EFICIÊNCIA DA FILTRAÇÃO DE EFLUENTES EM LEITO DE AREIA EM FUNÇÃO DA VARIAÇÃO DA GRANULOMETRIA E DA TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL

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1 EFICIÊNCIA DA FILTRAÇÃO DE EFLUENTES EM LEITO DE AREIA EM FUNÇÃO DA VARIAÇÃO DA GRANULOMETRIA E DA TAXA DE APLICAÇÃO SUPERFICIAL Renato Rafael La Serra 1, Janaina Conversani Botari 2, Alexandre Botari 3 Abstract The process of wastewater treatment by filtration is considered a simplified technology of effluent treatment, however, its effectiveness in terms of removal of COD and TSS is well known. The objective of this work is to demonstrate the efficiency of the use of the filtering process in sand bed on removal of COD and TSS. Different size grains in the sand bed were employed and different application rates of effluent. This work seeks to develop technological proposals in the form of ditches or filtration filters more effective and simple operation and maintenance for the treatment of effluent by filtration. Removal values were obtained of COD to the tune of up to 60% at the premises in bench-scale simulating filters or filtration ditches used in this work. The effluent was synthetic, based on protein and/or glucose with or without cultures of bacteria and fungi. Index Terms effluent filtration, sand bed, filtration rate, TSS removal, COD removal. INTRODUÇÃO Em locais destituídos de sistemas de saneamento básico as pessoas vivem em condições insalubres, sem a promoção adequada de hábitos de higiene. Essas regiões tornam-se extremamente vulneráveis e favoráveis à proliferação de doenças. A comunidade científica está diretamente envolvida neste contexto, estudando, desenvolvendo e viabilizando alternativas para minimizar os impactos ao ambiente, causados pelas mais diversas formas de poluição [1]. Mesmo em um país em desenvolvimento como o Brasil, onde a isso se soma uma série de outros agravantes e carências, muito se tem evoluído em relação ao tratamento dos poluentes, por exemplo. É essencial também que as tecnologias desenvolvidas pelos centros de pesquisa sejam efetivamente implementadas nas cidades. No que se refere ao tratamento de esgoto sanitário, ou outro efluente, é fundamental que as configurações de tratamento sejam eficientes, e preferencialmente de baixo custo [1]. O lançamento de esgotos sem tratamento em corpos de água, ou apenas parcialmente tratados, provoca alterações da qualidade no corpo hídrico receptor, e impõem limitações aos usos da água [2]. Os sistemas de tratamento de esgoto também geram um resíduo sólido em quantidade e qualidade variável, denominado genericamente de lodo de esgoto. Este resíduo, a exemplo do lodo proveniente das estações de tratamento de água, exige também uma alternativa para destinação final segura em termos de saúde pública e ambientalmente aceitável. Embora a gestão do resíduo seja bastante complexa e represente entre 20% e 60% dos custos operacionais de uma estação de tratamento, o planejamento e a execução do destino final têm sido frequentemente negligenciados nos países em desenvolvimento, incluindo o Brasil [3]. Embora a maioria dos países desenvolvidos já tenha adequado seus sistemas para gerenciar os resíduos produzidos no processo de tratamento, atualmente, um grande número de estações de tratamento de água ainda lança esse material diretamente nos cursos d água, principalmente nos países em desenvolvimento. Esta atividade acarreta impactos ambientais significativos que têm levado os órgãos ambientais a exigirem das operadoras a implantação de outras alternativas de disposição desse resíduo [3]. A infiltração no solo pode apresentar uma série de vantagens em relação ao descarte nos cursos de água, dentre as quais: além da disposição final, o solo também é, ao mesmo tempo, uma unidade de tratamento, em virtude de sua propriedade de filtro natural ; o tratamento e o descarte podem ser feitos próximo ao local de geração; há uma evidente preservação dos cursos de água; é possível fornecer nutrientes e matéria orgânica ao solo, o que é essencial para o desenvolvimento das atividades de agricultura. As vantagens vinculadas a essa técnica partem do princípio de que o gerenciamento do efluente foi criterioso e bem executado, e que esse efluente já tenha passado previamente por outras unidades de tratamento, apresentando já uma considerável redução de poluentes e de micro-organismos (se for o caso). Caso 1 Renato Rafael La Serra, Aluno do curso de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Maringá Campus Umuarama, Av. Ângelo Moreira da Fonseca, 1800 Bairro: Zona VII CEP: Umuarama-PR Fone/fax (44) , veraramoss@hotmail.com 2 Janaina Conversani Botari, Professora do Departamento de Tecnologia DTC da Universidade Estadual de Maringá Campus Umuarama, Av. Ângelo Moreira da Fonseca, 1800 Bairro: Zona VII CEP: Umuarama-PR Fone/fax (44) , jcbotari2@uem.br 3 Alexandre Botari, Professor Adjunto do Departamento de Tecnologia DTC da Universidade Estadual de Maringá Campus Umuarama, Av. Ângelo Moreira da Fonseca, 1800 Bairro: Zona VII CEP: Umuarama-PR Fone/fax (44) , abotari@uem.br DOI /SHEWC

2 contrário haverá contaminação do solo e da água subterrânea e evidentes prejuízos à saúde pública [1]. Quando os compostos orgânicos são dispostos no solo, também deverá ocorrer a autodepuração, entretanto a concentração de bactérias e fungos são maiores e a biodiversidade também. Tais características fazem do solo um ambiente mais adequado à disposição de efluentes, quando se dispõem de grandes áreas. Neste contexto, as alternativas de disposição no solo por diversos métodos baseados na infiltração, percolação, gotejamento, e demais técnicas mostram-se alternativas atrativas. Entretanto, poucas pesquisas se têm realizado para tornar tais técnicas economicamente mais atrativas, com manuseio e tecnologias apropriadas bem como ambientalmente viáveis e mais seguras. Apesar de ser uma técnica permitida por norma, o lançamento do esgoto no solo ainda é visto com enormes desconfianças no Brasil, ao ponto dessa alternativa ficar restrita a sistemas individuais de tratamento de esgotos, como nos sumidouros e valas de infiltração, por exemplo, que são unidades destinadas a receber o efluente dos tanques sépticos e infiltrá-los no solo seguindo alguns critérios normativos. No Brasil, a disposição controlada no solo foi um dos temas financiados pelo Programa de Pesquisas em Saneamento básico (PROSAB), com a execução de inúmeros trabalhos e resultados promissores [4-8]. Este trabalho pretende investigar com mais detalhes uma destas técnicas, a filtração lenta ou disposição no solo por vala de filtração. Neste intento, pretende-se determinar a eficiência de remoção de DQO, SST, bactérias e fungos em função das taxas de aplicação, bem como a influência da espessura da camada e da granulometria para diferentes taxas de aplicação e cargas orgânicas. O teste da DQO visa medir o consumo de oxigênio que ocorre durante a oxidação química de compostos orgânicos presentes numa água. Os valores obtidos são uma medida indireta do teor de matéria orgânica presente [9]. O teste de DQO baseia-se na oxidação dos compostos orgânicos (biodegradáveis e não biodegradáveis), em condições ácidas e sob ação de calor [9]. A legislação fixa valores de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio). Sendo assim o teste de DQO, trata-se de um teste operacional, mas, após a obtenção de dados confiáveis é possível estimular uma relação entre o valor da DBO e da DQO, sendo assim, pode-se encontrar o valor da DBO através do valor obtido no teste da DQO. O teste de SST (Sólidos Suspensos Totais), tratase de um teste para verificar a quantidade de resíduos sólidos totais presentes numa amostra de água ou esgoto [9]. Serão utilizadas instalações em escala de bancada simulando filtros ou valas de filtração. O efluente utilizado será sintético, à base de proteínas e/ou de glicose com ou sem culturas de bactérias e fungos. A presença de bactérias é uma constante nos mais variados ambientes. Os microrganismos na natureza normalmente existem em cultura mista, com muitas espécies diferentes ocupando o mesmo ambiente. Ao determinar as características de um microrganismo, ele deve estar em cultura pura, ou seja, em que todas as células na população são idênticas no sentido de que elas se originaram de uma mesma célula parental. Em laboratório, os microrganismos são cultivados ou desenvolvidos em material nutriente denominado meio de cultura. O tipo de meio utilizado depende de vários fatores. A temperatura é de grande influência no crescimento dos microrganismos - todos os processos de crescimento são dependentes de reações químicas, as quais são afetadas pela temperatura. A temperatura na qual uma espécie de microrganismo cresce mais rapidamente é a temperatura ótima de crescimento - em temperaturas mais favoráveis para o crescimento, o número de divisões celulares por hora, chamada de taxa de crescimento, dobra para cada aumento de temperatura de 10 C. Para qualquer microrganismo particular há três temperaturas importantes a conhecer: mínima, ótima e máxima. METODOLOGIA Para a realização deste trabalho, primeiramente foi coletada uma amostra de areia em uma casa de materiais de construção. Essa areia foi peneirada e foram obtidas três areias com granulometria diferentes, sendo uma fina, outra media e a última grossa. Para a montagem do sistema de filtração utilizou-se um armário de madeira para fixação dos tubos de PVC (DN= 150 mm), aonde foi posteriormente colocado a amostra de areia, e também acomodar os reservatório de distribuição e da coleta do efluente. O sistema de distribuição do efluente era constituído de: Balde plástico de 3,5L: utilizado como reservatório de distribuição; Flange de PVC (DN=20 mm): para vedação do reservatório de distribuição; 43 cm de tubo de PVC (DN= 20 mm): para destinar o efluente do reservatório de distribuição aos gotejadores; 15 cm de tubo de PVC (DN= 75 mm): para elevar a altura do reservatório de distribuição em relação ao armário de madeira, bem como, também aumentar a pressão do efluente aplicado no reservatório; União de PVC (DN =20mm): para eventuais reparos no sistema; Cruzeta de PVC (DN = 20 mm): faz a ligação entre o tubo de PVC que vêm do reservatório de distribuição para 354

3 os 3 (três) tubos de PVC onde estão instalados os gotejadores; Gotejadores: são reguláveis e fazem a distribuição do efluente conforme a vazão desejada, ao total foram utilizados 10 no sistema de distribuição. Os 3 (três) tubos de PVC (DN= 20 mm) que foram colados á cruzeta de PVC foram perfurados com broca de aço rápido (DN= 7 mm) para instalação dos gotejadores, sendo 3 (três) furos nos tubos laterais e 4 (quatro) furos no tubo central. Além destes materiais, o sistema de distribuição também conterá peças de PVC (luvas, joelhos e tampas) para as curvas e ligações necessárias entre o reservatório de distribuição e os gotejadores. Segundo a Norma Brasileira Regulamentadora NBR (1997) o sistema de vala de filtração se diferencia do filtro de areia por não possuir área superficial exposta ao tempo, sendo construído no próprio solo, podendo ter suas paredes impermeáveis. Tanto a Filtração em areia bem como valas de filtração o princípio de funcionamento é o processo de filtração. Os sistemas de valas de filtração são normatizados, e seguem a NBR 13969/1997. A NBR traz a seguinte definição para vala de filtração: Vala escavada no solo, preenchida com meios filtrantes e provida de tubos de distribuição de esgoto e de coleta de efluente filtrado, destinada à remoção de poluentes através de ações físicas e biológicas sob condições essencialmente aeróbias. (NBR 13969/1997). A norma diz devem ser seguidos diversos fatores para a implantação das valas, sendo eles: especificação do material para filtração, taxa de aplicação, manutenção da condição aeróbia no interior do filtro e intermitência na aplicação de esgoto, processo construtivo e alternância. Para o experimento foi utilizado como meio filtrante a areia, sendo utilizado areia com três granulometrias diferentes (fina, média, grossa). Com relação à taxa de aplicação do efluente, a norma diz que a taxa de aplicação máxima sobre o meio filtrante é de 100 L/dia x m2. O objetivo deste trabalho é mostrar que a taxa de aplicação expressa na NBR 13969/1997 pode ser aumentada, para no mínimo 200 L/dia x m2. Para obter as três diferentes granulometrias foram coletadas amostras de areia, em uma casa de materiais de construção da cidade de Umuarama - PR, essa areia foi peneirada para se obter as diferentes granulometrias. Foram utilizadas quatro peneiras de diâmetros diferentes para se obter a areia com a granulometria desejada. Para a obtenção de cada areia, foi utilizada uma peneira diferente, conforme Figura I. Para a conseguirmos a areia fina utilizamos a peneira de 300 µm, onde toda areia que passava por essa peneira era considerada fina, já para obtermos a areia média, foi utilizada a peneira de 600 µm, nesse caso a areia que ficou retida na peneira foi chamada de areia média, da mesma forma para obtermos a areia grossa, utilizamos a peneira de 1,18 mm, onde a areia retida na peneira foi denominada areia grossa. FIGURA. I SÉRIE DE PENEIRAS E AS TRÊS DIFERENTES GRANULOMETRIAS (FINA, MÉDIA E GROSSA) LABORATÓRIO DE MATERIAIS DO DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA DTC DO CAMPUS DE UMUARAMA. Após ser realizada a filtração, coletava-se uma amostra do efluente filtrado e outra do efluente antes da filtração. Essas duas amostras eram levadas para o laboratório onde foram submetidas a teste de determinação de sólidos totais, sólidos fixos, sólidos voláteis, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos e determinação de bactérias e fungos (Figura II). Cada filtração era realizada com uma taxa de aplicação diferente. Com as taxas pré-estabelecidas, era feita a regulagem dos gotejadores (Figura III) e realizada a filtração. As taxas escolhidas foram: 200, 400, 600 e 800 l/m2dia. As analises em laboratório para a determinação de sólidos totais, sólidos fixos, sólidos voláteis, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, foram realizadas seguindo a metodologia do professor Colombo da UTFPR, segundo ele, os testes para a determinação de sólidos totais, sólidos fixos, sólidos voláteis, sólidos dissolvidos, sólidos suspensos, devem ser realizados da seguinte maneira: RESULTADOS E DISCUSSÃO Após a realização das análises nas amostras de efluentes filtradas e efluente (não tratado) foram encontrados os seguintes resultados apresentados nas Tabelas I e II e Figuras IV a IX. Com os resultados obtidos pode-se notar que a areia média, com uma taxa de aplicação de 600 L/m2dia, foi a que teve uma melhor filtração do efluente, em contra partida notamos que a areia grossa, com uma taxa de aplicação de 800 L/m2dia, que foi seu melhor 355

4 percentual de redução, foi muito inferior ao percentual da areia média. TABELA I: RESULTADOS OBTIDOS PARA OS MAIORES NÍVEIS DE REMOÇÃO DE DQO Amostra/Taxa Turbidez Porcentagem de redução na DQO (%) SST SDT Remoção de Fungos e Bactérias F(600) 20,84 54,83 0,06 4,34 NÃO M(600) 58,65 64,72 0,36 0,44 NÃO MF(200) 26,58 47,63 0,12 1,28 NÃO G(800) 80,57 20,14 0,26 0,54 NÃO F: areia fina, M: areia média, G: areia grossa, MF: mistura de areia média (50%) e areia fina (50%) e O: efluente original ou não filtrado. TABELA II: RESULTADOS OBTIDOS PARA OS MENORES NÍVEIS DE REMOÇÃO DE DQO Amostra/Taxa Turbidez Porcentagem de redução na DQO (%) SST SDT Remoção de Fungos e Bactérias F(400) 36,12 19,55 0,60 4,40 NÃO M(200) 28,77 27,72 0,20 0,60 NÃO MF(600) 24,84 13,15 0,34 1,86 NÃO G(200) 68,33 5,35 0,18 0,62 NÃO F: areia fina, M: areia média, G: areia grossa, MF: mistura de areia média (50%) e areia fina (50%) e O: efluente original ou não filtrado. O resultado das análises foi satisfatório, pois notou-se uma boa eficiência dos filtros de areia na remoção do DQO, mais especificamente, os filtros preenchidos com a areia de granulometria fina e granulometria média, chegando a uma eficiência de 54,83% e 64,72% respectivamente. Por sua vez a areia grossa não obteve resultados tão bons, isso foi devido ao grande número de vazios presente nessa areia, com isso não houve uma filtração adequada. A mistura das granulometrias fina e média obteve resultados razoáveis, chegando a atingir 47,63% de eficiência na remoção do DQO. Sendo assim, temos que as valas de filtração são uma ótima alternativa, para o tratamento de efluentes, pois apresentam uma boa eficiência na remoção de DQO, e apresenta um baixo custo e fácil operação FIGURA. III DETALHE DOS GOTEJADORES UTILIZADOS NA INSTALAÇÃO PILOTO DE FILTRAÇÃO EM CAMADA DE AREIA SIMULANDO FILTRAÇÃO E VALA DE FILTRAÇÃO DE EFLUENTES. FIGURA. IV GRÁFICO DE CURVA DQO EFLUENTE BRUTO VERSUS TAXA DE APLICAÇÃO AREIA FINA. FIGURA. II INSTALAÇÃO PILOTO DE FILTRAÇÃO EM CAMADA DE AREIA SIMULANDO FILTRAÇÃO E VALA DE FILTRAÇÃO DE EFLUENTES. 356

5 FIGURA. V GRÁFICO DE EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DE DQO (%) X TAXA DE APLICAÇÃO AREIA FINA. FIGURA. IX GRÁFICO DE EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DE DQO (%) X TAXA DE APLICAÇÃO AREIA GROSSA. CONCLUSÃO FIGURA. VI GRÁFICO DE CURVA DQO EFLUENTE BRUTO VERSUS TAXA DE APLICAÇÃO AREIA MÉDIA.. FIGURA. VII GRÁFICO DE EFICIÊNCIA DE REMOÇÃO DE DQO (%) X TAXA DE APLICAÇÃO AREIA MÉDIA.. O resultado das análises foi satisfatório, pois notou-se uma boa eficiência dos filtros de areia na remoção do DQO, mais especificamente, os filtros preenchidos com a areia de granulometria fina e granulometria média, chegando a uma eficiência de aproximadamente 55% e 65%, respectivamente. Por sua vez a areia grossa não obteve resultados tão bons, possivelmente devido a porosidade desta granulometria, ou seja, devido ao grande número de vazios presente nessa areia, com isso não houve uma filtração adequada. A mistura das granulometrias fina e média obteve resultados razoáveis, chegando a atingir cerca de 48% de eficiência na remoção do DQO. Sendo assim, temos que as valas de filtração constituem uma alternativa plausível, para o tratamento de efluentes, especialmente paara regiões que não contam com o sistema de coleta, transporte e tratamento de esgoto, como por exemplo, algumas regiões rurais e litorâneas, pois apresentam uma razoável eficiência na remoção de DQO, um baixo custo e fácil operação. AGRADECIMENTO FIGURA. VIII GRÁFICO DE CURVA DQO EFLUENTE BRUTO VERSUS TAXA DE APLICAÇÃO AREIA GROSSA Os autores agradecem a Universidade estadual de Maringá (PPG-UEM; DTC; CTC) pelo apoio financeiro e técnico obtido para a realização deste trabalho bem como a bolsa concedida por CNPq-FA-UEM. 357

6 REFERÊNCIAS [1] BARBOSA, Amanda F.; BOTARI, Alexandre; FREIRE,Flavio B. Análise do tratamento de água residuária sintética em reator UASB seguido de filtro preenchido com solo natural. In: Revista Tecnológica, v. 18, p , Eduem, [2] JORDÃO, E. P.;PESSOA, C. A. Tratamento de Esgoto Doméstico. 4º Ed. Rio de Janeiro: [3] ANDREOLI, Cleverson V. (Coordenador). Resíduos Sólidos do Saneamento: Processamento, Reciclagem e Disposição Final. Rio de Janeiro : RiMa, ABES, p. : il. Projeto PROSAB. [4] CAMPOS, J. R. (coordenador). Tratamento de Esgoto Sanitário por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. 1 ed. Rio de Janeiro: ABES, [5] CHERNICHARO, C.A. de L. Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios Coletânea de Trabalhos Técnicos - volume I. Belo Horizonte: PROSAB, p. [6] CHERNICHARO, C.A. de L. Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios Aspectos Metodológicos. Belo Horizonte: PROSAB, p. [7] CHERNICHARO, C.A. de L. Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios Coletânea de Trabalhos Técnicos - volume I. Belo Horizonte: PROSAB, p. [8] CHERNICHARO, C. A. de L.. Reatores Anaeróbios. Belo HORIZONTE: Universidade Federal de Minas Gerais, [9] NUVOLARI, A. (coordenador). Esgoto Sanitário: Coleta, Transporte, Tratamento e Reúso Agrícola. 1 ED. São Paulo: Edgard Blucher,