II EXPERIÊNCIA OPERACIONAL E ANÁLISE DE DESEMPENHO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DE BONITO MS

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1 II EXPERIÊNCIA OPERACIONAL E ANÁLISE DE DESEMPENHO DO SISTEMA DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DE BONITO MS Marcos Ramalho Gomes (1) Engenheiro Civil da Empresa de Saneamento de Mato Grosso do Sul SANESUL. Aluno de mestrado do Programa de Pós Graduação em Tecnologias Ambientais PGTA, da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul UFMS. Carlos Augusto de Lemos Chernicharo Engenheiro Civil e Sanitarista. Doutor em Engenharia Ambiental pela Universidade de Newcastle upon Tyne UK. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. Endereço (1) : Empresa de Saneamento de Mato Grosso do Sul SANESUL - Rua: Estrela do Sul, N Bairro: Vilas Boas - CEP: Campo Grande MS - Telefone: Fax: E- mail: marcosr@sanesul.ms.gov.br RESUMO O presente trabalho busca consolidar os resultados operacionais e de desempenho do sistema de tratamento de esgotos da cidade de Bonito MS, após 15 meses de monitoramento dos principais parâmetros de eficiência da estação e de qualidade microbiológica do corpo receptor. Apesar da aparente deficiência no protocolo de descarte de lodo do reator UASB, que possivelmente tem ocasionado uma maior perda de sólidos no efluente deste reator, o sistema vem apresentando um desempenho considerado muito bom. No período de 15 meses de monitoramento (janeiro/03 a março/2004), o sistema foi capaz de manter as concentrações de DBO, DQO e SST sistematicamente abaixo de 50, 100 e 50 mg/l, respectivamente, e eficiências de remoção de DBO e DQO na faixa de 85 a 90%. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de esgotos, reator UASB, aplicação no solo, escoamento superficial. INTRODUÇÃO O Município de Bonito, com uma área de km 2, está na Micro-Região Geográfica de Bodoquena, no sudoeste do de Mato Grosso do Sul. Sua sede está a uma altitude de 315 m acima do nível do mar e situa-se nas seguintes coordenadas geográficas: Latitude - 21º 07 16" Sul e Longitude - 56º Oeste, distanciando 249 km da Capital. A população urbana do município de Bonito é de habitantes. A rede de esgotamento sanitário existente totaliza 52 km, atendendo a economias reais, com taxa de ocupação de 4,05 hab./economia, correspondendo ao volume mensal coletado de ,67 m³. MATERIAL E MÉTODOS Descrição do sistema de tratamento A estação de tratamento de esgotos de Bonito é composta de tratamento preliminar (gradeamento e desarenador manual), reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) e pós-tratamento por escoamento superficial no solo. O sistema de pós-tratamento por gramíneas se mostrou bastante atrativo para o município, por tratar-se de um sistema natural de tratamento de esgotos, em sintonia com as características da região com forte apelo de turismo ecológico, e também pela ocorrência de solo predominantemente rochoso (que dificultava a implantação de outros sistemas naturais: ex. lagoas e wetlands). Na Figura 1, a seguir, é apresentada uma ilustração esquemática do sistema de tratamento de esgotos de Bonito. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Figura 1 Ilustração esquemática do sistema de tratamento de Bonito Principais características das unidades de tratamento As principais características das unidades que integram o sistema de tratamento de esgotos de Bonito são apresentadas na Tabela 1. Fotos das unidades são apresentadas nas Figuras 2 a 4. Tabela 1 Resumo das características das unidades de tratamento Unidade Característica espaçamento entre as barras: 2 cm Gradeamento e desarenador Calha Parshall: W = 6 Largura do canal de entrada: 1,20 m Largura desarenador (2 células): 1,20 m, por célula Configuração geométrica: seção tronco-cônica Reator UASB Vazão de projeto: 40 L/s Tempo de detenção hidráulica de projeto: 8 horas Número de unidades: 2 células Altura de lodo: 50 cm Comprimento: 12,00 m Leitos de secagem Largura: 6,00 m Altura: 60 cm Área total: 144 m² Número de unidades: 4 unidades paralelas Dimensões: 18 m x 90 m Rampas de escoamento superficial Declividade: 2% Alimentação: Tubos perfurados DN 150 mm Tipo de gramínea: braquiária ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 2 Vista geral do sistema de escoamento superficial no solo Figura 3 Vista do sistema de alimentação das rampas de escoamento superficial Figura 4 Vista do sistema de recolhimento do efluente das rampas de escoamento superficial ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Rotina operacional A rotina operacional envolve atividades para a manutenção e operação do UASB e tratamento preliminar, tais como descarga e secagem de lodo, remoção de sólidos retidos no gradeamento e desarenador, além da manutenção das rampas de escoamento superficial, com procedimentos periódicos de corte das gramíneas. Estas rampas operam paralelamente, sendo que sua operação deve se efetuada duas a duas. Enquanto duas rampas estiverem em carga, outras duas estarão sob manutenção, trabalhando alternadamente. Alimentação de esgotos Tendo em vista a existência de uma estação elevatória de chegada, a estação de tratamento é operada de forma intermitente, com uma vazão de alimentação de 23 L/s. Os tempos médios de funcionamento da bomba são como a seguir: 11 a 13 horas por dia (dias normais) 16 a 18 horas (alta temporada) Leito de Secagem de Lodo Tendo em vista a elevada capacidade de armazenamento de lodo no reator anaeróbio, o descarte de lodo para o leito de secagem é feito com uma freqüência de 90 dias. Rampas de escoamento superficial Operação: Duas rampas operam durante 24 horas enquanto outras duas permanecem em repouso. Corte da vegetação: Procede-se o corte 1 (uma) vez por mês, em cada rampa, após dois dias de secagem. Neste caso faz-se a rotatividade operacional entre as outras três rampas, havendo sempre uma que operará 48 horas. Monitoramento do sistema O monitoramento do sistema de tratamento vem sendo realizado desde janeiro de 2003, com a coleta de amostras e realização de análises físico-químicas dos principais parâmetros de interesse (ph, temperatura, DQO, DBO, SST), para o esgoto bruto, efluente do reator UASB e efluente final da estação (efluente das rampas). Além desses pontos, são coletadas amostras de água no corpo receptor, a montante e a jusante do lançamento final da estação. A avaliação da estação de tratamento de esgotos do município de Bonito-MS, é feita mensalmente, com coleta de amostras simples, sendo que, no corpo receptor, córrego Bonito, os pontos de montante e jusante situam-se, respectivamente, 50 m acima e 50 m abaixo do lançamento. Para uma avaliação inicial do decaimento bacteriano ao longo do sistema de escoamento superficial, realizouse uma coleta em janeiro de 2005, cujos pontos de amostragem distam 30 metros entre si, no sentido longitudinal da rampa, compondo, desta forma, quatro seções de amostragem, conforme apresentado na Figura 5. A primeira, denominada S0, caracteriza o afluente ao sistema, antes de sua passagem pelo tubo distribuidor. A Segunda seção, denominada S30, dista 30 m da entrada do sistema de escoamento superficial (ou do tubo distribuidor) e é composta por seis pontos transversalmente distribuídos, sendo três na rampa A e os outros três na rampa B (considerando-se A e B, duas rampas distintas e em operação). De maneira análoga à S30, definiu-se a seção S60. A seção S90 corresponde a um único ponto, localizado na saída do sistema de escoamento superficial. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Seção S0 Seção S30 Rampa A Rampa B Rampa C Rampa D Seção S60 Seção S90 Figura 5 Locação dos pontos de amostragem no sistema de escoamento superficial RESULTADOS Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) As figuras 6 e 7 mostram a evolução das concentrações de DBO do esgoto bruto, do efluente do reator UASB e das rampas de escoamento superficial, assim como as respectivas eficiências de remoção deste parâmetro, ao longo do período de monitoramento. Apesar das grandes variações nas concentrações de DBO no esgoto bruto, tanto o reator UASB como as rampas de escoamento superficial foram capazes de garantir uma boa estabilidade operacional, sem grandes variações nas concentrações efluentes. De um modo geral, percebe-se um melhor desempenho do reator UASB nos seis primeiros meses de operação (janeiro/03 a junho/03), quando as concentrações efluentes se mantiveram, sistematicamente, abaixo de 80 mgdbo/l, e as eficiências usualmente entre 70 e 80%. Após esse período inicial de excelente desempenho, observa-se que as concentrações de DBO do efluente passam a se situar em um patamar próximo de 100 mgdbo/l, com ciclos de melhoras que correspondem a aproximadamente 3 meses. Tal constatação também pode ser observada no gráfico de eficiência do reator UASB (Figura 7), que além de apresentar os mesmos ciclos de melhoras, passa a oscilar entre 60 e 70%. Muito possivelmente, estes ciclos estão relacionados à rotina de descarte de lodo, feita em média a cada 3 meses. Após os descartes deve ocorrer uma redução da perda de sólidos suspensos no efluente, melhorando a sua qualidade. Apesar da ligeira piora da qualidade do efluente do reator UASB, a partir do mês julho/2003, o desempenho do sistema de pós-tratamento mantém-se muito bom e praticamente inalterado, sendo capaz de produzir um efluente final com concentrações sistematicamente abaixo de 50 mgdbo/l (concentração média no período igual a 36 mgdbo/l) e, portanto, com 100% de atendimento ao padrão de lançamento estabelecido pela legislação ambiental. Em termos de eficiência, também foram excelentes os resultados das rampas de escoamento superficial, em torno de 70%. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 As eficiências de remoção do reator UASB, acrescidas das eficiências do sistema de pós-tratamento, foram capazes de manter a eficiência global do sistema em torno de 90% Esg Bruto Efl.UASB 400 Efl.Rampa DBO (mg/l) Figura 6 - Evolução das concentrações de DBO ao longo do período de monitoramento 100% 90% Eficiência remoção DBO (%) 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% reator UASB Rampas Global sistema 0% Figura 7 Evolução das eficiências de remoção de DBO ao longo do período de monitoramento ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Demanda Química de Oxigênio (DQO) As figuras 8 e 9 mostram a evolução das concentrações de DQO do esgoto bruto, do efluente do reator UASB e das rampas de escoamento superficial, assim as respectivas eficiências de remoção deste parâmetro, ao longo do período de monitoramento. O comportamento do sistema em relação ao parâmetro DQO foi bastante semelhante ao observado e discutido para a DBO. De um modo geral, ocorreram grandes variações nas concentrações de DQO no esgoto bruto, sem contudo afetar substancialmente a estabilidade operacional do reator UASB e das rampas de escoamento, que foram capazes de produzir efluentes sem grandes variações em suas concentrações. Também para o parâmetro DQO, confirma-se a observação de um melhor desempenho do reator UASB nos seis primeiros meses de operação (janeiro/03 a junho/03), quando as concentrações efluentes se mantiveram, sistematicamente, abaixo de 150 mgdqo/l, e as eficiências usualmente entre 60 e 75%. Valem aqui as mesmas considerações feitas para o parâmetro DBO, de observação de ciclos de melhoras que correspondem a aproximadamente 3 meses, e de estabelecimento de novos patamares de concentrações efluentes (em torno de 200 mgdqo/l) e de eficiências (em torno de 60%). Novamente, estabelece-se a relação entre estes ciclos de melhoria e deterioração de qualidade com a rotina de descarte de lodo. O tempo excessivo para o descarte de lodo deve estar provocando uma maior perda de sólidos com o efluente (ver Figura 10) e, conseqüentemente, um aumento nas concentrações de DBO e DQO. Observa-se, também para a DQO, que a ligeira piora da qualidade do efluente do reator UASB não impacta muito negativamente o sistema de pós-tratamento, que se mantém capaz de garantir a produção de um efluente final com concentrações sistematicamente abaixo de 100 mgdqo/l (concentração média no período igual a 73 mgdqo/l). Em termos de eficiência, também foram excelentes os resultados das rampas de escoamento superficial, mantendo-se usualmente entre 50 e 80%. As eficiências de remoção do reator UASB, acrescidas das eficiências do sistema de pós-tratamento, foram capazes de manter a eficiência global do sistema em torno de 85 a 90% EB Efl.UASB Efl.Rampa DQO (mg/l) Figura 8 - Evolução das concentrações de DQO ao longo do período de monitoramento ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 100% Eficiência remoção DQO (%) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% reator UASB Rampas Global sistema 0% Figura 9 Evolução das eficiências de remoção de DQO ao longo do período de monitoramento Sólidos Suspensos Totais (SST) A figura 10 mostra a evolução das concentrações de SST do esgoto bruto, do efluente do reator UASB e das rampas de escoamento superficial ao longo do período de monitoramento. De um modo geral, pode-se constatar que os teores de SST variaram muito no esgoto bruto, com uma tendência de aumento nos últimos meses do monitoramento. Os resultados de sólidos no efluente do reator UASB confirmam as constatações feitas para os parâmetros DBO e DQO, uma vez que observa-se uma substancial piora de qualidade (perda de sólidos) a partir de julho de 2003, com picos de até 150 mgsst/l. Aparentemente, a freqüência de descartes de lodo deve ser revista, a fim de garantir um efluente com menores teores de sólidos EB Efl.UASB Efl.Rampa SST (mg/l) Figura 10 - Evolução das concentrações de SST ao longo do período de monitoramento ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 Coliformes termotolerantes (fecais) (CF) O comportamento da concentração de coliformes fecais, ao longo das rampas de escoamento superficial em operação, é apresentado na figura 11. Nota-se um ligeiro decaimento ao longo de toda a rampa, todavia mais expressivo no trecho de 30 a 60 metros. No cômputo global, observou-se uma eficiência de remoção próxima de 99%, ou duas unidades logarítmicas. As eficiências observadas estão de acordo com resultados reportados para outros sistemas de escoamento superficial (Coraucci Filho et al., 2001). Todavia, como se trata de um único resultado, há necessidade de novas avaliações, inclusive com variações da taxa de aplicação superficial para melhor avaliação do comportamento destas unidades, frente à remoção de coliformes. Esses resultados foram conseguidos para as rampas operando com taxa de aplicação superficial hidráulica de aproximadamente 230 L/m 2.d, sendo a relação l/b (comprimento / largura), da ordem de 2,5, considerando-se duas células em operação. 1.00E E+06 UFC/100 ml 1.00E E E E E+01 C. Fecais 1.00E Distância (m) 90 Figura 11 - Decaimento bacteriano no interior das rampas Em relação ao corpo receptor, a figura 12 mostra a evolução das concentrações de coliformes fecais a montante e a jusante do lançamento final do sistema de tratamento. Apesar das relativamente baixas eficiências de remoção de coliformes fecais esperadas para esse tipo de sistema de tratamento (usualmente da ordem de 2 a 3 unidades logarítmicas) (Coraucci Filho et al., 2001), pode-se observar a importância da unidade de pós-tratamento na não deterioração dos níveis de coliformes fecais que o corpo receptor apresentava antes de receber os efluentes tratados. Tal deterioração só foi observada no período de maio a agosto de 2003, quando as rampas de escoamento superficial encontravam-se fora de operação. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 1.0E+07 Coliformes Fecais (NMP/100 ml) 1.0E E E E E E+01 Montante Jusante Padrão Classe 2 1.0E+00 Figura 12 - Evolução das concentrações de coliformes fecais no corpo receptor CONCLUSÕES Este trabalho relata a experiência operacional e a análise de desempenho de um sistema de tratamento de esgotos em escala real, composto de reator UASB e escoamento superficial no solo. Tal relato reveste-se de grande importância, notadamente para as companhias de saneamento, uma vez que a literatura especializada raramente apresenta informações acerca de sistemas operando em escala plena, notadamente nesta modalidade. Apesar da aparente deficiência no protocolo de descarte de lodo do reator UASB, que possivelmente tem ocasionado uma maior perda de sólidos no efluente deste reator, o sistema vem apresentando um desempenho considerado muito bom. No período de 15 meses de monitoramento (janeiro/03 a março/2004), o sistema foi capaz de manter as concentrações de DBO, DQO e SST sistematicamente abaixo de 50, 100 e 50 mg/l, respectivamente, e eficiências de remoção de DBO e DQO na faixa de 85 a 90%. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA (1998). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20 ed. American Public Health Association. Washington, D. C. Estados Unidos. 2. CORAUCCI FILHO B., ANDRADE NETO C.O, MELO H.N.S., SOUZA J.T., NOUR E.A.A. & FIGUEIREDO R.F. (2001). Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios por sistemas de aplicação no solo. Cap. 2. In: CHERNICHARO, C.A.L. (coordenador). Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. FINEP/PROSAB, Rio de Janeiro, Brasil, 544 p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10