UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA CAMPUS VIDEIRA MESTRADO ACADÊMICO EM CIÊNCIAS E BIOTECNOLOGIA JOÃO CARLOS UNGERICHT

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1 UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA CAMPUS VIDEIRA MESTRADO ACADÊMICO EM CIÊNCIAS E BIOTECNOLOGIA JOÃO CARLOS UNGERICHT AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO DE JOAÇABA E HERVAL D OESTE E PROPOSIÇÕES PARA ATENDER A DEMANDA ESTABELECIDA NOS PLANOS MUNICIPAIS DE SANEAMENTO BÁSICO VIDEIRA SC 2016

2 UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA CAMPUS VIDEIRA MESTRADO ACADÊMICO EM CIÊNCIAS E BIOTECNOLOGIA AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO DE JOAÇABA E HERVAL D OESTE E PROPOSIÇÕES PARA ATENDER A DEMANDA ESTABELECIDA NOS PLANOS MUNICIPAIS DE SANEAMENTO BÁSICO Mestrando: João Carlos Ungericht Orientador: Prof. Dr. Dirceu Scaratti Área: Biotecnologia Ambiental Linha de Pesquisa: Caracterização e Tratamento de Água, Efluentes e Resíduos VIDEIRA SC 2016

3 Ficha Catalográfica U57a Ungericht, João Carlos Avaliação da eficiência do sistema de tratamento de esgoto sanitário de Joaçaba e Herval D Oeste e proposições para atender a demanda estabelecida nos planos municipais de saneamento básico / João Carlos Ungericht f. : figs, tabs. Orientador: Prof. Dr. Dirceu Scaratti. Dissertação (Mestrado em Ciência e Biotecnologia) Programa de Pós- Graduação Mestrado Acadêmico em Ciência e Biotecnologia, Universidade do Oeste de Santa Catarina, Campus Videira UNOESC, Tratamento de Esgoto. 2. Lagoas de Estabilização de Esgoto. 3. Plano Municipal de Saneamento Básico. I. Título. II. Autor. III Orientador. Vanessa Pereira CRB: 14/1446 CDD: 628.9

4 JOÃO CARLOS UNGERICHT AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO DE JOAÇABA E HERVAL D OESTE E PROPOSIÇÕES PARA ATENDER A DEMANDA ESTABELECIDA NOS PLANOS MUNICIPAIS DE SANEAMENTO BÁSICO Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação Mestrado Acadêmico em Ciência e Biotecnologia da Universidade do Oeste de Santa Catarina como requisito para obtenção do grau de Mestre. APROVADA EM 03/03/2016. BANCA EXAMINADORA Prof. Dr. Dirceu Scaratti Universidade do Oeste de Santa Catarina - UNOESC Prof. Dr. Jean Carlo Salomé dos Santos Menezes Universidade do Oeste de Santa Catarina - UNOESC Prof. Dr. Pablo Heleno Sezerino Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Profª. Dra. Sabrina Pinto Salamoni Universidade do Oeste de Santa Catarina - UNOESC

5 Dedico este trabalho a minha família pelo apoio incondicional durante todo o mestrado.

6 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar a Deus, pela inspiração e suporte para concretização deste sonho; A toda a minha Família pelo incentivo e apoio ao longo do desenvolvimento deste trabalho; Ao professor Dr. Dirceu Scaratti pela excelente e incansável orientação; A professora Dra. Elfride Anrain Lindner pelas contribuições na versão final da dissertação. Ao Serviço Intermunicipal de Água e Esgoto (SIMAE) de Joaçaba, Herval d Oeste e Luzerna pelas informações indispensáveis a realização deste trabalho, e em especial ao químico e diretor adjunto - Paulo César Lamin. Aos professores do mestrado que muito colaboraram para meu desenvolvimento como mestre e pesquisador; Aos amigos e amigas do SIMAE pelo apoio a realização deste trabalho.

7 Você nunca sabe que resultados virão de sua ação, mas se você não fizer nada, não existirão resultados. Mahatma Gandhi

8 RESUMO O presente estudo foi realizado no sistema de tratamento de esgoto sanitário formado por lagoas de estabilização de esgoto (LEE), operado pelo Serviço Intermunicipal de Água e Esgoto (SIMAE). O sistema de tratamento foi projetado em 1989 e atende aproximadamente habitantes das cidades de Joaçaba e Herval d Oeste, Santa Catarina. O objetivo foi de avaliar a eficiência no tratamento do esgoto sanitário coletado de Joaçaba e Herval d Oeste e propor ações para atender a demanda proposta nos Planos Municipais de Saneamento Básico para o período de 2015 a Foram realizadas análises laboratoriais de DBO, DQO, N- NH 3, N-NO - 2, N-NO - 3, P-PO 3 4, CT, E.coli, ST e SS no período de março de 2012 a setembro de Os resultados dos parâmetros de avaliação foram agrupados em dois períodos: março de 2012 a março de 2013 e setembro de 2013 a setembro de 2015 (com as intervenções de retirada do lodo e instalação do pré-tratamento e aeração). O intervalo entre os períodos (abril a agosto de 2013) foi adotado para minimizar as consequências oriundas das intervenções mecânicas realizadas no sistema. A remoção da DBO e DQO melhorou consideravelmente entre os períodos avaliados, passou de 55,1% para 85,5% na DBO e de 38,5% para 80,1% na DQO. Os demais parâmetros analisados sofreram uma redução significativa de concentração, na comparação dos períodos, exceto o N-NO - 3, CT e E. coli. As modificações realizadas com o pré-tratamento, retirada do lodo e aeração superficial, melhoraram significativamente a eficiência do tratamento no sistema de LEE do SIMAE. Com as intervenções recentes, o sistema poderá atender a demanda até o ano de meados do ano de 2020, quando a população a ser atendida com rede coletora e tratamento de esgoto deverá atingir habitantes. As proposições feitas indicam que, com pequenas alterações, este sistema poderá atender, com tratamento adequado, a habitantes, que equivalem a 84,3 % da população urbana estimada para os municípios de Joaçaba e Herval d Oeste no ano de 2027, conforme previsto no Plano Municipal de Saneamento Básico PMSB destes municípios. Palavras-chave: Eficiência. Tratamento de Esgoto. Lagoas de Estabilização de Esgoto. Plano Municipal de Saneamento Básico.

9 ABSTRACT The present research was developed in a sewage treatment system consisting of waste stabilization ponds (WSPs), operated by the Intermunicipal Water and Sewage Service (SIMAE). The treatment system was designed in 1989 and serves approximately 21,000 inhabitants of the cities of Joaçaba and Herval d'oeste, Santa Catarina. The objective was evaluate the effectiveness in the treatment of sewage collected from Joaçaba and Herval d'oeste and propose actions to meet the demand in the proposed Basic Sanitation Municipal Plans for the period Laboratory analyses were performed for ph, BOD, COD, NH 3 -N, N-NO 2, NO 3 -N, P-PO 3-4, CT, E. coli, and also for ST and SS, from March 2012 to September These parameter results were grouped into two periods: from March of 2012 to March of 2013 and from September of 2013 to September of 2015 (which included the new pretreatment processes, sludge removal and aeration of the ponds). The interval between the periods (April-August 2013) was adopted to minimize the outcomes arising from the system improvements. BOD and COD improved considerably, thus increasing from 55.1% to 85.5% for BOD and 38.5% to 80.1% in COD. Other parameters were significantly reduced from both periods, except for N-NO - 3, CT and E. coli. The modifications performed in pretreatment, sludge removal and surface aeration, significantly improved the treatment efficiency of the SIMAE WSPs system. With recent interventions, the system can meet demand until of mid- 2020s, when the population with sewage collection system and sewage treatment will reach 31,258 people, according to expected. The statements made indicate that, with minor changes, this system can meet, with proper treatment, the 57,320 inhabitants, equivalent to 84.3% of the urban population estimated for the municipalities of Joaçaba and Herval d'oeste in 2027, as provided for the Municipal Plan of Basic Sanitation MPBS of municipalities. Keywords: Efficiency. Wastewater Treatment. Waste Stabilization Ponds. Municipal Plan Basic Sanitation.

10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS BAG Saco formado por tecido geotêxtis CH 4 Gás Metano CO 2 Dióxido de Carbono, ou Gás Carbônico CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente CT Coliformes Totais DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio DBO 5 Demanda Bioquímica de Oxigênio aos 5 dias DBOt Demanda Bioquímica de Oxigênio Total DQO Demanda Química de Oxigênio DQOt Demanda Química de Oxigênio Total E.coli Escherichia coli EB Esgoto Bruto ETE Estação de Tratamento de Esgoto EUA Estados Unidos H 2 S Sulfeto de Hidrogênio, ou Gás Sulfídrico HO Herval d Oeste K T ou K b Constante de primeira ordem para remoção de coliformes fecais L/B Relação comprimento/largura LA Lagoa Anaeróbia LEE Lagoas de Estabilização de Esgoto LF Lagoa Facultativa LM Lagoa de Maturação N 2 O Oxido Nitroso NH 4 + NMP N-NH 3 N-NO 2 N-NO 3 NO O 2 OD Íon amônio Número Mais Provável Nitrogênio na forma de gás amônia Nitrogênio na forma de óxido nítrico Nitrogênio na forma de nitrato Óxido Nítrico Oxigênio Molecular Oxigênio Dissolvido

11 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS- Continuação OH - P ph PMSB PO P-PO 4 PROSAB OS RALF SIMAE SS ST TRH UASB UV Íons Hidróxidos Elemento químico fósforo Potencial Hidrogeniônico Plano Municipal de Saneamento Básico Íon fosfato Fósforo na forma de Íon Fosfato Programa de Pesquisas em Saneamento Básico Peso Seco Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado ou Expandido Serviço Intermunicipal de Água e Esgoto Sólidos Suspensos Sólidos Totais Tempo de Detenção Hidráulica Upflow Anaerobic Sludge Blanket, ou Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Radiação Ultravioleta

12 LISTA DE SÍMBOLOS C Graus Celsius ml Mililitro L Litro mg Miligramas Pt mgpt/l Elemento químico Platina Equivalente a uh - Unidade Hanzen de cor UT Unidade de Turbidez ha Hectares m² Metro quadrado hab. Habitante W Watt US$ Dólar Americano m³ Metro Cúbico d Dia s Segundo Q Vazão kg Quilograma % Porcentagem kwh Quilowatt-hora h Hora CV Cavalo Vapor cm Centímetros

13 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Foto aérea ETE localizada em Herval d'oeste Figura 2 - Foto aérea da ETE com identificação dos pontos de Coleta Figura 3 Infraestrutura do pré-tratamentoinstalado na entrada da ETEdo SIMAE em Herval d Oeste Figura 4 Sacos de tecido geotêxtil para depósito e deságue do lodo retirado da Lagoa

14 LISTA DE TABELAS Tabela 1- Parâmetros para lançamento de efluente sanitário em corpos receptores Tabela 2 - Características dos principais sistemas de lagoas Tabela 3 - Estimativa da população e meta de atendimento de Joaçaba e Herval d Oeste SC Tabela 4 - Parâmetros técnicos de projeto do sistema de lagoas do SIMAE Joaçaba, proposto e da situação real Tabela 5 Características da Lagoa 2 do SIMAE em Herval d Oeste Tabela 6 Volume acumulado de lodo com relação ao tempo Tabela 7-Dimensionamento do Sistema de Desinfecção com hipoclorito de sódio... 78

15 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - População, metas e evolução no atendimento em esgotamento sanitário para o período Gráfico 2 Eficiência na remoção de DBO nas lagoas do SIMAE de Herval d Oeste (março 2012 a setembro de 2015) Gráfico 3 Eficiência na remoção de DQO nas lagoas do SIMAE de Herval d Oeste (março 2012 a setembro de 2015) Gráfico 4 Remoção de DBO nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 5 Remoção de DQO nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 6 Remoção de sólidos totais (Mar Mar. 2013; Set Set. 2015) por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 7 Remoção de Sólidos em Suspensão nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 8 Remoção de nitrogênio amoniacal nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 9 - Remoção de nitrogênio na forma de nitrato nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 10 - Remoção de Fósforo nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 11 - Remoção de Coliformes totais nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste Gráfico 12 - Remoção de E. Coli nos períodos avaliados, por lagoa do SIMAE em Herval d Oeste... 58

16 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO PROBLEMA DE PESQUISA JUSTIFICATIVA OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA LEGISLAÇÕES DE DISPOSIÇÃO DE EFLUENTES EM CORPOS HÍDRICOS PLANO MUNICIPAL DE SANEAMENTO BÁSICO LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO DE ESGOTO Lagoas Facultativas Lagoas de Maturação METODOLOGIA SISTEMA OBJETO BASE DA PESQUISA AVALIAÇÕES DO SISTEMA DE LAGOAS DO SIMAE EM HERVAL D OESTE AMOSTRAGEM E PERIODICIDADE ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS E MICROBIOLÓGICAS REALIZADAS OS PONTOS DE COLETA NO SISTEMA DE LAGOAS DO SIMAE EM HERVAL D OESTE METAS DE AVALIAÇÃO DAS DEMANDAS ESTABELECIDAS NOS PMSB RESULTADOS E DISCUSSÃO ANÁLISE E CONSIDERAÇÕES A PARTIR DO PROJETO DE MELHORIAS JÁ IMPLANTADAS NA PLANTA ORIGINAL DA ETE MONITORAMENTO E EFICIÊNCIA DAS LAGOAS DO SIMAE EM HERVAL D OESTE PROPOSIÇÕES PARA ATENDER A DEMANDA DOS PMSB TRANSFORMAÇÃO DAS LAGOAS 1 E 2 EM LAGOAS AERADAS FACULTATIVAS Análise da capacidade máxima de tratamento com a configuração atual de 12 aeradores Capacidade máxima de tratamento com a transformação de lagoas 1 e 2 em aeradas facultativas Estimativas operacionais das proposições de adaptação das lagoas 1 e TRANSFORMAÇÃO DA LAGOA 1 EM AERADA DE MISTURA COMPLETA E A LAGOA 2 EM LAGOA DE SEDIMENTAÇÃO Verificação e dimensionamento da Lagoa Verificação e dimensionamento da Lagoa 2 Lagoa de Decantação... 75

17 5.3 DESINFECÇÃO CONCLUSÃO E RECOMENDAÇÕES REFERÊNCIAS... 81

18 17 1 INTRODUÇÃO Os sistemas de lagoas de estabilização constituem-se na forma mais simples para tratamento de esgotos, apresentando diversas variantes com diferentes níveis de simplicidade operacional e requisitos de área (VON SPERLING, 1996). A matéria orgânica é estabilizada principalmente pela ação das bactérias, embora alguns fungos e protozoários também participem do processo. As bactérias, sob condições anaeróbias, produzem ácidos orgânicos, e sob condições aeróbias CO2 e água (JORDÃO &PESSOA, 2005). Segundo Von Sperling (1996), as lagoas facultativas são a variante mais simples de lagoas de estabilização e nelas a demanda bioquímica de oxigênio (DBO), solúvel e finamente particulada, é estabilizada aerobiamente por bactérias dispersas no meio líquido, ao passo que a DBO suspensa tende a sedimentar, sendo estabilizada anaerobiamente por bactérias no fundo da lagoa. O oxigênio requerido pelas bactérias aeróbias é fornecido pelas algas, através da fotossíntese. O Brasil detém 11,6% da água doce superficial do planeta (Medeiros, 2005), porém, as grandes metrópoles, já estão sofrendo com o desabastecimento provocado pela crise hídrica e pela poluição das águas, devido à falta de tratamento dos efluentes principalmente os industriais e domésticos. Para que os mananciais voltem a oferecer água com qualidade, no ambiente em que estão inseridos, é essencial que busquem alternativas eficientes e de baixo custo para tratar adequadamente efluentes das mais diversas origens. A partir de publicações, estudos e investigações correlatas ao tema proposto para esta pesquisa, identificou-se que dentre as opções existentes para o tratamento de efluentes, as lagoas de estabilização de esgotos (LEE) são uma opção atrativa por apresentar baixo custo de implantação, operação e monitoramento. Entretanto, a sua eficiência está diretamente ligada às condições climáticas, as quais influenciam diretamente na reprodução de bactérias heterotróficas, algas e cianobactérias (principais responsáveis pela síntese da matéria orgânica). Além disso, interferem diretamente, as cargas lançadas no sistema, os requisitos de projeto e construção das LEE e os procedimentos operacionais de manutenção e operação. Responsáveis pelo tratamento dos efluentes, as lagoas de estabilização devem cumprir dois objetivos principais: remoção da matéria orgânica e, eliminação de organismos patogênicos. Em sua forma mais simples, possibilitam uma combinação de vários sistemas como: lagoas facultativas, lagoas anaeróbias seguidas por facultativas, lagoas aeradas facultativas ou aeradas de mistura completa seguidas por lagoas de decantação. As lagoas de

19 18 maturação também podem estar presentes em qualquer sistema com o objetivo de remover organismos patogênicos. A estação de tratamento de esgoto (ETE) proposto para o estudo foi projetado há mais de 25 anos e, apesar de ter sido planejada para atender uma população de habitantes, suas dimensões não atendem aos padrões de tratamento por LEE, instaladas em região subtropical, onde as estações do ano são bem distintas e as temperaturas mínimas atingem valores negativos. Outro fator importante são os investimentos realizados pelo SIMAE Serviço Intermunicipal de Água e Esgoto, autarquia responsável pelos serviços de abastecimento de água e esgotamento sanitário, nos últimos 05 anos (2011 a 2015), elevando os níveis de atendimento com rede coletora de esgoto, à população urbana de Joaçaba e Herval d Oeste de 25% para 50% (SIMAE, 2015). Devido à perda de eficiência evidenciada nas LEE a partir do ano de 2012, provocada principalmente pelo aumento da demanda de esgoto sanitário recebido no sistema, deu-se início no final de 2012 a implantação de diversas melhorias no sistema de LEE de Herval d Oeste, cujo objetivo é manter os níveis adequados de eficiência legais e principalmente, atender ao aumento da demanda. Entre elas destacam-se, (i) a instalação de um pré-tratamento na entrada do sistema, para remoção de sólidos e areia, (ii) a remoção do lodo do fundo da primeira lagoa, pois o volume acumulado no decorrer dos anos era elevado, e (iii) instalação de aeradores para reduzir o odor das lagoas e aumentar sua eficiência. O estudo proposto nesta pesquisa contribuirá para verificar a eficácia das ações em implantação e servirá de base para proposições de melhoria, visando atender a população urbana dos municípios de Joaçaba e Herval d Oeste, conforme previsto nos Planos Municípios de Saneamento Básico para período de 2010 a Além da introdução, este documento contém mais quatro capítulos. O Capítulo 2 apresenta a fundamentação teórica, focada nos aspectos legais pertinentes e tecnologias de tratamento de esgoto com ênfase nas lagoas de estabilização, especialmente as lagoas facultativas e de maturação. O Capítulo 3 ilustra detalhadamente o objeto de estudo e os procedimentos metodológicos adotados. O Capítulo 4 apresenta os resultados e as discussões acerca aumento da demanda ocorrida em razão da expansão da rede coletora; também é apresentado uma análise do projeto original da ETE e comentários sobre as melhorias realizadas pelo SIMAE nos últimos anos e por fim são apresentados os resultados do monitoramento de diversos parâmetros físicos químicos e biológicos. O Capítulo 5 descreve as conclusões da pesquisa e as recomendações para a aplicação das proposições sugeridas

20 19 visando manter a eficiência do sistema e o atendimento das demandas de produção e coleta de esgoto sanitário. 1.1 PROBLEMA DE PESQUISA As lagoas de estabilização de esgoto do SIMAE, construídas no município de Herval d Oeste, com objetivo de atender a população da área urbana daquele município e, também, da cidade vizinha Joaçaba, entraram em operação no ano de Os primeiros 20 anos de operação foram normais, as lagoas operavam com carga muito abaixo da projetada, não inibindo, inclusive, empreendimentos imobiliários nas áreas próximas a ETE. A partir do ano de 2011 o SIMAE priorizou esforços para ampliação da rede coletora e simultaneamente, com apoio da Vigilância Sanitária e do Ministério Público, realizou uma campanha para que a população, com rede pública de coleta de esgoto em frente a seu imóvel, efetiva-se a ligação do esgoto gerado no imóvel à rede coletora, deixando de poluir o meio ambiente. Estas ações aumentaram a vazão e, também, a carga afluente a ETE, fazendo com que a lagoas passassem a exalar um odor desagradável, muito além do odor característico de lagoas anaeróbias. Estas mudanças nas características de operação das LEE do SIMAE causaram desconforto aos moradores das imediações da ETE, que passaram a reclamar do odor e exigir uma solução por parte do SIMAE. Buscando a redução dos maus odores exalados pelas lagoas anaeróbias, o SIMAE avaliou as características da ETE. Com apoio dos resultados do monitoramento das LEE, alinhou-as as tecnologias existentes com vistas a prover as soluções necessárias ao bom funcionamento e atendimento ao aumento das demandas propostas nos Planos Municipais de Saneamento, dos municípios de Joaçaba e Herval d Oeste para o período de Entre as adequações mais urgentes necessárias, destacam-se a instalação de um pré-tratamento e a retirada do lodo do fundo da lagoa anaeróbia. Após as adequações, foram feitos os devidos monitoramentos para verificar a eficácia destas ou se havia necessidade de redefinição das ações. Haja vista as interferências na lagoa anaeróbia, devido a dragagem, optou-se em dar uma descontinuidade no monitoramento, no período de abril a agosto de 2013, para que as modificações refletissem os efeitos desejados e o sistema voltasse a estabilização, após este período o monitoramento seguiu conforme planejado.

21 População Residente Meta e Índice de Atendimento JUSTIFICATIVA Conjuntamente com a construção do pré-tratamento e a retirada do lodo, houve um aumento de aproximadamente 25% no volume de esgoto coletado, e com isso, apesar das melhorias a ETE ainda exalava maus odores. Embora as análises demonstrassem melhoria na eficiência, foram necessárias novas intervenções. Nesta nova etapa foi proposta a instalação de aeradores nas lagoas anaeróbia, transformando-as em facultativas aeradas mecanicamente, visando à redução do ácido sulfídrico (H 2 S) responsável pelo odor desagradável exalado pelas lagoas. Entretanto, a partir das metas estabelecidas e pactuadas nos Planos Municipais de Saneamento Básico (PMSB), e sua efetiva execução, são inevitáveis novas intervenções com vistas ao atendimento das respectivas metas, conforme pode ser visualizado, resumidamente no gráfico 01, projeção da população residente nos municípios de Joaçaba e Herval d Oeste SC, para os próximos anos e a meta progressiva para aumento do índice de atendimento de esgoto sanitário, visando à universalização do serviço, conforme preconiza a Lei /2007. Gráfico 1 - População, metas e evolução no atendimento em esgotamento sanitário para o período % ,5% 37,3% 50,5% 53,2% 42,3% 32% 33% 40% 41% 45% 45% 49% 49% 36% 37% 93% 90% 84% 81% 73% 76% 67% 64% 55% 58% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 7500 População Residente Meta (%) Atendimento (%) 10% 0 0% Fonte: Adaptado pelo autor - Plano Municipal de Saneamento Básico de Joaçaba e Herval d Oeste SC (2010)

22 21 O gráfico indica a necessidade da pesquisa, pois é notório o crescimento do índice de atendimento previsto nas metas dos PMSB dos municípios de Joaçaba e Herval d Oeste SC e, se nada for feito, é considerado certa a perda de eficiência, estagnação e possível colapso do sistema de tratamento atualmente instalado. Portanto, esta pesquisa colaborará na avaliação da eficiência do sistema e indicação de alternativas para melhorar o tratamento do esgoto gerado pelas duas cidades, atendendo as metas crescentes do índice de atendimento previstas no PMSB e a legislação pertinente. 1.3 OBJETIVOS Objetivo Geral O presente estudo tem como objetivo geral Avaliar a eficiência no tratamento do esgoto sanitário coletado de Joaçaba e Herval d Oeste visando propor ações para atender a demanda estabelecida nos Planos Municipais de Saneamento Básico para o período de 2015 a Objetivos Específicos Avaliar através de análises laboratoriais a eficiência das LEE e do sistema de tratamento; Avaliar a eficiência das LEE e do sistema de tratamento; Avaliar, os resultados das analise laboratoriais, anterior e pós-etapas de instalação do pré-tratamento, retirada do lodo e aeração superficial no sistema; Analisar as condições atuais de funcionamento do sistema e traçar um cenário futuro de acordo com as metas do PMSB; Propor ações de melhorias no sistema visando atender as demandas para o período

23 22 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capitulo descreve-se a legislação federal e estadual vigentes e pertinentes, bem como as formas de tratamento de esgoto, envolvidas na pesquisa. 2.1 LEGISLAÇÕES DE DISPOSIÇÃO DE EFLUENTES EM CORPOS HÍDRICOS A legislação pertinente à disposição de efluentes em corpos hídricos receptores é de esfera Federal e Estadual, resguardadas as particularidades. Em Santa Catarina, a Lei nº , de 13 de abril de 2009, Institui o Código Estadual do Meio Ambiente de Santa Catarina e estabelece outras providências. Esta Lei, ressalvada a competência da União e dos Municípios, estabelece normas aplicáveis ao Estado de Santa Catarina, visando à proteção e à melhoria da qualidade ambiental no seu território (SANTA CATARINA, Lei n /09). Em esfera Federal, a Resolução nº 357, de 17 de março de 2005, dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências; e a Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011, dispõe sobre as condições e padrão de lançamento de efluentes complementa e altera a Resolução n o 357, de 17 de março de 2005, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA).Esta Resolução dispõe sobre condições, parâmetros, padrões e diretrizes para gestão do lançamento de efluentes em corpos de água receptores, alterando parcialmente e complementando a Resolução nº 357, de 17 de março de 2005 (CONAMA n 430/11). O efluente não poderá ser lançado em corpo receptor se as condições e padrões de qualidade do mesmo, não estiverem de acordo às leis e decretos estabelecidos por órgãos fiscalizadores. A tabela 1 apresenta os valores máximos de concentração para os parâmetros de ph, Temperatura, Materiais Sedimentares, Cor, Turbidez, DBO, Oxigênio Dissolvido e Fósforo de acordo com o estabelecido na Legislação do estado de Santa Catarina (Lei n /2009) e, para os demais parâmetros pelo CONAMA 357/2005 e 430/2011.

24 23 Tabela 1- Parâmetros para lançamento de efluente sanitário em corpos receptores PARÂMETRO FONTE VALORES LIMITES OBSERVAÇÃO ph (1) 6 a 9 - Sendo a variação de temperatura do corpo Temperatura (3) Inferior a 40 C receptor não deverá exceder a 3 C na zona de mistura. Materiais Flutuantes Materiais Sedimentáveis (1) Ausência - (3) Até 1,0 ml/l Em teste de 1 hora em cone imhoff. Para o lançamento em lagoas, cuja velocidade de circulação seja praticamente nula, os materiais sedimentáveis deverão estar virtualmente ausentes. Sólidos Dissolvidos Totais (2) 500 mg/l Para Lançamento em Rio Classe 2 Sólidos em Suspensão (3) Eficiência mínima de remoção de 20% - Cor verdadeira (2) Até 75 mg Pt/L Para Lançamento em Rio Classe 2 Turbidez (2) Até 100 UT Para Lançamento em Rio Classe 2 DBO 5 dias a 20 C (1) Máximo de 60 mg/l ou 80% de remoção OD (2) Mínimo de 5 mg/l de O2 Fósforo total (1) Máximo de 4 mg/l Nitrogênio Amoniacal Total (3) 20,0 mg/l de N - - Em qualquer amostra. Para lançamento em Rio Classe 2 Exceção, quando o sistema de tratamento operar com uma eficiência mínima de 75% (setenta e cinco por cento) na remoção de fósforo e o efluente lançado não altere as características dos corpo receptor. Fonte: Adaptado de (1) Lei Estadual , 2009; (2) CONAMA n 357, 2005 e (3) CONAMA 430, PLANO MUNICIPAL DE SANEAMENTO BÁSICO O PMSB Plano Municipal de Saneamento básico, é um requisito obrigatório para o titular dos serviços, estabelecido na Lei /2007. O Capitulo IV DO PLANEJAMENTO, e mais especificamente o Art. 19, traz todos os elementos que devem fazer parte do PMSB, que passamos a transcrever abaixo: Art. 19. A prestação de serviços públicos de saneamento básico observará plano, que poderá ser específico para cada serviço, o qual abrangerá, no mínimo: I - diagnóstico da situação e de seus impactos nas condições de vida, utilizando sistema de indicadores sanitários, epidemiológicos, ambientais e socioeconômicos e apontando as causas das deficiências detectadas;

25 24 II - objetivos e metas de curto, médio e longo prazos para a universalização, admitidas soluções graduais e progressivas, observando a compatibilidade com os demais planos setoriais; III - programas, projetos e ações necessárias para atingir os objetivos e as metas, de modo compatível com os respectivos planos plurianuais e com outros planos governamentais correlatos, identificando possíveis fontes de financiamento; IV - ações para emergências e contingências; V - mecanismos e procedimentos para a avaliação sistemática da eficiência e eficácia das ações programadas. 1 Os planos de saneamento básico serão editados pelos titulares, podendo ser elaborados com base em estudos fornecidos pelos prestadores de cada serviço. 2 A consolidação e compatibilização dos planos específicos de cada serviço serão efetuadas pelos respectivos titulares. 3 Os planos de saneamento básico deverão ser compatíveis com os planos das bacias hidrográficas em que estiverem inseridos. 4 Os planos de saneamento básico serão revistos periodicamente, em prazo não superior a 4 (quatro) anos, anteriormente à elaboração do Plano Plurianual. 5 Será assegurada ampla divulgação das propostas dos planos de saneamento básico e dos estudos que as fundamentem, inclusive com a realização de audiências ou consultas públicas. 6 A delegação de serviço de saneamento básico não dispensa o cumprimento pelo prestador do respectivo plano de saneamento básico em vigor à época da delegação. 7 Quando envolverem serviços regionalizados, os planos de saneamento básico devem ser editados em conformidade com o estabelecido no art. 14 desta Lei. 8º Exceto quando regional, o plano de saneamento básico deverá englobar integralmente o território do ente da Federação que o elaborou. Os dois municípios objeto deste estudo, já possuem planos municipais de saneamento elaborados de acordo com a Lei /2007, com participação da sociedade e aprovação final de lei pela câmara municipal. O Plano Municipal de Saneamento de Joaçaba foi aprovado pela Lei nº 199/2010, de 16 de dezembro de O PMSB de Herval d Oeste Lei nº 277/2011, de 25 de maio de Ao PMSB são requisitos obrigatórios para os municípios acessarem recursos públicos, especialmente federais, que são indispensáveis para realização das obras,

26 25 especialmente na área de esgotamento sanitário, que consomem grandes somas de recursos financeiros. 2.3 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO DE ESGOTO As lagoas de estabilização de esgotos foram descobertas acidentalmente em 1901 após a construção de uma lagoa de armazenamento de esgotos em San Antônio, Texas, Estados Unidos (EUA), na qual se verificou que os efluentes possuíam melhor qualidade que os afluentes (SILVA; MARA, 1979). Em 1924 na cidade de Santa Rosa, Califórnia, para evitar o custo de uma estação de tratamento de esgotos, lançou-se esgotos sobre o leito natural de pedras, imaginando-se que este funcionaria como um filtro natural. No entanto, o esgoto bruto provocou a colmatação do leito de pedra formando uma lagoa de 90cm de profundidade, sem apresentar odores desagradáveis (KELLNER; PIRES, 1998). Dessa forma, verificou-se a capacidade dos lagos artificiais no tratamento dos esgotos (BENTO, 2005). No Brasil, a primeira lagoa de estabilização foi construída em São José dos Campos, São Paulo, por volta de Desde então, muitas lagoas para o tratamento de esgotos sanitários e industriais têm sido construídas no território nacional, assim como muitas pesquisas sobre o processo de tratamento nesses sistemas têm sido desenvolvidas (BENTO, 2005). Pessoa e Jordão (1982), definem lagoas de estabilização como um sistema de tratamento biológico em que a estabilização da matéria orgânica é realizada pela oxidação bacteriológica (oxidação aeróbia ou fermentação anaeróbia) e/ou redução fotossintética das algas. Von Sperling (1996), inclui as lagoas aeradas mecanicamente entre as lagoas de estabilização. O princípio do tratamento nas lagoas de estabilização de esgotos (LEEs) baseiase na capacidade de reciclagem dos elementos em um corpo d água lêntico natural. Sendo assim, as pesquisas almejam o entendimento dos processos de depuração e, também, a maximização dos mesmos nesses ambientes para a obtenção de parâmetros que permitam a construção e a bom desempenho dos sistemas sob condições adversas. O tratamento de esgotos nas LEEs ocorre naturalmente por meio de processos físicos, biológicos e bioquímicos regulados por fatores ambientais, especialmente a temperatura a intensidade de luz solar. As LEEs são habitadas por uma ampla diversidade de seres vivos de vários níveis da cadeia alimentar, desde bactérias até pequenos animais aquáticos (LINDEMAN, 1942).

27 26 Como em todos os sistemas biológicos de tratamento de esgotos, nas LEEs as bactérias heterotróficas são as principais responsáveis pelo processo de reciclagem dos elementos, entretanto, as foto autotróficas (algas e cianobactérias) também exerce papel fundamental. Sua principal função é a produção de oxigênio pela fotossíntese, o qual fica disponível às bactérias para a decomposição aeróbia da matéria orgânica. Outro papel suplementar desempenhado pelas algas nas lagoas é a remoção de nutrientes, tais como nitrogênio, fósforo e carbono, para satisfazer suas necessidades nutricionais (BENTO, 2005). Um efeito indireto proporcionado pelas algas às lagoas decorre do consumo de dióxido de carbono, subproduto da respiração da biota, particularmente das bactérias heterotróficas e provenientes dos bicarbonatos do próprio meio líquido, que modificam o equilíbrio carbonato- bicarbonato e, em consequência da formação dos íons hidróxidos OH -, eleva o ph do líquido, cujos valores variam entre 8 e 11 (UEHARA; VIDAL, 1989). O elevado ph das lagoas favorece a redução do número de bactérias patogênicas, a precipitação dos fosfatos de cálcio e a volatilização da amônia. As LEEs apresentam-se mais suscetíveis às condições climáticas de temperatura e luminosidade do que outros sistemas biológicos de tratamento de esgotos devido, principalmente, a necessidade de produção de oxigênio pela fotossíntese. Dessa forma, esse tipo de tratamento apresenta maior viabilidade em países de clima quente (zona tropical e subtropical). De acordo com Von Sperling (1996), as lagoas de estabilização são bastante indicadas para as condições brasileiras, devido aos seguintes aspectos: Suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades; Clima favorável (temperatura e insolação elevadas); Operação simples; Necessidade de poucos ou de nenhum equipamento. Outra importante vantagem das lagoas de estabilização em relação aos métodos convencionais de tratamento de esgotos é a baixa produção de lodo. Obviamente que para isso ocorrer há necessidade de adequada operação e manutenção das unidades, incluindo às que compõem o tratamento preliminar (BENTO, 2005). Além dos fatores acima mencionados, as LEEs em série (lagoa anaeróbia seguida por lagoa facultativa e lagoa de maturação) são os sistemas que produzem efluentes com melhores condições sanitárias, dentre os sistemas convencionais de tratamento, refletidas nas baixas densidades de coliformes fecais, normalmente inferiores a 1000NMP/100mL, ausência de nematoides intestinais e remoções superiores a 90% para vírus (MAYNARD et al., 1999).

28 27 A redução de material carbonáceo, também, é considerada suficiente para o atendimento das exigências legais previstas ao lançamento de efluentes em corpos d água. Segundo Von Sperling (1996), a remoção de DBO 5 pode atingir proporções de até 90%. Como desvantagens das LEEs podem ser citadas a necessidade de grandes áreas para implantação dos sistemas, a geração de maus odores decorrentes da liberação de gases durante a digestão anaeróbia, as elevadas concentrações de nutrientes e sólidos em suspensão nos efluentes das lagoas facultativas e de maturação (MATTHIENSEN, 2002). Existe uma imensa variedade de tipos e arranjos de LEEs, proporcionando diferentes níveis de tratamento, sendo os mais comumente citados em literatura: as lagoas anaeróbias, lagoas facultativas, lagoas de maturação e as lagoas aeradas mecanicamente. Nos últimos anos têm surgido novas concepções de lagoas, no intuito de melhorar a qualidade do efluente final, promover o reuso, reduzir a área de implantação, entre outros. Destacam-se nesse contexto, as lagoas de alta taxa, as lagoas com macrófitas, as lagoas com peixes e as lagoas com biofilme (BENTO, 2005) Lagoas Facultativas As lagoas facultativas são utilizadas no tratamento secundário dos esgotos, diferenciando-se das lagoas anaeróbias por serem menos profundas e por operarem com menores cargas orgânicas. O principal objetivo dessas unidades de tratamento corresponde à remoção da matéria orgânica dos esgotos. São denominadas facultativas por apresentarem uma camada aeróbia superficial, uma zona facultativa intermediária e uma camada anaeróbia no fundo da lagoa. Normalmente, essas lagoas apresentam grande espelho d água para o desenvolvimento de algas nas camadas mais superficiais e iluminadas, e para propiciar maior área de transferência de oxigênio com a atmosfera. O suprimento de oxigênio na camada aeróbia das lagoas facultativas é controlado pelo metabolismo foto autotrófico das algas e a reaeração através da interface ar/água. Neste tipo de lagoa, processos de oxidação bacteriana convertem o material orgânico a dióxido de carbono, amônia e fosfatos, sendo as Pseudomonas sp, Flavobacterium sp e Alcaligenessp, as principais bactérias envolvidas (KONIG, 1990). +) A presença dos nutrientes, íon amônio (NH 4 e íon fosfato (PO -2 4 ) resultantes da atividade bacteriana proporciona um ambiente adequado ao desenvolvimento das algas, as quais, através de sua atividade fotossintética produzem o oxigênio que fica disponível às

29 28 bactérias para a oxidação aeróbia da matéria orgânica (KONIG, 1990). Portanto, existe uma relação mutualística entre as algas e bactérias, embora certas espécies de algas presentes em LEEs possam também utilizar material orgânico diretamente (OSWALD et al., 1953). A influência das algas nas lagoas facultativas abrange diretamente a oxigenação da massa líquida, a modificação do ph e a assimilação de nutrientes. Indiretamente, elas contribuem para a volatilização da amônia e a precipitação dos fosfatos, proporcionando maior grau de depuração da água residuária durante o seu percurso na lagoa. A zona facultativa das lagoas facultativas corresponde a camada que apresenta variação entre presença e ausência de oxigênio dissolvido, funcionando parte do tempo em aerobiose e outra parte em anaerobiose. A proporção da coluna d água facultativa é variável de sistema para sistema dependendo das condições climáticas e operacionais. A matéria orgânica sedimentada na lagoa forma a zona anaeróbia das lagoas facultativas, dando origem ao lodo no fundo da lagoa o qual é convertido anaerobiamente a CO 2 e CH 4 (BENTO, 2005). O bom desempenho das lagoas facultativas tem sido evidenciado em vários países. A maioria dessas unidades integra sistemas contendo três ou mais lagoas, normalmente na sequência: lagoa anaeróbia para o tratamento primário, seguida de facultativa para o tratamento secundário e de maturação para o tratamento terciário. As reduções de DBO 5 nessas unidades variam de 70% a 90% (MENDONÇA et al., 1990; VON SPERLING, 1996). Bento et al. (2002), avaliaram a eficiência de um sistema de lagoas de estabilização em Florianópolis/SC durante três anos e observaram remoções de 40% da DBO 5, numa lagoa facultativa de tratamento secundário e 90% para o sistema completo (lagoa anaeróbia + lagoas facultativas + lagoa de maturação). Mara (2003), estudando lagoas facultativas únicas para o tratamento de esgoto doméstico em várias regiões do Reino Unido, obtiveram remoções de 95% a 98% da DBO 5 em lagoas operando com alto tempo de retenção (38 a 112 dias). Sendo que os maiores tempos de retenção hidráulica (TRH) foram utilizados no inverno. No oeste da África Koné et al. (2004), avaliando 19 lagoas facultativas de tratamento de esgotos domésticos durante 15 anos, verificaram uma ampla variedade de condições operacionais, com TRH variando de 4 a 25 dias e taxa de aplicação superficial de 50 a 500kgDBO 5 /ha.dia e performance com remoção de DBO 5 variando entre 38% a 65%. O tratamento de esgotos em lagoas facultativas, também, promove uma eficiente remoção de microrganismos patogênicos resultante da contribuição de diversos fatores, destacando-se a radiação solar incidente, o alto tempo de retenção hidráulico e, os altos valores de ph e as altas concentrações de oxigênio dissolvido (MAYNARD et al., 1999). Outros fatores relacionados são as toxinas liberadas por certas espécies de algas, a predação, a

30 29 inanição, a temperatura e a profundidade da lagoa. Bento et al. (2002), verificaram remoção de até 4 unidades logarítmicas para Escherichia coli em lagoas facultativas com aproximadamente 12 dias de tempo de retenção. A eficiência na remoção de nutrientes durante o tratamento de esgotos em lagoas facultativas apresenta expressiva variação sazonal, conforme destaca a literatura, sendo que em muitos sistemas os efluentes produzidos não se enquadram dentro dos parâmetros de lançamento apontados em legislação federal, a qual permite o lançamento de efluentes com até 20mg/L de nitrogênio amoniacal (CONAMA n 430/2011). No dimensionamento das lagoas facultativas, inúmeros modelos são empregados, sendo a maioria destes baseados na determinação da área superficial mínima requerida para que ocorra a degradação e/ou estabilização da matéria orgânica carbonácea, expressa em termos de DBO 5.Os modelos empíricos de dimensionamento mais utilizados atualmente surgiram por volta de 1970, os quais se baseavam na máxima taxa de aplicação superficial (GLOYNA, 1971) e/ou no tempo de retenção hidráulico (ARCEIVALA, 1973). Segundo Von Sperling (1996) a taxa de aplicação superficial varia em função das condições ambientais, entre um mínimo de 100 kgdbo 5 /ha.dia para regiões com inverno frio e baixa insolação até um máximo de 350 kgdbo 5 /ha.dia para regiões quentes com elevada insolação. O TRH relatado na literatura para efetivar o tratamento de esgotos domésticos em lagoas facultativas, possui uma faixa ampla de valores. Estudos de Arceivala (1973) apontavam para um TRH variando de 7 a 110 dias, para temperaturas variando de 25 C a 50 C. Von Sperling (1996) destaca que a faixa de TRH usualmente empregada varia de 15 a 45 dias, sendo que os menores TRH podem ser adotados em regiões em que a temperatura do líquido seja mais elevada. Além disso, o tempo de retenção requerido é função da cinética de remoção de DBO 5 e do regime hidráulico da lagoa. Contudo, as lagoas facultativas, por se tratarem de sistemas abertos, estão submetidas diretamente as variações ambientais Lagoas de Maturação As lagoas de maturação são empregadas no tratamento terciário dos esgotos possibilitando o polimento do efluente tratado em outras unidades. Usualmente, essas lagoas têm profundidade inferior ou igual a 1 metro e são construídas em série (MARA et al., 1992).

31 30 O tamanho e o número de lagoas variam conforme a qualidade do efluente tratado nas unidades precedentes e a qualidade final requerida. De acordo com Mara et al. (1992), nas lagoas de maturação ocorre menor estratificação biológica e físico-química vertical, e a oxigenação é mais homogênea ao longo do dia se comparadas com às lagoas facultativas. A função primária das lagoas de maturação é a remoção dos microrganismos patogênicos contidos nos esgotos. É evidente a superioridade dessas unidades na remoção de patógenos dos esgotos quando comparadas a outros sistemas biológicos de tratamento. No entanto, somente uma pequena fração da DBO 5 sofre redução nessas unidades, entretanto, sua contribuição pode ser significante na remoção de nitrogênio e fósforo, através de mecanismos de volatilização, precipitação e assimilação pela biomassa algal. Nelas, ocorre também, maior diversidade de algas em relação às lagoas facultativas com predomínio dos gêneros sem mobilidade. Frequentemente, essas lagoas são colonizadas por zooplâncton e peixes podendo surgir macrófitas se não houver adequada manutenção do sistema. Em regiões de clima tropical e subtropical, a lagoa de maturação promove uma desinfecção natural dos esgotos pela ação de diversos fatores, tais como a elevada temperatura, sedimentação, tempo de retenção hidráulico, insolação, ph, OD, escassez de alimento, herbivoria, competição biológica e presença de compostos tóxicos (MARA et al., 1992; VON SPERLING, 1996; KELLNER e PIRES, 1998; MAYNARD et al., 1999). Maynard et al. (1999), destacam a inexistência de evidências sobre os efeitos das toxinas produzidas e liberadas pelas algas no decaimento bacteriano em lagoas de maturação. Muitos autores sugerem que certas algas produzem substâncias que são tóxicas às bactérias, entretanto, poucos estudos têm sido conduzidos para a identificação dessas toxinas e de seus efeitos. Pratt (1940) descobriu que a alga verde Chlorella produz uma toxina extracelular que controla a velocidade de crescimento de sua população sugeriram que as cianobactérias e Chlorella secretam substâncias que são tóxicas para Escherichia coli. As interações biológicas que ocorrem na lagoa de maturação têm sido apontadas como atuantes na redução de bactérias indicadoras nessas unidades. Fernandez et al. (1992) apud Maynard et al. (1999), verificaram a importância da predação e da competição na remoção de coliformes fecais. Outros estudos evidenciam uma relação diretamente proporcional entre a densidade de rotíferos e a remoção de coliformes fecais nas lagoas de maturação, indicando que esses micros metazoários contribuem, através da predação, na remoção dessas bactérias (MILLS et al., 1992).

32 31 Segundo Mayo e Dondwe (1989) apud Maynard et al. (1999), a eliminação dos patógenos dos efluentes nas lagoas de maturação depende principalmente da exposição dos microrganismos à luz solar, sendo muito importante à profundidade da lagoa para a penetração da radiação solar na coluna d água. Segundo os mesmos autores, muitos fatores afetam a penetração de luz na lagoa e, consequentemente, a exposição dos microrganismos a radiação, destacando-se a profundidade, a concentração de algas e o regime de mistura. Curtis et al. (1992), atribuíram a inativação de coliformes fecais em lagoas terciárias à presença de substâncias húmicas em todo o volume de água provocando a adsorção da luz solar e a utilização da energia para transformar o oxigênio dissolvido em formas tóxicas, como o peróxido de hidrogênio ou, provavelmente, superóxidos e radicais hidroxila. Esse mecanismo (foto-oxidação) promove a destruição da membrana interna, responsável por manter o ph interno das bactérias entre 7,6 e 7,8 Apesar de existir um consenso geral sobre a atuação do tempo de retenção hidráulico na remoção de microrganismos patogênicos nas LEEs, este aspecto não tem sido muito abordado em literatura. Normalmente, a sobrevivência das bactérias exclusivamente do trato intestinal é reduzida quando estas estão fora do seu ambiente natural, exceto para as formas de resistência, tais como os esporos produzidos por determinadas espécies, os quais apresentam resistência prolongada sob condições adversas. Entretanto, o TRH isoladamente não é suficiente para a inativação satisfatória dos microrganismos nas lagoas, existindo a necessidade de uma ação conjunta com outros fatores. Pearson et al. (1996) reduziram a remoção de coliformes fecais quando aumentaram a profundidade de lagoas terciárias com o propósito de elevar o TRH. A literatura relata vários fatores que garantem o decaimento bacteriano em lagoas de estabilização, conforme discutido anteriormente. Pesquisas têm sido realizadas para identificar a atuação dos vários fatores isoladamente ou agrupados. Entretanto, os sistemas de lagoas estão sujeitos a inúmeras condições físicas, químicas e biológicas e as reduções de coliformes fecais resultam do efeito sinérgico de todos esses fatores sendo por isso, difíceis de quantificar e modelar (KONIG, 1990). As lagoas de maturação são, classicamente, idealizadas e projetadas para promoverem a remoção de organismos indicadores de contaminação fecal (Coliformes Termo tolerantes). Contudo, na prática a mistura dos efluentes em uma lagoa é parcial (CAVALCANTI et al., 2001) sendo necessário, portanto, identificar e modelar o decaimento

33 32 dos coliformes para os demais regimes hidráulicos possíveis em uma lagoa, quais sejam: fluxo pistão, mistura completa em série e fluxo disperso. Mara et al. (1992), destacam que na grande maioria das vezes as lagoas de estabilização são idealizadas em conjunto, obedecendo a sequência lagoa anaeróbia, facultativa e de maturação, sendo, portanto, necessário levar em consideração no dimensionamento da lagoa de maturação a previsão de decaimento de coliformes fecais obtido nas lagoas a montante. Von Sperling et al. (2002), destacam que pelo fato de o regime hidráulico fluxo em pistão ser aquele que conduz a mais elevada eficiência de remoção de constituintes que seguem a cinética de primeira ordem, deve-se buscar na prática a configuração de lagoas que se aproximem desse regime idealizado. Essa aproximação, reforçam os pesquisadores, é alcançada com lagoas alongadas, onde a relação entre o comprimento L e a largura B seja maior que 5 vezes (L/B >5), ou em casos em que se dispõe de chicanas nas referidas lagoas de maturação, ou ainda, utilizando-se lagoas em série(série de 3 a 5 lagoas quadradas ou retangulares). A profundidade da lagoa de maturação, como citado anteriormente, também exerce grande influência em K T ou K b, onde as lagoas mais rasas possuem maiores valores do coeficiente de decaimento bacteriano em razão dos diferentes aspectos, tais como: (i) maior atividade fotossintética na coluna d água, conduzindo a maiores valores de OD e ph; (ii) maior penetração da radiação Ultravioleta (UV) na coluna d água. Contudo, deve-se analisar o efeito combinado das lagoas mais rasas: K T ou K b é maior, mas o tempo de retenção hidráulico é menor (para uma dada área superficial). Atualmente, a forma mais convencional de eliminação do nitrogênio dos esgotos sanitários é conduzida em duas etapas distintas. Na primeira, realizada em condições de aerobiose, a amônia é convertida a nitrato, no processo conhecido por nitrificação. Na segunda etapa, a desnitrificação, ocorre na ausência de oxigênio, o nitrato é convertido em N 2 gasoso, tendo como substâncias gasosas o óxido nítrico (NO) e óxido nitroso (N 2 O) como possíveis intermediários, igualmente lançados na atmosfera (MADIGAN, et al., 1997). Assim como o nitrogênio, o fósforo é um nutriente essencial a toda forma de vida, sendo um importante constituinte das membranas celulares e do material genético. Nos esgotos domésticos, o fósforo está presente em três formas principais: ortofosfatos, polifosfatos (polímeros e ácido fosfórico) ou fosfatos condensados e constituindo compostos orgânicos (fosfoproteínas insolúveis, ácidos nucleicos e polissacarídeos).em processos biológicos de lodos ativados, normalmente remove-se fósforo biologicamente através da alternância de zonas anaeróbias (estresse bacteriano - liberação de fosfato intracelular) e

34 33 zonas aeróbias (assimilação maximizada de fosfatos) com posterior remoção do lodo (bactérias com altos teores de fósforo) (BENTO, 2005). Entretanto, em LEEs, onde a biomassa se desenvolve naturalmente (sem recirculação), os principais mecanismos de remoção do fósforo da fase líquida constituem-se na retirada do fósforo orgânico contido nas algas e bactérias do efluente e, a precipitação dos fosfatos em condições de elevado ph A assimilação de fósforo pelas algas é menor que a assimilação de nitrogênio devido a biomassa algal conter cerca de 10 vezes mais nitrogênio. As algas fitoplantônicas são constituídas de aproximadamente 1% de fósforo (WPC, 1983). Portanto, assumindo uma concentração de 100mg/L de algas no efluente (peso seco PS), a perda será de 0,01 x 100 = 1mgP/L (VAN HAAMDEL e LETTINGA, 1984; VON SPERLING, 1996). Admitindo-se uma concentração de fósforo afluente de 14mg/L, conforme Von Sperling (1996), o percentual de remoção, por esta via, situa-se em torno de 7%. No entanto, em lagoas de alta taxa, com a maximização da produção primária na massa líquida, as concentrações das algas podem atingir valores extremamente altos, o que contribui para uma maior redução do fósforo dissolvido. Ressalta-se a necessidade de remoção da biomassa algal do efluente das lagoas para obtenção de uma real remoção de fósforo e nitrogênio dos esgotos. Outros autores também relatam que reduções de fósforo mais significativas podem ocorrer pela precipitação dos fosfatos, na forma de hidroxiapatita ou estruvita, em ph elevado, acima de 8,0. Dessa forma, as lagoas rasas proporcionam ambiente propício à ocorrência desse fenômeno, devido aos fatores já mencionados relacionados com a maximização da fotossíntese. (VON SPERLING, 1996). Vários fatores físicos, químicos e físico-químicos interferem na precipitação dos íons fosfatos no ambiente aquático, entre estes se destacam: a concentração de íons ferro, alumínio, sulfeto, compostos orgânicos e carbonatos, ph e condições de oxirredução (ESTEVES, 1998). De acordo com Mara et al. (1992), o melhor caminho para uma eficiente redução do fósforo nas LEEs consiste num aumento do número de lagoas de maturação, possibilitando uma maior imobilização do fósforo sedimentado. Huang e Gloyna (1984) apud Mara et al. (1992) verificaram remoções de até 45% de fósforo em LEEs com 90% de remoção de DBO 5. Nurdogan e Oswald (1995) adicionaram cal em um esgoto afluente a um sistema de lagoas de alta taxa para manutenção de uma concentração de 60mg/L de Ca, resultando no aumento da autofloculação das algas e, consequentemente, da precipitação. Os autores

35 34 obtiveram remoção de 99% do fósforo afluente com concentração remanescente de 0,1mgP/L em lagoas em escala laboratorial com TRH de 5 dias. As características dos principais sistemas de lagoas estão ilustradas na Tabela 02. Nela, pode-se observar, segundo Von Sperling (2007), itens da eficiência na remoção, requisitos de instalações e custos de instalação no Brasil. Tabela 2 - Características dos principais sistemas de lagoas Sistemas de Lagoas Item Geral Item Especificado Facultativa Eficiência de Remoção (%) Requisitos Custos (US$/hab) Anaeróbiafacultativa Aeradafacultativa Aeradamistura completasedimentação Anaeróbica - facultativamaturação DBO DQO SS Amônia < 50 < 50 < 30 < Nitrogênio < 60 < 60 < 30 < 30 > 50 Fósforo < 35 < 35 < 35 < 35 > 50 Coliformes ,9-99,999 Área (m²/hab.) 2,0-4,0 1,2-3,0 0,25-0,5 0,2-0,4 3,0-5,0 Potência (W/hab.) zero zero 1,2-2,0 1,8-2,5 zero Construção Operação e manutenção 0,8-1,5 0,8-1,5 2,0-3,5 2,0-3,5 1,0-2,0 Fonte Adaptado de (VON SPERLING, 2007). Obs.: custos baseados na experiência brasileira.

36 35 3 METODOLOGIA A seguir apresente-se o objeto base da pesquisa e os procedimentos metodológicos com vistas a atender aos objetivos propostos. 3.1 SISTEMA OBJETO BASE DA PESQUISA A concepção de tratamento da ETE Herval d Oeste (Figura 1) é baseada numa sequência de três lagoas, pelas quais os efluentes sanitários gerados nos municípios de Joaçaba e Herval d Oeste passam sucessivamente, em série. A figura 1 destaca a ETE Herval d Oeste localizada nas margens do Rio Barra Verde. Mostra ainda áreas residenciais próximas que são expostas aos odores desagradáveis emitidas pela ETE. Figura 1 - Foto aérea ETE localizada em Herval d'oeste Fonte: Google Earth,2013. A ETE Herval está localizada na margem direita do Rio Barra Verde, cerca de 800m a montante da foz deste rio no Rio do Peixe, na Cidade de Herval d Oeste SC, sob as coordenadas geográficas: 27 11'39"S / 51 29'51"W.

37 36 De acordo com o projeto original da ETE de setembro 1989, doravante identificado como projeto de 1989, as três lagoas existentes constituem um primeiro módulo de tratamento com capacidade de tratamento para atender habitantes, que seria complementado, numa segunda fase, por mais duas lagoas. O princípio funcional do tratamento projetado é uma sequência de lagoas anaeróbias (primária e secundária), em que a primeira lagoa desempenha a função de lagoa anaeróbia primária e as lagoas 2 e 3 a função de lagoa anaeróbia secundária. 3.2 AVALIAÇÕES DO SISTEMA DE LAGOAS DO SIMAE EM HERVAL D OESTE Considerando-se que a ETE está recebendo atualmente os efluentes de cerca de a pessoas, o que significa uma carga de aproximadamente 50% da capacidade nominal de acordo com o projeto de 1989, surgiu a necessidade de se investigar os motivos pela instabilidade do processo e pelo desempenho abaixo das expectativas. Com base no acompanhamento analítico das amostras mensais realizado pelo SIMAE, em conjunto com o Laboratório de Experimentação e Microbiologia Ambiental da Unoesc Videira, no período de 2012 a 2015 pretende-se chegar a uma avaliação sumária do desempenho da ETE Herval d Oeste, comparando-se as expectativas teóricas de depuração do projeto de 1989 com a realidade operacional (SCARATTI, D.; BOLZON, A. L., 2013; SCARATTI et al., 2014; SCARATTI, D.; BOLZON, A. L., 2014). Avaliou-se também, o possível impacto que divergências entre as definições dimensionais do projeto e as dimensões efetivamente executadas podem ter sobre a eficiência do tratamento. Comparou-se os parâmetros e as projeções teóricas que basearam o dimensionamento técnico-sanitário no projeto de 1989, com conceitos de dimensionamento atuais, tomando-se como referência para esta tarefa os resultados das pesquisas para o programa do governo federal denominado PROSAB, especialmente às relacionadas aos pesquisadores Marcos Von Sperling e José Roberto Campos. 3.3 AMOSTRAGEM E PERIODICIDADE As coletas de amostra e análises, para acompanhamento da eficiência das LEE foram realizadas mensalmente, com algumas exceções por problemas pontuais. O período adotado para a avaliação da eficiência foi dos anos de 2012 a 2015, com um intervalo de

38 37 descontinuidade logo após as obras de instalação do pré-tratamento e da dragagem do lodo da lagoa anaeróbia, de abril a agosto de ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS E MICROBIOLÓGICAS REALIZADAS As análises laboratoriais seguiram orientações do Standard Methods for the Examination of Waterand Wastewater (APHA, 2005) e foram as seguintes: demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), nitrogênio amoniacal (N-NH 3 ), nitrato (N-NO - 2 ), nitrito (N-NO - 3 ), ortofosfato reativo (P - PO 3-4 ), sólidos totais (ST), sólidos em suspensão (SS), coliformes totais (CT) e Escherichia coli (E.coli).Além desses parâmetros, apresentados em resultados, foram monitorados o potencial hidrogeniônico (ph) e a temperatura (ºC) nos pontos de coleta das amostras. 3.5 OS PONTOS DE COLETA NO SISTEMA DE LAGOAS DO SIMAE EM HERVAL D OESTE Os pontos de coleta foram determinados e denominados em 2012, segundo a visão dos técnicos do SIMAE, para a forma de operação das lagoas, sem considerar o que previa o projeto, desta forma as lagoas foram assim denominadas: Lagoa 1 Lagoa Anaeróbica Lagoa 2 Lagoa Facultativa Lagoa 3 Lagoa de Maturação. Os pontos de coleta das amostras encaminhadas para análise laboratorial foram definidos da seguinte maneira: Ponto 1: afluente esgoto bruto EB coletado na entrada do esgoto na ETE; Ponto 2: efluente da lagoa anaeróbia LA; Ponto 3: efluente da lagoa facultativa LF; Ponto 4: efluente da lagoa de maturação LM que equivale ao efluente final. Na Figura 2 apresenta-se uma foto área da ETE de Herval d Oeste onde estão identificados os pontos de coleta citados acima:

39 38 Figura 2 - Foto aérea da ETE com identificação dos pontos de Coleta Fonte: SIMAE, METAS DE AVALIAÇÃO DAS DEMANDAS ESTABELECIDAS NOS PMSB As metas de avaliação do atendimento das demandas estabelecidas nos PMSB são as estabelecidas nos respectivos PMSB para os períodos anuais e por município. A Tabela 3 foi construída com dados dos planos municipais de Joaçaba e Herval d Oeste SC. O crescimento populacional e a meta de cobertura (ampliação da rede de esgotamento sanitário) são mostrados para os dois municípios que compartilham a estação de tratamento de esgoto, objeto desta pesquisa.

40 39 Tabela 3 - Estimativa da população e meta de atendimento de Joaçaba e Herval d Oeste SC Ano População Residente em Joaçaba e Herval d'oeste Meta de Cobertura Esgotamento Sanitário População Atendida com Esgotamento Sanitário ,16% ,76% ,29% ,89% ,41% ,00% ,50% ,09% ,59% ,17% ,00% ,94% ,77% ,72% ,55% ,51% ,33% ,31% ,13% ,12% Fonte Adaptada pelo autor dos Planos Municipais de Saneamento, 2015

41 40 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Com base nos projetos originais elaborados no ano de 1989, apresenta-se a seguir o dimensionamento hidráulico e de processo do tratamento: a) Vazão de esgoto doméstico (Equação 1): Q e Pop q C Qe , 0, 8 Qe 4908m³ / d Qe 56, 81L / s (1) Onde: Q e = Vazão de esgoto doméstico (m³/d ou L/s); Pop = População atendida com rede coletora (hab.); q = Consumo de água per capita (m³/hab. x d); C = Coeficiente de retorno (considerado de acordo com a NBR 9649/1986 igual a 80%). b) Vazão de Infiltração (Equação 2): Q i L Ti Qi ,0005 Qi 14,36L / s Qi 1241m³ / d (2) Onde: Q i = Vazão de Infiltração (m³/d ou L/s); L = Extensão (m); Ti = Taxa de infiltração (L/s x m). c) Vazão média afluente (Equação 3): Q m Q e Q Qm 56,81 14,36 Qm 71,17L / s Qm 6149m³ / d i (3)

42 41 Onde: Q,m = Vazão média afluente (m³/dou L/s); Q e = Vazão de esgoto sanitário (m³/d ou L/s); Q i = Vazão de Infiltração (m³/d ou L/s). d) Carga orgânica (Equação 4): C Pop Cco C ,054 C 2208,6kgDBO 5 / d (4) Onde: C = Carga orgânica (kg DBO 5 /d); Pop = População (hab.); Cco = Contribuição de carga orgânica per capita (kg DBO 5 /hab. x d). e) Concentração (Equação 5): c C Q m 2208,6 c c 0,359kg/ m³ c 359mg / L 6149 (5) Onde: c = Concentração (kg/m³ ou mg/l); C = Carga orgânica (kg/d); Q,m = Vazão média afluente (m³/d). A lagoa 1 foi projetada com uma profundidade de 3m, uma área superficial de m 2 e um volume útil de m 3. Com a carga hidráulica diária para a primeira etapa a lagoa 1 funcionaria com os seguintes parâmetros operacionais:

43 42 f) Tempo de detenção hidráulica (Equação 6): Vol t Q m t t 3, 3d 6149 (6) Onde: t = Tempo de detenção hidráulica (d); Vol = Volume útil da lagoa (m³); Q m = Vazão média afluente (m³/d). g) Taxa de aplicação superficial (Equação 7): t s 2208, t s C t s A 0,25kgDBO 5 /( m² d) (7) Onde: t s = Taxa de aplicação superficial (kgdbo 5 /m² x d); C = Carga orgânica (kg DBO 5 /d); A = Área superficial da lagoa (m²). h) Taxa de aplicação volumétrica (Equação 8): t v 2208, t v t v C Vol 0,109kgDBO5 /( m³ d) (8) Onde: t v = Taxa de aplicação volumétrica (kg DBO 5 /m³ x d); C = Carga orgânica (kg DBO 5 /d); Vol = Volume útil da lagoa (m³).

44 43 O projeto de 1989 estimou uma eficiência da lagoa 01 em relação à redução da DBO 5 de 60%. A lagoa 02 foi projetada com uma profundidade de 2 m, uma área superficial de 6.550m 2 e um volume útil de m 3.A lagoa 03 com uma profundidade também de 2 m, uma área superficial de m 2 e um volume útil de m 3. Com a carga hidráulica diária para a primeira etapa as lagoas 2 e 3 funcionariam com os seguintes parâmetros operacionais: a) Tempo de detenção hidráulica para as duas lagoas (Equação 9): Aplicando a equação (6) com o volume (Vol) igual à soma dos volumes das lagoas 2 e 3 tem-se a Equação 9: Vol1 Vol 2 t Q m t t 3, 2d 6149 (9) b) Carga orgânica afluente a segunda lagoa em série (Equação 10): C R1 C C ,6 883,4kgDBO 5 / d 100 (10) Onde: C 2 = Carga orgânica afluente a lagoa 2 (kg DBO 5 /d); C = Carga orgânica afluente (kg DBO 5 /d); R 1 = Percentual de remoção da lagoa 1.

45 44 c) Taxa de aplicação superficial (Equação 11): tem-se a Equação 11: Aplicando a equação (7) com a área (A) igual a soma das áreas das lagoas 2 e 3 t s t s 883,4 t C2 A A s 2 3 0,076kgDBO5 /( m² d) (11) d) Taxa de aplicação volumétrica: Aplicando a equação (8) com o volume (Vol) igual à soma dos volumes das lagoas 2 e 3, tem-se a Equação 12: t v t v 883,4 t C2 V V v 2 3 0,045kgDBO 5 /( m³ d) (12) O projeto especificava uma eficiência, com relação à redução da DBO 5, de 70% para as duas lagoas secundárias. A eficiência do sistema conforme projetado em 1989, previa uma eficiência de 60% na lagoa primaria e 70% nas lagoas secundárias, o que resulta em uma eficiência total para o sistema de tratamento projetada igual a de 88%, como demonstrado na Equação 13: E T E T E 1 ( 100 E1) E2 100 (100 60) % 100 (13) Onde: E T = Eficiência total do sistema (%); E 1 = Eficiência da lagoa 1 (%);

46 45 E 2 = Eficiência das lagoas 2 e 3 (%). O aumento da demanda registrado nos anos de 2011 e 2012 causou perda de eficiência do sistema de tratamento. Os resultados insatisfatórios de eficiência levaram os técnicos do SIMAE a realizar estudos em parceria com a UNOESC e empresas prestadoras de serviço de engenharia na área sanitária e ambiental, visando entender o desequilíbrio e encontrar soluções para adequação do projeto da ETE. Busca-se atender a eficiência mínima estabelecida pela legislação pertinente, e minimizar o odor que afetava a população que reside nas áreas próximas a ETE. Inicialmente, foram realizadas medições in loco com utilização de uma estação total, de onde foram levantadas as áreas das lagoas. Com recursos de batimetria obtiveram-se as medidas de profundidade que permitiram o cálculo do volume real das lagoa se, também a estimativa do volume de lodo acumulado nas mesmas. O resultado destas medições e dos cálculos que se sucederam está resumido a seguir: a) Lagoa 1: área superficial de 8.520,84 m 2 ; profundidade média de 2,43 m e volume de ,64 m³. O acúmulo de lodo na lagoa 1 ocupa 1,70m a partir do fundo, na parte da entrada, até um mínimo de5cm junto a saída da lagoa; b) Lagoa 2: área superficial de 6.051,85 m 2 ; profundidade média de 2,19 m e volume de ,55 m³. O acúmulo de lodo na lagoa 2 é pouco significativo a ponto de ser desprezado; c) Lagoa 3: área superficial de 4.907,44 m 2 ; profundidade média de 1,73 m e volume de 8.489,87 m³. O acúmulo de lodo na lagoa 3 ocupa em torno de 20 cm de altura junto ao fundo da lagoa, porém, pelo uso como lagoa de maturação, este acumulo de lodo pode ser desprezado; Com as medições efetivadas, foi possível realizar o cálculo e se estabelecer parâmetros técnicos de projeto da ETE e confrontá-los com os cálculos e parâmetros técnicos do projeto de Para permitir e facilitar a compreensão, e entender o que estava acontecendo na ETE, foi confeccionada a Tabela 3, de onde se estabeleceu um comparativo entre os parâmetros de projeto e os dados reais. A Tabela 3, conta com cinco colunas, onde na primeira são descritos os parâmetros, na segunda a unidade de medida, e nas três últimas estão inseridos os valores conforme descrito abaixo:

47 46 Coluna 3: apresenta-se os valores conforme descritos no projeto de 1989; Coluna 4: apresenta-se os valores calculados com os parâmetros funcionais para a situação atual (dimensões, área e volume das lagoas) e utilizado as cargas do projeto de 1989 (vazão e DBO 5 de projeto); Coluna 5: apresenta os valores calculados admitindo-se como parâmetros funcionais as dimensões reais de área e volume das lagoas e utilizado a vazão e a carga orgânica real, medidas na ETE. Tabela 4 - Parâmetros técnicos de projeto do sistema de lagoas do SIMAE Joaçaba, proposto e da situação real Parâmetro Unidade Projeto Real (com dados do Projeto) Real (com dados de 2012) População Atendida - Esgotamento (hab.) Vazão Diária (m³/d) 6.149, , ,00 Vazão Horária (m³/h) 256,21 256,21 135,13 Carga Orgânica (kgdbo/dia) 2.208, ,60 986,63 Concentração Carga Orgânica (mgdbo/l) 359,18 359,18 304,23 Lagoa 1 Volume (m³) Área Superficial (m²) Profundidade (m) 3,00 2,52 2,52 Tempo de detenção Hidráulica (d) 3,3 2,9 5,5 Taxa de Aplicação Superficial (kgdbo/m²xd) 0,250 0,258 0,115 Taxa de aplicação Volumétrica (kgdbo/m³xd) 0,109 0,125 0,056 Eficiência (%) 60,00 36,00 40,00 Lagoa 2 Volume (m³) Área Superficial (m²) Profundidade (m) 2,00 2,25 2,25 Lagoa 3 Volume (m³) Área Superficial (m²) Profundidade Média (m) 2,00 1,72 1,72 Lagoa 2 mais lagoa 3 Volume (m³) Área Superficial (m²) Tempo de detenção Hidráulica (d) 3,2 3,1 5,9 Carga Orgânica Afluente (kgdbo/m²xd) 1325,2 795,1 394,7 Taxa de Aplicação Superficial (kgdbo/m²xd) 0,114 0,072 0,036 Taxa de aplicação Volumétrica (kgdbo/m³xd) 0,068 0,042 0,021 DBO de Saída MgDBO/L 43,10 179,50 71,80 Eficiência Total (%) 88,00 50,03 76,40 Fonte: Adaptado e calculado pelo autor, a partir do projeto de 1989e medições efetuadas (SIMAE-2012)

48 47 Conforme Tabela 4, com os dados do projeto de 1989, esperava-se da ETE uma eficiência de 88% com relação à remoção da carga orgânica, para uma vazão média afluente de m 3 /d gerada por uma população de habitantes. Pelos conceitos da resolução CONAMA n 357 de 2005, em vigor durante os últimos anos de operação, os critérios mínimos de depuração seriam atendidos se a eficiência prevista pelo projeto de 1989 (88%) fosse alcançada. A mesma avaliação valeria para os conceitos da nova resolução do CONAMA n 430 de maio de 2011 (que complementa a resolução 357) para Efluentes de Sistemas de Tratamento de Esgotos Sanitários (Seção III, CONAMA n 430), que estabelece parâmetros mínimos menos exigentes do que a versão anterior. Em seguida serão apontadas algumas observações que potencialmente têm relação com esta questão, quais sejam: A batimetria realizada pelo SIMAE nas lagoas constatou, conforme já mencionado, um acúmulo considerável de lodo, principalmente no fundo da primeira lagoa; A batimetria constatou também, de que a profundidade média das lagoas é menor do que previsto pelo projeto; O projeto previa para a primeira lagoa (anaeróbia) um volume de m 3, mas em função da execução desta lagoa com uma profundidade média de em torno de 2,50m em vez de 3,00m, conforme previsto no projeto, a mesma apresenta um volume de m³. Todavia, cabe registrar que a deficiência com relação ao volume é menor do que a relação entre a carga atual ( a pessoas) efetivamente afluente à ETE e da carga de projeto ( pessoas). Mesmo que o volume efetivo da lagoa 1, em função do acúmulo de lodo no fundo, seja menor do que o volume nominal de dimensionamento, ainda poderia ser esperado um desempenho estável e compatível com as expectativas do projeto. Esta consideração teórica é incompatível com as constatações do acompanhamento operacional, por isso, foi preciso estender as investigações para possíveis motivos e eventuais equívocos na concepção técnico-sanitária do tratamento, ou outras condicionantes do campo funcional-operacional que explicassem as divergências observadas. 4.1 ANÁLISE E CONSIDERAÇÕES A PARTIR DO PROJETO DE 1989 Identificou-se alguns pontos que merecem destaque com relação ao projeto de 1989das LEEs do SIMAE e que influenciaram na queda de rendimento da ETE nos últimos anos, quais sejam:

49 48 a) O projeto de 1989 caracteriza o tratamento como uma sequência de lagoas anaeróbias, entendendo a primeira lagoa como lagoa primária e as lagoas 2 e 3 como secundárias. Todavia, esta conceituação não está adequada para as lagoas da ETE do SIMAE, por não estar caracterizando corretamente a realidade dos processos biológicos que ocorrem nas lagoas. Pois a primeira lagoa, mesmo se tivesse sido executada com a profundidade de projeto de 3m, ainda seria muito rasa para um funcionamento (estável) como lagoa anaeróbia, que segundo a literatura tem uma profundidade de 4 a 5m (VON SPERLING, 1996). Esta mesma consideração vale para as lagoas 2 e 3 que apresentam profundidade prevista em projeto de 2 m, portanto ainda mais rasas do que a lagoa 1. A caracterização mais adequada, baseada na literatura especializada, seria de lagoa facultativa primária. Este tipo de lagoa se caracteriza por possuir ao mesmo tempo áreas anaeróbias, onde a geração de oxigênio pelo processo de fotossíntese das algas e/ou pela aeração superficial é inferior ao oxigênio consumido pelas bactérias, isto em função da carga afluente e/ou à interrupção da produção de oxigênio pelas algas devido a falta de Luz (período noturno). b) O projeto de 1989 da ETE de Herval d Oeste superestimou a taxa de aplicação superficial considerando-a igual a 0,25kgDBO 5 /( m² d), ou seja, 2500kgDBO 5 /( ha d). Segundo Von Sperling (1996), a taxa a ser adotada varia com a temperatura, latitude, exposição solar e altitude. Locais com clima e insolação extremamente favoráveis permitem adoção de taxas bem elevadas, eventualmente superiores a 300kgDBO 5 /( ha d). Por outro lado, locais de clima temperado requerem taxas de aplicação inferiores a 100kgDBO 5 /( ha d). Pode-se concluir que também neste item, o projeto de 1989 adotou parâmetros superestimados, considerando-se que Herval d Oeste está localizada no Sul do Brasil, com clima temperado a taxa não deveria ser superior a 100kgDBO/(ha.dia). c) O dimensionamento da lagoa 1 ocorreu para uma profundidade insuficiente, se o objetivo era obter um funcionamento como lagoa anaeróbia. Além disso, foi adotado um tempo de detenção hidráulica insuficiente. Considerando-se a temperatura como relevante para o dimensionamento (temperatura média no mês mais frio), deveria ser adotado um tempo de detenção hidráulica de 4 a 5 dias, em vez dos 3,3 dias que foi adotado no projeto.

50 49 d) Se for considerada a lagoa 1 como lagoa facultativa, as deficiências dimensionais ficam ainda mais significativas, contrastando uma recomendação na literatura especializa para o tempo de detenção hidráulica de 15 a 45 dias, com os apenas 3,3 dias; Realizando-se os cálculos paras a lagoa 1 como lagoa facultativa com as cargas afluentes atuais (vazão e carga orgânica reais), ainda assim ter-se-ia um considerável déficit com relação à detenção hidráulica, contrastando as recomendações de 15 a 45 dias com o período real de aproximadamente 5,5 dias. Por este motivo também não pode ser esperado um desempenho e o nível desejado de depuração. e) A conceituação do projeto de 1989 na definição das lagoas 2 e 3 também estaria equivocada, considerando uma profundidade ainda menor do que a lagoa 1, tanto no que se refere aos parâmetros adotados no projeto, quanto às profundidades executadas. Por outro lado, para funcionarem como lagoas facultativas ou lagoas com aeração natural o tempo de detenção hidráulica está muito aquém das necessidades. Como consequência tem-se uma eficiência real bem inferior a presumida no projeto. f) Na suposição de um funcionamento da lagoa 1 como lagoa anaeróbia, a superfície, o volume e a detenção hidráulica seriam suficientes para a carga atual. Porém, a baixa profundidade persiste como parâmetro problemático para a operação, o que limita a desempenho com relação à depuração. g) Por último, porém não menos importante, é a infiltração de água de águas pluviais nas redes coletoras de esgoto. O sistema adotado é o separador absoluto, como previsto pelas normas da ABNT, pois a infiltração além de ser um problema hidráulico para a própria rede coletora (extravasamento), também traz risco ao tratamento, pois provoca uma diluição da carga orgânica. A literatura destaca que o tratamento anaeróbio funciona melhor quanto mais alta for a concentração de carga orgânica presente no esgoto, em contrapartida, sua performance decresce quando os efluentes estão muito diluídos. 4.2 MELHORIAS JÁ IMPLANTADAS NA PLANTA ORIGINAL DA ETE A instalação do pré-tratamento foi concluída em fevereiro de 2013 (Figura 3), e na sequência dos trabalhos foi iniciada a remoção do lodo. Foram retirados em torno de 4500 m³ de lodo. Este lodo foi armazenado sem sacos formados por tecidos geotêxtis que permitem o armazenamento e desague do lodo ao longo do tempo, conhecidos pela denominação na língua inglesa como Bags. Uma imagem dos Bags utilizados na ETE pode ser vista na Figura 4.

51 50 Figura 3 Infraestrutura do pré-tratamento instalado na entrada da Eteno SIMAE em Herval d Oeste Fonte: SIMAE, Figura 4 Sacos de tecido geotêxtil para depósito e deságue do lodo retirado da Lagoa 01 Fonte: SIMAE, A retirada do lodo aumentou a profundidade da lagoa 1 e, consequentemente, seu volume e tempo de detenção. O aumento do tempo de detenção, na lagoa 1, de forma quase que imediata, provocou aumento do odor desagradável desprendido do tratamento de esgoto. A partir disso, optou-se pela instalação de aeradores de superfície. Os cálculos realizados apontaram para a necessidade de instalação de 12 aeradores distribuídos nas lagoas

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