RELAÇÃO ENTRE CONDUTIVIDADE E SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS EM AMOSTRAS DE ESGOTO BRUTO E DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

Transcrição

1 RELAÇÃO ENTRE CONDUTIVIDADE E SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS EM AMOSTRAS DE ESGOTO BRUTO E DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Rui de Oliveira (1) Engenheiro Civil pela UEMA. Mestre em Engenharia Civil pela UFPB. PhD pela Universidade de Leeds, Inglaterra. Professor Adjunto do DEC - UFPB. Pesquisador da EXTRABES - UFPB. Salomão Anselmo Silva Engenheiro Civil e Mestre em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da UFPB. PhD pela Universidade de Dundee, Escócia. Professor Titular do DEC - UFPB. Chefe de Pesquisas da EXTRABES - UFPB. Gilson Barbosa Athayde Júnior Engenheiro Civil pela UFPB. Doutorando em Engenharia Sanitária na Universidade de Leeds, Inglaterra. Bolsista do CNPq. Salena Tatiana Anselmo Silva Bióloga pela UEPB. Doutoranda em Microbiologia na Universidade de Liverpool, Inglaterra. Bolsista do CNPq. Endereço (1) : Rua Monteiro Lobato, Alto Branco - Campina Grande - PB - CEP: Brasil - Tel: (083) Fax: (083) salomao@cgnet.com.br RESUMO Este trabalho estuda o comportamento dos parâmetros analíticos condutividade a 25 C e sólidos totais dissolvidos numa série de lagoas de estabilização em escala-piloto, tratando água residuária tipicamente doméstica, monitorada em três períodos experimentais caracterizados por condições operacionais distintas. Analisa as relações existentes entre os dois parâmetros e discute o efeito que têm, sobre essas, as características de operação especialmente a carga orgânica. Foi observado que condições de operação mais drásticas, do ponto de vista da eficácia do tratamento, como reduzidos tempos de detenção hidráulica e altas cargas orgânicas influem diretamente nos níveis de condutividade e de sólidos dissolvidos apresentando estes parâmetros uma tendência de relacionar-se inversamente com os graus de estabilização da matéria orgânica dos diferentes experimentos. Foram determinadas correlações distintas entre os dois parâmetros para amostras diferentes num mesmo experimento e para amostras correspondentes de experimentos distintos e, de um modo geral, as condutividades estimadas com base nas concentrações médias de sólidos totais dissolvidos, através das equações de regressão aqui definidas, foram superiores àquelas estimadas através da relação empírica apresentada na literatura. PALAVRAS-CHAVE: Lagoas de Estabilização, Esgoto Doméstico, Condutividade Elétrica, Sólidos Dissolvidos, Carga Orgânica. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 869

2 INTRODUÇÃO A condutividade de uma água é a medida de sua capacidade de conduzir corrente elétrica sendo dependente do número e do tipo de espécies iônicas dispersas. Medidas de condutividade são importantes na área do reuso de águas especialmente na prática da irrigação, aquicultura e prevenção de corrosão. A condutividade é, também, uma medida importante na determinação de outros parâmetros analíticos, entre os quais salinidade e gás sulfídrico. A medida da condutividade é comumente feita (método instrumental) com a utilização de uma célula de condutividade, constituída de dois eletrodos quimicamente inertes (platina) situados a uma distância L fixa, acoplada a um instrumento provido de ponte de Wheatstone, o que nem sempre está disponível em grande parte dos laboratórios de análise de águas. A relação empírica seguinte, tem sido proposta (Metcalf & Eddy, 1991; APHA et al., 1992) entre condutividade (C, µmho/cm) e a concentração de sólidos totais dissolvidos (STD, mg/l), para, na prática, estimar um parâmetro em função do outro. STD = 0, 640C ou C =1, 5625STD Em muitas circunstâncias a determinação analítica de STD, embora mais laboriosa, resulta mais viável que a de C em vista de dificuldades relacionadas à existência do instrumental no laboratório. Este trabalho analisa a validade da aplicação da relação entre os dois parâmetros na prática do tratamento de esgotos numa série de lagoas de estabilização, com base em séries temporais obtidas da monitoração do sistema em três períodos experimentais. MATERIAIS E MÉTODOS Uma séria de lagoas de estabilização, em escala-piloto, constituída de cinco unidades sendo uma anaeróbia (A1), alimentada com água residuária bruta (EB), seguida de uma facultativa secundária (F1) e três de maturação (M1, M2 e M3), foi operada na cidade de Campina Grande (7 o S; 35 o O; 550 m acima do nível médio do mar) durante três diferentes períodos. Os dois primeiros experimentos foram levados a efeito em períodos de 17 meses cada e o terceiro num período de 12 meses, tendo já sido analisados com relação à maioria dos parâmetros físico-químicos e microbiológicos em alguns trabalhos, iniciados por Silva (1982), na EXTRABES - UFPB (Estação Experimental de Tratamentos Biológicos de Esgotos Sanitários da Universidade Federal da Paraíba). Todas as lagoas, construídas em alvenaria de tijolos revestida com argamassa de cimento e areia, tinham forma prismática retangular com 3,35 m de largura e 10,0 m de comprimento sendo a profundidade de 1,25 m em A1 e 1,00 m nas outras lagoas do sistema. As características operacionais nos três experimentos são apresentadas na Tabela 1. As amostras do esgoto bruto, no experimento 1, e dos efluentes das lagoas, em todos os experimentos, foram coletadas, uma vez por semana, às 8 h da manhã e analisadas para a determinação de parâmetros microbiológicos e físico-químicos entre os quais condutividade a 25 C e sólidos totais dissolvidos. A condutividade a 25 o C (método instrumental usando o condutivímetro YSI 33 S-C-T provido de sensor YSI modelo 3300) e os sólidos dissolvidos totais foram determinados segundo os procedimentos padrões descritos em APHA et al. (1992). 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 870

3 Tabela 1 Características operacionais das unidades da série de lagoas, em escalapiloto, tratando esgoto doméstico do sistema de esgotos de Campina Grande - PB. Experimento Amostra t* λ v λ s (dia) (gdbo 5 /m 3.dia) (kgdbo 5 /ha.dia) A1 6,8 35,3 441 F1 5,5 11,4 116 (1) M1 5,5 8,2 83 M2 5,5 4,5 46 M3 5,8 3,3 35 A1 2,0 118, F1 1,6 36,9 375 (2) M1 1,6 33,1 338 M2 1,6 25,6 262 M3 1,7 18,8 190 A1 4,0 72,2 903 F1 3,2 28,8 290 (3) M1 3,2 24,4 245 M2 3,2 15,3 156 M3 3,4 10,9 109 Fonte Silva (1982) APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A Tabela 2 apresenta os valores médios, os intervalos e o espaço amostral (N) para o conjunto dos dados individuais de condutividade a 25 C e sólidos totais dissolvidos. Tabela 2 Médias, intervalos, números de dados amostrais (N) de condutividade a 25 C (C, µmho/cm) e sólidos totais dissolvidos (STD, mg/l) numa série de lagoas em escala-piloto. Experimento (1) (2) (3) Amostra Média Mínimo Máximo C STD C STD C STD EB A F M M M A F M M M A F M M M o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 871

4 Foi verificado que, no primeiro experimento, ocorreu uma diminuição de um pouco mais de 100 µmho/cm na condutividade do esgoto bruto para o efluente da lagoa anaeróbia bem como deste para o efluente da última lagoa de maturação. No experimento 2, praticamente não houve variação da condutividade média entre os efluentes de A1 e M3 sendo que no experimento 3 ocorreu uma gradual e discreta diminuição. O comportamento da condutividade indicou os diferentes graus de estabilização da matéria orgânica nos três experimentos monitorados tendo essa estabilização sido mais pronunciada no experimento 1, seguido dos experimentos 3 e 2. Em nenhum dos experimentos, no entanto, foi caracterizada variação significativa das concentrações médias de STD nos efluentes das lagoas. De fato, em cada experimento, as concentrações médias de STD nos efluentes das lagoas foram praticamente constantes. No experimento 2, submetido a condições operacionais mais drásticas como reduzidos tempos de detenção hidráulica e cargas orgânicas muito elevadas, os valores médios, mínimos e máximos de ambos os parâmetros analíticos foram significativa e respectivamente mais elevados que aqueles observados nos experimentos 1 e 3. Foram determinadas correlações distintas entre C e STD tanto para amostras diferentes num mesmo experimento como para amostras correspondentes em experimentos distintos. A Tabela 3 apresenta os elementos (A - coeficiente linear, B coeficiente angular e R coeficiente de correlação) das equações de regressão linear definidas para o conjunto das medidas individuais de C e STD. Na Tabela 4, são mostrados os elementos das equações de regressão determinadas para os conjuntos das médias mensais de ambos os parâmetros. Todos os coeficientes de correlação (R), determinados para o conjunto dos dados individuais foram significantes (indicados por um asterisco na Tabela 3) a um nível de significância (α) de 0,05 em face dos elevados graus de liberdade (GL) e dos relativamente baixos coeficientes críticos situados entre 0,20 e 0,24. Quando foram consideradas as médias mensais, dois coeficientes de correlação (para as médias de A1 e M1 no experimento 2) foram inferiores ao coeficiente crítico (0,41) e, portanto, sem significância ao nível 0,05 (Ver Tabela 4). De um modo geral, as condutividades estimadas (Cest) com base nas concentrações médias de sólidos totais dissolvidos e através das equações de regressão determinadas neste trabalho (RET) foram maiores que aquelas estimadas através da relação empírica da literatura (REL). No experimento 2, caracterizado pelas maiores cargas orgânicas, essa superioridade foi da ordem de 20% para todas as amostras e, no experimento 3, diminuiu progressivamente de cerca de 30%, na lagoa anaeróbia, para 21% na última lagoa de maturação. No experimento 1, caracterizado por parâmetros operacionais mais favoráveis à mineralização da matéria orgânica, a superioridade previamente referida diminuiu de 24% (EB) para 20% (A1) e daí, gradualmente, para 8% (M3), indicando uma forte tendência de convergência das duas estimativas transcorrido o tempo de detenção acumulado de 29,1 dias. Com base em equações de regressão linear os tempos totais de 44 e 53 dias foram estimados para que fossem produzidos efluentes mineralizados a um grau suficiente para que a relação entre condutividade e sólidos totais dissolvidos numa série de lagoas fosse igual àquela da literatura, aplicadas as cargas orgânicas dos experimentos 1 e 3, respectivamente. 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 872

5 Tabela 3 Elementos de equações de regressão linear (A, B e R) para o conjunto dos dados individuais de condutividade a 25 C (C, µmho/cm) e sólidos totais dissolvidos (STD, mg/l). Experimento (1) (2) (3) Amostra C est N A B R REL RET EB ,3 0,709 0,63* A ,7 0,911 0,58* F ,8 1,042 0,68* M ,5 1,070 0,77* M ,0 1,091 0,75* M ,0 1,162 0,78* A ,4 0,426 0,26* F ,9 0,486 0,36* M ,7 0,285 0,23* M ,4 0,429 0,32* M ,3 0,420 0,34* A ,7 1,283 0,89* F ,4 1,314 0,92* M ,0 1,024 0,80* M ,7 1,262 0,90* M ,8 1,066 0,78* C est = Condutividade estimada com base na relação empírica da literatura (REL) e na regressão linear definida neste trabalho (RET). Tabela 4 Elementos de equações de regressão linear (A, B e R) para o conjunto das médias mensais de condutividade a 25 C (C, µmho/cm) e sólidos totais dissolvidos (STD, mg/l). Experimento (1) (2) (3) Amostra 20 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 873 C est N A B R REL RET EB ,6 1,040 0,78* A ,7 1,737 0,84* F ,6 1,684 0,87* M ,8 1,444 0,89* M ,8 1,531 0,86* M ,4 1,640 0,91* A ,2 0,489 0, F ,5 1,276 0,74* M ,2 0,393 0, M ,7 0,696 0,43* M ,3 0,927 0,61* A ,0 0,419 0,96* F ,2 1,353 0,97* M ,8 1,104 0,91* M ,7 1,322 0,95* M ,8 1,175 0,86* C est = Condutividade estimada com base na relação empírica da literatura (REL) e na regressão linear definida neste trabalho (RET).

6 CONCLUSÕES A análise de três séries temporais de dados de condutividade a 25 C e sólidos totais dissolvidos obtidas da monitoração de uma série de lagoas de estabilização, em escalapiloto, tratando esgoto doméstico da cidade de Campina Grande (PB), na EXTRABES UFPB, evidenciou o seguinte: O uso de cargas orgânicas elevadas e tempos de detenção reduzidos, a exemplo das características do experimento 3, causa a elevação dos valores médios tanto de condutividade como de sólidos totais dissolvidos; Existem relações lineares significativas entre condutividade e sólidos totais dissolvidos para amostras de esgoto bruto e de efluentes de lagoas de estabilização. Essas relações são distintas para as diversas amostras e para as diferentes condições de operação; As características operacionais que permitem um maior grau de estabilização da matéria orgânica, como no caso do experimento 1, determinam a definição de relações através das quais os valores estimados de condutividade tendem a convergir mais rapidamente para aqueles estimados pela relação empírica da literatura a qual, no contexto em que é normalmente citada, é aplicável a águas superficiais bastante mineralizadas. AGRADECIMENTOS Os autores expressam seus agradecimentos às seguintes organizações que apoiam a EXTRABES: UFPB, CAGEPA, CNPq e ODA (UK). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA, WPCF. Standard methods for the examination of water and wastewater, 18 th edition. Washington DC.: American Public Health Association, METCALF & EDDY. Wastewater Engineering - Treatment, Disposal, Reuse, 3rd Edition. McGraw- Hill, SILVA, S. A. On the treatment of domestic sewage in waste stabilization ponds in northeast Brazil, PhD. Thesis. Dundee.: University of Dundee, 203 pp., o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 874