A APLICABILIDADE DO TRATAMENTO DE ESGOTO POR MEIO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NO REÚSO DE ÁGUAS

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1 A APLICABILIDADE DO TRATAMENTO DE ESGOTO POR MEIO DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NO REÚSO DE ÁGUAS Ana Maria Campiglia Babbini Marmo 1, Raquel Cymrot 2 Abstract A treatment should be carried out before releasing the sanitary sewage into any body of water, once it is extremely necessary to prevent hydro transportation disease dissemination caused by pathogenic microorganisms, as well as to conserve water supply sources; therefore, ensuring environment preservation. Moreover, the treatment quality and efficiency may make the reuse of the effluent treated feasible, inserting such practice in the context of hydro resource preservation and conservation. This study aims at analyzing the sanitary sewage system treatment by means of stabilization lagoons, through a survey of the data of a program in use by Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (São Paulo State Sanitation Company - SABESP), in the city of Salesópolis, as well as performing an adequate statistic treatment of DBO 5 and N-total parameters. The efficiency of the sanitary sewage treatment and treated water re-use will be focused in this work. Key words sanitary sewage treatment; stabilization lagoons; water re-use. INTRODUÇÃO Os recursos hídricos vêm sendo degradados rapidamente nas últimas décadas devido a ocupação desordenada do solo nas áreas urbanas, ao crescimento populacional, as demandas cada vez maiores da água e outros fatores, que conflitam com a manutenção e preservação dos corpos d água. Os despejos provenientes dos diversos usos da água, tais como doméstico, comercial, industrial e agrícola são caracterizados pelo termo esgoto. Sendo os esgotos domésticos a parcela mais significativa dos esgotos sanitários. Apesar de variarem em função dos hábitos e condições sócio-econômicas da população, os esgotos domésticos têm características bem definidas, constituem-se basicamente de 99,9% de água e,1% de sólido, em peso seco. A presença de organismos patogênicos como bactérias, vírus, vermes e protozoários, fazem com que o tratamento de águas residuárias seja extremamente importante de modo a minimizar a veiculação de doenças hídricas. Também são considerados objetivos do tratamento de esgotos a conservação das fontes de abastecimento de água e a probabilidade de reuso do efluente tratado [1]. A eficiência das estações de tratamento bem como a remoção e/ou estabilização da matéria orgânica presente nos esgotos sanitários é usualmente determinada através das análises de DBO e DQO. A DBO é a análise de referência embora esteja sujeita a imprecisões, seja mais cara e tenha um tempo de realização de 5 dias. Outro parâmetro importante são os nutrientes, pelo efeito de eutrofização que podem causar nos corpos receptores e possíveis interferências nos processos biológicos de tratamento [2]. Surge, portanto, a necessidade de se buscar técnicas de tratamento bastante eficiente, assegurando que os efluentes tratados não provoquem impactos ambientais severos no curso d água receptor. O uso de lagoas de estabilização é um dos vários processos disponíveis, extremamente eficiente para a remoção e estabilização da matéria orgânica biodegradável presente nesses despejos. As lagoas de estabilização são escavações feitas no solo, contendo diques de terra ou muros onde o esgoto fica armazenado. O projeto deve propiciar o fenômeno de depuração ou biodegradação do esgoto num tempo de detenção adequado, com dimensionamento favorável (profundidade e área) e condições de temperatura e insolação elevadas. Nota-se assim que este tipo de tratamento é bastante adequado para as condições brasileiras, devido à disponibilidade de área em um grande número de cidades e clima adequado [3]. Segundo Andrade [3], as lagoas de estabilização usualmente são classificadas em dois grandes grupos, de acordo com o processo de degradação biológica da matéria orgânica introduzida: anaeróbias, com degradação biológica estritamente anaeróbia e, facultativas, onde ocorrem simultaneamente processos de degradação aeróbia nas camadas superiores e anaeróbia nas camadas inferiores, junto ao fundo da lagoa. Entre as lagoas facultativas, estão as de maturação ou polimento, onde predominam condições aeróbias pois recebem esgoto pré-tratado, permitem maior penetração de luz, com menor profundidade e menor carga orgânica, apresentando alta produção de oxigênio por fotossíntese e, consequentemente em alta taxa de degradação. Além disso, devido aos níveis de ph e oxigênio dissolvido, a competição vital entre os microorganismos, a radiação solar (luz e temperatura) e a sedimentação, a lagoa de estabilização propicia más condições de sobrevivência 1 Ana Maria Campiglia Babbini Marmo, Universidade Presbiteriana Mackenzie, Rua da Consolação, 93, prédio 6, , São Paulo, SP, Brazil, marmo@mackenzie.com.br 2 Raquel Cymrot, Universidade Presbiteriana Mackenzie, Rua da Consolação, 93, prédio 6, , São Paulo, SP, Brazil, raquelc@mackenzie.com.br 26 GCMM November 19-22, 26, Santos, BRAZIL 263

2 para organismos patogênicos, possibilitando dessa maneira, a reutilização desses efluentes. A utilização controlada de esgotos sanitários tratados surge como uma alternativa viável frente à escassez e usos conflitantes da água. Apesar de ser um tema de extrema relevância, o reuso das águas sanitárias deve ser para quem o aplica, objeto de estudo e pesquisa como foi abordado por Melo et al. [4], desde o enfoque da utilização controlada, segurança sanitária, sustentabilidade ambiental e viabilidade econômica. Uma importante aplicação dos efluentes sanitários tratados é o emprego dos mesmos para fins produtivos como agricultura, aqüicultura e hidroponia, uso este que parece ser mais adequado à qualidade das águas tratadas por meio de lagoas de estabilização. Não obstante, tais efluentes podem ser aplicados na recarga de aqüíferos subterrâneos, usos doméstico e industrial e outros que não exijam água potável [5]. Este trabalho tem como objetivo testar a eficiência do tratamento de esgotos em uma estação que utiliza para este fim uma série de lagoas de estabilização. Os parâmetros analisados foram a DBO 5 e o N-total, pois são responsáveis em grande parte pelos processos de eutrofização dos corpos d água. METODOLOGIA Foram colhidos os dados de DBO 5 e N-total, durante dez meses, de abril de 23 a janeiro de 24, na estação de tratamento de esgoto do município de Salesópolis, da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP). Esta estação possui quatro lagoas de tratamento, sendo a primeira uma lagoa anaeróbia, na qual o efluente permanece durante quatro dias; em seqüência uma lagoa facultativa, cujo tempo de detenção é de vinte dias e, por fim, duas lagoas de maturação, onde o efluente é mantido por dez dias em cada uma [6]. Para cada lagoa e em cada data foram medidas as variáveis DBO 5 e N-total na entrada e na saída da mesma. Foram testados se havia efeito de tratamento de cada lagoa, isto é, se havia diminuição no DBO 5 e no N-total na saída de cada lagoa. Foi também testado se o uso deste sistema de tratamento foi efetivo, isto é, se houve diminuição no DBO 5 e no N-total da entrada da primeira lagoa em relação à saída da quarta lagoa. Foram realizados gráficos de Box-Plot para as diferenças encontradas. Este gráfico é formado por um retângulo cujas laterais são o primeiro e o terceiro quartil dos dados e a linha vertical dentro do retângulo corresponde à mediana dos dados. Os traços horizontais vão até o menor e o maior dado que não são observações discrepantes. Quando há alguma observação discrepante ela aparece marcada por um x. O Box-Plot dá uma idéia da posição, dispersão, assimetria, caudas e dados discrepantes [7]. Uma vez que a água que sai de uma lagoa é a mesma que entra na lagoa seguinte, para analisar se as razões médias da limpeza obtida (quociente entre o valor na saída da lagoa e o valor na entrada da lagoa) ocorridas nas quatro lagoas são todas iguais, foi realizada uma análise de variância não paramétrica para medidas repetidas através do teste de Friedman com testes de contrastes [8]. Todos os testes foram realizados com um nível de significância de 5%. Denota-se por P o nível descritivo do teste, isto é, a probabilidade de se rejeitar a hipótese se for encontrado um valor igual ou mais extremo que o encontrado na amostra. Toda vez que P for menor que o nível de significância estabelecido, rejeita-se a hipótese testada. RESULTADOS A Tabela 1 apresenta os dados de DBO 5 coletados em dez ocasiões, na entrada e na saída das quatro lagoas. TABELA 1 DBO5 na entrada e saída das quatro lagoas. lagoa 1 lagoa 2 lagoa 3 lagoa 4 entrada saída entrada saída entrada saída entrada saída As Tabelas 2, 3, 4, 5 e 6 mostram a análise descritiva do DBO 5 respectivamente nas lagoas 1, 2, 3, 4 e na estação de tratamento. TABELA 2 DBO 5 na entrada, na saída e da diferença na lagoa 1. Entrada 1 223,8 163, ,8244 Saída 1 128,8 28,9475 9,154 Diferença 1 95, 16,5546 5,7718 TABELA 3 DBO 5 na entrada, na saída e da diferença na lagoa 2. Entrada 1 128,8 28,9475 9,154 Saída 1 49,7 15,6351 4,9442 Diferença 1 79,1 3,5849 9,6718 A Figura 1 apresenta os gráficos de Box-Plot para a diferença entre o DBO 5 na entrada e o DBO 5 na saída das lagoas 1, 2, 3 e 4 e a Figura 2 apresenta o gráfico de Box- Plot para a diferença entre o DBO 5 na entrada e o DBO 5 na saída na estação de tratamento. 26 GCMM November 19-22, 26, Santos, BRAZIL 264

3 TABELA 4 DBO 5 na entrada, na saída e da diferença na lagoa 3. Entrada 1 49,7 15,6351 4,9442 Saída 1 34,3 1,117 3,166 Diferença 1 15,4 12,242 3,877 TABELA 5 DBO 5 na entrada, na saída e da diferença na lagoa 4. Entrada 1 34,3 1,117 3,166 Saída 1 31,3 6,4816 2,497 Diferença 1 3, 7,9582 2,5166 TABELA 6 DBO 5 na entrada, na saída e da diferença na estação de tratamento. Entrada 1 223,8 163, ,8244 Saída 1 31,3 6,4816 2,497 Diferença 1 192,5 165, ,3589 Foi testada a hipótese de que não houve diminuição do DBO 5 entre a entrada e a saída da lagoa 1. Ao nível de significância de 5%, obteve-se a região crítica: R.C. = { diferença média diferença média 93,75}, com diferença média observada igual a 95,. A hipótese testada foi rejeitada (P =,47) e afirma-se que houve diminuição no DBO 5 entre a entrada e a saída da lagoa 1. A Tabela 7 apresenta os resultados dos testes de hipótese de que não houve diminuição do DBO 5 entre a entrada e a saída das lagoas 1, 2, 3, 4 e da estação de tratamento. Logo, ao nível de significância de 5%, afirma-se que houve efeito do tratamento de DBO 5 nas lagoas 1, 2, 3 e na estação de tratamento como um todo. TABELA 7 Testes de hipótese de que não houve diminuição do DBO 5 entre a entrada e a saída das lagoas 1, 2, 3, 4 e da estação de tratamento. Local valor observado valor crítico P Conclusão lagoa 1 95, 93,75,47 houve diminuição lagoa 2 79,1 17,7295, houve diminuição lagoa 3 15,4 7,954,2 houve diminuição lagoa 4 3, 4,6132,132 não houve diminuição estação de tratamento 192,5 95,9797,3 houve diminuição Boxplot das diferenças para a lagoa 1 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) Boxplot das diferenças para a lagoa 2 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) A Tabela 8 apresenta os dados de N-total coletados em dez ocasiões, na entrada e na saída das quatro lagoas Boxplot das diferenças para a lagoa 3 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) Boxplot das diferenças para a lagoa 4 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) FIGURA 1 Box-Plot das diferenças do DBO 5 nas lagoas 1, 2, 3 e TABELA 8 N-total na entrada e saída das quatro lagoas. lagoa 1 lagoa 2 lagoa 3 lagoa 4 entrada saída entrada saída entrada saída entrada saída 42,8 28,2 28,2 12,4 12,4 8,4 8,4 2,5 28,9 28,3 28,3 16,5 16,5 8,5 8,5 3,5 56, 43,8 43,8 2,9 2,9 1,1 1,1 5,7 54,4 36,3 36,3 31,7 31,7 21,2 21,2 14,1 5,2 3,3 3,3 32, 32, 23,6 23,6 22,5 27,2 41,5 41,5 26,8 26,8 23,1 23,1 14,7 87, 71,9 71,9 31,2 31,2 18,8 18,8 9,7 37,6 51,3 51,3 2,9 2,9 16,4 16,4 1,6 65,4 43,7 43,7 28,8 28,8 14, 14, 7,1 32,6 41,1 41,1 16,8 16,8 13,4 13,4 9,1 As tabelas 9, 1, 11, 12 e 13 mostram a análise descritiva do N-total respectivamente nas lagoas 1, 2, 3, 4 e na estação de tratamento. Boxplot das diferenças para a estação de tratamento (com e intervalo com 95% de confiança) TABELA 9 total na entrada, na saída e da diferença na lagoa 1. Entrada 1 223,8 163, ,8244 Saída 1 128,8 28,9475 9,154 Diferença 1 6,57 14,2113 4, FIGURA 2 Box-Plot das diferenças do DBO 5 na estação de tratamento TABELA 1 total na entrada, na saída e da diferença na lagoa 2. Entrada 1 128,8 28,9475 9,154 Saída 1 49,7 15,6351 4,9442 Diferença 1 17,84 12,314 3, GCMM November 19-22, 26, Santos, BRAZIL 265

4 TABELA 11 total na entrada, na saída e da diferença na lagoa 3. Entrada 1 49,7 15,6351 4,9442 Saída 1 34,3 1,117 3,166 Diferença 1 8,5 4,514 1,2812 TABELA 12 total na entrada, na saída e da diferença na lagoa 4. Entrada 1 34,3 1,117 3,166 Saída 1 31,3 6,4816 2,497 Diferença 1 5,8 2,2973,7265 TABELA 13 total na entrada, na saída e da diferença na estação de tratamento. Entrada 1 223,8 163, ,8244 Saída 1 31,3 6,4816 2,497 Diferença 1 38,26 19,3337 6,1138 A Figura 3 apresenta os gráficos de Box-Plot para a diferença entre o N-total na entrada e o N-total na saída das lagoas 1, 2, 3 e 4 e a Figura 4 apresenta o gráfico de Box- Plot para a diferença entre o N-total na entrada e o N-total na saída na estação de tratamento. Boxplot das diferenças para a lagoa 1 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) -1 Boxplot das diferenças para a lagoa 3 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) Boxplot das diferenças para a lagoa 2 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) Boxplot das diferenças para a lagoa 4 (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) 4 FIGURA 3 Box-Plot das diferenças do N-total nas lagoas 1, 2, 3 e 4 Foi testada a hipótese de que não houve diminuição do N-total entre a entrada e a saída da lagoa 1. Ao nível de significância de 5%, obteve-se a região crítica: R.C. = { diferença média diferença média 8,238}, com diferença média observada igual a 6,57. A hipótese testada foi rejeitada (P =,89) e afirma-se que não houve diminuição no N-total entre a entrada e a saída da lagoa 1. A Tabela 14 apresenta os resultados dos testes de hipótese de que não houve diminuição do N-total entre a entrada e a saída das lagoas 1, 2, 3, 4 e da estação de tratamento Boxplot das diferenças para a estação de tratamento (com e intervalo com 95% de confiança para a média das diferenças) FIGURA 4 Box-Plot das diferenças do N-total na estação de tratamento TABELA 14 Testes de hipótese de que não houve diminuição do N-total entre a entrada e a saída das lagoas 1, 2, 3, 4 e da estação de tratamento. Local valor observado valor crítico P Conclusão lagoa 1 6,57 8,238,89 não houve diminuição lagoa 2 17,84 7,1361,1 houve diminuição lagoa 3 8,5 2,3485, houve diminuição lagoa 4 5,8 1,3317, houve diminuição estação de tratamento 38,26 11,274, houve diminuição Logo, ao nível de significância de 5%, afirma-se que houve efeito do tratamento de N-total nas lagoas 2, 3, 4 e na estação de tratamento como um todo. Para analisar se as razões médias de limpeza do DBO 5 ocorridas nas quatro lagoas são todas iguais, atribuiu-se postos para as razões em cada ocasião de coleta dos dados. As soma dos postos atribuídos para as lagoas 1, 2, 3 e 4 foram respectivamente iguais a: 25, 15, 25 e 35. A estatística calculada para o teste de Friedman foi igual a χ 2 r = 12,. Ao nível de significância de 5% tem-se R.C. = {χ 2 χ 2 7,815} logo, rejeitou-se a hipótese de que as razões médias de limpeza do DBO 5 ocorridas nas quatro lagoas são todas iguais (P =,7). Foram testados todos os contrastes dois a dois. Considera-se que duas variáveis têm razões médias de limpeza do DBO 5 diferentes se o valor absoluto da diferença da soma de seus postos exceder 9,6724. Este valor é calculado em função dos postos obtidos, do número lagoas, do número de observações e do valor t 27;2,5% da distribuição t de Student. A Tabela 15 apresenta os contrastes realizados, a diferença absoluta das soma dos postos, a conclusão obtida ao nível de significância de 5% e o nível descritivo do teste. Ao nível de significância de 5% conclui-se que a lagoa 4 tem maior razão média de limpeza que as demais (menor limpeza) enquanto a lagoa 2 tem menor razão média de limpeza que as demais (maior limpeza). Para analisar se as razões médias de limpeza do N-total ocorridas nas quatro lagoas são todas iguais, atribuiu-se postos para as razões em cada ocasião de coleta dos dados GCMM November 19-22, 26, Santos, BRAZIL 266

5 TABELA 15 Contrastes realizados, diferença absoluta das soma dos postos, conclusão obtida e nível descritivo do teste (P) para as razões médias de limpeza do DBO 5 nas quatro lagoas. Contrastes Diferença absoluta Conclusão P lagoa 1 e lagoa 2 1 São diferentes,43 lagoa 1 e lagoa 3 São iguais 1, lagoa 1 e lagoa 4 1 São diferentes,43 lagoa 2 e lagoa 3 1 São diferentes,43 lagoa 2 e lagoa 4 2 São diferentes, lagoa 3 e lagoa 4 1 São diferentes,43 As soma dos postos atribuídos para as lagoas 1, 2, 3 e 4 foram respectivamente iguais a: 34, 22, 26 e 18. A estatística calculada para o teste de Friedman foi igual a χ 2 r = 8,4. Ao nível de significância de 5% tem-se R.C. = {χ 2 χ 2 7,815} logo, rejeitou-se a hipótese de que as razões médias de limpeza do N-total ocorridas nas quatro lagoas são todas iguais (P =,38). Foram testados todos os contrastes dois a dois. Considera-se que duas variáveis têm razões médias de limpeza do N-total diferentes se o valor absoluto da diferença da soma de seus postos exceder 1,5956. Este valor é calculado em função dos postos obtidos, do número lagoas, do número de observações e do valor t 27;2,5% da distribuição t de Student. A Tabela 16 apresenta os contrastes realizados, a diferença absoluta das soma dos postos, a conclusão obtida ao nível de significância de 5% e o nível descritivo do teste. TABELA 16 Contrastes realizados, diferença absoluta das soma dos postos, conclusão obtida e nível descritivo do teste (P) para as razões médias de limpeza do N- total nas quatro lagoas. Contrastes Diferença absoluta Conclusão P lagoa 1 e lagoa 2 12 São diferentes,17 lagoa 1 e lagoa 3 8 São iguais,11 lagoa 1 e lagoa 4 16 São diferentes,2 lagoa 2 e lagoa 3 4 São iguais,44 lagoa 2 e lagoa 4 4 São iguais,44 lagoa 3 e lagoa 4 8 São iguais,11 Ao nível de significância de 5% conclui-se que a lagoa 1 tem maior razão média de limpeza que as lagoas 2 e 4 (menor limpeza). CONCLUSÕES última lagoa tem como função a estabilização de matéria orgânica, motivo pelo qual não se verificou diminuição significativa da DBO 5. Além disso, o teste de Friedman aplicado, também evidencia essa mesma situação, ou seja, menor posto ou melhor remoção para a lagoa 2 e maior posto ou pior remoção para a lagoa 4. Por outro lado, em relação ao N-total, observou-se que as lagoas 2, 3 e 4 são mais eficientes na remoção deste parâmetro. Sendo essas lagoas facultativas e de maturação, onde predominam condições aeróbias, ideais para a atividade das bactérias nitrosomonas e nitrobactérias, responsáveis pela remoção do nitrogênio. Entretanto, a primeira lagoa sendo anaeróbia não favorece essa remoção. Já a aplicação do teste de Friedman evidenciou perfeitamente essa conclusão, pois mostrou o maior posto ou pior remoção para a lagoa 1. Mediante a análise discutida neste trabalho, verifica-se que o tratamento de esgotos utilizado viabiliza perfeitamente o reuso dessas águas para fins específicos. REFERÊNCIAS [1] VAZOLLÉR, R.F. Microbiologia dos lodos ativados. São Paulo: CETESB, [2] USHARA, M.Y. Operação e manutenção de lagoas anaeróbias e facultativas. São Paulo: CETESB,1989. [3] ANDRADE, N.C. Sistemas simples para tratamento de esgotos sanitários: experiência brasileira. Rio de Janeiro: ABES,1997. [4] MELO, H.N. de S.; NETO, C.O.A.; MENDONÇA, F.C.; PIVELLI, R.P. in BASTOS, R.K..(coordenador). Utilização de esgotos tratados em fertirrigação, hidroponia e psicultura. Projeto PROSAB, Rio de Janeiro: ABES, RIMA, 23. [5] BRAGA, B. et al. Introdução à engenharia ambiental. São Paulo: Prentice Hall, 22. [6] FARRÈ, E. S. Estudo da eficiência do tratamento de esgotos por meio de lagoas de estabilização. Monografia (Bacharelado em Biologia)-Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 24. [7] BUSSAB, W.; MORETTIN, P. A. Estatística Básica. 5. ed. São Paulo: Saraiva, 22. [8] CONOVER, W. J. Practical Nonparametric Statistics. 3. ed. Mew York: Wiley, Pode-se concluir neste estudo, após a interpretação da análise estatística realizada com nível de significância de 5% que o tratamento como um todo é bastante eficiente na remoção do conteúdo de matéria orgânica e de N-total. Não obstante deve-se salientar que em relação à remoção da DBO 5, as lagoas 1, 2, e 3 apresentaram eficiência. Este fato é perfeitamente aceitável, uma vez que no início do tratamento biológico a grande quantidade de matéria orgânica, nutrientes e incidência de luz solar, propiciam ambiente extremamente adequado à atividade bacteriana, ocorrendo, assim, uma degradação efetiva. Já a 26 GCMM November 19-22, 26, Santos, BRAZIL 267