I EFICIÊNCIA NA REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA SOB A FORMA DE DBO E DQO TOTAL E SOLÚVEL NO SISTEMA TS-FAN
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- Maria da Assunção Marreiro Nunes
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1 I-71 - EFICIÊNCIA NA REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA SOB A FORMA DE DBO E DQO TOTAL E SOLÚVEL NO SISTEMA TS-FAN Gabriela Marques dos Ramos Vargas Engenheira Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal - RN. Fabíola Dias da Silva Engenheira Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Mestranda em Engenharia Química - UFRN - Natal. Cícero Onofre de Andrade Neto Eng o Civil. Mestre em Engenharia Civil com concentração em Saneamento. Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Membro do Grupo Coordenador do PROSAB - Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (FINEP/CNPq/CAIXA). Josette Lourdes de Sousa Melo (1) Engenheira Química pela Universidade Federal de Pernambuco Mestre em Química Ambiental 198, UFPE. Engenheira de Segurança do Trabalho UFPE Doutora pelo INSA - Toulouse - France , Pesquisadora do PROSAB - RN e PRONEX - RN Henio Normando de Sousa Melo Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Pernambuco , Mestre em Química Ambiental 198, UFPE, Doutor em Engenharia Ambiental pelo INSA - Toulouse - França Coordenador do PROSAB - RN e PRONEX - RN. Endereço (1) : Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Laboratório de Engenharia Ambiental e Controle de Qualidade. Campus Universitário Natal - RN CEP: Tel/Fax: henio@eq.ufrn.br/josette@eq.ufrn.br RESUMO O saneamento ambiental constitui, indiscutivelmente, um fator fundamental nos níveis de saúde e na qualidade de vida de um povo. Para proteger a saúde da população e preservar o meio ambiente, os sistemas de esgotamento sanitário devem dispor de um tratamento adequado para poder alcançar este fim. Um desses tipos de tratamentos é o sistema TS-FAN (Tanque séptico - Filtro anaeróbio). Os tanques sépticos são geralmente utilizados para tratamentos de esgotos in situ, mas também podem ser utilizados em maiores escalas como por exemplo a nível condominial. Atualmente, é comum a associação com filtros anaeróbios, constituindo o popular sistema TS-FAN. O objetivo do presente trabalho é avaliar a eficiência na remoção de matéria orgânica biodegradável sob a forma de DBO e DQO no sistema TS-FAN da Estação de Tratamento de Esgotos da UFRN. O sistema TS-FAN consiste na associação, em série, de um reator de lodo passivo, com um reator de lodo ativo sobre a fase líquida. É constituído de um decanto - digestor de duas câmaras com um pequeno filtro de pedras de fluxo ascendente, e seguido de quatro filtros anaeróbios de fluxo descendente afogados. Associa um reator resistente às variações do afluente com um reator eficiente também sobre a parcela dissolvida dos esgotos. No sistema estudado, o primeiro filtro (F1), tem enchimento de tijolo de oito furos, o segundo filtro (F2), tem enchimento de brita comercial, o terceiro (F3), tem enchimento de seixo rolado e o quarto (F4), tem enchimento de brita número 4. No teste de DQO foram analisados o filtro ascendente, o F2 e o F4. Após o período de monitoramento do sistema de tratamento PROSAB / UFRN, referente ao tratamento biológico do esgoto do Campus UFRN, obteve-se resultados nos quais pôde-se observar uma remoção média de 8% de DBO total nos filtros. A eficiência dos mesmos variou muito pouco entre si. Neste contexto, deve-se também levar em conta na escolha do tipo de enchimento, o aspecto econômico. Em relação a DQO, os filtros mostraram eficiência semelhante a DBO com média de 77%. Apesar do efluente apresentar baixa concentração orgânica, não impediu a atividade metabólica dos microrganismos, já que as porcentagens de remoção de matéria orgânica foram bem satisfatórias. PALAVRAS-CHAVE: Eficiência, Remoção de Matéria Orgânica, Filtros Anaeróbios, TS-FAN, DBO, DQO. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
2 INTRODUÇÃO O saneamento ambiental constitui, indiscutivelmente, um fator fundamental nos níveis de saúde e na qualidade de vida de um povo. Para proteger a saúde da população e preservar o meio ambiente, os sistemas de esgotamento sanitário devem dispor de um tratamento adequado dos esgotos coletados para poder alcançar este fim. Um sistema adequado de tratamento de esgotos deve ser economicamente viável, eficiente, compatível com a realidade local e de fácil operação. O Brasil, segundo Andrade Neto, (1997), não dispõe de tecnologia consolidada neste campo, pois há uma carência de estudos, no que diz respeito ao processo de tratamento e funcionamento das técnicas, nas condições ambientais brasileiras. Neste contexto, o grupo do PROSAB da UFRN, formado pelos departamentos de Engenharia Química e Engenharia Civil, participou do tema 2 Tratamento de Esgotos Sanitários por Processos Anaeróbios e por Disposição Controlada no Solo. Esses processos anaeróbios compreendem: um sistema compacto de tanques sépticos e filtros anaeróbios com leito de pedras (TS/FAN) e um reator anaeróbio ascendente com manta de lodo (BIOFABER). Os tanques sépticos são geralmente utilizados para tratamentos de esgotos in situ, mas também podem ser utilizados em maiores escalas como por exemplo a nível condominal. Atualmente, é comum a associação com filtros anaeróbios, constituindo o popular sistema TS-FAN (Tanque Séptico - Filtro Anaeróbio). O objetivo do presente trabalho é avaliar a eficiência na remoção de matéria orgânica biodegradável sob a forma de DBO e DQO no sistema TS-FAN em escala piloto localizado na área da Estação de Tratamento de Esgotos do Campus da UFRN. DESCRIÇÃO DO SISTEMA ESTUDADO O sistema compõe-se de um tanque séptico prismático regular, com duas câmaras em série seguido de um filtro de fluxo ascendente acoplado ao tanque séptico com comunicação direta, e quatro filtros anaeróbios descendentes afogados que ladeiam o tanque séptico (TS-FAN) e de um modelo em escala piloto de um reator anaeróbio de fluxo ascendente através do leito de lodo (UASB). O esgoto afluente do campo experimental provém de um dos coletores principais da rede de esgotos do Campus Central da UFRN, que atendem às Residências Universitárias, o Restaurante do Campus, o Pouso Universitário e o Departamento de Educação Física. É, portanto, essencialmente esgoto doméstico. O sistema TS-FAN consiste na associação, em série, de um reator de lodo passivo (o lodo decanta e não age diretamente sobre o afluente -TS), com um reator de lodo ativo sobre a fase líquida (o lodo age diretamente sobre o afluente - FAN).. Associa as características de um reator resistente às variações do afluente com as de um reator eficiente também sobre a parcela dissolvida dos esgotos. (Guimarães et al., 1999) As vantagens do TS-FAN são: Reator resistente às variações do afluente; Operação esporádica e operador não especializado; Partida imediata; Não perde a eficiência a longo prazo; Nos decanto-digestores de câmaras em série, a primeira câmara acumula a maior quantidade de lodo porque tem maior volume e recebe sólidos de mais fácil decantação, e, apesar da eficiência na sedimentação ser prejudicada por bolhas de gases ascendentes e por mistura natural, promove, também, significativa remoção de matéria orgânica dissolvida nos esgotos, justamente devido à maior concentração de lodo ativo e à mistura. A segunda câmara, contendo pouco lodo, permite uma sedimentação mais tranqüila e mais eficiente na remoção de sólidos suspensos, devido à menor interferência das bolhas dos gases resultantes da digestão do lodo, propiciando eficiência global bem maior do que uma única câmara de igual volume. O efluente de um decanto ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
3 - digestor contém, ainda, elevadas concentrações de sólidos, matéria orgânica solúvel e nutrientes inorgânicos. Dependendo do destino ou da capacidade de auto depuração do corpo receptor, pode ser necessário um pós tratamento para atender aos requisitos de qualidade do efluente. ( Andrade Neto, 1997) Os filtros anaeróbios são reatores que dispõe de uma camada de material suporte ( leito ), em cuja superfície ocorrem a fixação de microrganismos e o desenvolvimento de biofilmes. O fluxo hidráulico ascendente, horizontal ou descendente, ocorre nos interstícios do leito formado pelo material suporte, onde também proliferam microrganismos que podem se agregar na forma de grânulos e flocos. (Carvalho, 1994) O principal objetivo dos filtros anaeróbios de lodo ativo sobre a fase líquida é propiciar um maior tempo de retenção celular, para obter um contato longo entre a biomassa ativa e o esgoto a ser tratado. Exploram a imobilização e retenção de bactérias, na forma de biofilme, flocos ou grânulos, em maior tempo possível e nas maiores concentrações admissíveis, mesmo para tempos de retenção hidráulica curtos. (PROSAB, 1998) O fluxo dos esgotos através desse lodo ativo, retido, propicia maior eficiência na remoção do material dissolvido que nos reatores de lodo passivo sobre a fase líquida, onde o material não sedimentável sofre pouca ou nenhuma ação metabólica da massa bacteriana. (PROSAB, 1998) Tanto podem ser aplicados para tratamentos de esgotos concentrados como de baixa carga orgânica. Contudo, são mais indicados para esgotos diluídos, porque os riscos de colmatação do meio filtrante aumenta com a concentração de sólidos suspensos. Portanto, embora possam ser utilizados como unidade principal do tratamento dos esgotos são mais indicados para pós-tratamento (polimento). Certamente estarão mais bem associados quando precedidos de um reator que retenha sólidos decantáveis, como o decanto-digestor, promovendo depuração complementar. Dentre os reatores anaeróbios, os filtros destacam-se por apresentar elevada segurança operacional, além de operação e monitoramento mais simples. Evidentemente o filtro anaeróbio não se presta apenas para pós tratamento de tanque séptico, mas esta combinação compõe uma associação de reatores muito boa e que certamente propiciará arranjos ainda mais vantajosos. Os tipos de filtros biológicos podem ser: ascendentes e descendentes. Os filtros analisados no presente trabalho são filtros descendentes com leito afogado. Os filtros com leito afogado e não afogado apresentam diferenças marcantes. Nos de fluxo ascendente ou descendente afogado, o lodo retido nos interstícios, como em diminutos decantadores, flocula e até granula, e tem papel muito importante na remoção da parcela dissolvida da matéria orgânica dos esgotos. Em conseqüência, nestes modelos o biofilme não desempenha papel tão preponderante e a superfície específica do meio suporte não é tão importante. Nos filtros de fluxo descendentes não afogados, os microrganismos ativos na biodegradação são principalmente os do biofilme aderido ao material suporte e a eficiência é menor. (Andrade Neto, 1997). O primeiro filtro (F1), tem enchimento de tijolo de oito furos, o segundo filtro (F2), tem enchimento de brita comercial, o terceiro (F3), tem enchimento de seixo rolado e o quarto (F4), tem enchimento de brita número 4. O volume do decanto - digestor de câmaras em série é de 8,82 m 3, incluindo o filtro ascendente. A vazão é 1 m 3 /dia. Depois de passar pelo tanque séptico e pelo filtro ascendente, a vazão é dividida igualmente, de modo que 2,5 m 3 / dia são destinados a cada um dos filtros. O volume dos filtros descendentes é de 3,63 m 3 cada. METODOLOGIA As amostras foram coletadas em frascos de polietileno, nas entradas e saídas dos reatores anaeróbios do esgoto proveniente da rede coletora do campus central da UFRN. Estas amostras foram coletadas, condicionadas e preservadas segundo normas do Guia de Coleta e Preservação de Amostra (CETESB, 1997). Os parâmetros analisados foram os de Demanda Bioquímica de Oxigênio e Demanda Química de Oxigênio. Todas as análises são feitas em conformidade com as técnicas descritas no Standart Methods for Examination of Water and Wastewater. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES Os resultados de DBO Total e Solúvel no TS-FAN e no UASB obtidos no período de estudo podem ser visualizados nos nas figuras 1 e 2 DBO TOTAL DBO 15 E F1 F2 F3 F4 5 21/8/1998 4/9/ /9/1998 2/1/ /1/1998 3/1/ /11/1998 Figura 1- variação temporal da DBO total no TS-FAN. DBO SOLÚVEL 12 8 DBO 6 E F1 F2 F3 F /8/ /8/1998 4/9/ /9/ /9/ /9/1998 2/1/1998 9/1/ /1/ /1/1998 3/1/1998 6/11/ /11/1998 Figura 2- Variação temporal da DBO solúvel no TS-FAN. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
5 Através dos gráficos 1 e 2, observou-se que o valor médio de DBO total na entrada do TS-FAN foi de 255 mg / litro e nas saídas dos filtros foi de: F1 = 49, F2 = 41, F3 = 43 e F4 = 48 mg / litro. Comparando os dados de DBO total de entrada e saídas do TS-FAN, observou-se que a eficiência média de remoção da matéria orgânica nos filtros foi de: F1 = 72%, F2 = 77%, F3 = 75% e F4 = 78%. Para a DBO solúvel, o valor médio na entrada foi de 67 mg / litro e nas saídas dos filtros foi de: F1 = 28, F2 = 3, F3 = 24 e F4 = 25 mg / litro. No gráfico 2, verificou-se em determinados pontos que a DBO na entrada foi maior que na saída dos filtros. Isso pode ser ocasionado pala autólise celular, ou seja, a célula se rompe e o material celular solúvel do interior da célula sai do sistema junto com o efluente, aumentando, assim, o material orgânico solúvel do efluente. Os resultados de DQO obtidos durante o período de estudos são dados nos gráficos 3 e 4. As amostras analisadas foram coletadas na entrada do TS/FAN, nas saídas do filtro ascendente e filtros descendentes 2 e 4. DQO TOTAL DQO 4 ET FAT F2T F4T 3 2 1/set/98 1/set/98 22/set/8 1/out/98 13/out/98 27/out/98 1/nov/98 2/nov/98 1/dez/98 11/dez/98 Figura 3 - Evolução temporal da DQO total no TS-FAN. DQO SOLÚVEL DQO 25 2 E FA F2 F /set/98 1/set/98 22/set/8 1/out/98 13/out/98 27/out/98 1/nov/98 2/nov/98 1/dez/98 11/dez/98 Figura 4 - Evolução temporal da DQO solúvel no TS-FAN. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5
6 Analisando os gráficos 3 e 4, verificou-se que a média de DBO total na entrada do sistema foi de 164,13 mg/l. De uma maneira geral quando se fala de efluentes domésticos normalmente se caracteriza como sendo de baixa carga e se refere, comumente, a valores de DQO < mg/l. O substrato utilizado embora seja de esgoto essencialmente doméstico mostra-se muito diluído. Isto se pode observar pela média de DQO encontrada. (Jordão e Pessoa, 1995). Analisando o conjunto decanto-digestor com pequeno filtro anaeróbio ascendente(fa), verifica-se uma eficiência de 63% em relação a DQO total e para DQO solúvel, a eficiência foi de 47%. O FA teve uma DQO média de 138, o F2, 81 e o F4, 79 mg/l. Os filtros com pedras apresentaram eficiências comparáveis entre si, na remoção de DQO. O de brita comercial (F2) teve uma remoção de 77% e o de brita número 4 (F4), teve uma remoção de 78%, para a DQO total. Para a DQO solúvel, o F2 teve uma eficiência de 64% e o F4 de 67%. CONCLUSÕES Após o período de monitoramento do sistema de tratamento PROSAB / UFRN, referente ao tratamento biológico de esgoto do Campus UFRN, obteve-se resultados nos quais pode-se observar uma remoção média de 75% de matéria orgânica total nos filtros do sistema TS-FAN. O filtro com maior eficiência é o filtro com brita número 4 (F4). Porém, verificou-se que a eficiência dos demais variaram muito pouco entre si. Neste contexto, deve-se também levar em conta na escolha do tipo de enchimento, o aspecto econômico, haja visto que a brita número 4 por ser de diâmetro classificado, se torna de custo mais elevado e de difícil acesso. A brita comercial e o tijolo cerâmico por sua vez, são de custo bem mais baixo e de fácil acesso. A obtenção de um percentual de remoção para a DBO total maior que a solúvel confirma o fato de que o TS- FAN remove a matéria orgânica por bioconversão e por decantação. O desempenho do decanto-digetor na remoção de DQO total e solúvel, revela a ação biológica tanto nos sólidos sedimentados quanto na parcela solúvel. Em relação a DQO, os filtros também mostraram eficiências semelhantes. O filtro mais eficiente foi o F4, porém o F2 tem custo bem menor. Entretanto, o uso de brita comercial implica em maior custo de colmatação do leito filtrante (preenchimento dos interstícios por lodo) e portanto, requer esgotamento mais freqüente, mas o custo da brita pode justificar esta inconveniência. O sistema desempenhou suas várias funções: o decanto-digestor com o filtro ascendente acoplado removendo eficientemente DQO total e os filtros descendentes afogados complementando o tratamento, sobretudo na remoção da matéria orgânica dissolvida. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ANDRADE NETO, C. O.; Sistemas Simples para Tratamento de Esgotos Sanitários: Experiência Brasileira Rio de Janeiro, ABES, APHA - American Public Health Association; Standard Methods for the Examination of Water and Wasterwater; 19thed; Washington, D, C.; BRAILE, P. M. e CAVALCANTI, J. E. W. A.; Manual de Tratamentos de Águas Residuárias; 2ª Edição; São Paulo: CETESB; CARVALHO, E. H.; Filtros Biológicos Anaeróbios - Conceitos Básicos, Projeto e Desenvolvimento. (Dissertação de Mestrado); Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil, GUIMARÃES, P.; NETO, A.; C. O. e MELO, H. N S.; Sistema Compacto Decanto-Digestor e Filtros Anaeróbios Ascendente e Descendente; 2º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Rio de Janeiro/RJ; JORDÃO, E. P. e PESSOA, C. A.; Tratamento de Esgotos Domésticos; 3ª Edição; Rio de Janeiro: ABES; PROSAB; Edital 1; 1998.Relatório Técnico. PROSAB/RN Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Departamentos de Engenharia Química e Civil. 8. SILVA, Fabíola D.; Eficiência na Remoção de Coliformes Fecais e Nutrientes em Tratamento de Esgotos Sanitários por Processos Anaeróbios e por Disposição Controlada no Solo; Relatório Final, CNPq (PIBIC), Natal, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6
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