Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural

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1 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural Analysis of synthetic wastewater treatment in UASB reactor followed by filter filled with natural soil Amanda Fernandes Barbosa 1, Alexandre Botari 2, Flavio Bentes Freire 3 1 Discente do curso de Tecnologia em Meio Ambiente da Universidade Estadual de Maringá. (Rua Dionísio Fernandes do Santos, 376 Assis - SP CEP: ). amanda_nandes@yahoo.com.br. Autor correspondente. 2 Professor Dr. da Universidade Estadual de Maringá DTC/UEM. Av. Ângelo Moreira da Fonseca, 1800 Bairro: Zona VII CEP: Umuarama-PR. abotari@uem.br 3 Professor Dr. da Universidade Estadual de Maringá DTC/UEM. Av. Ângelo Moreira da Fonseca, 1800 Bairro: Zona VII CEP: Umuarama-PR. fla_freire@yahoo.com.br RESUMO Esse trabalho analisou o tratamento de uma água residuária sintética por meio de um reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural (um filtro foi preenchido com areia, e o outro, com amostra de solo com predominância argilosa para efetivamente simular a técnica de disposição de efluentes no solo). O monitoramento do sistema foi realizado pelos seguintes parâmetros: ph, alcalinidade, ácidos voláteis, DQO, e nitrogênio Kjeldahl. Os resultados comprovaram ótimo desempenho do reator UASB, e que os processos de retenção da matéria orgânica no filtro com solo natural foram maiores do que no filtro com areia. A remoção de nitrogênio nos filtros foi bastante similar, ultrapassando os 80%. Palavras-chave: Reator UASB. Disposição no solo. Água residuária sintética. Reúso de água. ABSTRACT This work examined the treatment of synthetic wastewater through a UASB reactor followed by a filter filled with natural soil (a filter was filled with sand, and another was filled with sample of clayey soil to effectively simulate effluent disposal technique on the ground). The monitoring system was achieved by the following parameters: ph, alkalinity, volatile acids, COD, and nitrogen Kjeldahl. The results showed the optimal performance of the UASB reactor, and retention processes of organic matter in filter with natural soil were larger than in the filter with sand. Nitrogen removal was very similar filters, exceeding 80%. It can be concluded that the disposal in the soil may present advantages against disposal in watercourses, as for example, it provides nutrients and organic matter to the soil, which is essential for the development of agricultural activities. Keywords: UASB reactor. Soil disposition. Synthetic wastewater. Water reuse. INTRODUÇÃO A população brasileira praticamente dobrou de 1970 até o ano de 2000, com a porcentagem de população urbana crescendo, no mesmo período, de 55,9% para 81,1% (IBGE, 2008). Em geral esse crescimento é desordenado, sem planejamento, direcionado para as periferias dos grandes centros e para cidades de médio porte, e sem obediência às regulamentações urbanas (como áreas de proteção de mananciais, de encostas, de margens dos rios, dentre outros). Por trás desse fenômeno existem, obviamente, complexas questões políticas e socioeconômicas, mas que, certamente, ajudam a compor a estrutura precária atual, culminando com um enorme déficit mundial relacionado ao saneamento básico. Em locais destituídos de sistemas de saneamento básico as pessoas vivem em condições insalubres, sem a promoção adequada de hábitos de higiene. Essas regiões tornam-se extremamente vulneráveis e favoráveis à proliferação de doenças. A comunidade científica está diretamente envolvida neste contexto, estudando, desenvolvendo e viabilizando alternativas para minimizar os impactos ao ambiente, causados pelas mais diversas formas de poluição.

2 54 Barbosa, Botari, Freire Mesmo em um país em desenvolvimento como o Brasil, onde a isso se soma uma série de outros agravantes e carências, muito se tem evoluído em relação ao tratamento dos poluentes, por exemplo. É essencial também que as tecnologias desenvolvidas pelos centros de pesquisa sejam efetivamente implementadas nas cidades. No que se refere ao tratamento de esgoto sanitário, ou outro efluente, é fundamental que as configurações de tratamento sejam eficientes, e preferencialmente de baixo custo. Os processos biológicos anaeróbios, envolvendo reatores com biomassa imobilizada, se encaixam adequadamente nesses requisitos. Eles proporcionaram um grande avanço no tratamento das mais diversas substâncias poluentes, principalmente por possibilitarem a retenção de biomassa dentro do sistema, aumentando a relação entre o tempo de retenção celular (θc) e o tempo de detenção hidráulica (TDH). Dessa forma, além de minimizar a perda de biomassa no efluente, essa técnica permitiu que fossem aplicados tempos de detenção hidráulica reduzidos, e consequentemente, que reatores com volumes menores fossem projetados (Freire et al., 2008). Uma das configurações mais difundidas de reatores anaeróbios de alta taxa é o reator UASB ( Upflow Anaerobic Sludge Blanket ). Esses reatores são efetivos para o tratamento de inúmeras águas residuárias e o bom desempenho está plenamente documentado na literatura (Van haandel e Lettinga, 1994). Os reatores anaeróbios de alta taxa são indicados para o tratamento secundário, pois além da remoção de sólidos suspensos, também proporcionam remoção de parte dos sólidos dissolvidos presentes nos efluentes. Os reatores UASB são efetivos não só para o tratamento de esgoto sanitário, mas também para vários tipos de efluentes industriais. É importante salientar, entretanto, que em escala real, dificilmente uma única unidade de tratamento cumprirá os restritos níveis de descarga exigidos pelas legislações, sendo necessário o desenvolvimento de sistemas, geralmente com várias unidades. Sendo assim, analisando-se apenas uma unidade do sistema, não é necessário que a remoção de poluentes e matéria orgânica seja quase total, o que é praticamente inatingível, mesmo a custo de elevadíssimos tempos de detenção hidráulica, mas sim compatível com as outras unidades do sistema de tratamento. Diante dessa necessidade, é comum verificar a associação de duas ou mais configurações para o tratamento de efluentes, tanto na literatura científica, quanto nas diversas estações de tratamento de efluentes em funcionamento. As associações mais comuns são entre reatores biológicos, e também entre reatores biológicos e processos físico-químicos. A norma brasileira NBR 9648 (ABNT, 1986)1, que se refere ao estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário, se refere a corpo receptor como sendo qualquer coleção de água natural ou solo que recebe o lançamento de esgoto em seu estágio final. No entanto, a maioria absoluta dos sistemas públicos de esgoto sanitário do Brasil se caracteriza pelo descarte dos efluentes (tratados ou não) em cursos de água. O mesmo é feito com aqueles efluentes industriais que não podem ser lançados na rede pública de esgoto. Apesar de ser uma técnica permitida por norma, o lançamento do esgoto no solo ainda é visto com enormes desconfianças no Brasil, ao ponto dessa alternativa ficar restrita a sistemas individuais de tratamento de esgotos, como nos sumidouros e valas de infiltração, por exemplo, que são unidades destinadas a receber o efluente dos tanques sépticos e infiltrá-los no solo seguindo alguns critérios normativos. No Brasil, a disposição controlada no solo foi um dos temas financiados pelo Programa de Pesquisas em Saneamento básico (PROSAB), com a execução de inúmeros trabalhos e resultados promissores (CAMPOS, 2000; CHERNICHARO, 2000; CHERNICHARO, 2001a,b). A infiltração no solo pode apresentar uma série de vantagens em relação ao descarte nos cursos de água, dentre as quais: além da disposição final, o solo também é, ao mesmo tempo, uma unidade de tratamento, em virtude de sua propriedade de filtro natural ; o tratamento e o descarte 1 ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9648: estudo de concepção de sistemas de esgoto sanitário. Rio de Janeiro, 1986a.

3 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 55 podem ser feitos próximo ao local de geração; há uma evidente preservação dos cursos de água; é possível fornecer nutrientes e matéria orgânica ao solo, o que é essencial para o desenvolvimento das atividades de agricultura. As vantagens vinculadas a essa técnica partem do princípio de que o gerenciamento do efluente foi criterioso e bem executado, e que esse efluente já tenha passado previamente por outras unidades de tratamento, apresentando já uma considerável redução de poluentes e de micro-organismos (se for o caso). Caso contrário haverá contaminação do solo e da água subterrânea e evidentes prejuízos à saúde pública. Diante do exposto, esse trabalho teve a finalidade de analisar o tratamento de uma água residuária sintética (especialmente no que se refere a matéria orgânica e nitrogênio), por meio de um reator UASB seguido de um filtro preenchido com solo natural em comparação a um filtro de areia. MATERIAIS E MÉTODOS REATOR UASB Foi construído, em acrílico, um reator de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) nas dimensões de 0,55 m de altura e 0,48 m de diâmetro interno, dotado de um separador de fases, semelhante a um funil invertido, conforme apresentado na Figura 1. Figura 1. Esquema do reator UASB. ÁGUA RESIDUÁRIA SINTÉTICA Geralmente em pesquisas envolvendo reatores biológicos nem sempre é possível utilizar efluentes reais, devido à dificuldade de se coletar in loco, ocasionada pelos mais variados motivos, dentre eles pode-se citar: distância e custo de transporte, elevado volume requerido, restrições de acesso ou até mesmo o desconhecimento da origem deste efluente. Destaca-se também

4 56 Barbosa, Botari, Freire a grande variabilidade na composição dos efluentes provenientes dos processos industriais. Dessa maneira, a utilização de águas residuárias preparadas em laboratório é uma alternativa bastante comum no meio científico. Neste caso, a escolha de uma água residuária sintética se deveu principalmente ao grande controle das propriedades da solução e da facilidade de preparação. A manutenção das principais propriedades é importante para investigações de caráter preliminar. Além disso, os efluentes reais frequentemente podem conter substâncias extremamente tóxicas e micro-organismos de caráter patogênico, o que pode apresentar um risco para os pesquisadores envolvidos. A água residuária utilizada em todos os experimentos da pesquisa, baseada em Nery (2001), foi escolhida em função da simplicidade para a preparação de grandes volumes, e pela facilidade em estabelecer concentrações pré-definidas de matéria orgânica, que no caso da pesquisa foram similares às do esgoto doméstico. Na sua composição original, ela teve como ponto de partida a solução utilizada para determinação de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), proposta pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005), era constituída por nutrientes e três fontes de carbono: glicose, acetato de amônia e metanol. Com pequenas modificações, tais como a introdução de glicose como única fonte de carbono, a água residuária seguiu a descrição mostrada na Tabela 1. Tabela 1. Componentes da água residuária sintética Composto Concentração (mg.l -1 ) Glicose 1000 Uréia 62,5 Sulfato de níquel 0,5 Sulfato ferroso 2,5 Cloreto férrico 0,25 Cloreto de cobalto 0,04 Óxido de selênio 0,035 Fosfato de potássio monobásico 42,5 Fosfato de potássio dibásico 10,85 Fosfato de sódio dibásico 16,7 Bicarbonato de sódio 1000 A composição apresentada na Tabela 1 conferem uma Demanda Química de Oxigênio (DQO) da ordem de 1000 mg.l-1. Para concentrações de DQO diferentes da estipulada, bastava acrescentar os reagentes na proporção desejada. INOCULAÇÃO DO UASB Para que ocorresse maior velocidade na partida do UASB, foi realizado um processo de inoculação (bastante usual em pesquisas envolvendo tratamento anaeróbio de efluentes), com lodo anaeróbio proveniente do reator UASB da Estação de Tratamento de Esgotos da cidade de Umuarama (PR), administrada pela companhia de saneamento do Paraná (SANEPAR). A quantidade de lodo adicionada ao reator foi de aproximadamente 600 ml, não tendo sido feito qualquer tipo de adaptação prévia ao efluente sintético. A técnica utilizada foi a de lançamento direto do lodo (armazenado em um béquer) para dentro do reator, pela parte superior do mesmo. Após a introdução do lodo no reator, este foi colocado em condições de funcionamento típicas, porém com uma vazão extremamente reduzida no período de uma semana, para promover

5 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 57 adaptação dos micro-organismos. UNIDADE DE FILTRAÇÃO A unidade de filtração foi constituída de reservatório elevado, dois filtros, mangueiras, registros e reservatório de saída, conforme apresentado na Figura 2. No reservatório elevado foi armazenada a água residuária sintética (efluente do UASB) a qual era distribuída aos filtros. O transporte do líquido foi realizado por gravidade utilizando-se mangueiras de silicone dotadas de registro para ajustar as diferentes taxas que seriam aplicadas por gotejamento. O efluente dos filtros eram conduzidos e armazenados nos reservatórios inferiores (um para cada filtro utilizado), sendo posteriormente levados ao laboratório para realização das análises. Os filtros foram construídos nas dimensões de 0,50 m de altura por 0,10 m de diâmetro, sendo o filtro A preenchido com areia e o filtro B preenchido com solo predominantemente argiloso coletado no campus da UEM, na cidade de Maringá. O filtro A foi utilizado como testemunha, uma vez que o material de seu preenchimento é bastante utilizado nos estudos de saneamento. Já no Filtro B serviu para simular a disposição dos efluentes no solo. Figura 2. Esquema com o sistema de filtros. CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS UTILIZADOS NOS FILTROS. Antes da realização efetiva da rotina experimental, amostras do solo coletado foram levadas a um laboratório (Solo Fértil, localizado em Umuarama PR) para realização de análises textural,

6 58 Barbosa, Botari, Freire determinação das concentrações de macro e micronutrientes e da análise granulométrica da areia. A análise granulométrica da amostra de areia utilizada no filtro A indicou uma areia média, com diâmetros situados entre 0,2 e 0,6 mm, enquanto que o solo utilizado no filtro B apresentou ph de 5,8, composto de 63,9 g/kg de argila, 10 g/kg de silte e 26,1 g/kg de areia, sendo caracterizado como predominantemente argiloso. As composições do solo em relação aos macronutrientes e micronutrientes, estão apresentados na Tabela 2 e 3 respectivamente. Tabela 2. Análise química do solo macronutrientes. Macronutrientes Fósforo (F) 4,50 mg/dm 3 Carbono (C) 4,48 g/dm 3 Alumínio (Al 3+ ) 0,00 cmol/dm 3 Acidez pontecial (H + + Al 3+ ) 3,97 cmol/dm 3 Cálcio (Ca 2+ ) 4,25 cmol/dm 3 Magnésio ( Mg 2+ ) 1,38 cmol/dm 3 Potássio ( K + ) 0,38 cmol/dm 3 Tabela 3. Análise química do solo micronutrientes. Micronutrientes Ferro (Fe) 56,40 mg/dm 3 Cobre (Cu) 6,31 mg/dm 3 Manganês (Mn) 16,70 mg/dm 3 Zinco (Zn) 5,47 mg/dm 3 Boro (B) 0,12 mg/dm 3 Enxofre (S) 8,81 mg/dm 3 CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS Preparou-se água residuária sintética com uma DQO de 500 mg.l-1 a qual foi armazenada e bombeada para o reator UASB por meio de uma bomba dosadora solenóide Prominent. O efluente do reator UASB era coletado e transportado manualmente até o reservatório elevado do sistema de filtros. Os filtros funcionaram simultaneamente com as mesmas condições operacionais de entrada e as taxas de aplicações foram controladas por meio de ajustes ao registros de modo a não ultrapassar uma vazão de 800mL.dia-1 que corresponde a uma taxa de aplicação superficial (TAS) de 100L.m-2.dia-1. Em virtude da dinâmica peculiar desse tipo de experimento, a carga orgânica e os tempos de detenção hidráulica no reator UASB foram sendo determinados de acordo os resultados obtidos nas análises iniciais de monitoramento. O principal critério para ajuste das condições do afluente (do UASB) era o de proporcionar um efluente com DQO entre 100 e 150 mg/l, para ser então submetido a unidade de filtros. Essa faixa de valores é usualmente encontrada nas (ainda escassas) regulamentações de descarte de efluentes (Hespanhol, 2003). Os critérios para reuso agrícola, por exemplo, são distintos dos estabelecidos para descarte em corpos de água (Hespanhol, 2003). Para o solo, inclusive, é atrativo que o efluente ainda seja dotado de níveis razoáveis de matéria orgânica e de nutrientes. As análises físico-químicas foram realizadas em amostras coletadas na entrada e na saída do UASB e na saída dos filtros, para que fosse determinado tanto eficiência global do sistema, como

7 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 59 também o desempenho individual das etapas. Não foi necessário realizar frequentemente análises da entrada do sistema de filtros, pois foi verificado com análises que não ocorria variação nas características do efluente do UASB até a entrada dos filtros. O monitoramento do desempenho do sistema foi realizado pelos seguintes parâmetros físico-químicos: ph, alcalinidade, ácidos voláteis, DQO. A partir do 100o dia de operação do sistema no qual foi adquirido um destilador de Nitrogênio, foi realizado também as análises de nitrogênio total Kjeldahl (NTK). As análises foram realizadas duas vezes por semana, sendo realizadas no Laboratório de Poluição e Saneamento do CTC/UEM. As metodologias de análises e procedimentos necessários para coleta e preservação das amostras obedeceram aos padrões descritos no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005). RESULTADOS E DISCUSSÃO DESEMPENHO DO UASB O desempenho do UASB em termos de concentração de DQO no afluente e no efluente, estão apresentados na Figura 3. Figura 3. Variação temporal DQO afluente e efluente UASB. No período de operação, foi obtida uma DQO afluente média de 632,5 mg.l-1 com desvio padrão de 100,9 mg.l-1. Em razão das ótimas condições de controle provenientes da utilização de uma água residuária sintética, a variação na entrada foi proposital, seguindo o critério de proporcionar um efluente do UASB com concentração de DQO próxima aos 100 mg.l-1. A DQO efluente média para o mesmo período foi de 122,0 mg.l-1, bem próxima aos valores desejados, com um desvio padrão de 52,3 mg.l-1. Nos primeiros 30 dias de operação do UASB, a DQO efluente apresentou valores baixos, em função da rápida partida e do ótimo desempenho do reator. No entanto, esses valores não eram interessantes para o propósito principal da pesquisa, uma vez que diferem das condições usuais atingidas no tratamento secundário de esgotos e também das condições previstas para as unidades de filtração. A partir de então foi necessária uma intervenção para reduzir a eficiência do UASB, caracterizada pelo aumento na DQO afluente (elevada para valores próximos a 700 mg.l-1), redução do tempo de detenção hidráulica (TDH) de 24 h para 7,3 h e também pela retirada de um

8 60 Barbosa, Botari, Freire volume de biomassa do interior do UASB(cerca de 100 ml). Na Figura 4 está apresentada a eficiência de remoção de DQO para o reator UASB, durante o período de funcionamento. Figura 4. Variação temporal da eficiência de remoção de DQO no UASB. A eficiência média de remoção de DQO foi de 81,5%, em concordância com os valores usuais de remoção apresentados na literatura para reatores UASB que tratam esgoto sanitário (Campos, 1999; Chernicharo, 1997; Metcalf e Eddy, 2003). Na Figura 5 está apresentada os valores obtidos no monitoramento de desempenho do UASB para o parâmetro de alcalinidade total. Figura 5. Variação temporal da alcalinidade total afluente e efluente do reator UASB. A alcalinidade total média do afluente foi de 373,6 mg.l-1, valor próximo ao apresentado por Freire et al. (2008), que utilizou a mesma água residuária sintética para a realização de estudos em um reator de leito fluidificado. A alcalinidade total do efluente do UASB foi de 448,4 mg.l-1, mostrando que houve incremento de alcalinidade após a passagem pelo reator. A geração de alcalinidade ao longo do processo anaeróbio é um bom indício de estabilidade. Valores de alcalinidade superiores no efluente que no afluente representam que a remoção de ácidos voláteis do sistema foi efetiva. A Figura 6 apresenta os valores obtidos no monitoramento de ácidos voláteis no reator UASB.

9 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 61 Figura 6. Variação temporal de ácidos voláteis afluente e efluente do reator UASB. A concentração média de ácidos voláteis no afluente foi de 145,1 mg.l-1 e no efluente foi de 71,3 mg.l-1. Nos fundamentos da digestão anaeróbia há complexas reações bioquímicas, algumas delas com geração e outras com consumo de ácidos. Nos reatores, o acúmulo de ácidos orgânicos voláteis indica desbalanceamento entre as velocidades de consumo de matéria orgânica, realizado pelos diferentes tipos de bactérias. O equilíbrio entre esse consumo de matéria orgânica, é responsável pelo desempenho adequado do sistema de tratamento anaeróbio. Quando a concentração de ácidos voláteis se torna muito elevada, ou melhor, quando não existe mais efeito tampão devido à ausência de alcalinidade bicarbonato, há probabilidade de ocorrência de problemas graves com o sistema de tratamento, devido à diminuição do ph (Speece, 1996). Na Figura 7 estão apresentados os valores de ph afluente e efluente do reator UASB. Figura 7. Variação temporal dos valores de ph afluente e afluente do reator UASB. A geração de alcalinidade também foi verificada analisando-se os valores de ph, uma vez que o ph afluente médio foi de 7,2 e o ph efluente médio foi de 8,0. Conforme mencionado, houve consumo de ácidos voláteis dentro do UASB e geração de alcalinidade. Os parâmetros de monitoramento do reator, a remoção de matéria orgânica, a alcalinidade, ph e concentração de ácidos voláteis, demonstraram que o sistema se manteve estável nas condições operacionais aplicadas. Em relação ao nitrogênio total Kjeldahl o valores estão apresentados na Figura 8.

10 62 Barbosa, Botari, Freire Figura 8. Variação temporal de nitrogênio total Kejdahl afluente e afluente no reator UASB. Não houve remoção de nitrogênio total Kjeldahl no UASB. Em relação à concentração afluente média (10,6 mg.l-1), houve aumento de concentração de NTK no efluente do reator (22,5 mg.l-1). É possível que a concentração de nitrogênio afluente deva ser decorrente exclusivamente à uréia (CH4N2O), presente na composição da água residuária sintética, e que o aumento na concentração efluente tenha sido causado por reações de geração de nitrogênio, possivelmente sob a forma de nitrogênio amoniacal, durante a digestão anaeróbia. O aumento da concentração de NTK no reator UASB poderia também estar relacionado a um arraste de biomassa no efluente, mas essa possibilidade é bastante remota em função das boas características de sedimentabilidade do lodo granular de inóculo, verificada em ensaios preliminares em cones Imhoff. De certa forma esse comportamento já era esperado, uma vez que a remoção biológica de nitrogênio envolve inicialmente a nitrificação, em condições aeróbias, e posteriormente a desnitrificação, em condições anóxicas, ou seja, sem a presença de oxigênio livre, sendo todo o oxigênio necessário proveniente das moléculas de nitrato (Metcalf e Eddy, 2003). DESEMPENHO DAS UNIDADES DE FILTROS e B. Na Figura 9 estão apresentados os resultados relacionados a remoção de DQO nos filtros A Figura 9. Variação temporal da DQO afluente e efluente das unidades de filtração em areia (Filtro A) e em solo natural (Filtro B).

11 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 63 A DQO média afluente aos filtros foi de 147,8 mg.l-1 e a efluente foi de 59,9 mg.l-1 no filtro de areia e 12,4 mg.l-1 no filtro de solo natural. Em relação à remoção de DQO, no período de funcionamento das unidades o filtro B (com solo natural) sempre apresentou desempenho superior ao filtro A (com areia), como pode ser observado na Figura 10. Figura 10. Variação temporal da eficiência de remoção de DQO nas unidades de filtração em areia (Filtro A) e em solo natural (Filtro B). A eficiência média de remoção de DQO no Filtro A foi de 58,8%, e no Filtro B de 91,3%, configurando evidência clara da potencialidade do solo em receber efluentes tratados. Em relação ao desempenho inferior do Filtro A, é provável que a granulometria escolhida não tenha sido efetiva na remoção da matéria orgânica mais finamente dissolvida. Sabe-se que quanto menor a granulometria maior a área específica, e conseqüentemente maior a superfície de contato e maior adsorção dos nutrientes. Por essa razão o solo com características argilosas foi mais efetivo. Cabe destacar também que outros fatores podem ter contribuído para o melhor desempenho do solo argiloso, tais como as reações de substituição de cátions que ocorrem no solo, e também uma menor condutividade hidráulica, permitindo maiores taxas de transferência. Na Figura 11 estão apresentados os valores médios obtidos nas unidades de filtração relacionados com o monitoramento da alcalinidade total. Figura 11. Variação temporal de alcalinidade total afluente e efluente nas unidades de filtração.

12 64 Barbosa, Botari, Freire Observa-se que a alcalinidade média afluente foi de 448,4 mg.l-1 e que a alcalinidade média efluente no filtro A foi de 366,6 mg.l-1 e no filtro B foi de 134,4 mg.l-1. Em geral, além da DQO, o Filtro B apresentou remoções maiores para substâncias alcalinas, o que pode ser confirmado ao se observar os valores médios efluentes de alcalinidade. Na Figura 12 estão apresentados os valores de ácidos voláteis afluente e efluente nas unidades de filtro no período de operação do sistema. Figura 12. Variação temporal de ácidos voláteis afluente e efluente nas unidades de filtro. Verificou-se que o afluente do sistema de filtros possuía concentração média de ácidos voláteis de 71,3 mg.l-1 e que a concentração efluente média do filtro A foi de 54,2 mg.l-1 e a do filtro B foi de 27, 4 mg.l-1. O filtro B também apresentou maiores remoções de compostos ácidos em relação ao filtro A, o que pode ser observado nos valores de ácidos voláteis. Em relação ao ph os resultados estão apresentados na Figura 13. Figura 13. Variação temporal de ph afluente e efluente nas unidades de filtro. O menor valor de ph no efluente do Filtro B (6,6) em relação ao filtro A (7,6) está

13 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 65 possivelmente relacionado com remoção de alcalinidade muito mais efetiva neste mesmo filtro (de 448,4 mg.l-1 para 134,4 mg.l-1). Sabe-se que a alcalinidade provoca efeito tampão, ou seja, a capacidade de manutenção dos valores de ph. Não existindo mais alcalinidade suficiente (em virtude dos compostos alcalinos ficarem retidos no filtro), há tendência de redução nos valores de ph. Em relação ao nitrogênio total Kjedahl nas unidades de filtro, os resultados estão apresentados na Figura 14. Figura 14. Variação temporal de nitrogênio total Kejdhal afluente e efluente nas unidades de filtros Apesar de proporcionar remoção superior de DQO em relação ao Filtro A, a remoção de NTK no filtro B (84,4%) foi próxima à verificada no Filtro A (85,8%). Com concentração média afluente de 22,5 mg.l-1 e concentração média efluente de 3,2 mg.l-1 para o filtro A e 3,5 mg.l-1 para o filtro B. Assim, constatou-se neste estudo que o filtro com solo natural apresentou elevadas remoções de nitrogênio e de matéria orgânica (em termos de DQO). Seguindo os fundamentos da filtração, a remoção de determinada substância implica, a princípio, em sua retenção no meio filtrante, quando este meio é considerado inerte. Isso significa afirmar que, em condições reais, uma parcela considerável de substâncias como a matéria orgânica e os nutrientes (nitrogênio e fósforo) ficaria retida nas camadas superficiais do solo. No entanto, como no caso estudado o meio filtrante (o solo natural) não é inerte, além da retenção física, podem ter ocorrido no solo reações parciais de nitrificação e de desnitrificação, que seriam confirmadas mediante análises das formas oxidadas de nitrogênio (que não foram analisadas por questões de infra-estrutura). A retenção de nutrientes no solo pode ser bastante interessante para a agricultura, por exemplo, uma vez que essas substâncias são essenciais para o desenvolvimento dessa atividade. Hespanhol (2003) ratifica que os padrões de lançamento neste caso poderiam ser menos restritivos que aqueles determinados para descarte em corpos d água. Talvez um dos motivos para a escassez de estudos envolvendo a disposição de efluentes tratados no solo esteja na complexidade de se executarem pesquisas in loco. O monitoramento do processo é bastante complexo, uma vez que a amostragem nas camadas subterrâneas fica praticamente impossibilitada sem que ocorram alterações de sua estrutura. Sabe-se que a utilização de filtros preenchidos com solo natural para simular o que aconteceria em escala real resulta em simplificações do problema, entretanto permite boa análise do comportamento destes solos quando submetidos ao lançamento de efluentes tratados.

14 66 Barbosa, Botari, Freire CONCLUSÕES É possível dizer que nas condições operacionais que foram implementadas para esta pesquisa, o filtro preenchido com solo removeu praticamente toda a matéria orgânica e cerca de 85% do nitrogênio remanescentes da água residuária. Os resultados indicam a grande potencialidade do descarte no solo de efluentes tratados. Além de ser uma alternativa em relação ao descarte em cursos de água, a utilização criteriosa de efluentes tratados no solo pode ter efeitos positivos, por exemplo para a recarga de aquíferos e para a agricultura. REFERÊNCIAS APHA. AWWA, WEF. Standard Methods of Examination of Water and Wastewater. 21ªed. Washington D.C.: American. Public. Health Association, CAMPOS, J. R. Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. São Carlos: PROSAB, p. CAMPOS, J.R. Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo - Coletânea de Trabalhos Técnicos. São Carlos: PROSAB, P. CHERNICHARO, C. A. de L. Reatores Anaeróbios. Belo Horizonte: UFMG/DESA, p. CHERNICHARO, C.A. de L. Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios - Coletânea de Trabalhos Técnicos - volume I. Belo Horizonte: PROSAB, p. CHERNICHARO, C.A. de L. Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios Aspectos Metodológicos. Belo Horizonte: PROSAB, p. CHERNICHARO, C.A. de L. Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios - Coletânea de Trabalhos Técnicos - volume I. Belo Horizonte: PROSAB, p. FREIRE, F. B.; PIRES, E. C.; FREIRE, J. T. Tratamento anaeróbio de pentaclorofenol em reator de leito fluidificado alimentado com água residuária sintética contendo glicose como fonte única de carbono. Revista Engenharia Sanitária Ambiental. v. 13 (3), p HESPANHOL, I. Potencial de reúso de água no Brasil - agricultura, indústria, municípios, recarga de aqüíferos. In: MANCUSO, C. S. A.; SANTOS, H. F. (Editores). Reúso de água. Barueri: Manole, p IBGE. Diretoria de Pesquisas. Coordenação de População e Indicadores Sociais. Gerência de Estudos e Análises da Dinâmica Demográfica. Projeção da População do Brasil por Sexo e Idade para o Período Revisão Disponível em default.shtm. Acesso em 26 de fevereiro de IBGE. Sistema IBGE de Recuperação Automática. Tabela População residente por sexo, situação e grupos de idade. Disponível em: tabela /listabl.asp?z=t&o=1&i=p&e=l&c=200. Acesso em: 26 de fevereiro de METCALF e EDDY. Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse. New York: McGraw-Hill, p. NERY, V.; DAMIANOVIC, M. H. R. Z.; BARROS, F. G. The use of upflow anaerobic sludge blanket reactor in the treatment of poultry slaughterhouse. Water Science and Technology, v SPEECE, R. Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewaters. Tennessee: Archae Press, p. VAN HAANDEL, A.C. & LETTINGA. G. Tratamento Anaeróbio de Esgotos - Um manual para regiões de clima quente. Campina Grande: Epigraf

15 Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural 67 ZAIAT, M. Desenvolvimento de reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) para tratamento de águas residuárias. Tese (Doutorado em Engenharia Hidráulica e Saneamento) Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 1999.