IV-Barthel-Brasil-1 DESEMPENHO DE LAGOAS DE ALTA TAXA E DE MATURAÇÃO EM SISTEMA CONTÍNUO E EM BATELADA PARA TRATAMENTO DE DEJETOS SUÍNOS.

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1 IVBarthelBrasil1 DESEMPENHO DE LAGOAS DE ALTA TAXA E DE MATURAÇÃO EM SISTEMA CONTÍNUO E EM BATELADA PARA TRATAMENTO DE DEJETOS SUÍNOS. Lígia Barthel Bióloga, Mestre em Engenharia Ambiental pela UFSC (1998), doutoranda em Engenharia Ambiental na UFSC. Paulo Armando Victória de Oliveira Pesquisador da EMBRAPA Suínos e Aves, Concórdia, SC. Doutor pelo INRA, Rennes, França. Rejane Helena Ribeiro da Costa (1) Professora Titular do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Centro Tecnológico, Universidade Federal de Santa CatarinaUFSC, Florianópolis, SC. Doutora em Qualidade e Tratamento de Águas, INSA, Toulouse, França (1989), Pósdoutorado na Université Montpellier I, Montpellier, França (2000). Endereço (1) : Campus Universitário Trindade Florianópolis SC CEP: Brasil Tel: (48) rejane@ens.ufsc.br RESUMO Neste trabalho foram estudadas duas lagoas: uma lagoa de alta taxa algal (LAT), como tratamento secundário e uma lagoa de maturação (LM1), como tratamento terciário, para o tratamento de dejetos suínos. Inicialmente, As lagoas funcionaram separadamente em regime de batelada, com duração de 21 dias cada batelada, sendo realizadas um total de 8 bateladas. Na seqüência, as lagoas funcionaram em série e em sistema em fluxo contínuo, sendo estabelecido o tempo de residência de 10,5 dias para a LAT e de 70 dias para a LM1.. No sistema em contínuo as cargas aplicadas foram maiores que aquelas aplicadas no sistema em batelada em ambas as lagoas, sendo que a LAT sempre teve aplicada uma carga orgânica maior que na LM1. As lagoas foram eficientes no tratamento principalmente na remoção dos nutrientes. Observaramse altas concentrações de clorofila a nas duas lagoas. As clorofíceas predominaram durante todo o período experimental em ambas as lagoas, destacando a alga Chlorella sp. Palavraschaves: lagoa de alta taxa, lagoa de maturação, desempenho, tratamento de dejetos suínos. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS O sistema produtivo suinícola produz efluentes com alta carga orgânica devido, principalmente, à concentração de animais em espaços confinados e alimentação com alto teor de proteínas que não é totalmente assimilado pelos animais. Esses efluentes são muito concentrados em matéria orgânica biodegradável (aproximadamente 55%) e possuem número elevado de contaminantes, como microrganismos patogênicos, nitrogênio e minerais (cobre, zinco e arsênico). Dentre as tecnologias disponíveis para o tratamento de dejetos suínos, as lagoas de estabilização têm sido utilizadas com maior freqüência, por médios e grandes produtores. Diversos trabalhos relatam a eficiência de sistemas de lagoas anaeróbias e facultativas para remoção da matéria carbonácea, de nutrientes e de microrganismos patogênicos (ESTRADA & HERNÁNDEZ, 2002). As lagoas de alta taxa e de maturação também têm sido utilizadas no tratamento secundário e terciário desses dejetos, apresentando como vantagens a remoção de compostos de nitrogênio e fósforo, como relatado por AGUIRRE et al. (2004) e COSTA et al. (2002).

2 Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho da lagoa de alta taxa e lagoa de maturação em sistema contínuo e de batelada, com aplicação de diferentes cargas orgânicas para o tratamento de dejetos suínos. METODOLOGIA Os dejetos eram prétratados (decantação e tratamento primário em 2 lagoas anaeróbias) antes de serem conduzidos às lagoas estudadas (lagoas de ata taxa e de maturação). As lagoas possuíam volume de 6,30 e 42 m 3 e superfície de 12 e 60 m 2, para alta taxa e maturação, respectivamente. A figura 1 apresenta fotos das lagoas LAT (A) e LM1 (B). A Lagoa de alta taxa (LAT) B Lagoa de Maturação 1 (LM1) Figura 1. Fotos das lagoas LAT e LM1. Em regime descontínuo (batelada), as lagoas de alta taxa algal (LAT) e de maturação1 (LM1) funcionavam com bateladas de 21 dias. Foram efetuadas oito bateladas, sendo denominadas B1 para batelada 1 e assim por diante até a B8. Na LAT, a velocidade de mistura da massa líquida foi de 0,15 m/s nas bateladas B1 até a B5; e de 0,50 m/s nas bateladas B6 até a B8. A LM1 recebia o efluente tratado na LAT após cada batelada desta. O experimento foi realizado durante 7 meses (abril a outubro de 2002). O funcionamento das lagoas em fluxo contínuo teve duração de 9 meses (fevereiro a outubro/2003). As lagoas estavam ligadas em série (LAT + LM1), sendo o tempo de residência de 10,5 dias para a LAT e de 70 dias para a LM1. A velocidade de mistura da massa líquida na LAT foi de 0,50 m/s. A vazão de alimentação das lagoas era de 600 L/dia. O monitoramento das lagoas foi efetuado através das seguintes análises: ph, oxigênio dissolvido (OD) e temperatura da água, medidos in loco; amônia (NNH 4 ), nitrato (NNO 3 ), nitrito (NNO 2 ), sólidos suspensos totais (SST), fósforo total (PT) e demanda química de oxigênio total e solúvel (DQOt, DQOs), realizadas conforme o Standard Methods (APHA, AWWA, WEF, 1998). Amostras destinadas à análise do fitoplâncton e zooplâncton (250 ml) foram fixadas imediatamente após as coletas com lugol (solução de ácido acético e iodo). A identificação dos microrganismos, a nível genérico, utilizandose a câmara de Neubauer, foi realizada com auxílio do microscópio Olympus BX 40, com aumentos de 40 e 100 vezes, acoplado a um sistema analisador de imagens (Image ProPlus). A biomassa algal foi expressa em termos de clorofila a e determinada por espectrofotometria segundo NUSH (1980). As coletas eram realizadas a cada quinze dias, no período matutino, no meio de cada lagoa (funcionamento em batelada) e na entrada e saída de cada lagoa (sistema em contínuo).

3 RESULTADOS A Tabela 1 apresenta as cargas aplicadas e os resultados obtidos durante o período de monitoramento das lagoas LAT e LM1 (funcionamento contínuo e em batelada). Tabela 1: Resultados obtidos na LAT e LM1 com funcionamento de batelada (início e final) (n=9) e em contínuo (entrada e saída) (n=22). LAT LAT LM1 LM1 batelada Ε contínuo Ε batelada Ε contínuo Ε Carga orgânica superficial (KgDQOs/ha.d) Carga orgânica volumétrica (gdqot/m 3.dia) DQO (mg/l)* 134± ± ± ± ±22 713±517 68±41 322±172 SS (mg/l) 298± ± ± ± ± ± ±85 84±35 Carga de Amônia (KgNNH 4 /ha.d) ,3 3,6 NNH 4 (mg/l) 46±38 7±4 NNO 3 (mg/l) 78±44 133±29 NNO 2 (mg/l) 21±28 22±44 NTK (mg/l) 80±60 23±24 PT (mg/l) 20±5 20±7 T (ºC) 16,2±4,5 16,5±2,3 ph 7,46±1,23 6,01±0,65 OD (mg/l) 5,77±2,94 7,32±1,26 Clorofilaa (µg/l) 2192± ± ± ±86 2±2 373±427 0,6±0,8 313± ± ±153 28±14 23±12 16,6±3,6 16,8±3,2 7,0±0,5 8,57±0,6 0,46±0,2 3,08±1,7 2223± ±3 3±2 7±3 4±3 2±2 0,5±0, ±19 10± ±7 9±6 16,34±4,6 17,12±2,5 9,55±1,27 9,59±1,3 5,88±5,10 7,78±4, ± ± ±86 36± ± ± ±178 75± ±153 53±32 23±12 7±4 16,8±3,2 17,0±3,2 8,57±0,6 9,0±0,7 3,08±1,7 5,45±2,6 2223± ±1899 *Obs. Eficiência calculada em termos de DQOt no início/entrada menos a DQOs no final/saída Remoção da matéria carbonácea (DQO e SS) e Fósforo Observouse no funcionamento em batelada, que a remoção da DQO na LAT estabilizouse principalmente a partir do 10º dia do ensaio, bem como para os demais parâmetros físicoquímicos, sendo estabelecido assim o tempo de residência para o funcionamento em contínuo nessa lagoa. Conforme mostrado na tabela 1, a carga orgânica aplicada nas duas lagoas nos ensaios em batelada foi inferior àquela aplicada nos ensaios em contínuo. Em batelada, a LAT apresentou melhor eficiência na remoção de matéria orgânica (DQO e SS); na LAT em contínuo, as cargas volumétrica e superficial aplicadas são comparáveis àquelas utilizadas nos trabalhos de ZANOTELLI et al. (2002), que foram de 470 KgDQO/hab.dia em lagoa facultativa, e COSTA et al. (2002) que foram de 191 e 30 Kg DQO/hab.dia em lagoa de alta taxa e lagoa de maturação, respectivamente, para tratamento de dejetos suínos. A LM1 recebeu carga superficial em termos de DQO solúvel de 8

4 e 32 KgDQOs/ha.dia, para batelada e contínuo, respectivamente, que se aproximam daqueles utilizados por ESTRADA & HERNANDÉZ (2002) em lagoas de maturação com dejetos suínos, em termos de DQO total (<100 Kg DQOt/hab.dia); quanto à eficiência, o desempenho da LM1 foi melhor durante seu funcionamento em contínuo. A remoção da matéria carbonácea ocorre inicialmente nas etapas precedentes do sistema de tratamento (decantação e lagoas anaeróbias), sendo complementada na LAT e na LM1. Houve baixa remoção do fósforo na LAT, conseqüência do baixo ph (< 9), sendo este removido nesta lagoa, principalmente pela assimilação algal, concordando com os resultados obtidos por COSTA et al. (2000). Na LM1, o ph elevado (>9) permitiu uma maior eficiência na remoção de fósforo. A lagoa LAT devido a grande produção algal e mistura da massa líquida teve baixa eficiência na remoção de sólidos suspensos, estes foram melhores removidos na lagoa de maturação. Remoção de nitrogênio Em relação aos compostos de nitrogênio, observase que a LAT apresentou nitrificação, tanto no funcionamento em bateladas quanto no contínuo, com excelente desempenho na remoção do nitrogênio amoniacal. AGUIRRE et al. (2004) constataram remoção de 70 a 85% de amônia para dejetos suínos tratados em lagoa de alta taxa, sendo a nitrificaçãodesnitrificação o principal meio de remoção dessa forma de nitrogênio. Os nitritos e nitratos foram bem removidos na LM1, devido a possível assimilação algal nessa lagoa. PICOT et al. (2004) constataram que as lagoas de maturação são capazes de removerem nitrogênio total (38%) além de contribuírem para a remoção de indicadores fecais. A amônia é a forma preferencial utilizada pelo fitoplâncton; a assimilação da amônia pelo fitoplâncton abundante contribuiu para sua remoção do efluente. O aumento do nitrogênio orgânico nas últimas lagoas coincidiu com o aumento da clorofila a, sugerindo que o nitrogênio inorgânico foi convertido em nitrogênio orgânico das células algais pelo crescimento e assimilação fitoplanctônica. A redução da concentração de amônia, acompanhada de significativo aumento das concentrações de nitrito e nitrato, sugere que a nitrificação foi o principal mecanismo de remoção de nitrogênio. Neste processo, a amônia é oxidada para nitrito e então para nitrato por bactérias nitrificantes, segundo LAI & LAM (1997). Na LM1, a amônia apresentouse em baixas concentrações. Os nitritos e nitratos formados na LAT apresentaramse em concentrações muito baixas na LM1, devido a possível assimilação algal nessa lagoa e a diluição do despejo afluente (final da batelada da LAT) em 1/10 do volume da LM1 (4,2 m 3 da LAT para 42 m 3 da LM1). OLIVEIRA (2002) constatou que cada lagoa tem a sua função: a LAT oxida a amônia (nitrificação), enquanto a LM1, remove o nitrito e o nitrato formados no tratamento secundário (LAT). Plâncton e clorofilaa A concentração da clorofila a foi elevada na LAT nos dois períodos de estudo, apresentandose essa lagoa como um sistema hipereutrófico (MARGALEF, 1983). Essas altas concentrações de clorofila a na LAT podem ser devido à elevada carga orgânica aplicada nesta lagoa (SOARES & BERNARDES, 2001; ZANOTELLI et al., 2002). No geral, as algas elevaram as concentrações de OD nas duas lagoas, sendo maior durante o funcionamento em contínuo. A temperatura média da massa líquida permaneceu em torno dos 17 ºC em ambas as lagoas durante o período experimental. A velocidade de mistura da massa líquida na LAT, a qual passou de 0,15 m/s (B1 e B5) para 0,50 m/s (B7 e B8) não influenciou nos parâmetros físicoquímicos. A maior agitação introduzida pelas pás misturadoras pode ter sido fator de alteração no ecossistema presente no meio líquido, favorecendo o aparecimento de outros microrganismos aeróbios e diminuindo a concentração de clorofila a. Em seus experimentos, ZANOTELLI (2002) também observou que a concentração de clorofila a foi menor em lagoa facultativa aerada que em lagoa facultativa sem aeração e que a diversidade de espécies foi maior na lagoa facultativa aerada. A Tabela 2 apresenta a densidade total do plâncton na LAT e LM1, com funcionamento em batelada e em contínuo. A diversidade de espécies foi pequena, concordando com PEARSON (2005) que relata baixa diversidade de espécies em lagoas quando a carga orgânica superficial é elevada. As algas foram o grupo mais diversificado de microrganismos presentes nas lagoas. As clorofíceas se apresentaram em maior quantidade e dentro destas a espécie Chlorella sp foi a mais abundante. A presença de

5 diatomáceas indica eficiência do tratamento (LLORENS et al., 1993). A predominância de clorofíceas e diatomáceas na LAT se deve a alta carga orgânica que esta recebia, sendo maior no funcionamento em contínuo, coincidindo com os resultados obtidos por ATHAYDE et al. (2000) com efluentes domésticos. As cianofíceas estiveram presentes nas duas lagoas quando menores cargas foram aplicadas. A ocorrência de cianobactérias (algas azuis), em menor escala que as algas verdes, indica baixa toxicidade do efluente (ZANOTELLI et al, 2002). Em alguns períodos do estudo ocorreu herbivoria nas lagoas (Tabela 2), quando um maior número de protozoários e metazoários se alimenta das algas, reduzindo sua densidade. Tabela 2: Densidade total do plâncton (x 10 4 ind./ml) nas lagoas LAT e LM1. LAT LAT LM1 LM1 batelada contínuo batelada contínuo Clorofíceas 951, Cianofíceas 2,0 2,6 Diatomáceas 3,9 1,33 1,7 1,8 Protozoários 2,3 1,9 2,6 1,3 Metazoários 1,0 N de amostras CONCLUSÕES As duas lagoas foram eficientes no tratamento dos dejetos suínos, sendo capazes de tratar cargas elevadas em termos de DQO e amônia. Observouse nitrificação na lagoa de alta taxa, com elevada remoção de amônia. A lagoa de maturação conseguiu reduzir eficientemente os nutrientes (Nitrato, Nitrito e Fósforo). O estudo com funcionamento das lagoas em batelada serviu para determinar parâmetros de projeto, principalmente tempos de retenção hidráulica, assim como seu potencial de tratamento. O funcionamento em contínuo e em série (LAT+ LM1) mostrou ser ótima alternativa para o tratamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AGUIRRE, P.; GARCÍA, J.; ÁLVAREZ, E. Efficiency and design considerations of high rate ponds used for the treatment of piggery wastes. In: 6 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON WASTE STABILISATION PONDS. Avignon, France, p , APHA. AWWA. WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 20th Ed., Washington, DC, American Public Health Association, ATHAYDE, S. T. S.; PEARSON, H. W.; SILVA, S. A. Algological study in waste stabilization ponds. In: CONFERENCIA LATINO AMERICANA EN LAGUNAS DE ESTABILIZATION Y REUSO, Santiago de Cali, Colombia, v. 1, p , COSTA, R. H. R.; MEDRI, W.; PERDOMO, C. C. Highrate pond for treatment of Piggery wastes. Wat. Sci. Tech., v. 42, n. 1011, p , COSTA, R. H. R.; OLIVEIRA, P. J. P.; OLIVEIRA, P. A. V.; SOUZA, D.; PICOT, B. High rate algal pond and maturation pond for the treatment of piggery wastes. In: 5 th INTERNATIONAL IWA SPECIALIST GROUP CONFERENCE ON WASTE STABILIZATION PONDS: Pond Technology for the New Millennium. Auckland, New Zealand, 25 April, ESTRADA, V. E. E.; HERNÁNDEZ, D. E. A. Treatment of piggery wastes stabilization Ponds. Wat. Sci. Tech., v. 45, n. 1, p. 5560, LAI, P. C. C.; LAM, P. K. S. Major pathways for nitrogen removal in waste water stabilization ponds. Water, Air, and Soli Pollution, v. 94, p , LLORENS, M., SAEZ, J., SOLER, A. Primary productivity in a deep sewage stabilization lagoon. Wat. Res., v. 27, n. 12, p , MARGALEF, R. Limnología. Barcelona, Omega, p. 10.NUSCH, E. A. Comparation of different methods for clorophyll and phaeopigment

6 determination. Arch. Hydrobiol. Beih. Stuttgart, v. 14, p. 1436, OLIVEIRA, P. J. P. Tratamento secundário e terciário de dejetos de suínos utilizando lagoas de alta taxa algal, aerada e maturação. Dissertação, UFSC, Florianópolis, SC, PEARSON, H. Microbiology of waste stabilization ponds. IN: SHILTON, Andy (ed.). Pond treatment technology. IWA. London, UK, PICOT, B.; ANDRIANARISON, T.; GOSSELIN, J. P.; BRISSAUD, F. Twenty years monitoring of Mèze stabilisation ponds. Iremoval of organic matter and nutrients. In: 6 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON WASTE STABILISATION PONDS and 9 th INTERNATIONAL CONFERENCE ON WETLAND SYSTEMS. Avignon, France, p , SOARES, S. R. A.& BERNARDES, R. S. Revisão do critério da taxa de aplicação superficial no dimensionamento de lagoas facultativas. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL: ABES, João Pessoa, PB: ABES, CDROM. 15.ZANOTELLI, C. T. Modelagem matemática de nitrogênio e fósforo em lagoas facultativas e de aguapés para tratamento de dejetos de suínos. Tese, UFSC, Florianópolis, SC, p. 16.ZANOTELLI, C. T.; MEDRI, W.; PERDOMO, C. C.; MULLINARI, M. R.; BELLI Fº, P.; COSTA, R. H. R. The Perfomance of a Facultative Lagoon with Baffled in the Treatment of Swine Wastes. Wat. Sci. Tech., v. 45, n. 1, p. 4953, 2002.

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