I ESTUDO SOBRE REMOÇÃO BIOLÓGICA DE FÓSFORO DE ESGOTO SANITÁRIO, ATRAVÉS DO PROCESSO DE LODOS ATIVADOS OPERADO EM BATELADAS

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1 I ESTUDO SOBRE REMOÇÃO BIOLÓGICA DE FÓSFORO DE ESGOTO SANITÁRIO, ATRAVÉS DO PROCESSO DE LODOS ATIVADOS OPERADO EM BATELADAS Pedro Alem Sobrinho (1) Professor Titular da Escola Politécnica da USP. Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP Mestre em saúde pública pela Faculdade de Saúde Pública da USP Master of Science pela University of Newcastle Upon Tyne FOTOGRAFIA Engenheiro Sanitarista pela Faculdade de Saúde Pública da USP Engenheiro Civil NÃO pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP DISPONÍVEL Edgar Manuel Miranda Samudio Doutor em Engenharia Civil, Saneamento Básico, pela Escola Politécnica da USP Diretor da Empresa Metacolibri - Métodos e Técnicas de Engenharia Ambiental S/C Ltda Mestre em Engenharia Civil, Saneamento Básico, pela Escola Politécnica da USP Engenheiro Civil pela Universidad Tecnológica de Panamá - UTP Endereço (1) : Rua Urimonduba, apto São Paulo - SP - CEP: Brasil - Tel/Fax: +55 (11) palem@usp.br RESUMO Devido aos problemas causados pela eutrofização dos corpos de água e a escassez deste recurso hídrico nos grandes centros urbanos, nas últimas décadas tem surgido a necessidade de se projetar sistemas de tratamento de esgoto sanitário que além de remover matéria orgânica sejam capazes de remover nutrientes, particularmente o fósforo. São vários os processos de tratamento utilizados para se atingir esse objetivo. Alguns são processos físicos e químicos e outros são biológicos. Os processos biológicos de remoção de nutrientes através de lodos ativados tem-se mostrado razoavelmente eficientes e econômicos. Muitos estudos apresentados na literatura mostram que os microrganismos são capazes de incorporar o fósforo em suas células em quantidades superiores às suas necessidades metabólicas. Recentemente tem se dado atenção para o processo de tratamento de lodos ativados operado por batelada visando remoção de fósforo. Visando contribuir com critérios de projeto, foi implantada uma estação piloto, para se determinar condições operacionais (duração dos ciclos operacionais e idades de lodo) para se conseguir a remoção biológica de fósforo em excesso, através do processo de tratamento por lodos ativados operado em batelada, utilizando como substrato esgoto sanitário, predominantemente doméstico. O sistema funcionou com três programas de operação de 3 e 4 ciclos por dia, onde as idades de lodo reais variaram de 6,2 a 6,6 dias. O estudo piloto mostrou que o sistema de lodo ativado operado por bateladas é capaz de conseguir até 70% de eficiência na remoção de fósforo e mais de 90% na remoção da matéria orgânica biodegradável do esgoto sanitário. PALAVRAS-CHAVE: Lodos Ativados operados por Batelada, Esgoto Sanitário, Remoção de. INTRODUÇÃO Nos países em desenvolvimento como o Brasil, o tratamento de esgoto sanitário tem-se limitado regularmente à remoção da matéria orgânica biodegradável com o objetivo de se evitar os problemas ocasionados pela desoxigenação dos corpos receptores. Porém, normalmente, ainda permanecem alguns elementos como fósforo e nitrogênio comumente denominados de nutrientes, que constituem-se em complementos nutricionais usados para o crescimento de organismos aquáticos, e que podem causar a eutrofização dos corpos receptores (ALÉM SOBRINHO, 1991). O fósforo é essencial ao crescimento dos organismos que habitam nas águas superficiais (plâncton, especialmente algas). Para que não ocorra o crescimento desequilibrado destes organismos, deve ser evitado o ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 lançamento de esgoto bruto ou tratado contendo altas concentrações de fósforo, deve ser evitada a descarga das águas de drenagem oriundas de áreas agrícolas, deve ser evitado o lançamento de resíduos industriais (gerados principalmente nos processos de fosfatização), sem o devido tratamento. Vários autores (ALÉM SOBRINHO(1991); WENTZEL(1990); BEST(1985) apud WENTZEL(1990)) indicam que para evitar a eutrofização de corpos de água (rios, lagos e reservatórios), basta controlar o fósforo afluente ao mesmo, pois outros nutrientes especificamente o nitrogênio, não é o elemento limitante porque o mesmo pode entrar aos corpos de água diretamente quando capturado e fixado da atmosfera na forma de gás por algumas algas que o transformam em nitrogênio assimilável para o seu crescimento. Desta forma, fica evidente que uma forma racional de se evitar o fenômeno de eutrofização poderia ser com o tratamento dos esgotos sanitários, antes de seu lançamento, através de um processo que seja capaz de realizar a remoção de fósforo. Nos principais centros urbanos a deterioração da qualidade da água das fontes de abastecimento locais, tem feito com que as autoridades dêem maior importância aos problemas relacionados com a escassez de recursos hídricos, por esse motivo tem-se voltado a atenção para procurar implantar sistemas de tratamento de águas residuárias capazes de conseguir tanto a remoção de matéria orgânica como a remoção de nutrientes, levando em conta os aspectos técnicos, econômicos e ambientais. Atualmente existem várias tecnologias de tratamento de esgotos capazes de produzir efluentes tratados com baixos teores de nutrientes, especialmente o fósforo, das quais se destaca o processo de lodos ativados modificado. A literatura técnica cita os lodos ativados operados por bateladas como um bom processo para se tratar esgotos sanitários. Desta forma surgiu a hipótese de que se estabelecidas condições operacionais adequadas estes sistemas além de remover biologicamente matéria orgânica seriam também capazes de remover fósforo. Como existe pouca informação disponível sobre quais são as condições operacionais que devem ser aplicadas nestes sistemas para atingir esse objetivo, foi implantado um sistema piloto para ser estudado e se obter dados que possam contribuir para se conhecer melhor a remoção de fósforo por este processo. MATERIAIS E MÉTODOS Para realizar a pesquisa foi implantado um sistema piloto constituído de uma unidade principal, denominada de reator, com volume útil de 45 litros, tanque de acúmulo de esgoto bruto, tanque de recepção de esgoto tratado e equipamentos de apoio (bombas, timers, misturadores, etc), conforme apresentado na figura 1. Este sistema foi operado de acordo com os programas apresentados na tabela 1. Para cada uma das condições operacionais estudadas, o sistema ficou funcionando durante um tempo de pelo menos duas vezes a idade do lodo antes de se proceder as determinações analíticas. O esgoto bruto era recalcado da ETE Pinheiros da SABESP - Companhia de Saneamento Básico de São Paulo, para um tanque de acúmulo, e daí o esgoto era bombeado para o reator. Ao final de cada ciclo, os sólidos suspensos no reator eram sedimentados e o líquido decantado seguia para um tanque metálico, onde eram feitas as coletas de amostras do esgoto tratado. O sistema foi operado em três etapas. Na primeira a partida do sistema foi feita visando realizar os testes iniciais, eventuais acertos para aferição do ciclo de operação e permitir o desenvolvimento da biomassa; quando constatado que o sistema entrava em regime de operação, iniciou-se o acompanhamento do processo através de determinações analíticas do esgoto afluente, do conteúdo do reator e do efluente líquido tratado. Em todos os programas de operação durante o período de alimentação o conteúdo do LAB - Lodo Ativado Operado por Batelada - foi submetido a mistura mecânica, sem aeração. No período de reação o conteúdo do reator era misturado mecanicamente e aerado através de ar difuso. TABELA 1 - PROGRAMAS DE OPERAÇÃO TESTADOS. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Descrição PROGRAMA 1 Ciclos de 8 Horas PROGRAMA 2 Ciclos de 6 Horas PROGRAMA 3 Ciclos de 6 Horas Período Duração Alimentação (h) 2 2 1,5 Reação(h) Sedimentação(h) 0,5 0,5 1,0 Descarga(h) 0,5 0,5 0,5 Idade de lodo (dia) Figura 1: Representação esquemática da Estação Piloto. Nota: O desenho original é de autoria de SALOMÃO ( 1996). Legenda 1 - Bomba submersa (Modelo ABS 1000T) 7 - Tanque de acúmulo (150 L) 2 - Tanque de acúmulo (500L) 8 - Linha de ar comprimido 3 - Bomba de diafragma (Modelo ProMinent SER NR/PN) 9 - Rotâmetro 4 - Reator (h=1,09 m; ø=0,25 m; Vt = 53,5 L; Vu = 45,0 L) 10 - Válvula solenóide 5 - Painel de controle 11 - Difusores de ar 6 - Bomba de diafragma (Modelo Filsan 70 ND) 12 - Misturador As taxas de liberação e remoção de fósforo para cada um dos períodos, foram estimadas através de um balanço de massa de fósforo para cada ciclo estudado. Para se obter as taxas de liberação de fósforo médias e máximas o cálculo foi feito trecho a trecho ao longo da curva de variação de fósforo até o final do período (ver curvas típica apresentada na figura 2). Já para calcular as taxas de remoção de fósforo médias e máximas no período de reação o cálculo foi feito trecho a trecho ao longo da curva desde o inicio deste período até o trecho onde se observa que as concentrações remanescentes não sofriam grandes variações em relação a sua remoção. APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS As tabelas a seguir apresentam de forma resumida os dados levantados durante a realização da pesquisa. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Nas tabelas de número 2 a 5 são apresentados os valores médios das analises realizadas ao longo do tempo durante o primeiro programa de operação estudado. Nas tabelas 2 e 3 são apresentados as concentrações de fósforo, demanda química e bioquímica de oxigênio, concentração de sólidos e nitrogênio determinado sobre amostras de esgoto bruto e tratado. Na tabela 4 são apresentados os parâmetros relativos ao conteúdo do reator. Na tabela 5 são apresentadas as eficiências de remoção dos parâmetros estudados. TABELA 2 - CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO, DEMANDA QUÍMICA E BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO, CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS E NITROGÊNIO DETERMINADO SOBRE AMOSTRAS DE ESGOTO BRUTO AO LONGO DO TEMPO (13/04/97 A 22/06/97) DURANTE O PRIMEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NTK NH 4-N NO 2-N média 3,49 1,98 318,31 117,31 123,82 68,18 187,58 131,78 61,66 14,84 0,60 mínima 1,66 0,80 167,00 55,00 33,00 19,00 50,00 39,00 19,60 8,40 0,50 máxima 5,43 2,82 757,00 190,00 230,00 142,00 567,00 369,00 94,10 25,00 0,70 TABELA 3 - CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO, DEMANDA QUÍMICA E BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO, CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS E NITROGÊNIO DETERMINADO SOBRE AMOSTRAS DE ESGOTO TRATADO AO LONGO DO TEMPO (13/04/97 A 22/06/97) DURANTE O PRIMEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NTK NH 4-N NO 3 média 1,49 0,41 58,00 33,31 7,82 5,09 28,96 18,10 21,46 4,96 4,07 mínima 0,32 0,01 32,00 8,00 3,00 2,00 7,00 3,00 3,90 0,28 2,20 máxima 2,66 1,57 140,00 57,00 17,00 13,00 54,00 47,00 35,00 12,04 4,60 TABELA 4 - PARÂMETROS RELATIVOS AO CONTEÚDO DO REATOR AO LONGO DO TEMPO(13/04/97 A 22/06/97) DURANTE O PRIMEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição solúvel afluente solúvel efluente SST SSV IVL (ml/g) SSV/SST Relação solúvel removido e SSV (%) média 1,98 0, ,38 888,77 65,22 0,728 0,18 mínima 0,80 0,01 944,00 682,00 49,95 0,671 0,01 máxima 2,82 1, , ,50 0,773 0,32 TABELA 5 - EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DOS PARÂMETROS ESTUDADOS NO PRIMEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO(%). Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NKT NH 4-N média 56,63 74,57 78,80 68,24 93,19 92,13 75,49 81,31 67,48 67,76 mínima 22,67 12,50 46,97 33,85 87,88 86,89 38,00 53,66 53,85 28,33 máxima 85,25 99,35 91,68 90,48 96,52 95,29 94,69 96,81 80,10 97,78 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 A figura 2 apresenta o comportamento típico da variação do fósforo solúvel no reator ao longo do ciclo para os três programas de operação utilizados. CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO SOLÚVEL h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h HORAS DO DIA Figura 2 - Variação de fósforo solúvel no reator ao longo do ciclo estudado. Na tabela 6 a 9 são apresentados os valores médios das analises realizadas ao longo do tempo durante o segundo programa de operação estudado. Nas tabelas 6 e 7 são apresentados as concentrações de fósforo, demanda química e bioquímica de oxigênio, concentração de sólidos e nitrogênio determinado sobre amostras de esgoto bruto e tratado. TABELA 6 - CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO, DEMANDA QUÍMICA E BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO, CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS E NITROGÊNIO DETERMINADO SOBRE AMOSTRAS DE ESGOTO BRUTO AO LONGO DO TEMPO (06/07/97 A 05/12/97) DURANTE O SEGUNDO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NTK NH 4-N NO 2-N média 3,74 1,67 343,45 176,82 143,91 92,09 233,18 194,00 22,65 11,69 0,99 mínima 1,09 0,71 120,00 70,00 72,00 39,00 53,00 46,00 11,20 5,60 0,15 máxima 13,11 2,81 783,00 363,00 258,00 162,00 674,00 597,00 30,20 16,20 2,80 TABELA 7 - CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO, DEMANDA QUÍMICA E BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO, CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS E NITROGÊNIO DETERMINADO SOBRE AMOSTRAS DE ESGOTO TRATADO AO LONGO DO TEMPO (06/07/97 A 05/12/97) DURANTE O SEGUNDO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NTK NH 4-N NO 3 média 1,01 0,14 61,45 42,73 8,27 4,73 32,00 24,82 9,33 6,35 1,58 mínima 0,23 0,04 27,00 7,00 3,00 1,00 9,00 6,00 0,00 0,00 0,13 máxima 3,50 0,27 171,00 160,00 12,00 9,00 62,00 53,00 21,00 12,60 5,00 Na tabela 8 são apresentados os parâmetros relativos ao conteúdo do reator. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 TABELA 8 - PARÂMETROS RELATIVOS AO CONTEÚDO DO REATOR AO LONGO DO TEMPO (06/07/97 A 05/12/97) DURANTE O SEGUNDO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição solúvel afluente solúvel efluente SST SSV IVL (ml/g) SSV/SST Relação solúvel removido e SSV (%) média 1,67 0, , ,4 54,55 0,78 0,13 mínima 0,71 0, ,00 709,00 31,00 0,69 0,04 máxima 2,81 0, , ,0 97,00 0,93 0,23 Na tabela 9 são apresentadas as eficiências de remoção dos parâmetros estudados. TABELA 9 - EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DOS PARÂMETROS ESTUDADOS NO SEGUNDO PROGRAMA DE OPERAÇÃO (%). Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NKT NH4-N média 69,3 89,8 79,0 76,3 93,3 94,9 76,3 77,1 62,0 50,5 mínima 39,0 70,1 60,9 54,0 87,5 92,7 32,1 33,3 6,2 2,3 máxima 93,9 97,5 94,3 92,1 97,6 97,4 95,8 97,9 99,9 99,9 Nas tabelas 10 a 13 são apresentados os valores médios das analises realizadas ao longo do tempo durante o terceiro programa de operação estudado. Nas tabelas 10 e 11 são apresentados as concentrações de fósforo, DBO e DQO, concentração de SST e SSV, e nitrogênio determinado nas amostras de esgoto bruto e tratado. TABELA 10 - CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO, DEMANDA QUÍMICA E BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO, CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS E NITROGÊNIO DETERMINADO SOBRE AMOSTRAS DE ESGOTO BRUTO AO LONGO DO TEMPO (09/01/98 A 17/01/99) DURANTE O TERCEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NTK NH 4-N NO 2-N média 2,80 1,23 255,31 153,25 128,13 84,19 141,38 92,56 20,86 12,52 0,49 mínima 1,02 0,48 119,00 65,00 55,00 20,00 41,00 25,00 11,20 5,60 0,20 máxima 7,50 1,91 562,00 423,00 227,00 139,00 461,00 325,00 42,00 24,00 1,10 TABELA 11 - CONCENTRAÇÕES DE FÓSFORO, DEMANDA QUÍMICA E BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO, CONCENTRAÇÃO DE SÓLIDOS E NITROGÊNIO DETERMINADO SOBRE AMOSTRAS DE ESGOTO TRATADO AO LONGO DO TEMPO (09/01/98 A 17/01/99) DURANTE O TERCEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NTK NH 4-N NO 3 média 0,63 0,26 57,44 35,50 10,88 6,81 28,16 15,81 6,86 2,83 3,41 mínima 0,23 N.D 24,00 14,00 4,00 1,00 4,00 2,00 0,10 N.D 0,80 máxima 1,10 0,81 127,00 112,00 33,00 15,00 71,00 47,00 15,70 8,40 9,00 Nota: N.D= Não detectado Na tabela 12 são apresentados os parâmetros relativos ao conteúdo do reator. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 TABELA 12 - PARÂMETROS RELATIVOS AO CONTEÚDO DO REATOR AO LONGO DO TEMPO DURANTE O TERCEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO ESTUDADO. Descrição solúvel afluente solúvel efluente SST SSV IVL (ml/g) SSV/SST Relação solúvel removido e SSV (%) média 1,23 0, ,38 923,25 67,46 0,70 0,11 mínima 0,48 N.D 692,00 491,00 44,00 0,60 0,03 máxima 1,91 0, , ,00 126,00 0,80 0,19 A tabela 13 são apresenta as eficiências de remoção dos parâmetros estudados. TABELA 13 - EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DOS PARÂMETROS ESTUDADOS NO TERCEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO(%) Descrição total solúvel DQOt DQOf DBOt DBOf SST SSV NKT NH4-N média 66,10 77,01 75,73 77,09 91,25 90,56 72,82 71,64 69,57 83,43 mínima 22,40 41,00 56,25 51,61 84,65 70,00 39,13 18,52 19,90 49,35 máxima 96,57 100,00 89,24 88,81 96,92 98,31 98,26 97,85 99,29 100,00 Nas tabela 14 a 19 são apresentadas as taxas de liberação e remoção de fósforo ao longo do tempo para todos os programas de operação estudados. TABELA 14 - TAXAS DE LIBERAÇÃO E REMOÇÀO DE FÓSFORO AO LONGO DO TEMPO DURANTE O PRIMEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO DATAS IDENTIFICAÇÃO 13/04/97 17/04/97 24/04/97 27/04/97 08/05/97 15/05/97 19/05/97 23/05/97 15/06/97 22/06/97 A 0,75 1,89 2,48 0,15 2,35 2,67 1,46 2,01 1,51 1,58 B 1,82 3,10 5,61 0,85 3,61 5,21 2,50 4,23 2,29 1,80 C 0,73 1,41 1,80 0,34 1,13 2,36 1,01 1,82 1,20 1,54 D 1,00 1,65 3,15 0,40 1,40 2,96 1,51 4,46 2,40 3,65 LEGENDA: A - Taxa média de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação (mg/l.h) B - Taxa máxima de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação (mg/l.h) C - Taxa média de fósforo solúvel removido durante o período de reação (mg/l.h) D - Taxa máxima de fósforo solúvel removido durante o período de reação (mg/l.h) TABELA 15 - VALORES DAS TAXAS DE REMOÇÃO E LIBERAÇÃO DE FÓSFORO REFERENTE AO PRIMEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO DESCRIÇÃO (mgp/l.h) (mgp)/(mg DQOf afluente) (mg P)/(mg SSV.h) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Média da Taxa de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação Média das Taxas máximas de fósforo liberado durante o período de alimentação Média da Taxas de fósforo removido durante o período de reação Média das Taxas máximas de fósforo removido durante o período de reação 1,68 0,055 0,002 3, ,004 1,33 0,066 0,001 2, ,003 TABELA 16 - TAXAS DE LIBERAÇÃO E REMOÇÀO DE FÓSFORO AO LONGO DO TEMPO DURANTE O SEGUNDO PROGRAMA DE OPERAÇÃO IDENTIFI- CAÇÃO DATAS 06/07/97 13/07/97 31/07/97 07/08/97 14/08/97 21/08/97 28/08/99 14/11/97 21/11/97 28/11/97 05/12/97 A 2,05 3,38 2,16 2,74 6,23 4,76 4,21 9,01 3,09 2,13 0,54 B 4,36 6,94 6,56 6,71 11,03 8,60 6,88 17,31 3,85 4,54 1,18 C 3,51 5,07 3,37 4,99 10,47 9,23 5,95 11,19 3,89 3,05 0,95 D 6,50 7,50 7,76 10,40 24,46 16,00 10,26 22,74 7,04 8,44 1,90 LEGENDA: A - Taxa média de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação (mg/l.h) B - Taxa máxima de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação (mg/l.h) C - Taxa média de fósforo solúvel removido durante o período de reação (mg/l.h) D - Taxa máxima de fósforo solúvel removido durante o período de reação (mg/l.h) TABELA 17 - VALORES DAS TAXAS DE REMOÇÃO E LIBERAÇÃO DE FÓSFORO REFERENTE ÀO SEGUNDO PROGRAMA DE OPERAÇÃO DESCRIÇÃO (mg P/L.h) (mg P)/(mg DQO afluente) (mg P)/(mg SSV.h) Média da Taxa de fósforo liberado durante o período de alimentação Média das Taxas máximas de fósforo liberado durante o período de alimentação Média da Taxa de fósforo removido durante o período de reação Média das Taxas máximas de fósforo removido durante o período de reação 3,66 0,083 0,003 7, ,006 5,61 0,127 0,004 11, ,009 TABELA 18 - TAXAS DE LIBERAÇÃO E REMOÇÀO DE FÓSFORO AO LONGO DO TEMPO DURANTE O TERCEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO - CONTINUA IDENTIFICAÇÃO DATAS ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 09/01/98 23/01/98 05/02/98 13/02/98 14/03/98 04/04/98 25/04/98 17/07/98 A 0,59 2,03 0,33 0,92 0,31 5,07 1,47-0,18 B 1,32 4,73 1,79 3,14 1,37 8,85 3,28 0,47 C 0,75 2,05 0,79 1,25 0,63 4,58 1,97 0,36 D 2,04 3,50 1,62 2,52 1,36 7,50 5,82 0,64 DATAS IDENTIFICAÇÃO 17/10/98 24/10/98 31/10/98 07/11/98 14/11/98 19/12/98 09/01/99 17/01/99 A 3,65 4,80 7,20 5,76 9,87 0,21 0,63 0,28 B 4,47 8,45 10,92 8,66 12,21 0,95 1,72 0,95 C 5,68 6,26 8,27 6,15 10,40 0,49 0,85 0,66 D 9,28 14,10 17,40 15,48 17,14 1,24 1,90 1,50 LEGENDA: A - Taxa média de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação (mg/l.h) B - Taxa máxima de fósforo solúvel liberado durante o período de alimentação (mg/l.h) C - Taxa média de fósforo solúvel removido durante o período de reação (mg/l.h) D - Taxa máxima de fósforo solúvel removido durante o período de reação (mg/l.h) TABELA 19 - VALORES DAS TAXAS DE REMOÇÃO E LIBERAÇÃO DE FÓSFORO REFERENTE ÀO TERCEIRO PROGRAMA DE OPERAÇÃO DESCRIÇÃO (mg P/L.h) (mg P)/(mg DQO afluente) Média da Taxa de fósforo liberado durante o período de alimentação Médias das Taxas máximas de fósforo liberado durante o período de alimentação Média da Taxa de fósforo removido durante o período de reação Média das Taxas máximas de fósforo removido durante o período de reação (mg P)/(mg SSV.h) 0,97 0,019 0,001 2, ,003 1,21 0,024 0,001 2, ,003 A tabela 20 apresenta os dados levantados de temperatura ambiente, temperatura do reator, ph oxigênio dissolvido e fósforo total no conteúdo do reator por programa de operação investigado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 TABELA 20 - RESUMO DOS VALORES DE TEMPERATURA, PH, E O 2 NO CONTEÚDO DO REATOR POR PROGRAMA DE OPERAÇÃO INVESTIGADO Identificação do programa de operação Primeiro Segundo Terceiro Valores Temperatura ambiente ( o C) Temperatura do reator ( o C) ph Oxigeno dissolvido (mg O 2 /L) total média 19,7 20,1 6,9 3,7 31,3 mínima 14,0 17,6 6,2 1,1 11,3 máxima 26,5 22,3 7,6 6,2 59,6 média 20,4 20,8 7,0 3,9 34,5 mínima 14,5 18,6 6,7 1,30 15,5 máxima 30,0 24,8 7,4 5,80 59,3 média 23,7 22,6 7,1 4,6 39,4 mínima 18,5 17,7 6,8 1,2 9,8 máxima 31 25,3 7,4 7,4 61,9 A tabela 21apresenta a s condições operacionais aplicados ao sistema piloto LAB ao longo da pesquisa A partir deles e dos dados levantados foi elaborada a tabela 22, que mostra outros parâmetros do LAB durante os experimentos. TABELA 21 - PARÂMETROS OPERACIONAIS DO LAB PILOTO Descrição Primeiro programa de operação Segundo programa de operação Terceiro programa de operação Vazão de alimentação, L/ciclo 22,50 22,50 22,50 Vazão de descarga, L/ciclo 20,63 21,10 21,16 Vazão de descarte de lodo em excesso, L/dia 5,60 5,60 5,60 Idade de lodo de referência, dias Idade de lodo aerado, dias Número de ciclos por dia A tabela 22 apresenta outros parâmetros medidos quando o sistema foi submetido aos programas de operação testado. Programa de operação TABELA 22 OUTROS PARÂMETROS DO LAB DURANTE OS EXPERIMENTOS DQOf afluente DBOfafluente SSV no conteúdo do reator SSV no efluente do reator Primeiro Segundo Terceiro TABELA 22 CONTINUAÇÃO - OUTROS PARÂMETROS DO LAB DURANTE OS EXPERIMENTOS Programa de operação Relação A/M mgdbo 5 /mgssv.d Idade de lodo de referência (dias) Idade de lodo real (dias) Idade de lodo real aerada (dias) IVL (ml/g) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10

11 Primeiro 0,12 8 6,60 4,13 65 Segundo 0,15 8 6,20 3,10 55 Terceiro 0,18 8 6,40 3,20 67 Na tabela 23, apresenta-se um resumo dos valores médios da série de dados levantados dos sólidos em suspensão no conteúdo do reator ao longo do tempo para os três programas de operação estudados. TABELA 23 RELAÇÕES ENTRE IDADE DE LODO, SÓLIDOS EM SUSPENSÃO E FÓSFORO TOTAL NO CONTEÚDO DO REATOR POR PROGRAMA DE OPERAÇÃO Programa de operação Primeiro 6,60 Segundo 6,20 Terceiro 6,40 Idade de lodo real (dias) Descrição SST SSV total no reator (mg P/L) media 1218,38 888,77 31,3 mínima 944,00 682,00 11,3 máxima 1805, ,00 59,6 media 1591, ,40 34,5 mínima 1028,00 709,00 15,5 máxima 2742, ,00 59,3 media 1331,38 923,25 39,4 mínima 692,00 491,00 9,8 máxima 1835, ,00 61,9 A tabela 24 apresenta as relações entre SSV/SST e Relação fósforo total e sólidos em suspensão voláteis (Pt/SSV) para os três programas de operação estudados. TABELA 24 RELAÇÕES ENTRE IDADE DE LODO, SÓLIDOS EM SUSPENSÃO E FÓSFORO TOTAL Programa operação Primeiro Segundo Terceiro de Idade de lodo real (dias) Descrição SSV/ SST Pt/SSV (mg Pt /mg de SSV) Media 0,74 0,035 Mínima 0,67 0,017 6,60 Máxima 0,77 0,043 Media 0,80 0,027 Mínima 0,69 0,022 6,20 Máxima 0,93 0,023 Media 0,70 0,043 Mínima 0,60 0,020 6,40 Máxima 0,80 0,050 DISCUSÃO DOS RESULTADOS Dos resultados obtidos no presente trabalho observou-se que o Programa 2 de operação foi o que apresentou maior eficiência em relação à remoção de fósforo total, fósforo solúvel, DQO total, DBO total, DBO filtrada, e sólidos em suspensão totais. Os valores da eficiência de remoção de fósforo total do sistema piloto trabalhando ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 11

12 sob essas condições, variou de um valor mínimo de 39,0 % a um valor máximo de 93,9 %; e da série de dados levantados resultou um valor médio de eficiência de remoção de fósforo total de 69,3 %. Já os valores da eficiência de remoção de fósforo solúvel durante esse mesmo período variou de um valor mínimo de 70,1 % a um valor máximo de 97,5 %, e da série de dados levantados resultou um valor médio de 89,8 %. Para este programa a idade do lodo de referência era de 8 dias; resultando numa idade de lodo real de 6,20 dias e idade de lodo aerada de 3,10 dias. Comportamento do sistema estudado na remoção de fósforo dos esgotos Durante o Programa 1 de operação, observou-se que a concentração de fósforo total no esgoto bruto variou de um valor mínimo de 1,66 mg/l a um valor máximo de 5,43 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo total de 3,49 mg/l. Já o esgoto tratado apresentou valores de fósforo total variando de um valor mínimo de 0,32mg/L a um valor máximo de 2,66mg/L, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo total de 1,49 mg/l. Durante este Programa 1 de operação, observou-se ainda que a concentração de fósforo solúvel no esgoto bruto variou de um valor mínimo de 0,80 mg/l a um valor máximo de 2,82 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo solúvel de 1,98 mg/l. Já o esgoto tratado apresentou valores de fósforo solúvel variando de um valor mínimo de 0,01 mg/l a um valor máximo de 1,57 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo solúvel de 0,41 mg/l. Durante o Programa 2 de operação, observou-se que a concentração de fósforo total no esgoto bruto variou de um valor mínimo de 1,09 mg/l a um valor máximo de 13,11 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo total de 3,74 mg/l. Já o esgoto tratado apresentou valores de fósforo total variando de um valor mínimo de 0,23 mg/l a um valor máximo de 3,50 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo total de 1,01 mg/l. Durante este Programa 2 de operação, observou-se ainda que a concentração de fósforo solúvel no esgoto bruto variou de um valor mínimo de 0,71 mg/l a um valor máximo de 2,81 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo solúvel de 1,67 mg/l. Já o esgoto tratado apresentou valores de fósforo solúvel variando de um valor mínimo de 0,04 mg/l a um valor máximo de 0,27 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo solúvel de 0,14 mg/l. Durante o Programa 3 de operação, observou-se que a concentração de fósforo total no esgoto bruto variou de um valor mínimo de 1,02mg/L a um valor máximo de 7,50 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo total de 2,80 mg/l. Já o esgoto tratado apresentou valores de fósforo total variando de um valor mínimo de 0,23 mg/l a um valor máximo de 1,10 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo total de 0,63 mg/l. Durante este Programa 3 de operação, observou-se ainda que a concentração de fósforo solúvel no esgoto bruto variou de um valor mínimo de 0,48 mg/l a um valor máximo de 1,91 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo solúvel de 1,23 mg/l. Já o esgoto tratado apresentou valores de fósforo solúvel variando de um valor mínimo não detectado a um valor máximo de 0,81 mg/l, e da série de dados levantados resultou um valor médio de fósforo solúvel de 0,26 mg/l. Tendo como base essas observações foi feita uma estimativa das taxas de liberação e remoção de fósforo para cada um destes períodos, através de um balanço de massa de fósforo para cada ciclo estudado. Para se obter as taxas de liberação de fósforo médias e máximas o cálculo foi feito trecho a trecho ao longo da curva de variação de fósforo até o final do período. Já para calcular as taxas de remoção de fósforo médias e máximas no período de reação o cálculo foi feito trecho a trecho ao longo da curva desde o inicio deste período até o trecho onde se observa que as concentrações remanescentes não sofriam grandes variações em relação a sua remoção. Os resultados desses cálculos foram apresentados na serie de tabelas 14 a 19. Analisando-se os resultados, referente a dados de todos os programas de operação testados, observou-se que as taxas médias de liberação de fósforo variaram de 0,97 mg P/L.h até um valor máximo de 3,66 mg P/L.h e as taxas máximas de liberação de fósforo de 2,75 mg P/L.h a 7,09 mg P/L.h. Observou-se ainda que as taxas médias de remoção de fósforo variaram de 1,21 mg P/L.h até um valor máximo de 5,61 mg P/L.h e as taxas máximas de remoção de fósforo de 2,26 mg P/L.h a 11,18 mg P/L.h. Notou-se que tanto as maiores taxas tanto de liberação como de remoção de fósforo ocorreram no Programa 2 de operação, ou seja aquele que resultou mais eficiente na remoção de fósforo solúvel. Observou-se ainda, que a relação entre as taxas médias de liberação de fósforo e a concentração de SSV do reator, para os Programas 1, 2 e 3 de operação, foram 0,002, 0,003 e 0,001 mg Psolúvel/mg SSV.h, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 12

13 respectivamente. Outra observação é que a relação entre as taxas máximas de liberação de fósforo e a concentração de SSV do reator, para os Programas 1, 2 e 3 de operação foram 0,004, 0,006 e 0,003 mg Psolúvel/mg SSV.h, respectivamente. Observou-se ainda que, no Programa 2 ocorria maior liberação de fósforo no inicio do período de alimentação, enquanto nos outros programas testados o fósforo era liberado no final do período de alimentação, o que provavelmente influencia na sua remoção posterior. Outra informação obtida é que a relação entre as taxas médias de remoção de fósforo e a concentração de SSV do reator, para os Programas 1, 2 e 3 de operação, foram 0,001, 0,004 e 0,001 mg Psolúvel/mg SSV.h, respectivamente. Observou-se ainda que a relação entre as taxas máximas de remoção de fósforo e a concentração de SSV do reator, para os Programas 1, 2 e 3 de operação foram 0,003, 0,009 e 0,003 mg Ps/mg SSV.h, respectivamente. Observou-se que a relação média entre a massa de fósforo liberada e a massa de DQO filtrada afluente foi de 0,055, 0,083 e 0,019 mg Psolúvel/mg de DQO para os Programas 1, 2 e 3, respectivamente. E a relação média entre a massa de fósforo removida e a massa de DQO filtrada afluente foi de 0,066, 0,127 e 0,024 mg Psolúvel/mg DQO, para os Programas 1, 2 e 3, respectivamente. Também foi calculada a relação entre o fósforo total removido e a DQO total removida do sistema resultando nos valores de 0,008 mg Pt/mg DQOt, 0,010 mg Pt/mg DQOt e 0,011 mg Pt/mg DQOt, para o primeiro, segundo e terceiro programa de operação, respectivamente. Ou seja quase não tiveram diferença. Do exposto observa-se que o segundo programa de operação apresentou as maiores taxas de liberação e captação de fósforo; também apresentou maiores relações de fósforo liberado e removido versus DQO filtrada afluente. Já a relação entre a massa de fósforo total removida é massa de DQO total removida foi basicamente da mesma ordem de grandeza para todos os programas testados., embora para o primeiro tenha sido ligeiramente inferior. Nesta última relação, a presença de SSV no efluente final tem grande influência. Comportamento do sistema na remoção de matéria orgânica Como pode ser observado nos dados apresentados na serie de tabelas anteriores a DQO filtrada do esgoto tratado para as condições definidas nos três programas de operação testados teve uma variação bastante significativa. No primeiro programa de operação estudado a faixa de variação foi de 8 a 57 mg/l, apresentando um valor médio de 33mg/L. No segundo programa a variação foi de 7 a 160 mg/l, com valor médio de 43 mg/l. Já no terceiro programa de operação estudado a faixa de variação ficou de 14 a 112 mg/l, apresentando um valor médio de 36 mg/l. O que se observa é que esta variação acompanhou a qualidade do esgoto bruto afluente ao sistema. Sendo maiores quando o sistema foi alimentado com esgoto mais concentrado. Embora os valores médios de DQO filtrada afluente no segundo e terceiro programa de operação tiveram grandes variações observa-se que os valores médios no esgoto tratado de todos os programas testados variaram de 33 a 43 mg/l ou seja aproximadamente 30% de diferença. A eficiência de remoção de DQO total para todos os programas de operação testados variou de 75,7 % a 79 %. Como pode ser observado nos dados apresentados na serie de tabelas anteriores a DBO filtrada do efluente em todos os programas de operação teve uma variação relativamente baixa. No primeiro programa de operação estudado a faixa de variação foi de 2 a 13 mg/l, apresentando um valor médio de 5mg/L. No segundo programa a variação foi de 1 a 9 mg/l, com valor médio de 5 mg/l. Já no terceiro programa de operação estudado a faixa de variação ficou de 1 a 15 mg/l, apresentando um valor médio de 7 mg/l. O que se observa é que esta variação não acompanhou a qualidade do esgoto afluente, o que está de acordo com os modelos cinéticos. Sendo menores para o segundo programa onde o esgoto afluente apresentou maior concentração. Embora os valores médios de DBO filtrada afluente tivessem grandes variações, o que se observa é que os valores médios no esgoto tratado de todos os programas testados variaram de 5mg/L a 7 mg/l. Esses valores médios de DBO filtrada podem ser considerados normais. A maior eficiência de remoção, sem dúvida, pode ser associada à maior concentração de SSV que no segundo programa de operação atingiu um valor médio de 1256 mg/l. De modo geral, pode-se dizer que para idade de lodo real superior a 6 dias o sistema de lodos ativados operado em batelada apresenta ótima remoção de matéria orgânica biodegradável, porém, o efluente do sistema somente apresentará qualidade muito boa de remoção total de DBO se conseguir efluente com baixas concentrações de sólidos em suspensão. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 13

14 A eficiência média de remoção de DBO filtrada ficou sempre acima de 90,6% e abaixo de 94,9% para todos os programas de operação testados. Já a eficiência de DBO total variou de 91,3% a 93,3%. O que se pode observar é que essa maior eficiência na remoção de DBO filtrada acompanhou também a maior eficiência de remoção do fósforo solúvel do segundo programa de operação. Dos dados apresentados, observa-se que a relação DBO f /DQO f varia de 0,54 a 0,58, que são valores que caracterizam um esgoto tipicamente doméstico. Por outro lado observa-se que a relação alimento microorganismo para todos os programas de operação testado ficou em torno de 0,15. Os valores típicos deste parâmetro, nos processos de lodos ativados convencionais variam de 0,20 a 0,50 representando o valor mínimo um tipo de funcionamento conservador. Já nos sistemas de aeração prolongado, estes valores variam entre 0,07 e 0,15, indicando que os estudos foram realizados em uma condição intermediária entre estes dois sistemas de lodos ativados. Com A/M maiores o resultado seria possivelmente melhor na remoção de fósforos. Influencia do ph, da temperatura e oxigênio dissolvido Dos dados levantados observa-se que foi conseguido remoção de fósforo para qualquer valor de ph compreendido entre 6,20 e 7,60. Segundo METCALF and EDDY (1991) nas aplicações praticas tem-se conseguido remoção de fósforo para qualquer valor der ph compreendido entre 5,5 e 7,0, cuja faixa é adequada para os microorganismos de conteúdos de reatores biológicos; a maioria dos microorganismos não pode tolerar valores de ph acima de 9,5 ou abaixo de 4,0; geralmente o ph ótimo para o crescimento se encontra entre 6,5 e 7,6, faixa esta que é compatível com os dados levantados nesta pesquisa. Pesquisas prévias indicam que sistemas anóxico - aeróbio sempre apresentam maior remoção de fósforo, independentemente do ph de operação do sistema ser 7,3 ou 6,0. WENTZEL et al. (l986) afirmam que para incrementos iguais em alcalinidade e acidez, e baseados em observações experimentais, que a alteração do ph é nula, ou insignificante, na faixa de ph de 6,8 a 7,2. Analisando-se os valores de temperatura apresentados nas tabelas do item 5 e o resumo apresentado na tabela 6,9, referente a todos os períodos estudados (programas de operação estudados), observa-se que a temperatura do reator variou de um mínimo de 17,6 º C a um máximo de 25,3 º C e os valores médios variaram de 20,1 º C a 22,6 º C, ficando em 20,8 º C para o período de tempo em que o reator foi operado através do segundo programa testado. Evidenciando que essa é uma faixa boa de temperatura para a operação de sistemas biológicos. Os valores de temperatura ambiente variaram entre 14 e 31 º C. As concentrações de oxigênio dissolvido no reator no período aeróbio variaram de 3,7 a 4,6 mg/l e também demostraram ser adequadas para promover a remoção de fósforo. No entanto é recomendável utilizar sondas de oxigênio para regular o fornecimento de ar, de forma a garantir o fornecimento da quantidade realmente necessária, com o benefício de maior poupança de energia. Parâmetros operacionais obtidos Como a maioria dos problemas que ocorrem em Estações de Tratamento de Esgoto por lodos ativados são associados à capacidade de sedimentação do lodo, foram levantados os IVL - Índices Volumétricos de Lodo, apresentados na tabela 22. Nela observa-se que o índice volumétrico de lodo para o segundo programa de operação, ou seja o que apresentou melhor eficiência de remoção de fósforo solúvel, foi de 55,0 ml/g. IRVINE apud ARORA(1985) já havia relatado que os sistemas de tratamento que tiveram melhor desempenho em termo de remoção de fósforo apresentavam valores de IVL em torno de 50 ml/g. Outra observação citada por esses autores é que quando esses lodos apresentavam valores de IVL próximos a 50 ml/g ocorria pouco aparecimento de bactérias filamentosas o que foi, também, observado nesta experiência. No inicio das experiências foi adotado como referência a idade de lodo obtida com a seguinte relação (ver equação 1): θ c = V r /Q w, equação (1) Onde: θ c = Idade de lodo de referência, em dias; ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 14

15 V r = Volume do reator, em litros, Q w = Vazão de lodo em excesso, em litros por dia Com base em estudos prévios de SALOMÃO(1996) e outros dados de literatura (NAKAZAWA and TANAKA; 1991, ALEM ;1991) foi adotado o valor de 8 dias como idade de lodo de referência. Como, para o primeiro programa testado, essa idade de lodo de referência (8 dias) associada a outras condições operacionais, evidenciou boa ocorrência de remoção de fósforo, optou-se apenas em tentar ajustar as condições operacionais ( tempo de duração dos períodos de aeração, alimentação e sedimentação) dentro de cada ciclo para conduzir as outras experiências. A idade de lodo real foi calculada para se comparar com a idade de lodo de referência adotada. Neste caso a idade de lodo real foi calculada com base na equação de balanço de massa aplicada durante o período de reação. A relação utilizada foi a seguinte (ver equação 2): θ cr = V r.x/[q w.x+(q-q w ).X e ] equação (2) Onde: θ cr = Idade de lodo real, em dias; V r = Volume do reator, em Litros; Q w = Vazão de excesso de lodo (descarte), em Litros por dia; X = Concentração de SSV no reator, em mg/l; Q =Vazão de esgoto afluente, em Litros por dia; X e = Concentração de SSV no efluente do reator, em mg/l. Os valores calculados foram apresentados na tabela 22. Esses valores de idades de lodo reais ficaram dentro da faixa se 6,20 a 6,60 dias. As idades de lodo aerada foram calculadas multiplicando-se a relação entre o tempo de duração do período de aeração e o tempo de duração do ciclo completo pela idade de lodo real obtida anteriormente. Esses valores ficaram entre 3,10 a 4,13 dias, resultando em idades de lodo aerada menores para os programas de operação que deram a maior eficiência de remoção de fósforo, embora a idade de lodo tenha sido quase a mesma para todos os programas de operação estudados. Esses valores estão de acordo com dados publicados previamente, onde são citados sistemas convencionais operando com idades de lodo variando de 1,5 a 6,0 dias. A relação alimento microrganismo (A/M) foi calculado a partir da expresão seguinte: A/M = (Q.S O )/(X.V) equação (3) Onde : Q= vazão afluente, em L/dia S o = Substrato aplicado, em mgdbof/l; X= massa de microorganismos, em mgssv/l; V=volume do reator, em Litros. Na tabela 22, observa-se que a relação A/M variou de 0,12 a 0,18 mgdbo f /mgssv, resultando em um valor de 0,15 mgdbo f/ mgssv para o segundo programa de operação ou seja aquele que resultou em maior eficiência de remoção de fósforo solúvel. No entanto é importante observar que essa variação foi baixa e portanto pode-se considerar (para todos os casos testados) como razoavelmente próximas. Vale a pena lembrar que no final da década de 60 e início da de 70, quantidades consideráveis de dados foram coletados de ETE's de lodos ativados do tipo convencional que apresentavam remoção de fósforo em excesso e eram operadas com relação alimento para microrganismos razoavelmente altas. Comportamento de diferentes formas de nitrogênio no reator O que se observa dos dados apresentados anteriormente é que a menor eficiência média de remoção de nitrogênio amoniacal se deu quando o sistema foi submetido ao segundo programa de operação. Neste caso o esgoto bruto acusou 11,69 mg/l de nitrogênio amoniacal e o esgoto tratado acusou 6,35 mg/l, que significa 50,5% de eficiência de remoção, para um NTK de 22,65 mg/l no esgoto afluente. O sistema submetido ao terceiro programa de operação apresentou a maior eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal. Neste caso o esgoto bruto acusou 12,52 mg/l de nitrogênio amoniacal e o esgoto tratado acusou 2,83 mg/l, que significa ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 15

16 83,4% de eficiência de remoção, para um NTK de 20,86 mg/l no afluente. O sistema submetido as condições operacionais estabelecidas no primeiro programa de operação apresentou a segunda melhor eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal. Neste caso o esgoto bruto acusou 14,84 mg/l de nitrogênio amoniacal e o esgoto tratado acusou 4,96 mg/l, que significa 67,8 % de eficiência de remoção, para um NTK de 61,66 mg/l no afluente. O sistema apresentou a maior eficiência de remoção de fósforo operando segundo as condições operacionais definidos no segundo programa de operação. Neste mesmo caso ocorreu a menor eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal. Este fato já havia sido observado por Alem Sobrinho (1991) operando um sistema de lodos ativados modificado para remoção de fósforo no qual evidenciou que a remoção de nitrogênio amoniacal pela nitrificação, prejudicava a remoção biológica de fósforo. Observa-se nas tabelas que os valores médios de nitrogênio nitrato (N-NO 3 ) são maiores nos efluentes do LAB quando submetido as condições operacionais que tiveram menos eficiência de remoção de fósforo (primeiro e terceiro). Para o primeiro programa testado resultou um efluente com valor médio de nitrogênio nitrato de 4,07 mg N-NO 3 /L, no segundo programa testado foi de 1,58 mg N-NO 3 /L e no terceiro programa foi de 3,41mg N- NO 3 /L. Analisando esses valores pode-se pensar que em todas as experiências realizadas está ocorrendo nitrificação e só na segunda desnitrificação. Isto sugere que os nitratos formados afetam negativamente a remoção de fósforo porque o oxigênio dos nitratos promove a formação de uma fase anóxica em detrimento da fase anaeróbia necessária no processo. Comportamento dos sólidos em suspensão Como era de se esperar, devido às significativas variações na qualidade do esgoto afluente ao sistema (ver dados apresentados anteriormente), a concentração de sólidos em suspensão e sólidos em suspensão voláteis no reator variou consideravelmente para todos os programas de operação testados. Deve-se ainda considerar que períodos de operação em épocas de chuvas têm o afluente mais diluído, e em épocas de estiagem, o esgoto é mais concentrado. Isto contribui significativamente na variação dos sólidos no conteúdo do reator. Como a carga orgânica aplicada por ciclo variava também com a qualidade do despejo isto também deve ter contribuído com as variações dos sólidos. Em relação aos sólidos em suspensão voláteis, pode-se observar que a concentração média dos dados levantados durante cada programa de operação testado variou de 889 a 1256 mg/l. Tendo ocorrido as maiores eficiências de remoções dos sólidos em suspensão voláteis no primeiro programa de operação, o que era de se esperar porque nele o período de aeração era maior (5 horas); o que indica que os sólidos em suspensão voláteis eram estabilizados. Isto desfavorece a remoção biológica de fósforo, porque existe menos massa biológica ativa. Desta forma, os dados levantados evidenciam que as remoções de fósforo ocorreu de forma crescente na medida que ocorreram as maiores concentrações de SSV no interior do reator. As concentrações de sólidos em suspensão e sólidos em suspensão voláteis no efluente tratado sofreram também variações consideráveis (ver tabela 24), para cada programa de operação testado, embora quando comparados entre eles os valores foram quase da mesma ordem de grandeza. Embora no primeiro programa tenha sido utilizado um período de decantação maior que nos demais ( 1 hora e 0,5 horas, respectivamente). As relações entre SSV/SST e Pt/SSV para o sistema operando segundo as condições estabelecidas nos três programas de operação estudados ocorreu conforme apresentado na tabela 25. A relação SSV/SST variou na faixa de 0,60 a 0,93. Embora não tenham ocorrido variações significativas nos valores médios nos três programas estudados, observa-se que os maiores valores ocorreram para a menor idade de lodo. Comparando o segundo e terceiro programa de operação que tinham o mesmo tempo de duração no período aerado prevalecem os maiores valores naqueles com menor idade de lodo. As relações Pt/SSV variaram de 0,03 a 0,04 mg P/mg SSV, resultando em menores valores para o segundo programa de operação. Isso é explicado pelo alto valor de concentração de sólidos voláteis que existia no reator durante esse programa testado. O fósforo realmente incorporado ao lodo foi calculado por diferença entre a massa de fósforo total existente no conteúdo do reator e a massa de fósforo solúvel existente no conteúdo do reator, resultando em: 1,5 mg P/ mg SSV, para o primeiro programa de operação; 1,2 mg P/ mg SSV, para o segundo programa de operação e 1,9 mg P/ mg SSV, para o terceiro programa de operação. Indicando que existem um valor máximo de fósforo que pode ser incorporado no lodo biológico. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 16

17 CONCLUSÕES Com base no trabalho realizado, concluiu-se que: O sistema de tratamento piloto, com processo de lodos ativados operado por bateladas (LAB), atingiu eficiência da ordem de 70% na remoção biológica de fósforo e eficiência superior a 90 % na remoção de matéria orgânica biodegradável de esgotos sanitários, com características predominantemente doméstica. As melhores condições operacionais para remoção de fósforo, dentre as estudadas, foram: Período de alimentação de 2 horas, Período de reação de 3 horas, Período de sedimentação de 0,50 horas e período de drenagem do clarificado de 0,50 horas. Os ensaios realizados no presente trabalho, em escala piloto, com esgoto bruto como substrato, concentração de fósforo solúvel afluente inferior a 2,0 mg/l, relação fósforo solúvel/dqo filtrada afluente inferior a 0,02, relação fósforo solúvel/dbo filtrada afluente inferior a 0,04 e relação DBO/NKT inferior a 6,4, funcionando com idade de lodo real de 6,2 a 6,4 dias, mostraram que é possível obter no efluente final concentrações de fósforo total e fósforo solúvel de 1,0 mg/l e 0,15 mg/l, respectivamente. Nas condições operacionais estudadas e utilizando os valores médios para o cálculo foi evidenciado que a relação SSV/SST ficou pouco abaixo de 80%. Os lodos gerados apresentaram razoáveis características de sedimentabilidade, com a média do índice volumétrico de lodo em torno 55 ml/g, porém apresentava sólidos que não estavam floculados e saiam com o efluente, prejudicando a sua qualidade final. A média de SST do efluente tratado ficou em torno de 32 mg/l. LISTA DE AVREVIATURAS E SIMBOLOS nd = não detetado; DQOt = Demanda química de oxigênio total; DQOf = Demanda química de oxigênio filtrada; DBOt = Demanda bioquímica de oxigênio total; DBOf = Demanda bioquímica de oxigênio filtrada; SST = Sólidos em suspensão totais; SSV = Sólidos em suspensão voláteis; IVL = Índice volumétrico de lodo; NTK = Nitrogênio total kjeldahl; N-NH + 4 = Nitrogênio amoniacal; N-NO - 3 = Nitrogênio nitrato; N-NO - 2 = Nitrogênio nitrito. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ALEM SOBRINHO P. Contribuição ao estudo de remoção biológica de fósforo em excesso, de esgoto sanitário, por modificação do processo de lodos ativados. São Paulo, p., v.1., Tese (Livre Docência) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 2. ARORA, M.L. et al. Technology evaluation of sequencing batch reactors. Journal WPCF, v.57, n.8, p , BARK, K. et al. Differences in polyphosphate accumulation and phosphate adsorption by Acinetobacter isolates from wastewater producing polyphosphate: AMP Phosphotransferase. Water Research, (G.B.), v.26, p.1379, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 17

18 4. BARKER, P.S; DOLD P.L. Denitrification behavior in biological excess phosphorus removal activates sludge systems. Water Research, v.30, n.4, p , BARNARD, J.L. ''A review of biological phosphorus removal in the activated sludge process''. Water S.A, 2,(3): (1976). 6. BARNARD, J.L. " Nutrient removal in biological systems". Wat. Pollut. Control, UK, 74, (2): , (1975). 7. MANNING J.R., J.F.; IRVINE R.L.; BARTH, E.F. and CHIESA, S.C. - ''The biological removal of phosphorus in a sequencing batch reactor (SBR) - Practical considerations and research observations ''. - Wat. Sci. Tech., 17, (11/12): , (1985). 8. METCALF & EDDY, INC. - ''Ingeniería sanitaria: Tratamiento, evacuación y reutilización de aguas residuales'' - 2 ª ed. Barcelona, Labor, 969p (1985). 9. NAKAZAWA, H., TANAKA, K.- "Kinetic model of sequencing batch activated sludge process for municipal wastewater treatment". Wat. Sci. Tech. 23: (1991). 10. SALOMÃO A. Jr. Póst-Treatment of UASB effluent using SBR system. Department of Environmental Engineering at the International Institute for Infrastructural, Hydraulic, and Environmental Engineering. 66p., (1996) 11. SAMUDIO, M.M.E. Estudos sobre remoção biológica de fósforo de esgoto sanitário, através do processo de lodos ativados operado em bateladas e sobre o excesso de lodo gerado. São Paulo, 365p., Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 12. TANAKA, T. et al. Energy Saving, High biological phosphorus removal and improvement of sludge settleability on full-scale anaerobic-aerobic activated sludge process. Water Sci. Technol. (G.B.), v.23, p.801, WENTZEL, M.C.; EKAMA, G.A. DOLD P.L. and MARAIS, G.V.R - '' Biological excess phosphorus removal - Steady state process design''. Water S.A, 16, (1): 29-48, (1990). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 18