TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATORES ANAERÓBIOS NO ESTADO DO PARANÁ (BRASIL)

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1 TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATORES ANAERÓBIOS NO ESTADO DO PARANÁ (BRASIL) Miguel Mansur Aisse* Engenheiro civil (1976), doutorando em Engenharia pela Escola Politécnica da USP, com bolsa do CNPq. Professor e pesquisador da PUCPR, desde 19. Professor da UFPR desde Marllon Boamorte Lobato PUCPR Décio Jürgensen SANEPAR Pedro Além Sobrinho Escola Politécnica da USP Endereço (*): Curso de Engenharia Ambiental / PUCPR; R. Imaculada Conceição, 11, Prado Velho; ; Curitiba PR; Fone: () (**) (41) ; FAX () (**) (41) ; RESUMO No presente trabalho é apresentado o tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, especialmente do reator tipo UASB, amplamente utilizado no Estado do Paraná sob a denominação de RALF. No pós-tratamento deuse ênfase ao uso de processos aeróbios como lodos ativados, filtro biológico percolador e filtro biológico aerado submerso, todos de alta taxa. Utilizou-se também a flotação por ar dissolvido. Objetivou-se adequar os esgotos efluentes a legislação ambiental referente ao lançamento nos corpos d`água receptores. O alicerce teórico apoiou-se na rede de instituições integrantes do PROSAB 2 Tema 2 e sua grande produção técnico-cientifica. A técnica experimental constou do projeto, construção, operação e monitoramento de Instalação Piloto, junto a ETE Belém da SANEPAR. A ETE Cambuí, construída e operada pela SANEPAR, que utiliza o reator RALF associado a coagulo-flotação, foi igualmente monitorada. No período de dezembro de 1999 a maio de 2 submeteu-se os sistemas a diferentes taxas e cargas aplicadas, procedendo-se a avaliação de seu desempenho. O trabalho recomenda parâmetros de projeto para os sistemas estudados e destaca aspectos importantes a operação das ETE`s, inclusive os relativos ao lodo misto produzido. Palavras Chaves: Esgoto Sanitário, FAD, Filtração Biológica, Lodos Ativados, Pós-tratamento, Reator UASB. INTRODUÇÃO E OBJETIVOS Os reatores anaeróbios tipo UASB tornaram-se consagrados no Paraná e no Brasil, ao serem utilizados de maneira extensiva no tratamento de esgotos para populações de a. habitantes. Receberam junto a SANEPAR o nome de RALF, com a introdução de modificações construtivas. O tratamento de efluentes provenientes de reatores anaeróbios está sendo estudado, em instalações piloto e mesmo em escala real, através de um Convênio entre SANEPAR e a PUCPR. Busca-se atender a legislação brasileira para o lançamento dos efluentes nos corpos d água receptores, cujos padrões não são atendidos totalmente pelos reatores tipo UASB. Os sistemas reator UASB associado a processos de pós-tratamento tem sido projetados e operados como de alta taxa, para os processos aeróbios. Assim, o objetivo concentra-se na remoção de compostos carbonáceos e

2 de sólidos. O conceito de alta taxa (alta capacidade) é citado por Além Sobrinho(1997) e Pessoa; Jordão(1995), respectivamente para o filtro biológico e o processo de lodos ativados. Quanto ao filtro biológico aerado, dotado de decantador secundário, esta classificação não é citada na revisão bibliográfica consultada. No entanto adotou-se esta mesma terminologia para o FBAS neste trabalho. Os processos aeróbios operando em baixa taxa possuem efluentes normalmente bem nitrificados. No entanto este aspecto não foi observado no projeto das ETE s projetadas pela SANEPAR, em Londrina e Cambé-PR, bem como nos estudos conduzidos na UFMG por Chernicharo e colaboradores. Assim, apesar do potencial de transformação de nitrogênio amoniacal a nitrato, utilizam-se filtros biológicos percoladores de alta taxa com menor área de superfície e conseqüente menor custo de implantação. Adotou-se a política da etapalização da qualidade citada por von Sperling(1998), Miki; Furukawa(1997) e Uribe(1985). Este fato explica também os trabalhos e projetos associando reatores anaeróbios em série, como o sistema UASB+ Filtro Anaeróbio. Trabalhos conduzidos na UFMG por von Sperling, na UFPB por van Haandel e na UFES por Gonçalves e colaboradores objetivaram a nitrificação ou remoção de nutrientes através de sistemas UASB associados ao processo dos lodos ativados e ao BF terciário. Na operação do processo dos lodos ativados os citados autores utilizaram 7 ou mais dias para o tempo de retenção celular. METODOLOGIA A realização das pesquisas relativas aos sistemas UASB + lodos ativados e UASB + filtração biológica foi cumprida junto a ETE Belém da SANEPAR (Curitiba PR) e incluiu o projeto, a construção, a operação e o monitoramento da instalação piloto. A instalação está situada em área contígua ao desarenador e recebe o esgoto sanitário, após ter passado pelo gradeamento e desarenador, oriundo das unidades responsáveis pelo tratamento preliminar da ETE Belém. A vazão de dimensionamento de cada sistema é da ordem de 2 L/h. A pesquisa relativa ao sistema RALF + floculação flotação por ar dissolvido (FAD) foi realizada na ETE Cambuí, já construída e em operação desde abril de 1998, no Município de Campo Largo PR e incluiu o seu monitoramento. A vazão de dimensionamento da ETE foi de 1 L/s. O flotador foi projetado com taxa de escoamento superficial de 1 m 3 /m 2.dia e velocidade ascencional de 13 cm/min., com TDH de 3 minutos. O coagulante empregado é o cloreto férrico com dosagem média de 65 mg/l. RESULTADOS E DISCUSSÃO Sistema UASB + LA Este trabalho apresenta resultados do monitoramento do sistema piloto UASB + LA de alta taxa, operando com esgoto sanitário, onde aplicaram-se no TA tempos de detenção de 3 horas ( I) e 4 horas ( II). Na I, o efluente do decantador secundário apresentou valores de 61 ± 25 mg/l, 17 ± 19 mg/l e 27 ± mg/l, respectivamente para DQO, DBO e SST. Estes valores representaram eficiências de remoção do sistema de 88%, 94% e 89% para os citados parâmetros. Na II o efluente apresentou valores de 97 ± 18 mg/l, 17 ± 8 mg/l e ± 8 mg/l, respectivamente para adqo, DBO e SST. A idade do lodo (tempo de retenção celular) utilizado em ambos os trabalhos foi 2 dias. A Tabela 1 e a Figura 1 resumem as s da Pesquisa, apresentando tendências e inclusive parâmetros operacionais importantes para a correta interpretação dos resultados. Em todas as s, o descarte do lodo misto de excesso, efetuado de maneira regular pela drenagem do reator UASB, foi um procedimento operacional importante para garantir a eficiência do sistema. Quando não realizado, até de maneira preventiva, o efluente do reator UASB pode alcançar valores de SST(e de DQO) tão elevados quanto ao do esgoto afluente. Também, a recirculação do lodo biológico aeróbio, do DS ao tanque de aeração devera ser processada o mais freqüentemente possível, até de maneira continua como no caso destes experimentos. Procura-se desta maneira minimizar a deterioração da qualidade do efluente final, observado por exemplo na diminuição do OD no decantador secundário.

3 Tabela 1: Monitoramento do Sistema UASB + LA: Resumo dos resultados Q (L/h) DQOa Afluente UASB TA DS SSTa COa (1) A / M td DQOe SSTe td COV SSV TRC (kg/ (h) (h) (kg/m 3 (kg/kg.. (d) SSV) Taxa (m 3 /m 2. I ,7 8, ,3,6 93 6,4 2,1 19,8 II ,9 6, ,2 1, , 2, 26,5 DQOe Resultados SSTe E DQO I ,5 42,6 II 97 33,6 32,9 (1) No cálculo da CO a não foi computada a carga relativa ao lodo biológico aeróbio descartado do fundo do DS e remetido ao fundo do reator UASB; Eficiência calculada no processo aeróbio. LA DQOe 1 1 y = 74,383x + 16,463 R 2 = 1,,,,, 1, 1, SSTe y = 57,853x - 7,6397 R 2 = 1 3 1,,,,, 1, 1, E DQO 1 1 y = 74,383x + 16,463 R 2 = 1,,,,, 1, 1, y = 57,853x - 7,6397 R 2 = 1 3 1,,,,, 1, 1, Figura 1: Sistema UASB + LA: Gráfico de correlação dos resultados obtidos Sistema UASB + FB Este trabalho apresenta resultados do monitoramento do sistema piloto UASB + FB de alta taxa, operando com esgoto sanitário, onde aplicaram-se no FB taxas hidráulicas de m3/m2.dia ( I), 3 m3/m2.dia ( II) e m³/m².dia ( III). Na II, o efluente do decantador secundário apresentou valores de 81 ± 18 mg/l, 18 ± 11 mg/l e 24 ± 9 mg/l, respectivamente para a DQO, DBO e SST. Estes valores representam eficiências de remoção do sistema de 78%, 88% e 84% para os citados parâmetros. Na III

4 houve perda na qualidade do efluente, sugerindo que a taxa de m³/m².dia seja considerada limite para as condições do experimento. Incluiram-se nesta os resultados do efluente decantado em cone Imhoff. Este procedimento, realizado em laboratório, procurou compensar a alta taxa de escoamento superficial a que foi submetido o decantador secundário (Tabela 2 e Figura 2). Apesar de previsto no projeto e implantado na instalação piloto, não foram utilizadas a recirculação do efluente final ao topo do filtro, bem como a pré-aeração do efluente anaeróbio. Com a ventilação natural, favorecida pelas aberturas laterais, construídas no fundo do filtro, o efluente do DS apresentou uma concentração de OD media de pelo menos 2,mg/L. O descarte de lodo misto do reator UASB observou o citado no sistema UASB + LA. Tabela 2 - Monitoramento do Sistema UASB+FB: Resumo dos Resultados Q (L/h) DQOa Afluente UASB FB DS Resultados SSTa COa (1) Taxa COV Taxa td DQOe SSTe DQOe SSTe E DQO (kg/ (h) (m 3 /m 2.d ia) (kg/m 3. (m 3 /m 2. I ,2 7, ,8 1,1 21, , 59,4 II ,5 5, ,3 1,6 33, ,8 54, III ,7 4, ,1 2,8 43, ,1 47,4 Resultados Dec DQOdec SSTdec E DQO I II III ,7 76,3 (1) No cálculo da CO a não foi computada a carga relativa ao lodo biológico aeróbio descartado do fundo do DS e remetido ao fundo do reator UASB; Eficiência calculada no processo aeróbio. ETE s com reator RALF (UASB) seguido de filtro biológico, foram projetadas (ano de 1994) e construídas pela SANEPAR no sistema de esgotos sanitários de Londrina e Cambé (PR) e iniciaram sua operação em abril de Neste trabalho está apresentada a ETE Caçadores, localizada em Cambé PR, cujo fluxograma inclui um reator RALF, o filtro biológico e a desinfecção. O filtro biológico foi dimensionado para uma vazão de final de plano (18) de 134,8 L/s (taxa de aplicação hidráulica de 18,6 m 3 /m 2.dia, em tempo seco), e população atendida de habitantes. Durante o ano de 1999, a SANEPAR conduziu o monitoramento da ETE Caçadores. Novamente os resultados demonstraram a viabilidade da utilização do sistema RALF + FB, no atendimento da legislação ambiental quanto aos parâmetros DQO e DBO. Assim as eficiências médias de remoção obtidas foram de 84% para DQO e de 93% para a DBO, com efluentes de concentração 1 ± 26 mgl e 24 ± 13 mg/l para os citados parâmetros. Ao se compararem os dados da instalação piloto, com a ETE em escala real, observaram-se vários resultados convergentes, quanto aos parâmetros DQO e DBO. A instalação piloto, operando com o FB nas duas primeiras taxas de aplicação hidráulica, e a ETE Caçadores forneceram valores de eficiência de remoção muito próximos.

5 FB DQOe y = 31,49x + 33,533 R 2 =,993 1, 1, 2, 2, 3, DQO e (DEC) SSTe y = 16,441x + 3,611 R 2 =,8463 1, 1, 2, 2, 3, SST e (DEC) E DQO 45 y = -8,8163x + 61,596 R 2 =, , 1, 2, 2, 3, E DQO (DEC) y = -6,8698x + 66,19 75 R 2 =, Figura 2 - Sistema UASB+FB: Gráficos de correlação dos resultados obtidos , 1, 2, 2, 3, (DEC) Sistema UASB + FBAS Este trabalho apresenta resultados do monitoramento do sistema piloto UASB + FBAS, operando com esgoto sanitário, onde aplicaram-se no FBAS taxas hidráulicas de m3/m2.dia ( I), 3 m3/m2.dia ( II) e m³/m².dia ( III). Na II, o efluente do decantador secundário apresentou valores de 71 ± 18 mg/l, 17 ± 16 mg/l e 26 ± 11 mg/l, respectivamente para a DQO, DBO e SST. Estes valores representam eficiências de remoção do sistema de 81%, 88% e 83% para os citados parâmetros. Na III houve perda na qualidade do efluente, sugerindo que a taxa de m³/m².dia seja considerada limite para as condições do experimento. Incluiram-se nesta os resultados do efluente decantado em cone Imhoff. Este procedimento, realizado em laboratório, procurou compensar a alta taxa de escoamento superficial a que foi submetido o decantador secundário (Tabela 3 e Figura 3). Quanto aos aspectos operacionais, a descontinuidade da alimentação de ar ao fundo do filtro biológico aerado submerso pode levar a falência do processo, acarretando grande perda de biomassa no efluente e sobrecarregando o decantador secundário. Houve somente um acidente na operação do FBAS ao longo de 17 meses de estudos, ocasionado pelo desligamento involuntário do compressor de ar durante três dias consecutivos. Observou-se na oportunidade grande deterioração da qualidade do efluente final, durante vários dias. O descarte de lodo misto do reator UASB observou o citado no sistema UASB + LA. Produção de Lodo Biológico Misto A avaliação da produção de lodo misto dos sistemas estudados conduziu a valores próximos aos, kg ST/Kg DQOa. von Sperling et al.(1b) citam valores de, a,3 kg ST/kg DQO a para o sistema UASB + LA. Gonçalves et al. (1b) descrevem,15 a,24 no BF ou,25 a,37 no sistema. A diferença entre as citações e a avaliação neste trabalho pode se relacionar a perda de sólidos no reator UASB entre sua

6 manifestação e a drenagem do lodo, no volume adequado. Como simulação, ao perder como ST cerca de 3 mg/l no efluente anaeróbio, para uma vazão de 3 L/h, a massa transferida ao pós-tratamento foi 216 g/dia ou 1,5 kg/semana. Tabela 3 - Monitoramento do Sistema UASB+FBAS: Resumo dos Resultados Q (L/h) DQOa Afluente UASB FBAS DS Resultados SSTa COa (1) Taxa COV Taxa td DQOe SSTe DQOe (kg/ (h) (m 3 /m 2. (kg/m 3. (m 3 /m 2. SSTe E DQO I , 8, ,9 1,1 19, ,9 67,9 II ,3 5, ,9 1,6 31, ,8 66,7 III ,8 3, ,1 3,4 43, ,6 75, Resultados Dec DQOdec SSTdec E DQO I II III 16 68, 87,1 (1) Eficiência medida no FBAS; Valor elevado devido a "lavagem" de sólidos do reator UASB no período; FBAS DQOe y = 9,918x + 54,998 R 2 =, , 1, 2, 2, 3, 3, DQO e (DEC) SSTe y = -,267x + 3,872 R 2 =,63 15 SST e (DEC) 1, 1, 2, 2, 3, 3, E DQO 7 65 y = 1,8446x + 58,716 R 2 =,4167 E DQO (DEC) y = 3,4964x + 62,813 R 2 =,8738 (DEC) 1, 1, 2, 2, 3, 3, 65 1, 1, 2, 2, 3, 3, Figura 3 - Sistema UASB+FBAS: Gráficos de correlação dos resultados obtidos

7 Sistema RALF + FAD Este trabalho apresenta resultados do monitoramento da ETE Cambuí (Campo Largo - PR), instalação que emprega o sistema RALF+FAD, construída pela SANEPAR, para uma vazão de 3 m³/h. O efluente apresentou valores de 79 ± 13 mg/l, 17 ± 1 mg/l e 41 ± 4 mg/l, respectivamente para a DQO, DBO e SST. Estes valores representam eficiências de remoção do sistema de 87%, 91% e 83% para os citados parâmetros. A turbidez apresentou valor de 4,1 ± 2,8 UNT e o PO4 valor de 1,4 ±,6 mg/l, representando uma eficiência de remoção de 68%. Na análise dos resultados deve-se considerar que a ETE está operando com um vazão diurna de cerca de 39 L/s, o que conduz a um efluente do RALF com boa qualidade e estável. Esta última condição auxilia a operação da dosagem do cloreto férrico, aplicado em concentração de 65 mg/l, durante o período de monitoramento. Deve ser destacado ainda, que ao afluente da ETE (emissário) é adicionada solução de hidróxido de cálcio, para proporcionar no efluente do RALF um valor próximo ao 7,. Também estão apresentados os resultados do monitoramento de uma instalação piloto, operando com efluente anaeróbio (Q= 1 m 3 /h), construída junto a ETE Ronda (Ponta Grossa - PR). O efluente do flotador apresentou valores de 37 ± 17 mg/l, 9 ± 4 mg/l e 4,4 UT, respectivamente à DQO, DBO e turbidez. O fosfato apresentou concentrações no efluente da ordem de,7 ±,6 mg/l. Ao se comparar os dados da instalação piloto com a ETE em escala real, observaram-se vários resultados convergentes. Porém a remoção de fosfato foi bem mais elevada no piloto, calculada em 97,5%. Para um afluente de 2,85 ± 1,39 mg/l, obteve-se um efluente de,7 ±,6 mg/l. Quanto aos aspectos operacionais, a ETE com um processo FAD exige funcionários com melhor qualificação do que normalmente exigido em instalações com o reator RALF, ou sua associação ao filtro biológico, por exemplo. As habilidades deverão ser múltiplas, às tarefas rotineiras(limpeza da grade, descarte de lodo do RALF, etc.), à operação dos vários equipamentos eletromecânicos e condução adequada do tratamento físicoquímico (teste de jarros, dosagem e manuseio de produtos químicos). Comparação dos Sistemas As Figuras 4 e 5 resumem as avaliações dos sistemas, nas várias fases do estudo, apoiadas nos parâmetros de DQO e SST. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os sistemas UASB + pós-tratamento estudados puderam oferecer um efluente que atende a legislação ambiental do Estado do Paraná (DQO < 1 mg/l e DBO < mg/l), para o lançamento em corpos d água receptores. Os processos biológicos foram operados em alta carga e tiveram como ênfase a remoção de matéria orgânica e os sólidos. No entanto, como era de se esperar, o tratamento físico químico (FAD) logrou remover também o fósforo e parcialmente o nitrogênio. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à SANEPAR e ao PROSAB, através da FINEP, CNPq e CEF, todo o apoio demonstrado ao longo do desenvolvimento dos trabalhos, desde a construção da instalação piloto, o acesso à ETE Belém e o financiamento da operação e monitoramento. À Fundação Araucária igualmente pelo apoio emprestado à operação e monitoramento dos pilotos.

8 DQOt e 1 I II III Padrão de Lançamento - 1 mg/l (Legislação Estadual) FB FBAS LA FAD Sistemas Figura 4 Resultados dos sistemas de tratamentos estudados utilizando a DQOt efluente SST e 51 I II III 1 FB FBAS LA FAD Sistemas Figura 5 Resultados dos sistemas de tratamentos estudados utilizando os SST efluente REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AISSE, M.M.; NOLASCO, M.A.; ANDREOLI, F.N.; LOBATO, M.B.; SAVELLI, C.S.; JÜRGENSEN, D.; ALÉM SOBRINHO, P. Pós tratamento de efluentes provenientes de reatores anaeróbios tipo UASB. Oficina e Seminário Latino Americano de Digestão Anaeróbia, VI, Recife,. Anais. Volume 1. Recife,. AISSE, M.M.; LOBATO, M.B.; BONA, A.; GARBOSSA, L.H.P. Estudo Comparativo do Reator UASB e do Reator Anaeróbio Compartimentado Seqüencial no Tratamento de Esgoto Sanitário. Congresso Interamericano de Ingenieria Sanitária y Ambiental, XXVII, Porto Alegre,. Anais. Rio de Janeiro, ABES,. EP.USP. AISSE, M.M. Tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios. São Paulo, p. Tese (Doutorado) APHA; AWWA; WEF. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. ª edição. Washington, D.C. APHA CHERNICHARO, C.A.L. (Coordenador) Pós Tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios: Coletânea de Trabalhos Técnicos. Belo Horizonte, 1. JÜRGENSEN, D. ETE Cambuí; Fluxograma do Processo. SANEPAR SANEPAR. Sistema de Esgoto Sanitário; Projeto básico: Cambé ETE Caçadores. SANEPAR, Gerência de Projetos, julho 1996.

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