PROJETO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DO PARANOÁ - UASB COMPARTIMENTADO SEGUIDO DE LAGOA DE ALTA TAXA E ESCOAMENTO NO SOLO

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1 PROJETO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DO PARANOÁ - UASB COMPARTIMENTADO SEGUIDO DE LAGOA DE ALTA TAXA E ESCOAMENTO NO SOLO Klaus Dieter Neder (1) Engenheiro Civil Universidade de Brasília, Especialização em Engenharia Sanitária /1988, Aachen, Alemanha, Atualmente é Superintendente de projetos e obras de esgotos da Caesb. Antônio Luis Harada Engenheiro Civil Universidade De Brasília, Especialização em Engenharia Sanitária , Loughbourogh, Inglaterra. Atualmente é Coordenador de apoio técnico da Superintendência de projetos de esgotos da Caesb. Endereço (1) : S.C.S. Ed. Caesb - quadra 04, bloco A - 67/97 - Brasília - DF - Brasil - CEP: Tel: (061) Fax: (061) RESUMO É apresentada a concepção de projeto e dimensionamento da estação de tratamento de esgotos da localidade do Paranoá em Brasília, com população prevista para Hab. Por se situar fora da bacia de drenagem do lago Paranoá, esta estação prevê apenas o tratamento secundário dos esgotos, de acordo com a capacidade de diluição do corpo receptor. Baseando-se na experiência de Brasília com o uso de reatores do tipo UASB compartimentado e lagoa de alta taxa, estes processos foram utilizados para promover a remoção da matéria orgânica e sólidos do esgoto, utilizando ainda o escoamento sobre o solo como forma de polimento final. O processo mostrou-se economicamente viável, ocupando uma área semelhante àquela que seria ocupada por uma lagoa de estabilização convencional, com menores custos de instalação. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Esgotos, Lagoas de estabilização, Lagoas de Alta Taxa, Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente. INTRODUÇÃO A localidade do Paranoá situa-se nos limites da bacia de drenagem do lago Paranoá, tendo sido projetada para cerca de Habitantes. Os esgotos da localidade já são coletados a aproximadamente 4 anos, sendo lançados no rio Paranoá, a juzante da barragem do lago de mesmo nome. O rio Paranoá apresenta baixa capacidade de diluição de efluentes, notadamente na época de seca, quando o lago, por certos períodos, não apresenta descarga. Esta característica implicou na necessidade da concepção de uma estação de tratamento que 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 719

2 proporcionasse alto grau de remoção de matéria orgânica, em níveis acima de 90 % de remoção de DBO. CONCEPÇÃO DO SISTEMA A principal e mais importante característica da região do entorno da cidade do Paranoá é a grande disponibilidade de área para a instalação da estação de tratamento de seus esgotos. Este fato levou à consideração de processos de tratamento que possam aproveitar esta disponibilidade, através do uso extensivo do terreno. O uso de grandes áreas para o tratamento dos esgotos, se por um lado apresenta o inconveniente do uso da área em si, pelo outro acarreta em uma série de vantagens associadas, que acabam tendo um valor maior que o que normalmente se considera para estes casos. Dentre estas vantagens pode ser citado: - O baixo impacto ambiental que a estação representa, especialmente se considerarmos as opções que normalmente se verificam para o uso alternativo da área, caso a mesma não fosse construída. Com o uso extensivo do terreno, o tratamento dos esgotos passa a ser efetuado com cargas por unidade de área bastante reduzidas, minimizando o impacto do tratamento sobre o meio ambiente. Uma lagoa de estabilização projetada com parâmetros conservadores de projeto, tende a se aproximar mais de uma lagoa comum do que de uma unidade de tratamento. Unidades de tratamento que fazem o uso extensivo do terreno tendem a se tornar uma espécie de refugio para a fauna da região, principalmente para certos tipos de pássaros e animais. O impacto de uma estação de tratamento mecanizada sobre a vizinhança provavelmente é maior do que aquele decorrente de uma estação com uso extensivo de terreno. - O uso de cargas baixas por unidade de área utilizada, faz com que um elevado nível de desempenho seja obtido com alta confiabilidade, com grande estabilidade de resultados. Estes resultados são obtidos mesmo com um baixo índice de intervenção humana na condução do processo, fato muito expressivo quando lembramos que o esgoto corre 24 horas por dia, 365 dias por ano, faça chuva ou faça sol. O nível de intervenção em processos mais mecanizados é muitas vezes subestimado quando se projeta estações de tratamento, demandando uma estrutura bastante profissional para acompanhamento, muitas vezes inexistente. - A utilização de processos naturais de tratamento, que implicam em grandes áreas de implantação, permitem a utilização de tecnologias simplificadas, tanto a nível de obras civis como principalmente de equipamentos, acarretando em menores custos de implantação quando comparado a processos mecanizados, muitas vezes mesmo se considerando o custo do terreno. Desta forma a Caesb tem dado preferência à utilização de unidades que procurem processos naturais de tratamento, só partindo para processos mecanizados quando se verificar absoluta falta de área disponível. No caso da ETE Paranoá, a área escolhida para a implantação da unidade apresenta topografia bastante regular, tratando-se de um plano inclinado com declividade da ordem de 5%. No 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 720

3 projeto procurou-se conceber uma estação de tratamento que permitisse tomar partido desta topografia, procurando soluções que minimizassem a necessidade de movimentos de terra, utilizando tanques de desenvolvimento acompanhando a curva de nível, como seria o caso de lagoas em fluxo de pistão, ou mesmo que aproveitem a própria declividade natural do terreno, como é o caso do escoamento no solo. Para a definição do tipo de tratamento procurou-se seguir a filosofia geral apresentada, que pode ser resumida na adoção de processos naturais de tratamento, com baixo grau de mecanização e que proporcionem alta confiabilidade no desempenho. Para atingir estes objetivos foi prevista a utilização de três etapas de tratamento, que possam atuar de forma atingir o efluente desejado. O uso de mais de uma etapa de tratamento procura utilizar processos que tenham virtudes em áreas distintas de tratamento, de forma a otimizar o tratamento nos diversos parâmetros em que se deseja remoção da carga poluente. Para a ETE Paranoá, o principal objetivo do tratamento é a remoção da matéria orgânica, dos sólidos e dos patogênicos afluentes nos esgotos. Os processos escolhidos atuam de forma diferenciada sobre estes parâmetros, atuando de forma complementar entre si. Como primeira etapa de tratamento adotou-se o reator UASB compartimentado, de acordo com um modelo já utilizado em Brasília, que tem apresentado bons resultados operacionais. O reator foi concebido dentro do principio de que forma e função independem do material e tecnologia construtiva que se vai empregar. Desta foi utilizado um tanque moldado e estruturado no próprio solo, conforme modelo já descrito em (1), proporcionando: Tecnologia simplificada de construção Custo de instalação e operação extremamente reduzido. Alta capacidade de remoção de sólidos e matéria orgânica Operação simples e estável Este reator trabalha basicamente com a retenção física e posterior digestão da maior parte da matéria orgânica particulada e sólidos em suspensão afluentes. O mesmo permite na primeira etapa de tratamento a remoção em alto grau destes poluentes, apresentando um efluente composto principalmente de matéria orgânica solúvel e sólidos em suspensão. Estes últimos encontram-se em grande parte estabilizados, já que tratam-se de perda de sólidos oriundos da manta de lodo que existe no interior do reator. Para a segunda etapa de tratamento utilizou-se um processo cuja principal virtude é a oxidação da matéria orgânica solúvel. Para tanto foi empregada a lagoa de alta taxa, cujo desempenho já foi comprovado em experimentos efetuados em Brasília (2). Este processo nos parece ser a evolução do processo de tratamento por lagoa de estabilização, já que otimiza a produção de oxigênio na lagoa, possuindo as seguintes características. Custo de instalação menor que o de lagoas convencionais. Alta capacidade de remoção de matéria orgânica solúvel. Rotina operacional constante ao longo do ano. Remoção de patogênicos 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 721

4 A lagoa de alta taxa possui em seu efluente uma grande concentração de sólidos, formados principalmente por algas e demais sólidos em suspensão característicos do processo aeróbio. Nas lagoas de alta taxa estes sólidos são acentuados já que neste tipo de lagoa se introduz energia para conferir movimento à massa líquida, favorecendo a manutenção de parte dos sólidos em suspensão, inclusive daqueles originários do reator anaeróbio. Para a terceira etapa de tratamento buscou-se então um processo que tenha como maior virtude a capacidade de retenção de sólidos. Pelas características do terreno e principalmente do custo envolvido, adotou-se o escoamento no solo como última etapa de tratamento, já que este se adapta naturalmente na declividade da área, possuindo as seguintes virtudes: Custo de instalação e operação extremamente reduzido. Alta capacidade de remoção de sólidos Operação simples e estável A experiência tem mostrado(7), que este processo tem limitações no que se refere à remoção de algas, apresentando eficiência da ordem de 50 a 60%, o que levaria o efluente a se apresentar dentro dos valores usuais dos efluentes de lagoas convencionais. O uso deste processo com polimento das lagoas de alta taxa deverá apresentar eficiência mais elevadas tendo em vista as algas deste tipo de tratamento se apresentarem mais pesadas que as de lagoas convencionais. Diante dos processos escolhidos, a Tabela 1 a seguir demostra o efeito do uso de processos distintos para se efetuar o tratamento, apresentando sua complementaridade no que diz respeito aos poluentes que se deseja remover. TABELA 1 - Características dos processos adotados. PROCESSO Remoção de DBO Remoção de sólidos Remoção de patogênicos UASB Lagoa de Alta Taxa Disposição no solo Remoção significativa - Remoção inexpressiva LAY-OUT ADOTADO - Gradeamento. Foi previsto um sistema composto de grade grossa manual, com abertura de 5 cm e um sistema de gradeamento mecanizado, com abertura de 2,0 cm. - Desarenador. Adotou-se um tanque sedimentação de areia com remoção mecanizada. Por medida de economia a linha reserva do gradeamento e da desarenação é de limpeza manual. - Reatores anaeróbios compartimentados de fluxo ascendente. Foram projetados três tanques em paralelo, compostos de duas câmaras em série cada, com tempo de detenção de 8 horas para a vazão média. Os tanques são escavados e estruturados no próprio solo e revestido com uma camada de argamassa armada não estrutural. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 722

5 - Lagoas de alta taxa. Para uma melhor adaptação à topografia da área, foram projetadas 9 lagoas de alta taxa, alinhadas com as curvas de nível do terreno, com profundidade de até 50 cm e tempo de detenção de 4 dias. - Leitos de escoamento no solo. Foram projetados 6 leitos de escoamento no solo, adaptados naturalmente na topografia da área. - Leitos de disposição de lodo. Foram projetadas 2 baias de disposição no solo natural, para recebimento do lodo de descarte dos reatores anaeróbios. Com as características descritas, a estação foi detalhada com as seguintes unidades, conforme Fig.1 a seguir. FIG. 1 - LAY-OUT ADOTADO. DIMENSIONAMENTO A unidade foi projetada para atender a uma população de Hab., com os parâmetros básico constantes da Tabela 2: TABELA 2 - Parâmetros de projeto. ETE PARANOÁ Parâmetro Unid. Qtd. Observações População contribuinte Hab Per-capita DBO g/hab.dia 54,00 Adotado 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 723

6 Per-capita esgoto l/hab.dia 120,00 Adotado Vazão média m3/dia 8.752,00 Carga DBO kg DBO/dia 3.240,00 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 724

7 O dimensionamento da estação teve como critérios principais: - Reatores anaeróbios: Baseou-se no tempo de detenção desejado em cada câmara do reator, respeitando-se a taxa máxima de aplicação superficial na área de decantação. Foram verificados os volumes disponíveis para o manto de lodo e a idade de lodo decorrente. Na Tabela 3 a seguir são apresentados os principais parâmetros considerados no dimensionamento dos reatores, devendo ser destacado o tempo de detenção em Q médio de 9,5 horas, baseando-se na experiência descrita em (1) e (2). TABELA 3 - Parâmetros de projeto. REATORES DE FLUXO ASCENDENTE Parâmetro Unid. Qtd. Observações População contribuinte Hab Per-capita DBO g/hab.dia 54,00 Per-capita esgoto l/hab.dia 120,00 Vazão média m3/dia 8.752,00 Carga DBO kg DBO/dia 3.240,00 Número de reatores unid. 3 Volume do reator m3 1121,00 Volume máx. desejável Tempo de detenção em Qméd. Hora 9,22 Adotado Tempo de detenção em Qmáx. Hora 5,12 Adotado Volume 1 a câmara m3 448,00 Adotado Volume 2 a câmara m3 674,00 Adotado Taxa superficial 1 a câmara m/hora 1,30 Taxa superficial 2 a câmara m/hora 0,87 Volume de lodo estimado m3 557,00 aprox. 50% reator Massa de lodo total kg ,00 Massa de lodo ativo kg 5.576,00 Carga aplicada gdbo/gssv.dia 0,19 Idade de lodo desejada dias 40 Descarte mensal de lodo m Lagoas de alta taxa: Tiveram sua área definida em função da produção de oxigênio/m 2.dia esperada para as condições climáticas de Brasília, tendo em vista uma profundidade média de 50 cm, conforme experiência relatada em (4). - Propulsores: Dimensionados para proporcionar a movimentação da massa líquida da lagoa de alta taxa de forma a obter uma velocidade horizontal da ordem de 5 a 15 cm/seg. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 725

8 - Baias de escoamento no solo: Dimensionadas em função da taxa de aplicação recomendada pela EPA para esgotos prédecantados (6), utilizando uma taxa mais elevada em função do tipo de tratamento existente na estação. Os principais parâmetros de dimensionamento das lagoas de alta taxa e das baias de disposição no solo estão condensados na Tabela 4. TABELA 4 - Parâmetros de projeto. LAGOAS DE ALTA TAXA Parâmetro Unid. Qtd. Observações População contribuinte Hab Per-capita DBO g/hab.dia 54,00 Per-capita esgoto l/hab.dia 120,00 Vazão média m3/dia 8.752,00 Carga DBO kg DBO/dia 3.240,00 Remoção prévia % 50,00 Eficiência esperada nos reatores Temperatura ºC 20,00 média adotada Intensidade de Luz cal/cm2.dia 400,00 média adotada Profundidade m 0,45 Na prática pode variar até 60 cm Produtividade esperada g/m2.dia 24,50 Função da temperatura e da intensidade de luz Produção de O2 g/m2.dia 22,78 Decorre do crescimento das algas Carga de DBO removível g/dia 28,12 DBO que pode ser eliminada com o oxigênio produzido Área necessária m ,16 Tempo de detenção dia 2,6 Concentração efluente mgss/l 392,02 Área adotada m ,00 Tempo de detenção adotado dia 3,5 LEITOS DE DISPOSIÇÃO Largura do terraço m 45,00 Taxa de aplicação m3/m.h 0,50 Período de aplicação h/24.h 12,00 Freqüência de aplicação dias/semana 7,00 Metragem aplicação m 600,00 Metragem de distribuição m 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 726

9 CONCLUSÕES As características construtivas e de processo utilizadas na ETE Paranoá em Brasília, permitiram construir um sistema completo de tratamento a nível secundário a um custo da ordem de 33,50 Reais por habitante atendido. No Distrito Federal, no caso de estações de médio porte, a utilização do processo descrito tornou-se uma alternativa mais atraente, nos aspectos de custo e eficiência operacional, em relação ao processo usual de emprego de lagoas convencionais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. E. Souza. (1987) Criteria for the utilization, design and operation of UASB reactors. Anais do Simpósio Internacional de tratamento anaeróbio. São Paulo. 2. K.D.Neder, S.P.Sampaio, M.T.Pinto,M.L.Luduvice(1995).Reator Anaeróbio compartimentado seguido de filtro intermitente de areia.ete Torto. Anais do 18º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3. D. Neder. (1993) Lagoa de estabilização de Samambaia, novas tecnologias no tratamento de esgotos domésticos por lagoas de estabilização. Anais do 17º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 4. Y.Azov, G. Shelef.(1982).Operation of high-rate oxidation ponds: Theory and experiments. Water Research, Vol. 16, pp 1153 to Filho, P.A.Sobrinho, R.F. de Figueiredo,(1995). Desempenho do sistema de tratamento de esgotos doméstico no solo pelo método do escoamento superficial. Anais do 18º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 6. US EPA.(1984) Process design manual for land treatment of municipal wastewater. 7. Witherow, B. Bledsoe (1983). Algae removal by the overland flow processss. Journal WPCF, Vol. 55, Number 10, pp1256 to J. Oswald (1991). Introduction to advanced integrated wastewater ponding systems. Wat. Sci. Tech. Vol. 24, No 5, pp 1 to o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 727