerado muito significante para valores de P 0,01, significante para 0,01< P 0,1 e não significante para 0,1 < P 0,5. Observou-se que a DQO decrescia significativamente com o tempo de operação (P < 0,01), demonstrando uma boa eficiência do reator (Figura 2). Como já era de se esperar, a DBO do afluente ao reator teve uma relação positiva muito significativa (P < 0,01), com os ST e STF (Figura 3). Observa-se que a medida que a concentração de sólidos aumentava, o valor da DBO aumentava proporcionalmente. Valores DQO 350,0 300,0 250,0 200,0 150,0 r = 0,73 100,0 P < 0,01 50,0 0, Semanas decorridas Figura 2: Correlação do Tempo decorrido com DQO do efluente da ETE Lages Valores STF 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 r = 0,67 P < 0,01 0,0 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 Valores da DBO Figura 3: Correlação DBO com STF Afluente ETE Lages ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 O ph do efluente ao reator manteve-se na faixa entre 6,80 e 7,60, cujo intervalo está de acordo com LETTINGA et al. (1996), citado por CHERNICHARO (1997). Na Figura 4, é mostrada o percentual de remoção de DBO e DQO no período 28/05/02 a 05/01/03. Observa-se que a eficiência de remoção da DBO inicialmente (8ª semana) foi baixa (34%). No período entre a 8ª e 10ª semanas houve um declínio da eficiência para 2,40% e após este período o desempenho do reator melhorou satisfatoriamente, alcançando eficiência de 73,05% (17ª semana). Observou-se que, após este período, a eficiência de remoção da DBO manteve-se numa faixa satisfatória apresentando remoção média de 65% até a 38ª semana quando o período de investigação terminou (05/01/03). Porém, o valor previsto em projeto para a remoção de DBO para esta primeira etapa de 78,0 % não havia ainda sido alcançado. No período que antecedeu a 10ª semana, observou-se na DQO, uma eficiência de remoção negativa (- 101,97%), sugerindo um aumento de matéria orgânica no reator (Figura 4). Semelhantemente a DBO, a eficiência de remoção de DQO na 17ª semana se manteve acima de 70%. Na 29ª semana o desempenho do reator apresentou um valor negativo (-144,44%) indicando um acréscimo de matéria orgânica. Interessantemente, neste período a concentração da DQO do afluente apresentou níveis baixíssimos em torno de 63 mg/l. Isto pode ter sido devido a erros de amostragem ou de análise. Ressalta-se, porém, que neste período a ETE Lajes recebia neste período lodo de limpa fossa de aproximadamente uns 10 caminhões por dia. DBO DQO Remoção da DBO/ DQO 150,00 100,00 50,00 0,00-50,00-100,00-150,00 23,33 34,00 25,48-101,97 27,16 2,40 16,67 73,05 44,44 43,09 46,01 55,58 64,81 74,52 65,33 64,64 53,92 60,40 60,00 70,91 84,52 75,00 63,33 67,52 70,45 68,75-144,44 70,88 59,17 76,10 52,67 51,89-200, Semanas decorridas Figura 4 Percentual de remoção de DBO e DQO no período 28/05/02 a 05/01/03 No período compreendido entre a 32ª semana e a 38ª semana (Figura 4) observou-se um suave declive da eficiência de remoção da DQO de 74,45% para 52,67%. Porém semelhantemente a DBO a eficiência de remoção de DQO na 17ª semana atingiu indicies satisfatórios (74,52%). Ao findar o período do experimento, a DQO apresentou uma média de remoção de 65,65% (não levando em consideração o valor da 29ª semana), praticamente semelhante ao nível previsto em projeto (65,0%). Porém observa-se nas oscilações da DQO (Figura 4) que esta eficiência não se estabilizou ao findar o período investigado. A Figura 5 mostra a variação relativa da alcalinidade total afluente e efluente no reator. Observa-se que o valor médio da razão entre os dois valores foi de 0,88 %. Da razão acidez volátil / alcalinidade total, evidenciou-se na 19ª semana um valor igual a 0,91 não comum aos demais obtidos, visto que a eficiência do reator estabeleceu uma faixa constante com média de 0,14 para os demais períodos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 1,05 1,00 Razão Alc Afl / Efl (%) 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0, Semanas decorridas Figura 5 Variação da alcalinidade total no reator com o tempo A eficiência média de remoção dos SP no reator no período investigado foi de 82,60%. Valor praticamente idêntico ao reator de Pedregal (VAN HAANDEL e LETTINGA, 1994). Quanto aos SS, observou-se uma eficiência média de remoção de 64,91% a partir da 15ª semana. Esta porcentagem de remoção está de acordo com ALAERTS et al. (1990), por VILLELA (2002), os quais sugerem remoções de 56% a 79 %, para reatores UASB, no Brasil. A eficiência de remoção do ST tendeu-se a valores de 1,33% (semelhante aos STV). Com relação à manta de lodo no reator, na 19ª semana só foi possível verificar a formação de lodo no ponto de amostragem localizado a 0,50 m de profundidade, cuja característica era granular e bastante homogênea. Na 23ª semana, o lodo apresentou nos três pontos (0,50 m, 1,00 m e 1,50 m de profundidade) ser de baixa concentração e menos floculento em relação à 19ª semana, apresentando variações em suas características físicas e altimétricas. Na 38ª semana o lodo apresentava ser compacto e granular nos pontos localizados a 0,50 m e 1,00 m de profundidade, enquanto que a 1,50 m o lodo estava aparentemente pouco concentrado. Isto indica uma variação na característica física e flutuações altimétricas da manta de lodo dentro do reator. CONCLUSÕES Com base no trabalho realizado, concluiu-se que: (a) a baixa vazão média aplicada ao sistema (Qmédio= 6,0 L/s), proporcionou um tempo de detenção muito alto no reator (TDHmédio= 46 horas), conferindo uma melhor eficiência aplicada ao seu efluente; (b) no período do experimento (28/05/02 a 05/01/03), a eficiência média de remoção dos constituintes orgânicos foi considerada satisfatória (DBO = 65,17%; DQO = 65,65%; STefluente < STafluente), porém sendo 78% a eficiência de projeto, para uma vazão de 25L/s aplicada ao reator, a eficiência alcançada deveuse muito ao tempo de funcionamento do reator; (c) a manta de lodo no reator apresentou variações em suas características físicas / altimétricas não prevista em literatura. Porém em 05/01/03, na 38ª semana, observou-se que nos pontos de amostragem de lodo situados a 0,50 m e 1,00 de altura o lodo apresentava compacto e homogêneo, ou seja, granular. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA and WPCF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Eaton, A. D., Clesceli, L. S., Grenberg, A. E. (Eds), 19th Edition American Public Health Association (1995). 2. CHERNICHARO, C.A.L., Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias, Reatores Anaeróbios, Volume 5, 1ª Edição, Belo Horizonte MG, UFMG, VAN HAANDEL, A.C. e LETTINGA, G., Tratamento Anaeróbio de Esgotos Um manual para regiões de clima quente, VILLELA, L.C.H. (2002), apostila do curso de Especialização em Tratamento e Disposição Final de Resíduos Sólidos e Líquidos Sistemas Anaeróbios, Goiânia GO. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7