IV-Fabreti-Brasil-1 PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE LAGOAS ANAERÓBIAS E FACULTATIVAS COM SULFATO DE ALUMÍNIO E DECANTAÇÃO ACELERADA

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1 IV-Fabreti-Brasil-1 PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE LAGOAS ANAERÓBIAS E FACULTATIVAS COM SULFATO DE ALUMÍNIO E DECANTAÇÃO ACELERADA Aline Akabochi Fabreti (1) Engenheira Civil pela Universidade Estadual de Londrina Mestranda do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da USP Aplicar Roque Passos Piveli (2) Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP Foto Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP Doutor em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela Escola Politécnica da USP Professor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da USP Luis Fernando Rossi Léo (3) Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de Lins Mestre em Recursos Hídricos e Tecnologias Ambientais pela UNESP Ilha Solteira Doutorando do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da USP Professor dos Cursos de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental do Centro Universitário de Lins UNILINS Mônica Medeiros (4) Graduanda do curso de Engenharia Ambiental do Centro Universitário de Lins UNILINS (1) Rua Manoel Mariano, 111, Vilage Regina Penápolis SP, CEP Tel: (18) alinefabreti@yahoo.com.br. RESUMO Neste trabalho estudou-se o pós-tratamento de efluente de lagoa anaeróbia e facultativa por processo físico-químico através de coagulação e floculação e decantação acelerada. A motivação principal para o desenvolvimento da pesquisa foi a dificuldade que os sistemas de lagoas de estabilização apresentam para atender aos limites de qualidade da água impostos pela Resolução 357/2005 do CONAMA para os corpos receptores de despejos. A hipótese formulada foi a de que o pós-tratamento do efluente de lagoa anaeróbia pode produzir resultados iguais ou superiores do que quando aplicado ao efluente de lagoa facultativa, levando à reflexão sobre a utilização destas quando se necessita de eficiência elevada na remoção de fósforo do esgoto. Utilizou-se um sistema de fluxo contínuo de coagulação, floculação e decantação laminar para a separação de sólidos, determinando-se dosagens prévias de sulfato de alumínio em ensaios em escala de laboratório. Ambos os efluentes tratados através do processo físico-químico em questão demonstraram-se eficientes, obtendo-se residuais de fósforo próximos ou até inferiores a 1,0 mgp/l. Nos dois casos, obteve-se aumento substancial na redução da DQO, 74% para o efluente da lagoa facultativa e 60% para o da anaeróbia, e de sólidos em suspensão, 75% de remoção para o elfuente da lagoa facultativa e 90% para o da anaeróbia. Também foram analisados alguns indicadores biológicos, obtendo-se uma redução de 1 a 2 unidades logarítmicas de Coliformes Termotolerantes, resultando em densidades em torno de 10³ NMP/100 ml para os efluentes de ambas as lagoas. O tratamento físico-químico tem como principal obstáculo o seu custo operacional, sendo estimado em R$ 0,14 /m³ e R$ 0,12/m³ de esgoto, para o efluente da lagoa facultativa e o da anaeróbia, repectivamente, apenas considerando-se o consumo de coagulante. Os resultados bastante satisfatórios obtidos com o efluente da lagoa anaeróbia, indicam que a lagoa facultativa pode ser suprimida em um sistema com pós-tratamento físico-químico. Recomenda-se estudar a adição de outros tipos de coagulantes, ou a associação do mesmo com polímeros, além da otimização de parâmetros como o tempo e gradiente de mistura na coagulação e floculação, a fim de viabilizar técnica e econômicamente a aplicação deste sistema como pós-tratamento de lagoas de estabilização. PALAVRAS CHAVE facultativa, lagoa anaeróbia, pós-tratamento, sedimentação, Sulfato de Alumínio.

2 INTRODUÇÃO No Brasil, muitos municípios de pequeno e médio porte adotaram as lagoas de estabilização como processo de tratamento de esgotos, por ser uma alternativa de baixo custo de implantação, operação simples e recomendada para regiões com grande disponibilidade de área e de clima quente. Porém, a baixa eficiência na remoção de nitrogênio e fósforo e a presença de algas no efluente final, tornam impossível o pleno atendimento à legislação federal de controle da poluição das águas. Em muitas situações, as águas naturais receptoras são de baixa vazão durante a estiagem e o grau de diluição sofrido pelo esgoto é muito baixo. Nestas condições climáticas, o fósforo tem se demonstrado o elemento mais importante a ser controlado para impedir o processo de eutrofização de represas, que tem trazido conseqüências catastróficas para diversos sistemas de abastecimento de água potável. Os limites para a concentração de fósforo em águas naturais estabelecidos pela legislação brasileira são bastante restritivos e, recentemente, ocorreu flexibilização dos limites de fósforo como padrão de classificação de águas naturais caracterizadas como ambientes intermediários ou lóticos, mas as exigências ainda deverão resultar incompatíveis com o emprego de lagoas, em que a remoção deste constituinte é muito baixa. Em diversas regiões, notadamente nas cidades assentadas próximas às nascentes, a capacidade de diluição dos corpos receptores dos esgotos tratados é muito baixa e não é possível o atendimento aos limites definidos para o fósforo. Grande parte dos problemas de qualidade dos efluentes das lagoas fotossintéticas está relacionada com o crescimento da biomassa algal. Devido a este fato, é comum que o esgoto tratado possua maior concentração de sólidos em suspensão que à sua entrada, caso seja precedida por uma lagoa anaeróbia. A inclusão de novos critérios de qualidade na Resolução Nº 357 do CONAMA, como as concentrações de cianobactérias e de Clorofila a, trará maiores dificuldades para o enquadramento dos efluentes de lagoas. Também a Portaria Nº 518 do Ministério da Saúde, implantada no ano 2000 e que estabelece os padrões de potabilidade vigentes, faz restrição à quantidade de microcistinas em águas naturais, o que também traz implicações com os efluentes das lagoas de tratamento de esgoto. Por outro lado, o Brasil é um país de poucos recursos econômicos e as empresas de saneamento possuem baixa capacidade operacional, principalmente nos inúmeros pequenos municípios onde as lagoas de estabilização encontram-se implantadas e não há possibilidade de abandono desses sistemas de tratamento de esgotos, pelo menos a curto prazo. Neste sentido, um grupo de pesquisadores da Universidade de São Paulo tem estudado a viabilidade do uso do efluente tratado em sistema de fertirrigação, tendo em vista a grande potencialidade agronômica da região. A aplicação de esgotos no solo é uma forma efetiva de controle da poluição e uma alternativa viável para aumentar a disponibilidade hídrica principalmente em regiões áridas e semi-áridas (Hespanhol 2003). A SABESP, atualmente, opera cerca de 200 lagoas de estabilização no Interior do Estado de São Paulo, cuja vazão representa aproximadamente 3% do total de água de irrigação previsto para o Estado São Paulo, e poderá irrigar em média hectares (TSUTIYA, 2001). O uso desta tecnologia pode trazer alguns benefícios como a possibilidade de irrigação permanente que favorece o desenvolvimento das plantas, a adição de nutrientes (nitrogênio e fósforo) gerando uma economia na aplicação de fertilizantes, além de ser considerado um pós-tratamento deste tipo de efluente. Evidentemente, os problemas que o esgoto tratado pode causar a determinados tipos de solo devem ser evitados, não devendo esta solução ser proposta indiscriminadamente. Mesmo que estes obstáculos com relação ao uso de esgoto tratado na agricultura sejam superados, ainda há que se preocupar com o fato de que não será possível o uso agrícola de todo o esgoto tratado sem quebra de continuidade. Uma evidência disto é a ocorrência de altos índices pluviométricos em determinadas épocas do ano e a conseqüente impossibilidade de irrigação com esgoto. Nesta situação, ou em outras imagináveis como, épocas de plantio, colheita, entressafras, etc., haverá necessidade de descarga em corpos d água. O sistema deverá então estar preparado para atender aos padrões de emissão e de classificação de águas naturais, devendo ser implantadas unidades para o tratamento complementar do esgoto. Por exemplo, se for constatada a necessidade de remoção complementar de fósforo, esta ação deverá estar prevista no sistema de tratamento e, mesmo que as tecnologias disponíveis para tal fim sejam consideradas de custo operacional

3 elevado, será em grande parte atenuado pela não utilização enquanto proceder-se a fertirrigação. Além disso, associando-se a descarga em corpos d água principalmente com a época de cheias, é exatamente nesta situação em que a capacidade de diluição do corpo receptor é elevada e se tem maiores condições e segurança para atender aos padrões de classificação deste. Portanto, para que o efluente de lagoa de estabilização seja capaz de atingir os limites de qualidade estabelecido pela legislação vigente faz-se necessário o uso de um pós-tratamento. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é avaliar comparativamente as características técnicas e econômicas do pós-tratamento de efluente de lagoa facultativa e de efluente de lagoa anaeróbia por processo de coagulação e floculação com sulfato de alumínio, com separação de sólidos por sedimentação. Embora se saiba que os custos operacionais deste processo podem ser elevados, se aplicados apenas quando houver a necessidade de descarga em corpos d água, como épocas de plantio, entressafras ou períodos de elevados índices pluviométricos, a redução deverá ser drástica. METODOLOGIA O efluente de lagoa facultativa tratado por processo físico-químico, em escala piloto, é oriundo do sistema de tratamento de esgotos sanitários do município de Lins-SP, composto por três módulos de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa operando em paralelo. A Figura 1 mostra um esquema da ETE de Lins com o sistema de lagoas de estabilização e a localização da unidade piloto. ESTAÇÃO PILOTO Ribeirão Campestre Entrada de Esgoto Bruto Anaeróbia FIGURA 1: Esquema da ETE de Lins-SP Os estudos tiveram como principal variável de controle a dosagem de coagulante, associada à remoção de DQO, Sólidos em Suspensão e Fósforo. Foram feitos ensaios exploratórios utilizando Jar test, sendo testadas dosagens de 12 a 28 mg Al/L, objetivando a orientação dos testes definitivos no sistema piloto de fluxo contínuo (Figuras 2 e 3), que operou com vazão de 200 L/h.

4 FIGURA 2: Tanque de coagulação e de floculação FIGURA 3: Decantador lamelar A mistura rápida (coagulação) teve duração de 1,5 min sob o gradiente de velocidade utilizado de 1000 s-1. A mistura lenta foi realizada em tanque subdividido em três câmaras, com tempo de detenção de 15 min e gradientes de velocidade decrescentes de 60 s-1, 45 s-1 e 30 s-1. E o decantador lamelar operou com tempo de detenção de 20 min. As dosagens que resultaram em eficiência superior à mínima desejável foram reproduzidas nos estudos em escala piloto. Nestes, os efluentes em que foram aplicadas as dosagens ótimas de coagulantes, indicadas pela remoção de DQO e Fósforo, foram utilizas para análises completas, incluindo diversos indicadores biológicos. As dosagens escolhidas foram as seguintes foram 28 mg Al/L para o efluente da e 20 mg Al/L para o efluente da Anaeróbia. RESULTADOS Cada ensaio no sistema piloto de fluxo contínuo foi realizado com 06 (seis) repetições, onde foram mantidas iguais todas as condições, exceto a qualidade do efluente da lagoa anaeróbia e da facultativa sobre a qual não se pode exercer controle. A Tabela 1 e Figura 4 contem os resultados da concentração de Fósforo total das amostras. Tabela 1: Índices estatísticos das concentrações de Fósforo Total Amostra P total (mg/l) Sedimentação 28 mg Al/L Anaeróbia Sedimentação 20 mg Al/L Média 5,5 0,7 4,7 0,1 D Padrão 0,70 0,30 0,40 0,08 Coef. Var. 0,13 0,40 0,09 0,58 Máx. 6,4 1,3 5,3 0,3 Mín. 4,1 0,3 4,0 0,1 Eficiência 86,5% 97,4%

5 Fósforo Total (mg/l) 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 25% 50% 90% 10% Mín Máx 75% 0,0 FS 28 Al Anaeróbia AS 20 Al Figura 4: Resultados de Concentração de Fósforo Total nos Efluentes A concentração de fósforo total no efluente, após o tratamento físico-químico foi reduzida a valores próximos ou até mesmo abaixo de 1 mg P/L, obtendo com isso uma eficiência na remoção de fósforo de 87% para o efluente da lagoa facultativa e 97% para o da anaeróbia. A Tabela 2 e Figura 5 contem os resultados da concentração de DQO das amostras. Tabela 2: Índices estatísticos das concentrações de DQO Amostra DQO (mg/l) Sedimentação 28 mg Al/L Anaeróbia Sedimentação 20 mg Al/L Média D Padrão 27,71 14,79 24,76 37,60 Coef. Var. 0,12 0,24 0,14 0,40 Máx Mín Eficiência 73,5% 60,3% 300,0 DQO (mg/l) 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 25% 50% 90% 10% Mín Máx 75% 0,0 FS 28 Al Anaeróbia AS 20 Al Figura 5: Resultados de DQO dos Efluentes. A concentração de DQO resultante do pós-tratamento ficou em torno de 60 mg/l para o efluente da lagoa facultativa e de 90 mg/l para o efluente da lagoa anaeróbia, obteve-se assim um aumento substancial na redução da DQO, sendo de 74% para o efluente da lagoa facultativa e 60% para o da anaeróbia.

6 A Tabela 3 e Figura 6 contem os resultados da concentração de sólidos em suspensão totais das amostras. Tabela 3: Índices estatísticos das concentrações de SST Amostra SST (mg/l) Sedimentação 28 mg Al/L Anaeróbia Sedimentação 20 mg Al/L Média 127,7 32,5 67,3 12,7 D Padrão 17,60 22,98 7,54 4,99 Coef. Var. 0,14 0,71 0,11 0,39 Máx. 150,0 78,0 78,0 18,0 Mín. 100,0 6,0 62,0 6,0 Eficiência 74,5% 90,1% 200,0 SST (mg/l) 160,0 120,0 80,0 40,0 25% 50% 90% 10% Mín Máx 75% 0,0 FS 28 Al Anaeróbia AS 20 Al Figura 6: Resultados de SST dos Efluentes. A concentração de sólidos em suspensão atingiu valores em torno de 30 mg/l para o efluente da facultativa e de 10 mg/l para o efluente da anaeróbia. Resultando em uma eficiência na remoção de sólidos em suspensão de 75% de remoção para o efluente da lagoa facultativa e 90% para o da anaeróbia. O processo físico-químico também promoveu a redução de 1 a 2 unidades logarítmicas de Coliformes Termotolerantes, resultando em densidades em torno de 10³ NMP/100 ml para os efluentes de ambas as lagoas. A remoção de protozoários pelo tratamento físico-químico resultou bastante eficiente, tendo-se reduzido a contagem de Cryptosporidium sp em 89% e 99%, de ovos viáveis de helmintos em 89% e 67% e de cistos de Giardia em 97% e 99%, respectivamente para o efluente da lagoa facultativa e da lagoa anaeróbia. Com base nas dosagens utilizadas no efluente da lagoa facultativa e no da lagoa anaeróbia, os gastos com o sulfato de alumínio seriam, respectivamente, de R$ 0,14 e R$ 0,12 por m³ de esgoto tratado. A produção de lodo resultou em aproximadamente 320 gst/m³ de efluente tratado da lagoa facultativa e 110 gst/m³ para a lagoa anaeróbia. As concentrações residuais de metais no efluente tratado foram, em média, de 2,8 mg Al+³/L para a lagoa facultativa e de 1,7 mg Al+³/L para a lagoa anaeróbia. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados demonstraram que é possível o tratamento dos efluentes das lagoas anaeróbias e facultativas, por processo à base de coagulação/floculação com sulfato de alumínio e separação de sólidos em decantador lamelar, com eficiência elevada em termos de DQO e Fósforo. Os efeitos

7 paralelos sobre os indicadores biológicos presentes das lagoas são muito positivos, tendo o processo físico-químico ocasionado a redução de duas unidades logarítmicas na densidade de coliformes termotolerantes. Porém, com base nos preços de mercado e na dosagem aplicada, o custo da aplicação do sulfato de alumínio é bastante elevado, comparando com os gastos operacionais de um sistema de de estabilização. Estas dificuldades podem ser drasticamente reduzidas com a utilização agrícola do efluente da lagoa facultativa, sobretudo nos inúmeros sistemas de lagoas de estabilização de pequeno porte. Desta forma, se aplicaria o tratamento físico-químico apenas quando não for possível a irrigação, devido à ocorrência de chuvas, por exemplo. Nesta situação, por outro lado, a capacidade de diluição do corpo receptor aumenta consideravelmente. Além disso, o gasto com o consumo de coagulantes seria apenas durante as estações chuvosas. Os resultados bastante satisfatórios obtidos com o efluente da lagoa anaeróbia, indicam que a lagoa facultativa pode ser suprimida em um sistema com pós-tratamento físico-químico. Recomendam-se estudos adicionais empregando-se polímeros ou outros aditivos objetivando a redução dos custos operacionais relativos ao consumo do coagulante. Outros coagulantes, tempo e gradiende de mistura, e outros processos de separação de sólidos, como a flotação com ar dissolvido, devem também ser investigados, a fim de viabilizar técnica e econômicamente a aplicação deste sistema como pós-tratamento de lagoas de estabilização.. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA, WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Waswater. 20 Ed. CD- ROM., CONSELHO NACIONAL DE MEIO AMBIENTE, Resolução CONAMA no 357/ HESPANHOL, I. Potencial de reúso de água no Brasil: agricultura, indústria, municípios, recarga de aqüíferos. Bahia análise e dados. Vol 13 nº ESPECIAL. Salvador, TSUTIYA, M. T. Uso agrícola dos efluentes das lagoas de estabilização do estado de São Paulo. In: 21º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES). João Pessoa, 2001.