TRATABILIDADE DE EFLUENTES TÊXTEIS EM REATORES DE LODOS ATIVADOS POR BATELADA

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1 TRATABILIDADE DE EFLUENTES TÊXTEIS EM REATORES DE LODOS ATIVADOS POR BATELADA Eduardo Vieira Carneiro (1) Engenheiro Civil. Doutor em Engenharia Ambiental (Universidade de Newcastle, GB). Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (DESA) da Escola de Engenharia da UFMG FOTOGRAFIA (EEUFMG). Diretor da Hidroprocess Consultoria e Serviços Ltda. NÃO Mônica M. D. Leão Engenheira Química, Doutora em Engenharia de Antipoluição (INSA, DISPONÍVEL FR). Professora Adjunta do DESA da EEUFMG. Luiz Ignácio Fernandez de Andrade Engenheiro Civil. Mestrando em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pelo DESA / EEUFMG. Rivânia Vilela Moreira Aluna de graduação do curso de Engenharia. Química pela EEUFMG. Bolsista de Iniciação Científica e Tecnológica da FAPEMIG. Alisson Paulo de Oliveira Aluno de graduação do curso de Engenharia Metalúrgica pela EEUFMG. Bolsista de Iniciação Científica e Tecnológica da FAPEMIG. Endereço (1) : Av. do Contorno, 842/804 - Centro - Belo Horizonte - MG - CEP: Brasil - Tel: (031) Fax: (031) monica@desa.ufmg.br RESUMO O trabalho apresenta o estudo da utilização do processo de lodos ativados operado em regime batelada para o tratamento dos efluentes líquidos de indústrias têxteis de acabamento de malhas. Em uma primeira etapa o sistema foi testado em escala bancada, e os resultados obtidos foram utilizados para dimensionar e operar e operar o processo de tratamento de uma unidade piloto, construída em uma empresa e acabamento de malhas. Os resultados obtidos com a operação em bancada e em campo dos reatores biológicos de lodo ativado em regime de batelada mostrou que este sistema pode ser utilizado para o tratamento dos efluentes têxteis, alcançando valores residuais de DQO semelhantes aos praticados em sistemas contínuos, e redução média de DBO5 bruta de 86%, correspondente a 36 mg/l, bem inferior ao padrão ambiental exigido pela legislação (60 mg/l). O processo biológico proposto não difere conceitualmente da linha de tratamento normalmente adotada pelo setor industrial, trazendo, porém, vantagens significativas em termos de custos de implantação e operação, podendo ser uma alternativa interessante para empresas do setor de acabamento de malhas de pequeno e médio porte. Esta pesquisa foi realizada no DESA / EEUFMG, com apoio do SINDIMALHAS MG, FAPEMIG e Projeto Minas Ambiente. PALAVRAS-CHAVE: Efluente Industrial, Indústria Têxtil, Tratamento Biológico, Lodo Ativado em Batelada. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 538

2 INTRODUÇÃO O presente trabalho trata da utilização do processo de lodos ativados operado em regime de batelada para o tratamento dos efluentes líquidos de indústrias têxteis de acabamento de malhas. Ele apresenta os resultados obtidos com a operação de reatores em escala de bancada, em uma primeira etapa, bem como a operação de uma unidade piloto de tratamento de efluentes têxteis, que constituiu a Segunda etapa do estudo. O trabalho foi realizado como parte de um programa de desenvolvimento tecnológico para o controle ambiental na indústria têxtil de malhas no Estado de Minas Gerais, que tem como objetivo adaptar tecnologias existentes, tornando-as viáveis às indústrias de pequeno e médio porte, principais representantes do segmento industrial acima mencionado. Os objetivos específicos deste trabalho são a avaliação da tratabilidade dos efluentes têxteis em reatores de lodos ativados operados em regime de batelada e das condições operacionais do sistema visando a qualidade do efluente final. METODOLOGIA Como citado anteriormente, o trabalho foi desenvolvido em duas etapas. A operação dos reatores em escala de bancada definindo os parâmetros de projeto e operação de uma unidade piloto de tratamento de efluentes têxteis foi definida como a primeira etapa. A segunda etapa do trabalho tratou da operação da unidade piloto propriamente dita. Para o desenvolvimento da primeira etapa foram instalados três beckers de ml que serviram como reatores biológicos. A aeração e agitação dentro dos reatores foi feita com ar comprimido através de difusores de pedra porosa. Os reatores foram operados ao longo de seis meses, sendo alimentados com efluente proveniente de uma indústria do setor, previamente neutralizado e suplementado com nutrientes (nitrogênio e fósforo). Inicialmente, os reatores foram operados em ciclos de 24 horas cada um, sendo 23 horas ocupadas na fase de reação e apenas 1 hora destinada às fases de sedimentação dos sólidos, descarte do sobrenadante e realimentação. O volume diário descartado da mistura líquida garantia uma idade de lodo de 20 dias. Nessa fase procurou-se avaliar a tratabilidade do efluente têxtil através do sistema empregado. Numa segunda fase, os reatores foram operados nas mesmas condições da fase anterior sendo que, em um deles adicionou-se glicose no sentido de atuar como estimulador da atividade biológica e, consequentemente, possibilitar uma maior eficiência do tratamento. Por fim, os reatores passaram a ser operados em 3 ciclos diários de 8 horas cada. Essa mudança operacional, obviamente, além de reduzir o tempo de reação do processo, provocou um aumento diário de três vezes na carga afluente a cada reator. Nesta fase, adicionou-se sulfato ferroso ao terceiro reator com o objetivo de avaliar o seu efeito na remoção da cor do efluente. A unidade piloto de lodos ativados por batelada, construída para o desenvolvimento da segunda etapa do trabalho consiste de tanque de equalização, 2 tanques de neutralização e suplementação de nutrientes, 2 tanques de aeração e 1 tanque para digestão do lodo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 539

3 Os dois tanques de neutralização operam em série, de modo a possibilitar a neutralização em duas etapas para melhor garantia do processo. Na primeira etapa ocorre redução do ph para 9 e na segunda etapa o ph é reduzido para 8. A suplementação de nutrientes (uréia e ácido fosfórico) é realizada nos próprios tanques de neutralização. Após a neutralização, o efluente é direcionado por gravidade aos tanques de aeração. O sistema de aeração é composto de um compresssor único e difusores de PVC localizados nos dois reatores. A operação do sistema é feita em ciclos alternados de 8 horas para cada reator, que compreendem as seguintes etapas: alimentação com o efluente bruto: 4 horas (sob aeração) aeração: 2 horas sedimentação: 1,5 horas drenagem: 0,5 horas A figura 1 ilustra as etapas da operação em batelada dos reatores biológicos: Enchimen Reação Sedimentaçã Drenagem Figura 1: Etapas envolvidas na operação em batelada de um reator de lodos ativados. A retirada do lodo é manual, a partir do fundo dos tanques de aeração, sendo o mesmo encaminhado para o digestor para digestão e adensamento. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados da operação do sistema em escala de bancada acusam uma acentuada variação semanal da DQO, como está ilustrado na figura 2. A variação persistiu mesmo com a execução de amostragem composta, o que indica a grande influência do tipo de material processado durante o período sobre a carga orgânica do efluente industrial. Tal característica dos despejos das indústrias têxteis sugere a conveniência de sistemas de tratamento de efluentes onde predominem as características dinâmicas, como é o caso dos reatores de lodos ativados operados em regime de batelada. A figura 3 apresenta a remoção média de DQO nos reatores quando operados em ciclos de 24 horas. 900 Afluente Bruto Parâmetro DQO Amostragem sim ples Amostragem Composta 1200 Remoção Média de DQO nos Reatores (ciclo de 24 horas) Afluente: DQO Bruta Efluente: DQO bruta Efluente: DQO filtrada DQO DQO /Nov 09/Dez 23/Dez 06/Jan 20/Jan 03/Fev 17/Fev 03/Mar 17/Mar Data Figura 2: Variação semanal do afluente bruto. 0 11/Nov 18/Nov 25/Nov 02/Dez 09/Dez 16/Dez data Figura 3: Remoção média de DQO (ciclos de 24 h). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 540

4 A remoção da DQO nos reatores está expressa em termos de DQO bruta e DQO filtrada, ou seja, considerando ou não a contribuição dos sólidos suspensos. Observa-se que, desde que se consiga uma melhor sedimentação dos sólidos suspensos da mistura líquida a DQO residual do efluente tratado pode ser bastante reduzida (DQO média = 154 mg/l). As figuras 4 e 5 resumem os resultados obtidos na segunda fase do experimento, onde os reatores 1 e 2 foram operados sem e com a adição de glicose, respectivamente. O gráfico mostrado na figura 5 corresponde a valores residuais de DQO (filtrada) em amostras coletadas de hora em hora a partir da alimentação dos reatores. DQO Remoção de DQO nos Reatores 1 e 2 (ciclo de 24 horas) 15/Dez 22/Dez 29/Dez 05/Jan 12/Jan 19/Jan 26/Jan 02/Fev data Afluente: DQO bruta Efluente reator 1: DQO filtrada (referência) Efluente reator 2: DQO filtrada (com glicose) Figura 4: Remoção da DQO nos reatores com e sem adição de glicose. DQO Filtrada Taxa de Remoção Média de DQO nos reatores 1 e horas Reator 1 (Referência) Reator 2 (com glicose) Figura 5: Comparação da taxa de remoção da DQO nos reatores 1 e 2. Na tabela 1, abaixo, são apresentados os valores da DQO afluente e efluente obtidos nos reatores 1, 2 e 3 quando operados em ciclos de 8 horas, nas seguintes condições: reator 1 (referência), reator 2 (com glicose) e reator 3 (com sulfato ferroso). Tabela 1: Remoção de DQO nos reatores operados em ciclos de 8 horas. Efluente tratado Data DQO afluent DQO reator 1 DQO reator e 2 DQO reator 3 26/Fev /Fev /Fev /Mar /Mar /Mar /Mar /Mar /Mar /Mar /Mar MÉDIA Como pode ser visto, a DQO no efluente tratado alcançou, no período analisado, valores muito próximos nos três reatores, não permitindo nenhuma opinião conclusiva quanto ao efeito da glicose e do sulfato ferroso. O reator 3 apresentou, visualmente, uma melhor remoção de cor, embora muito pouco significativa. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 541

5 Os resultados satisfatórios obtidos nessa primeira etapa levaram à operação da unidade piloto para verificação da real capacidade de tratamento dos efluentes têxteis num sistema operado em regime de batelada. A operação da unidade piloto pode ser dividida em três períodos, com características e resultados bastante específicos. 1 o período: vazão afluente de 0,30 m 3 /h; 2 o período: vazão afluente de 0,15 m 3 /h; 3o período: operação com sistema estabilizado. No 1 o período, de 15/09/98 a 07/10/98, o sistema operou com uma vazão média de 0,30 m 3 /h. Como os resultados da remoção de DQO e DBO não foram satisfatórios, a partir de 07/10/98 reduziu-se a vazão média do afluente para 0,15 m 3 /h obtendo, assim, uma maior estabilidade nos valores de DQO e DBO, afluente e efluente, e na concentração de sólidos em suspensão na saída do reator biológico. A figura 6 mostra o crescimento contínuo da biomassa no reator biológico até 10/11/98. A partir desta data iniciou-se o processo de remoção de lodo excedente e sua digestão subseqüente. Observa-se que com este procedimento a concentração dos sólidos biológicos no reator estabilizou-se entre mg/l. O reator biológico passou a operar em suas condições normais. Sólidos em suspensão totais e voláteis no reator biológico sólidos /9 22/9 29/9 6/10 13/10 20/10 27/10 3/11 10/11 17/11 24/11 SST SSV data Figura 6: Sólidos em suspensão totais e voláteis no reator biológico. Nas tabelas 2, 3 e 4 são apresentados os resultados médios de eficiência obtidos na unidade piloto nos três períodos distintos, a saber: 1 o período Q média = 0,30 m 3 /h biomassa em crescimento ( mg/l) 2 o período Q média = 0,15 m 3 /h biomassa em crescimento ( mg/l) 3 o período Q média = 0,15 m 3 /h biomassa estabilizada ( mg/l) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 542

6 Tabela 2:Resultados do sistema de tratamento biológico no 1 o período - 15/09/98 a 07/10/98. Parâmetro Afluente Efluente Remoção percentual DQO bruta DQO solúvel DBO 5 bruta DBO 5 solúvel SST Tabela 3: Resultados do sistema de tratamento biológico no 2 o período - 07/10/98 a 10/11/98 Parâmetro Afluente Efluente Remoção percentual DQO bruta DQO solúvel DBO 5 bruta DBO 5 solúvel SST Tabela 4: Resultados do sistema de tratamento biológico no 3 o período - 10/11/98 a 30/11/98 Parâmetro Afluente Efluente Remoção percentual DQO bruta DQO solúvel DBO 5 bruta DBO 5 solúvel SST Na tabela 5 é apresentada a comparação dos resultados alcançados com o tratamento biológico na remoção dos parâmetros críticos em cada período. Tabela 5: Resultados do tratamento biológico. parâmetro Concentração no efluente do tratamento biológico (em mg/l) 1 o Período 2 o Período 3 o Período DQO bruta DQO solúvel DBO 5 bruta DBO 5 solúvel SST ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 543

7 Observa-se que, conforme indica a literatura, o tratamento biológico remove substancialmente a parcela biodegradável da matéria orgânica presente no efluente têxtil. A DBO 5 média no efluente tratado foi de 36 mg/l, bem inferior ao padrão ambiental exigido (60 mg/l). Quanto à DQO, sua concentração efluente ainda é elevada apesar de uma remoção de 62% (DQO bruta) e de 79% em termos de DQO solúvel (tabela 6). No entanto, os resultados estão condizentes com os valores indicados na literatura para os sistemas contínuos de tratamento biológico. CONCLUSÕES A operação em bancada e campo dos reatores biológicos de lodos ativados em regime de batelada mostrou que os mesmos podem ser utilizados para o tratamento dos efluentes têxteis alcançando valores residuais de DQO semelhantes aos praticados em sistemas contínuos. Pode-se concluir, também, que a operação dos reatores em ciclos de 8 horas não prejudica a qualidade do efluente final. Isso implica em um tempo de detenção do efluente reduzido nos reatores, diminuindo, portanto, o volume necessário para os reatores e os custos de implantação da estação. O processo biológico proposto não difere conceitualmente da linha de tratamento normalmente adotada pelo setor industrial. Traz, porém, vantagens significativas em termos de custo de implantação e de operação, a saber: Na operação por batelada, a capacidade volumétrica da estação de tratamento fica reduzida em torno de 60-70%; O sistema é de natureza dinâmica, tornando-se mais apto a suportar as oscilações de fluxo e carga dos efluentes, típicas nessa tipologia industrial; O sistema omite a decantação secundária, já que a separação de sólidos ocorre no próprio reator biológico; Não há necessidade de retorno ou bombeamento contínuo de lodo, já que o mesmo permanece no reator biológico; O processo de sedimentação ocorre em condições de repouso absoluto, permitindo a geração de um lodo com alto grau de compactação, o que dispensa a unidade de adensamento de lodo; A operação do sistema é simples, podendo ser automatizada; O controle analítico é bem mais simplificado que na operação contínua; Pela própria natureza de operação, o sistema fornece uma equalização adicional, o que é significativo quando se trabalha com efluentes tóxicos. O tratamento biológico apresentou dificuldades na remoção de cor e de compostos orgânicos refratários, o que pode sugerir um pós-tratamento do efluente através de métodos físico-químicos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 544

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Gomes. M. G. B. M., Avaliação da Poluição Provocada pelas Indústrias Têxteis nos Cursos d água do Estado de Minas Gerais FEAM, DCA, DCIQ, EPA, Best Management Practices for Pollution Prevention in the Textile Industry, EPA/625/R , Pag. 299, MASSELI, J. W., BURFORD, M. G., Pollution Reduction Program for the Textile Industry, Sewage and Industrial Wastes, 28 (10), 1956, EPA, Textile Mills - Point Source Category, EPA-440/ a, 228pp, SMITH, B., BOD and COD Sources and Reduction Strategies, Seminars papers: Pollution Prevention by Source Reduction Textile Wet Processing, 7pp., EPA, Environmental Pollution Control - Textile Processing Industry, EPA - 625/ , IRVINE, R. L.; BUSCH, A. W., Sequencing Batch Biological Reactors - an Overview, Journal WPCF, 51 (2), 1979, DENNIS, R. W., IRVINE, R.L., Effect of Fill: React Ratio on Sequencing Batch Biological Reactors, Journal WPCF, 51(2), 1979, HERZBRUN, P. A., IRVINE, L. R., MALINOWSKI, K. C., Biological Treatment of Hazardous Waste in Sequencing Batch Reactors, Journal WPCF, 57(12),1985, [ARORA, M. L.., BARTH, E. F., UMPHRES, M. B., Technology Evaluation of Sequencing Batch Reactors, Journal WPCF, 57(8), 1985, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 545