PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATORES TIPO RALF EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO

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1 PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATORES TIPO RALF EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Miguel Mansur Aisse (1) Engenheiro Civil (UFPR, 1976) e Mestre em Hidráulica e Saneamento (EESC - USP, 1985). Professor e Pesquisador do ISAM/PUC.PR desde Professor do DHS/ST/UFPR desde Bárbara Zanicotti Leite Acadêmica de Engenharia de Alimentos da PUC.PR, bolsista do PIBIC/CNPq. Endereço (1) : Instituto de Saneamento Ambiental - ISAM Rua Imaculada Conceição, Prado Velho - Curitiba - PR - CEP: Brasil - Tel: (041) ramal Fax: (041) RESUMO A ETE - Vila Macedo, em Piraquara - Pr, foi estudada após apreciação conjunta com a SANEPAR, pois a mesma possui uma lagoa de estabilização como pós-tratamento de RALF. A ETE está operando próxima a carga de projeto. No inverno de 1996 foi realizado um monitoramento, apoiado em parâmetros operacionais e análises físico-químicas. Na primavera foi dado ênfase a análise de coliformes. A remoção de coliformes encontrada, sitou-se na faixa de um (01) ciclo logaritmico (90%), como esperado. Igualmente a remoção da DQO t situou-se acima da DBO t, na relação de 40% a 26%. A remoção de sólidos ST e SSV foi muito variável, esteve na faixa de 20 a 60%, sendo que a remoção de SSed (ml/l) foi de 86%, apesar do efluente do RALF estar com os SSed próximo a 1ml/l e revelando a necessidade de remoção do lodo. O ajuste dos valores da CO aplicada versus a CO removida obedeceu a uma reta, obtido pelo Método dos Mínimos Quadrados, e a equação resultante foi: COr (Kg/ha.dia) = - 51,50 + 0,372 COa. PALAVRAS-CHAVE: Esgoto Sanitário, Reator Tipo RALF, Pós-Tratamento, Lagoa de Estabilização, Monitoramento. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 910

2 INTRODUÇÃO O RALF, reator anaeróbio de lodo fluidizado, apresenta um fluxo ascendente com câmaras de sedimentação e digestão anaeróbia, sobrepostas. Nele o esgoto a ser tratado é distribuído de maneira igual no fundo do reator e passa através de uma camada de lodo biológico que serve como filtro, sendo o efluente retirado uniformemente da superfície do sedimentador. O RALF, deve apresentar uma separação efetiva do biogás, esgoto e lodo. Este último tem de ter uma boa capacidade de sedimentação e deve desenvolver um lodo granular. (1) (2) Os reatores do tipo RALF são amplamente utilizados no Paraná, pela SANEPAR para o tratamento de efluentes. O esgoto sofre o tratamento preliminar que remove os sólidos grosseiros depois seguindo para o RALF, este, como o próprio nome diz, um Reator Anaeróbio de Lodo Fluidizado. Este processo resulta em uma eficiência na remoção de DBO de aproximadamente 70%, que apesar de alta requer que o esgoto efluente receba um polimento. A necessidade deste polimento mostra-se no perigo da existência de uma água contaminada com coliformes ou alta carga de Nitrogênio e Fósforo, seu despejo em córpos d água e a contaminação destes. (3) A vantagem do uso das lagoas de estabilização, como unidade de pós-tratamento, é que fazendo-se um dimensionamento adequado, para se evitar a sobre- carga da lagoa, conseguese com pouco custo de implementação e manutenção bons resultados, no que diz respeito à eficiência de tratamento. Lagoas de estabilização são estruturas simples, definidas como sendo sistemas em que ocorre a degradação natural da matéria orgânica pela digestão bacteriológica e redução fotossintética de algas, processo este chamado auto - depuração. Uma lagoa de estabilização mostra-se visualmente como um reservatório escavado no solo, com uma maior ou menor proteção dos taludes e do fundo, dependendo do tipo de terreno onde esteja implantado (4) (5). OBJETIVOS Os reatores tipo RALF são amplamente utilizados pela SANEPAR, no Paraná, para o tratamento dos esgotos sanitários. Contudo, vê-se a necessidade de um pós-tratamento para estes efluentes objetivando-se a remoção da DBO, dos sólidos e atendimento as resoluções da CONAMA Nº 20/86. Com isso deve-se conseguir o cumprimento da legislação ambiental e evitar a poluição dos corpos d água receptores. LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS Dentre os vários modelos de dimensionamento encontrados na bibliografia (5), destaque foi dado aquêles que contemplaram as lagoas facultativas secundarias e as de maturação. Assim: a) Modelo do CEPIS 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 911

3 Baseado nas investigações levadas a efeito nas lagoas de San Juan (Lima-Peru), foram obtidas as seguintes equações: a.1) Máxima carga superficial aplicada (lagoa primária): CSm = 357.1,085 T-20 Onde: T = temperatura da água. Das investigações objetivaram-se ainda as seguintes correlações: T = 8,49 + 0,82. Tar Tmax = 4,64 +0,91. Tar CS = carga superficial, em Kg/ha.dia a.2) Correlações de Carga: O formato da equação é o mesmo apresentado por Mc Garry e Pescod e os valores A e B são os seguintes: CSr = A + B.CSa lagoa primária A = 7,67; B = 0,8063 lagoa secundária A = -0,80; B = 0,7650 ambas A = -7,81; B = 0,8193 Para o projeto de uma lagoa terciária o procedimento é similar ao de uma lagoa secundária, devendo-se ainda, comprovar a remoção de organismos patogênicos (Ver item c). b) Estudos de KAWAI e colaboradores: O modelo desenvolvido por Marai e Shaw mostrou uma boa aplicabilidade para lagoas primárias e secundárias estudadas no sul do Brasil (Estado de São Paulo e Paraná). Quanto aos modelos estatísticos as equações citadas a continuação, forneceram um bom coeficiente de correlação e baixo coeficiente de variação: CSr = 0, ,8332. CSa, para lagoas primárias e CSa na faixa de 90 a 210 Kg/ha.dia; CSr = 19, ,6327. Csa, para lagoas primárias e Csa na faixa de 50 a 500 Kg/ha. dia; CSr = -54,0 + 0,6584. CSa + 3,0740. Tar, para lagoas primárias e Tar na faixa de 18 a 27ºC, e CSa na faixa de 90 a 500 Kg/ha.dia; CSr = -5, ,7702. CSa, para lagoas secundárias e CSa na faixa de 50 a 170 Kg/ha.dia; CSr = 26, ,7592. CSa - 1,4149. Tar, para lagoas secundárias e Tar na faixa de 19,5 a 25ºC. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 912

4 Quanto a carga máxima esta deverá situar-se próxima a 250 e 150, respectivamente para lagoa primária e secundária, valores estes referidos a DBO 5, incluindo algas. c) Lagoas de Maturação e Outros Aspectos do Dimensionamento: c.1) Aspectos relacionados a saúde pública c.1.1) Bactérias (Lagoas de Maturação) O único modelo disponível para simulação da redução de organismos indicadores foi desenvolvido por Marais, muito similar ao apresentado para a DBO, com a diferença de que a destruição de organismos segue a lei de Chick: N e = Na (1 + Kb. td) n Onde: Na e Ne = NMP de coliformes fecais do afluente e do efluente, respectivamente, em UN/100ml; n = número de lagoas iguais, em série; Kb = 0,841 (1,07) T - 20; td = tempo de detenção, geralmente de 5 a 10 dias. Quanto a Salmonella, sua remoção se ajustou a dos coliformes fecais, ou seja, pode-se considerar como equivalente sua redução. c.1.2.) Protozoários e Vermes Trabalhos do CEPIS tem recomendado: - remoção completa de protozoários em duas lagoas em série com 20 dias de retenção; - remoção completa de helmintos observada em lagoas facultativas, com 10 dias de retenção. c.2) Remoção de Nutrientes: Sabe-se que as lagoas constituem um tratamento ineficiente para a remoção de N e P. Isto as faz pouco atrativas para os propósitos de controle da eutrofização, porém interessantes do ponto de vista do reuso agrícola. Quanto a remoção de nutrientes, a seleção da lagoa, como processo de tratamento, é adequado somente se a sobrevivência das algas no corpo receptor puder ser garantida. No estudo das lagoas de San Juan, em Lima-Peru, correlacionou-se o N-NH3 do efluente e a carga aplicada. Observou-se que para cargas superiores a 357 Kg DBO/ha.dia, ganhou-se nitrogênio. Assim conclui-se que passavam a preponderar os processos anaeróbios. c.3) Corpo d água receptor: SAENZ cita que o efluente das lagoas, apesar da remoção de DBO e bactérias, apresentam mais cor e turbidez que o afluente, devido a proliferação de algas. Ao chegarem ao corpo receptor estas poderiam exercer novamente a DBO. No entanto estudos indicam que tal fato não se sucede, e que na realidade, as algas passam a formar parte da cadeia alimentar (trofica) no corpo receptor. Seus efeitos são diferentes dos da matéria orgânica das águas residuárias, lançadas no mesmo ambiente. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 913

5 c.4) Outros A SANEPAR (4) utiliza os seguintes parâmetros para o dimensionamento da lagoa de maturação: CSm = 250 Kg DBO 5 /ha.dia CSr: semelhante ao modelo cinético apresentado em c.1.1, para K = 1,2 x 1, T Profundidade = 1 a 1,5 m Ne: equação análoga a citada em c.1.1, para Kb = 2,6 x 1,19 T - 20 INVESTIGAÇÃO EXPERIMENTAL Escolheu-se, juntamente com a SANEPAR, a ETE Vila Macedo, pois dentre as várias alternativas era a única cuja carga de operação aproximava-se a de projeto. Esta ETE está localizada no Município de Piraquara, na Região Metropolitana de Curitiba. É composta por duas unidades principais, um reator tipo RALF, com volume de 127 m 3 e tempo de detenção igual à 5,5 horas, e uma lagoa de estabilização com volume de 2795 m 3, profundidade de 2,5m e tempo detenção de 48 horas ( SANEPAR). As duas unidades estão colocadas em série sendo que a lagoa de estabilização, classificada como facultativa, realiza o pós-tratamento (Figura 1). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 914

6 Realizaram-se periodicamente diversos tipos de análises dentre elas, análises físico - químicas como DQO, DBO, nitrogênio, alcalinidade e ph, sólidos; análises biológicas - contagem de coliformes - e, também, medições de temperaturas, vazão, e aspecto. Estas análises foram feitas, principalmente, durante o inverno e primavera do ano de 1996, com coletas em três pontos da ETE Vila Macedo, sendo um deles na saída do RALF (ponto1), outro na saída da lagoa de estabilização (ponto 2 ) e, o último no efluente da lagoa de estabilização (ponto 3). As análises foram realizadas nos laboratórios do ISAM e observaram as rotinas expressas nas referências (6) (7) (8). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 915

7 RESULTADOS E CONCLUSÕES Problemas Operacionais As medições de vazão efetuadas na Calha Parshall podem não levar a dados exatos, pelo fato do medidor de vazão ter sido construido in-loco. Assim, as dimensões observadas não coincidiram com o recomendado, porém com pequena diferença. Admitiu-se que a diferença encontrada não foi significativa. Outrossim, o não funcionamento dos defletores, para retenção dos flotantes, prejudicou a qualidade do efluente da Lagoa de Estabilização. Eficiências de Remoção na Lagoa As Tabelas 1 e 2 resumem os vários parâmetros cálculos como Cargas Orgânicas (CO) e Eficiências (E). A remoção de coliformes encontrada sitou-se na faixa de um (01) ciclo logarítmico (90%), como esperado. Igualmente a remoção da DQO t situou-se acima da DBO t na relação de 40% a 26%. A remoção de sólidos ST e SSV foi muito variável, esteve na faixa de 20 a 60%, sendo que a remoção de SSed (ml/l) foi de 86%, apesar do efluente do RALF estar com os SSed próximo a 1ml/l, revelando a necessidade de remoção do lodo. Com a introdução do conceito de análises do efluente da lagoa, solúvel e total, a eficiência na remoção da DQO da DBO esteve na ordem de 70 e 60% respectivamente. Assim retirou-se a influência das algas (sólidos suspensos) e dos flotantes. Na interpretação dos dados do ano de 1996, cumpre citar que as análises biológicas (coliformes), somente ocorreram na primavera. Houve problemas metodológicos para assimilação da tecnologia Colilert, sanadas posteriormente. Já as análises físico-quimicas referiram-se ao inverno, período limitante no dimensionamento devido as baixas temperaturas observadas (Tabela 1). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 916

8 Tabela 1 : ETE - Vila Macedo : Cálculo dos Parâmetros de Eficiência e Carga Orgânica na Lagoa (ano de 1996) Parâmetro unidade 05/07 22/07 05/08 20/09 18/10 10/12 média obs. Temp. ar ºC (5) temp. lagoa ºC (5) Vazão l/s (4) td t dias (2) CO - afluente kg/dia CO - efluente kg/dia CO S - afluente kg/ha.dia (1) CO S - efluente kg/ha.dia (1) E. ST % E.SST % E.SSV % E. SSed % E. DBO T % E. DBO S % (3) E. DQO T % E. DQO S % (3) E. N- total % E. N- orgânico % E. N-NH 3 % neg E. N-NO 3 % neg neg E. N-NO 2 % E. P-PO 4 % E. NMP - CT % E. NMP - CF % Formulário: CO = Q*DBO (kg/dia) CO S = CO (kg/ha.dia) ` S Eficiência E= (Afluente - Efluente ) * 100 Afluente Observações: (1) Área da Lagoa : S =26*43 = 1118 m 2 = ha; (2) Tempo de detenção teórico : td t= V = S * H = 1118*2.5 ; Q Q Q (3) E = (DBO t ) af - (DBO s ) ef ; (DBO t ) af (4) Vazão medida na Calha Parshall ( W= 3 ); (5) Temperatura = valor observado no momento da amostragem. Outrossim a Figura 2 apresenta o gráfico da Carga Orgânica - CO aplicada versus a Carga Orgânica removida. O ajuste matemático dos valores obtidos, através de uma equação (reta), pelo Método dos Mínimos Quadrados, forneceu o seguinte: CO R (Kg/dia) = - 5, ,371. Co a (R=0,9686) 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 917

9 CO R (Kg/ha*dia) = - 51,50 + 0,372. Co a (R=0,9686) O citado ajuste pareceu não sofrer influência da sazonalidade climática, verão e inverno. Parâmetros Hidráulicos O tempo de detenção hidráulico teórico (td t ) está apresentado nas Tabela 1 e 2. Como tempo de detenção hidráulico na Lagoa adotou-se para o período de 03 / 04 a 02 / 05 / 97: t O = V = ,5 = 2795m 3 = 2795m 3 = 24,88 dias Q Q Q 1,30 l/s Dos resultados obtidos, percebe-se que apesar do volume do lodo observado, cerca de 30%, a prova de traçadores revelou um volume morto de 51,8%. Caso se tivesse seguido a prova dos traçadores até o dia 40, por exemplo, o volume morto se aproximaria dos 30%. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 918

10 Tabela 2 : ETE - Vila Macedo : Cálculo dos Parâmetros de Eficiência e Car ga Orgânica na Lagoa (ano de 1997) Parâmetro unidade 03/04 14/04 média obs. Temp. ar ºC (5) temp. lagoa ºC Vazão l/s (4) td t dias (2) CO - afluente kg/dia CO - efluente kg/dia CO S - afluente kg/ha.dia (1) CO S- efluente kg/ha.dia (1) E. ST % E.SST % E.SSV % E. SSed % neg ---- neg E. DBO T % E. DBO S % (3) E. DQO T % E. DQO S % (3) E. N- total % E. N- orgânico % E. N-NH 3 % E. N-NO 3 % E. N-NO 2 % E. P-PO 4 % E. NMP - CT % ---- zero zero E. NMP - CF % ---- zero zero Formulário: CO = Q*DBO (kg/dia) CO S = CO (kg/ha.dia) S Eficiência E= (Afluente - Efluente ) * 100 Afluente Observações: (1) Área da Lagoa : S =26*43 = 1118 m 2 = ha; (2) Tempo de detenção teórico : td t= V = S * H = 1118*2.5 ; Q Q Q (3) E = (DBO t ) af - (DBO s ) ef ; (DBO t ) af (4) Vazão afluente à lagoa; (5) Temperatura = valor observado no momento da amostragem. CONAMA N o 20/86 Apesar do citado anteriormente, ou seja, razoáveis eficiências de remoção, os valores absolutos da DBO, da DQO e de N-NH3, por exemplo, estiveram, nos dias amostrados, acima do preconizado pela legislação federal (3). 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 919

11 AGRADECIMENTOS Ao PADCT/FINEP pelo estímulo e fomento ao Projeto Interdisciplinar para a Definição de Critérios Agronômicos e Ambientais para Implantação da Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto. A SANEPAR, coordenadora do Projeto, pelas facilidades oferecidas para acesso e obtenção de dados. Ao CNPq pela cessão da bolsa de Iniciação Científica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AISSE,M.M. ;Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente em Manto de Lodos. In: Processos Econômicos de Tratamento de Esgotos Sanitários. Dissertação apresentada à PUC.PR. Abril P ; : BAREA, L.C.; Tratamento de Esgoto Doméstico Utilizando Reatores Tipo UASB. In: SANARE. Curitiba, SANEPAR. V2 (2): Out/Dez CONAMA. Resolução CONAMA nº20/ ERICSSON, A.A., et alli; Parâmetros para Projetos de Estações de Tratamento de Esgotos. Curitiba, SANEPAR. Dez p. 5. AISSE, M. M.; Lagoas de Estabilização. In: Processos Econômicos de Tratamento de Esgotos Sanitários Dissertação apresentada à PUC-PR. Abril 1993, p APHA, AWWA & WEF. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. 19 a. Edição, SANEPAR. Operação de Estação de Tratamento de Esgoto - RALF; Manual de Treinamento. Curitiba, Sanepar, p AISSE, M.M. Avaliação do Comportamento Hidráulico de Reatores para o Tratamento de Esgotos. In: Curso sobre Digestão Anaeróbia em Reatores de Fluxo Ascendente. Curitiba, ISAM/PUC.PR, outubro p. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 920