IV-Araújo-Brasil-1 AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO APLICADAS AO TRATAMENTO DE RESÍDUOS DE TANQUES-SÉPTICOS

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1 IV-Araújo-Brasil-1 AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO APLICADAS AO TRATAMENTO DE RESÍDUOS DE TANQUES-SÉPTICOS André Luís Calado Araújo Engenheiro Civil UFPA, Mestre em Engenharia Sanitária UFPB e PhD em Engenharia de Saúde Pública University of Leeds. Professor do Centro Federal de Educação Tecnológica do Rio Grande do Norte CEFET/RN. Professor do Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária da UFRN (PPGES-UFRN). Natal-RN, Brasil. acalado@cefetrn.br Maria del Pílar Durante Ingunza (1) Geóloga, UCM/Espanha, Mestre em Meio Ambiente/UPM, Madrid/Espanha, Doutorado em Engenharia Sanitária e Ambiental/ UPM, Madrid/Espanha, Professora Adjunta da UFRN/Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária. durante@ct.ufrn.br Juliana Delgado Tinôco Engenheira Civil pela Universidade Potiguar/Natal- Rio Grande do Norte. Mestre em Engenharia Sanitária pela UFRN. Pesquisadora bolsista da UFRN/FINEP-CNPq. Cícero Onofre de Andrade Neto Engenheiro Civil pela UFRN /Mestre em Saneamento pela UFPB/Doutorado em Recursos Naturais pela UFCG. Professor Adjunto da UFRN/ Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária/Membro do Grupo Coordenador do PROSAB. Membro do Comitê Científico do Programa de Pesquisas do Departamento de Engenharia de Saúde Pública da FUNASA. cicero@ct.ufrn.br (1) Endereço: Rua Luiz Bernardo e Silva, 1; Residencial Jardim Cotovelo/ Praia de Cotovelo. CEP: Parnamirim/ RN, Brasil. Fone/Fax: (84) / RESUMO A avaliação do sistema de lagoas de estabilização tratando resíduos de limpa-fossa é uma das linhas do projeto Uso de lodo de ETE e ETA na matéria-prima de cerâmica vermelha desenvolvido pelo Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental (LARHISA) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), constituindo a rede cooperativa de pesquisa do PROSAB- Edital 4, cujo financiador é a FINEP. Nessa linha do projeto, foi avaliado o desempenho da estação de tratamento de esgoto da maior imunizadora do estado, sendo composta de um tratamento preliminar (caixa de areia), duas lagoas anaeróbias em série, uma facultativa, uma de maturação e tanque de desinfecção. Foi avaliada a remoção de DBO, DQO, coliformes fecais (CF), sólidos suspensos, amônia, além do comportamento de temperatura, ph e oxigênio dissolvido a partir de dados de 2 coletas realizadas no período de abril a novembro de 25. A análise preliminar dos resultados mostrou uma diferença significativa entre os valores das médias aritméticas e geométricas para as variáveis DBO, DQO e CF, elevados valores de desvio padrão, bem como uma grande concentração em termos de DBO e DQO na amostra afluente. A grande faixa de variação das variáveis medidas do afluente pode estar relacionada com os diferentes tipos de contribuição (residências, restaurantes, oficinas, etc.) bem como o período entre as limpezas dos tanques sépticos. Foi verificado também um grande predomínio de substâncias de difícil degradação resultando em relações entre DBO/DQO muito baixas, particularmente no esgoto afluente, onde o valor da DBO correspondeu a apenas 23% da DQO. A melhor eficiência em termos de DBO e DQO ocorreu nas duas lagoas anaeróbias com valores de 83 e 95%, respectivamente. Levando em consideração o sistema total, a eficiência foi em torno de 95% para DBO, 97% para DQO e 99,9% para Coliformes fecais. PALAVRAS-CHAVE: Lagoas de estabilização, Lodo de esgoto, Tanque séptico. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 INTRODUÇÃO De acordo com o censo demográfico realizado pelo IBGE (1991), cerca 6,2 % da população de Natal, capital do estado do Rio Grande do Norte (Brasil) utilizava tanque séptico como sistema de disposição sanitária devido a falta de um sistema abrangente de coleta, tratamento de disposição coletiva de esgotos sanitários. O maior inconveniente na utilização de tanques sépticos na cidade do Natal é basicamente o destino final dos efluentes gerados, que são infiltrados no solo, e dos resíduos removidos durante o processo de limpeza periódica dos tanques sépticos. Dificilmente se podia contar com a ação sanitária dos caminhões limpa-fossas, pois, freqüentemente, descarregam os dejetos removidos nos principais mananciais d água da cidade, provocando elevados índices de contaminação tornando-os impróprios para seus mais diversos usos pela população. Diante deste contexto, a Prefeitura Municipal decretou a Lei n o 4867 de 27 de agosto de 1997, onde obriga as empresas imunizadoras (limpa-fossa) a manterem e operarem seus próprios sistemas de tratamento de resíduos. De acordo com o Art 1 (Parágrafo Único) Ficam obrigadas as empresas Imunizadoras que coletam despejos sanitários, residenciais ou comerciais, públicos ou particulares, a manterem sistema próprio de lagoas de estabilização. Segundo a Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte - CAERN (21), o atual índice de atendimento em Natal pela rede coletora de esgotos, atinge 29% da população, ou seja, aproximadamente 2622 dos habitantes da cidade, contados pelo censo de 2. Ainda, segundo dados da própria CAERN, tendo como referência o mês de novembro de 2, 491 economias estão ligadas à rede de coleta, distribuídas em aproximadamente 24 bairros. A CAERN ressalta ainda que, do total coletado, apenas 4% (quarenta por cento), é tratado, e a metade de forma ineficiente, face ao incremento de ligações sem a correspondente ampliação das unidades, sendo o restante despejado in natura no rio Potengi. No entanto, a maior parte da cidade (71%), ainda não é atendida por serviço público de esgotos. Os problemas decorrentes dessa situação são sentidos e reclamados pela população, pois, a solução amplamente adotada para as áreas sem sistema de esgotamento sanitário, são os sistemas de tratamentos individuais do tipo fosssa séptica-sumidouro, que muitas vezes se encontram inadequados ao meio ambiente local. Existem em Natal onze empresas que realizam a limpeza de fossas, sendo que poucas contam com sistema de lagoas de estabilização como tratamento complementar e disposição final dos resíduos advindos de tanques sépticos. A primeira empresa a implantar um sistema de tratamento foi a Imunizadora e Limpadora Potiguar, em 1992, localizado na antiga estrada Natal Macaíba, à margem do rio Potengi Jundiaí, encontrando-se devidamente licenciado junto ao órgão estadual de meio ambiente. Atualmente, apenas as duas maiores empresas contam com seus próprios sistemas de tratamento, enquanto que as empresas de menor porte, geralmente fazem uso de um dos sistemas de tratamento existentes, terceirizando o serviço. Os dois sistemas são séries de lagoas de estabilização sendo a da maior empresa, objeto desse estudo, composta por duas lagoas anaeróbias em série, seguidas por uma lagoa facultativa secundária, lagoa de maturação e sistema de desinfecção. O outro sistema é composto por lagoa facultativa primária seguida de duas lagoas de maturação. Os efluentes finais dos dois sistemas são lançados no estuário do Rio Potengi, corpo receptor da maioria dos efluentes domésticos e industriais gerados na cidade de Natal. Neste enfoque, se faz necessário o monitoramento destas estações para que se obtenha um diagnóstico da situação e que se possa, em tempo real, prevenir a poluição do manancial que serve de corpo receptor. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é a caracterização qualitativa e quantitativa dos resíduos de fossa-séptica com análise da eficiência do sistema de tratamento por lagoas de estabilização da maior empresa prestadora desse serviço na capital potiguar. O trabalho está inserido dentro de uma das linhas de pesquisa do projeto intitulado Uso de lodo de ETE e ETA na matéria prima da indústria de cerâmica vermelha, realizado no período de junho de 24 a junho de 26. O projeto se enquadra dentro do Tema 4 do edital IV do Programa de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Pesquisa em Saneamento Básico-PROSAB, sobre alternativas para uso do lodo de água e de esgoto. MATERIAIS E MÉTODOS A pesquisa foi realizada na Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) de resíduo de tanque-séptico da maior empresa imunizadora da cidade, localizada no bairro de Felipe Camarão, zona oeste da cidade de Natal, no Estado do Rio Grande do Norte. A ETE é composta de uma aérea de recepção e tratamento preliminar (gradeamento e desarenação simplificados), um conjunto de quatro lagoas de estabilização, sendo duas anaeróbias em série (25 x 6 x 3 m, cada) seguidas de uma facultativa secundária (6 x 8 x 3 m) e uma lagoa de maturação (15 x 7 x 2 m) e um sistema de desinfecção com a utilização de pastilhas (2 x 7 m). As Figuras 1 e 2 apresentam, respectivamente, o fluxograma e as vistas da ETE. O sistema foi monitorado de abril a novembro 25 sendo realizadas 2 coletas em 5 pontos distintos, sendo: uma amostra composta retirada de cada caminhão limpa-fossa que chegava a ETE (Ponto 1) e uma amostra de cada efluente da ETE, sendo uma da segunda lagoa anaeróbia (LA Ponto 2), uma na lagoa facultativa (LF Ponto 3), uma na lagoa de maturação (LM Ponto 4) e uma no sistema de desinfecção (Des Ponto 5). Os parâmetros analisados foram de natureza físico-química e microbiológica: temperatura, ph, oxigênio dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos suspensos (SS), nitrogênio total Kejeldall (NTK), nitrogênio amoniacal (NH 3 ), clorofila a, bactérias termotolerantes (CF) e ovos de helmintos. As análises seguiram as recomendações de APHA et al (1992). Para a verificação do volume diário afluente da ETE foram realizadas verificações semanais, sendo coletados dados referentes à capacidade e volume existente de resíduo nos caminhões limpa-fossa que descartam na ETE. Empregou-se, para a verificação da vazão efluente do sistema de lagoas avaliado, uma caixa de fibra de vidro com resina orto-oftálica de 8 cm de comprimento, 4 cm de largura e 45 cm de altura, dotada de um vertedor triangular com 35 cm de carga (H). Para atenuar a turbulência, a caixa foi confeccionada com três chicanas espaçadas umas da outras de 3 cm, 2 cm e 2 cm. Os dados de todas as amostras foram analisados estatisticamente com o objetivo de se obter as medidas de tendência central e de variação. Os resultados das coletas em cada ponto amostrado foram tratados através do programa STATISTICA 6. sendo primeiramente utilizada a estatística descritiva para obtenção das médias aritmética, médias geométricas, medianas, desvios padrões e limites de confiança de 95%. Posteriormente foram efetuados testes para verificação da normalidade dos dados e análises de variância ao nível de,5. Caixa de areia Despejo dos caminhões limpa-fossa (1) Lagoa Anaeróbia Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa (3) Lagoa de Maturação (2) Efluente final (5) (4) Desinfecção ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 1: Fluxograma da série de lagoas avaliada com destaque para os pontos de coleta (1 a 5). Caixa de areia Lagoa anaeróbia 2 Lagoa facultativa Lagoa de maturação Sistema de desinfecção Efluente final Figura 2. Vistas do sistema de tratamento monitorado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 RESULTADOS A média do volume diário que chega à ETE no período de coleta foi de 186,28 m 3, calculado através do monitoramento dos caminhões limpa-fossa. O monitoramento do efluente final determinou uma vazão média em torno de 2 m 3 /d. Os dados da amostra composta diária do afluente ao sistema assim como dos efluentes das lagoas anaeróbia, facultativa, maturação e o efluente final após desinfecção foram analisados estatisticamente com o objetivo de se obter as medidas de tendência central e de dispersão. Os resultados em cada ponto amostrado foram tratados através do programa STATISTICA 6. sendo primeiramente utilizada a estatística descritiva para obtenção das médias aritmética, médias geométricas, desvios padrões e limites de confiança de 95%. A análise preliminar dos resultados mostrou uma diferença significativa entre os valores das médias aritméticas e geométricas para as variáveis DBO, DQO, sólidos suspensos (SS), coliformes fecais (CF), nitrogênio kjheldall total (NTK) e amônia (NH 3 ). Utilizando histogramas de freqüência e o teste de Shapiro-Wilk para verificação de normalidade foi comprovado que as variáveis acima foram as que mais se afastaram da tendência de normalidade. Dessa forma, para a avaliação da eficiência da ETE foi adotada a média geométrica como medida de tendência central enquanto que para análise gráfica do comportamento das variáveis ao longo do sistema foram adotados os valores medianos. A Tabela 1 apresenta os valores médios geométricos e faixas de variação de cada variável analisada nos cinco pontos de amostragem. A temperatura média das lagoas está em conformidade com a temperatura da região litorânea do Brasil, em torno de 29ºC. Com relação ao ph foi verificada uma pequena faixa de variação entre 6,8 no efluente da lagoa anaeróbia até 7,4 no efluente final após desinfecção. Embora tenham sido determinadas significativas concentrações de clorofila a, a faixa de variação de oxigênio foi de apenas,9 mg/l (lagoa facultativa) a 2,1 mg/l (lagoa de maturação). Os pequenos valores de ph e oxigênio medidos no sistema estão bem abaixo das faixas comumente verificadas no nordeste do Brasil e podem estar associados a sobrecarga orgânica devido as elevadas concentrações de DBO e DQO no afluente. Tabela 1. Médias geométricas e faixas de variação obtidas no esgoto afluente e efluentes das lagoas da Imunizadora Potiguar. Variáveis AC LA LF LM Des DBO (mg/l) DQO (mg/l) SS (mg/l) CF (ufc/1 ml) 3,4E7 2,2E5-1,5E8 2,7E6 2,E5-3,9E7 9,1E4 1,7E4-5,5E5 2,7E4 6,E2-3,8E5 6,1E3 1,2E2-2,1E5 Helmintos 4 15 (ovos/l) NTK (mgn/l) 129,1 66,3-329,6 86,3 44,-185,3 64,5 42,-13,9 62, 4,3-121, 59,7 4,1-91,9 NH 3 (mgn/l) 115,8 59,6-319,5 82,7 41,2-166,3 62,2 41,2-11,1 6,2 38,1-138,3 57,8 38,4-88,5 Clorofila a 515,4 418,2 371,9 ND ND (µg/l) 237,9-1582,1 154,7-1483,3 289,9-57, T ND 28,8 28,6 28,7 28,4 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 ( o C) 26,1-33,3 25,9-32, 25,2-33,5 25,-33,4 ph 6,8 7,2 7,4 7,4 ND 5,2-9,5 5,2-9,3 5,2-8,9 5,2-8,7 Os resultados obtidos na amostra composta afluente demonstram a sua grande concentração em termos de DBO, DQO, sólidos suspensos, NTK e amônia. Outra característica importante foi a grande variabilidade dos resultados caracterizada por grandes faixas de variação, bem como elevados valores de desvio padrão. As Figuras 3 a 7, a seguir, demonstram a grande variação dos resultados na amostra composta do afluente ao sistema de tratamento como nos efluentes avaliados. Os coeficientes de variação variaram entre 5 a 2%. O sistema de tratamento avaliado foi inicialmente projetado como uma série de lagoas de estabilização sendo uma lagoa anaeróbia, seguida de uma facultativa secundária e uma de maturação. Os resultados do seu monitoramento indicaram que o sistema não atendia as exigências do IDEMA (Órgão Ambiental do Estado) em relação à qualidade do efluente final. Como nova concepção foi projetada mais uma lagoa anaeróbia para trabalhar em série com o sistema já existente. A nova lagoa anaeróbia foi dimensionada com base numa DBO de projeto de 1 mg/l e vazão média de 3 m 3 /dia, equivalente a 4 descargas de caminhões limpa-fossa com 7 m 3. Foi adotado um tempo de detenção hidráulica de 5 dias e uma profundidade de 3 m, resultando em um volume útil necessário de 15 m 3 com carga orgânica volumétrica aplicada de 2 gdbo/m 3.dia. De acordo com o projeto, foi prevista uma eficiência de 7% para as duas lagoas anaeróbias em série. Os resultados do monitoramento de rotina durante o projeto revelaram valores médios de DBO e DQO, para o afluente da primeira lagoa anaeróbia, em torno de 15 mg/l e 68 mg/l. Em termos de DBO a concentração encontrada foi 5% superior a considerada no projeto. O monitoramento da vazão efluente resultou numa média equivalente a cerca de 2 m 3 /dia, que é 5% inferior a estimada durante o projeto. 4 Mediana 25%-75% Min-Max DBO (mg/l) AC LA LF LM DES Figura 3. Medianas, quartis e faixas de variação de DBO nos pontos monitorados. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Mediana 25%-75% Min-Max DQO (mg/l) AC LA LF LM DES Figura 4. Medianas, quartis e faixas de variação de DQO nos pontos monitorados. Mediana 25%-75% Min-Max 7 6 Sólidos suspensos (mg/l) AC LA LF LM DES Figura 5. Medianas, quartis e faixas de variação de sólidos suspensos nos pontos monitorados. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 35 Mediana 25%-75% Min-Max 3 25 NTK (mg/l) AC LA LF LM DES Figura 6. Medianas, quartis e faixas de variação de NTK nos pontos monitorados. 35 Mediana 25%-75% Min-Max 3 25 Amônia (mg/l) AC LA LF LM DES Figura 7. Medianas, quartis e faixa de variação de amônia nos pontos monitorados. A Figura 8 demonstra o grande predomínio de substâncias de difícil degradação resultando em relações entre DBO/DQO muito baixas, particularmente no esgoto afluente onde o valor da DBO correspondeu a apenas 23% da DQO. É importante destacar que a composição do esgoto afluente reflete as diferenças entre as unidades individuais de tratamento (fossas sépticas) no que diz respeito, por exemplo, ao tipo de unidades contribuintes (domiciliares, restaurantes, comercial, hotéis, hospitais, oficinas, etc.), tempo entre as limpezas, dimensionamento, operação e manutenção, etc. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 Relação (DBO/DQO)x1% AC LA LF LM Figura 8. Relação média de DBO/DQO verificadas nos pontos monitorados. As maiores eficiências de remoção foram verificadas na série de lagoas anaeróbias, conforme pode ser verificado pelos resultados apresentados na Figura 9. Nessa lagoa a DBO, DQO e sólidos suspensos foram removidos, em relação ao valor da amostra composta, em 83, 91 e 85%, respectivamente, superiores aos valores de 7% previstos no projeto. Estes valores são superiores aos comumente referenciados pela literatura para este tipo de reator e estão associadas às elevadas concentrações verificadas no esgoto afluente. Ao considerar toda a série de lagoas as eficiências de remoção destas variáveis aumentou para cerca de 95%. O Teste F e o Teste de Kruskal-Wallis comprovaram que após as lagoas anaeróbias não ocorre remoção significativa de DBO, DQO e sólidos suspensos. A amônia representa a maior fração do NTK e foi removida em 5% podendo estar associada aos baixos valores de ph, não favorecendo a volatilização para atmosfera. O sistema promoveu uma remoção de 99,96% de coliformes fecais e 1% de remoção de ovos de helmintos no efluente da lagoa facultativa. 12 DBO DQO SS CF NH 3 Eficiência de Remoção (%) , , ,3 2 99, Ef. LA Ef. LF Ef. LM Ef. Total Figura 1. Eficiências de remoção. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 CONCLUSÕES Com base nos resultados foi possível tirar a seguintes conclusões: Os despejos dos caminhões limpa-fossa apresentam grande variabilidade nas concentrações das variáveis monitoradas podendo ser explicada de acordo com a permanência (tempo entre as limpezas) e procedência do resíduo (residências, restaurantes, hospitais, oficinas, etc.) nos tanques-sépticos esgotados pelos caminhões, bem como as próprias características físicas das fossas; O resíduo de fossa-séptica apresentou concentrações elevadas de sólidos suspensos, e predomínio de substâncias de difícil degradação como mostra o valor médio da relação DBO 5 - DQO, indicando a baixa biodegradabilidade do resíduo; Mesmo sobrecarregado o sistema analisado como um todo apresentou uma ótima eficiência nas remoções de DBO, DQO e coliformes fecais, estando acima das comumente referidas na literatura, sendo a maior fração removida nas lagoas anaeróbias; O lodo das fossas esgotadas apresentam característica de um esgoto muito concentrado, com elevados teores de areia causando o rápido assoreamento das unidades primárias, principalmente devido ao uso de tratamentos preliminares inadequados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA and, WEF. Metodos normalizados para el analisis de agues potables y residuales. 17 ed. American Public Health Association, American Water Works Association and Water Environment Federation: Madrid, ESP, COMPANHIA DE ÁGUAS E ESGOTOS DO RIO GRANDE DO NORTE Diretoria de Projetos e Obras Estudo preliminar para implantação do sistema de esgotamento sanitário de Natal Natal, 21, 15p. 3. NATAL. Lei n , de 27 agosto de Obriga as empresas Imunizadoras a manterem sistemas de Lagoas de Estabilização. Lex: Coletâneas da Legislação Ambiental do Município de Natal, Natal, p.364, 2. Trim. 1998, Diário Oficial do Estado. 4. IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em: ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1