AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE LAGOAS DE POLIMENTO

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1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE LAGOAS DE POLIMENTO RASAS, EM SÉRIE, PARA O PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATOR UASB EVALUATION OF THE PERFORMANCE OF IN-SERIES SHALLOW POLISHING PONDS FOR THE POST-TREATMENT OF UASB REACTOR EFFLUENT LUCIANA CURI ARAÚJO MASCARENHAS Engenheira Civil. Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela UFMG Bolsista DTI - Desenvolvimento Tecnológico e Industrial / CNPq PROSAB. MARCOS VON SPERLING Engenheiro Civil. Doutor em Engenharia Ambiental pelo Imperial College, Universidade de Londres. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. CARLOS AUGUSTO DE LEMOS CHERNICHARO Engenheiro Civil. Doutor em Engenharia Ambiental, pela Universidade de Newcastle upon Tyne, Inglaterra. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. Recebido: 14/04/03 Aceito: 08/10/03 RESUMO O presente trabalho avaliou o desempenho de duas lagoas de polimento rasas (H=0,6 e 0,4m), em série, tratando efluentes de um reator UASB. Os dados foram levantados durante seis meses, em unidades de tratamento de esgotos, em escala de demonstração, em Itabira/MG. As lagoas apresentaram um excelente desempenho, principalmente quando operaram mais rasas (H=0,40m) e, apesar do baixo TDH total no sistema (cerca de 6 dias), produziram um efluente final com concentração média de 30 mg/l de DBO; 1,83 x10 2 NMP/100mL de E.coli; 0,19 ovos de helmintos/l e 2,0 mg/l de amônia. O lodo acumulado no fundo das lagoas, após seis meses de funcionamento, apresentou uma elevada porcentagem (76 a 86%) de ovos viáveis de Ascaris lumbricoides, o que serve de alerta para o correto manejo e reúso deste tipo de lodo na agricultura. PALAVRAS-CHAVE: Ascaris lumbricoides, Escherichia coli, lagoas de polimento, lodo, reator UASB. ABSTRACT This study aims to evaluate the performance of two shallow polishing ponds, operated in series, treating domestic sewage from an upflow anaerobic sludge blanket reactor. The research was carried out for six months, in Nova Vista Wastewater Treatment Plant, in Itabira, MG, Brazil. The shallow polishing ponds (H=0,40m) were highly efficient, despite the short total retention time in the system (about 6 days), leading to a final effluent with average concentrations of 30 mg BOD/L; 1,83 x10 2 MPN E.coli /100mL; 0,19 helminth eggs/ L and 2,0 mg N-NH4/L. The accumulation of sludge at the bottom of the ponds was evaluated after six months, and a high average viability (76 to 86%) of Ascaris lumbricoides eggs was detected, which should be an alert for the adequate management of this sludge in case of agricultural reuse. KEYWORDS: Ascaris lumbricoides, Escherichia coli, polishing ponds, sludge, UASB reactor. INTRODUÇÃO A associação de reatores anaeróbios, tipo UASB, a lagoas de polimento rasas se constitui em um sistema de tratamento de esgotos que integra processos anaeróbios e aeróbios, representando tecnologia recente e de extraordinária aplicabilidade em nosso meio, face à elevada eficiência do sistema, conjugada a uma substancial redução nos custos, comparado às alternativas mais tradicionais. Apesar da grande aceitação e de todas as vantagens inerentes aos reatores anaeróbios, tipo UASB, permanece nestes sistemas uma grande dificuldade em produzir, isoladamente, um efluente dentro dos padrões estabelecidos pela legislação ambiental do país. De forma similar à maioria dos processos compactos de tratamento, os reatores UASB, ainda que bem adequados à remoção da matéria carbonácea dos esgotos, não são eficientes na eliminação de patógenos, necessitando, portanto, de uma etapa de póstratamento de seus efluentes. Este pós-tratamento pode ser alcançado de forma simples e conveniente em lagoas de polimento, que constituem uma das alternativas mais atraentes de desinfecção de efluentes de reatores UASB, uma vez que mantêm a simplicidade conceitual e o baixo custo típico dos reatores anaeróbios. As lagoas de polimento recebem um efluente no qual a matéria orgânica e os engenharia sanitária e ambiental 45

2 Mascarenhas, L. C. A et al. sólidos em suspensão foram drasticamente reduzidos no pré-tratamento e, portanto, a DBO está em grande parte estabilizada e o oxigênio dissolvido se faz presente em toda a massa líquida. O pré-tratamento no reator UASB promove uma redução de 65 a 80% da concentração do material orgânico (van Haandel & Lettinga, 1994), além de remover grande parte do material coloidal do esgoto, produzindo um esgoto digerido com baixa turbidez. Com isso, nas lagoas de polimento, garante-se a penetração da luz solar na maior parte da coluna d água, acelerando a fotossíntese e a produção de oxigênio. A baixa taxa de oxidação, associada à alta taxa de produção fotossintética de oxigênio, leva à prevalência da fotossíntese sobre a oxidação bacteriana. Nestas condições, o fator limitante que determina o tempo de detenção mínimo dos esgotos nas lagoas de polimento (e deste modo a área e o volume da lagoa) não são mais a remoção da matéria orgânica e sim a remoção dos organismos patogênicos. Por esta razão, o objetivo principal das lagoas de polimento deixa de ser a estabilização da matéria orgânica e passa a ser a remoção dos patógenos. Nas lagoas de polimento predominam condições adversas para os organismos patogênicos, tais como: temperatura, radiação solar, elevados valores de ph (principalmente acima de 9,0), altas concentrações de oxigênio dissolvido (especialmente níveis de supersaturação), efeito de toxinas produzidas por algas e outras, como predação, competição e inanição. Para alguns autores (Pearson et al, 1987; Curtis et al, 1992), alguns desses fenômenos podem atuar simultaneamente e com diferentes graus de importância, criando uma condição insustentável para a sobrevivência dos organismos patogênicos. Os principais fatores que promovem o decaimento dos microorganismos são apresentados na Tabela 1. Vários mecanismos de decaimento tornam-se mais efetivos com menores profundidades das lagoas, o que justifica o fato das lagoas de polimento serem mais rasas, comparadas aos demais tipos de lagoas (von Sperling, 2002). A influência da menor profundidade resulta da maior penetração da energia luminosa em toda a massa d água (maior fotossíntese, maior oxigênio dissolvido e maior ph), além de maior penetração da radiação ultravioleta, a qual é bactericida. Possivelmente minimiza-se também a estratificação térmica, mantendo a camada do fundo em contato com toda a massa líquida (Mascarenhas, 2002). Tabela 1- Fatores que promovem o decaimento bacteriano. Fatores Ligados à fotossíntese Fatores de projeto e operação Outros fatores Fonte: Mascarenhas (2002) O funcionamento das lagoas em série apresenta muitos benefícios, especialmente nos casos onde se queira altos níveis de remoção de coliformes. Um sistema de lagoas em série, com um determinado TDH total, possui maior eficiência de remoção de coliformes do que uma lagoa única com o mesmo tempo de detenção. A remoção de ovos de helmintos e de coliformes fecais, nas lagoas de polimento, se dá por mecanismos inteiramente diferentes. O decaimento de coliformes resulta da inativação destes organismos (expresso pelo coeficiente K b ), sendo um processo relativamente lento e que depende, dentre outros fatores, diretamente do tempo de detenção hidráulica das lagoas. A remoção dos ovos de helmintos é alcançada, basicamente, pela remoção física, resultado da adsorção em flocos ou de sedimentação simples, em virtude dos ovos apresentarem maior densidade que a água (Cavalcanti et al, 2001). Porém, a sedimentação é um mecanismo apenas de retenção dos ovos na lagoa, não estando necessariamente relacionado com a morte do ovo em si. Os ovos removidos nas lagoas, através da sedimentação, incorporam-se ao lodo de fundo, onde podem permanecer viáveis por anos. Como usualmente a fração de ovos viáveis no lodo é elevada, mesmo após vários anos de operação das lagoas, este aspecto não deve ser negligenciado ao se analisar a alternativa de utilização do lodo das lagoas na agricultura, sendo necessário, nestes casos, se recorrer a mecanismos de higienização. Fatores que promovem o decaimento bacteriano Temperaturas elevadas Incidência de raios ultravioleta Elevados níveis de OD Elevados teores de ph Toxinas produzidas por algas Menores profundidades Configuração geométrica das lagoas: operação em série Maiores TDH - Tempo de detenção hidráulica Predação por microinvertebrados Sedimentação Inanição (especialmente em lagoas com DBO 5 < 20 mg/l) METODOLOGIA Os trabalhos experimentais foram realizados em unidades, em escala de demonstração (40 habitantes), implantadas junto à ETE Nova Vista, no município de Itabira/MG. A ETE Nova Vista encontra-se em operação desde 1996 e atende a aproximadamente habitantes. A cidade de Itabira situa-se na latitude 19º37 00 sul e longitude 43º13 40 oeste e dista 115 km de Belo Horizonte; a ETE situa-se na altitude de 781 m acima do nível do mar. O experimento contou com o apoio do Serviço Autônomo de Água e Esgoto (SAAE) de Itabira/MG. Descrição do aparato experimental O aparato experimental é composto por um reator anaeróbio tipo UASB compartimentado e duas lagoas de polimento em série, sendo a primeira sem chicanas e a última com chicanas, conforme ilustrado na Figura 1. As principais características das unidades experimentais são apresentadas na Tabela 2. Principais características operacionais A presente pesquisa foi dividida em duas fases distintas, diferenciadas pela adoção de diferentes profundidades nas lagoas e, por conseqüência, diferentes tempos de detenção hidráulica, sendo que a vazão permaneceu constante du- engenharia sanitária e ambiental 46

3 Lagoa de polimento rasas em série rante as duas fases. As características de funcionamento do tratamento preliminar e do reator UASB também foram mantidas constantes, durante as duas fases operacionais. A Tabela 3 sintetiza as principais características das fases operacionais. O programa de monitoramento do sistema teve duração de seis meses e consistiu de um conjunto de análises realizadas, semanalmente, no esgoto bruto e nos efluentes do reator UASB e das lagoas de polimento. Foram realizadas análises físico-químicas de DBO, DQO total e filtrada, sólidos, NTK, N-amoniacal e fósforo e microbiológicas de E.coli e ovos de helmintos, nos pontos 1, 2, 3 e 4, mostrados na Figura 1. A coleta de material no reator UASB foi composta, tendo sido utilizados amostradores automáticos; já para as lagoas a coleta foi simples, realizada de forma pontual. As medidas de ph, temperatura e oxigênio dissolvido foram feitas nos mesmos pontos da coleta das amostras (1,2,3,4), três vezes por semana, às 8:00 e 14:00 horas, sendo que nas lagoas a medida destes três parâmetros foi feita a 20 cm de profundidade. Ao final dos seis meses de funcionamento, as lagoas foram esvaziadas e o lodo acumulado no fundo foi coletado para a verificação da viabilidade dos ovos de Ascaris lumbricoides. RESULTADOS E DISCUSSÃO Remoção de Matéria Orgânica e de Sólidos Na Tabela 4, apresentam-se os valores das concentrações médias (média aritmética) de DBO total, DQO total e SST durante as Fases 1 e 2. As lagoas promoveram uma importante remoção adicional de DBO, complementando a remoção efetuada pelo reator UASB, principalmente durante a Fase 2, quando 100 % dos resultados de DBO atenderam ao padrão de lançamento estadual da DN 010/86 do COPAM, de 60 mg/l. Durante esta fase, a eficiência média de remoção de DBO foi de 69% para o reator UASB e de 91% para o sistema. Em relação à DQO foi observada, como esperado, uma menor eficiência, mas ainda assim as lagoas contribuíram na remoção complementar, aumentando a eficiência global do sistema. Considerando a DQO que foi efetivamente removida do sistema e desconsiderando a Figura 1 - Croqui esquemático do aparato experimental Características Tabela 2 Características das unidades piloto. Fase Duração Lagoas de polimento 1 4 meses Set. a Dez meses Jan. a Fev Tabela 3 - Características das fases operacionais Profund. (m) Volume (m 3 ) TDH méd. proj. (d) Vazão méd. proj. (m 3 /d) TDH total das duas lagoas (d) 0,60 19,2 4,0 4,8 8,0 0,40 12,8 2,7 4,8 5,4 Tabela 4 Concentrações médias (mg/l) de matéria orgânica e sólidos Ponto de amostragem Reator UASB Lagoa sem chic. Lagoa com chic. Largura (m) 1,0 4,0 4,0 Comprimento (m) 3,0 8,0 8,0 Profundidade (m) 3,0 0,6-0,4 0,6-0,4 Volume (m 3 ) 9,0 19,2-12,8 19,2-12,8 TDH méd. projeto 7,5 h 4,0-2,7 d 4,0-2,7 d TDH médio real 8,3 h 4,4-2,8 d 6,1-2,9 d Q méd. proj. (m 3 /d) 28,8 4,8 4,8 Q méd.real (m 3 /d) 25,9 4,4 3,1 DBO DQO SST Fase 1 Fase 2 Fase 1 Fase 2 Fase 1 Fase 2 P1-Esg. bruto P2-Efl. UASB P3-Efl. Lag P4-Efl. Lag engenharia sanitária e ambiental 47

4 Mascarenhas, L. C. A et. al. DQO que foi produzida no mesmo (algas), buscou-se calcular a eficiência de remoção de DQO através da Equação 1, que leva em consideração a DQO filtrada do efluente. Os resultados encontram-se na Tabela 5, onde também podem ser vista as eficiências de remoção de DQO calculadas da maneira convencional, que leva em conta a DQO total efluente ao invés da DQO filtrada efluente. Eficiência de remoção biológica de DQO (%) = = (DQO total afl. DQO filtrada efl.) / DQO total afl. (1) Observa-se, portanto, que a efetiva eficiência de remoção de DQO nas lagoa é relativamente elevada, mas a geração de matéria orgânica pela fotossíntese e a saída de DQO particulada no efluente alteram os reultados. Com relação aos sólidos, uma melhor qualidade do efluente final foi observada durante a Fase 1, na qual as lagoas operaram com 0,6 m de profundidade. Durante a Fase 2, a maior presença de algas nas lagoas contribuiu para o aumento nos sólidos do efluente. Com base nos quatro anos de estudos nestas lagoas (incluindo os seis meses da presente pesquisa), pode-se dizer que 1,0 mg SST/L gera uma DQO particulada da ordem de 1,0 a 1,5 mg/l. Foram calculados os valores do coeficiente de remoção de DQO (fluxo disperso) para as duas lagoas de polimento. Os valores médios de K na Tabela 6 estão corrigidos para a temperatura de 20ºC, tendo sido utilizada a equação de Arrhenius com θ = 1,035 (Arceivala, 1981). As duas lagoas obtiveram maiores coeficientes médios de remoção de DQO durante a Fase 2, em que operaram mais rasas. O K DQO médio da lagoa sem chicanas foi maior do que o da lagoa com chicanas, em ambas as fases. Isto seria de certa forma esperado, já que a lagoa sem chicanas recebe o efluente do reator UASB, presumivelmente com maior degradabilidade do que o afluente à lagoa com chicanas. Remoção de Escherichia coli A Tabela 7 apresenta os valores das concentrações médias (média geométrica) e eficiências de remoção de E.coli, em termos de porcentagem e de unidades logarítmicas removidas. A Figura 2 apresenta a série temporal da concentração de E.coli, ao longo das duas fases operacionais. Eficiência (%) de remoção de DQO Tabela 5 - Eficiência de remoção de DQO (%) Tabela 6 - Coeficiente K Fluxo disperso DQO Observa-se uma grande melhora da remoção de E.coli, nas lagoas e no sistema como um todo, durante a Fase 2, quando as lagoas operaram com menor profundidade. Nesta Fase as lagoas apresentaram um excelente desempenho, principalmente considerando-se o baixo TDH total no sistema (8 dias na Fase 1 e 6 dias, na Fase 2). O sistema removeu, em média, 4,6 unidades logarítmicas (eficiência de 99,997%) de E. coli na Fase 1 e 6,0 unidades logarítmicas (eficiência de 99,99991 %) na Fase 2. Há que se destacar que, na Fase 2, o efluente final apresentou concentração média de E.coli de 1,83 x10 2 NMP/100 ml, atendendo à diretriz da OMS para uso do efluente na irrigação irrestrita, de 1 x10 3 NMP/100 ml, em 87 % dos resultados. Fatores intervenientes na remoção de E.coli Fatores ligados à fotossíntese A Tabela 8 apresenta os valores médios da temperatura, ph e oxigênio dissolvido, medido nas lagoas. O ph e o oxigênio dissolvido foram medidos a 20 cm da lâmina d água. Os elevados valores de temperatura, ph e OD nas lagoas, principalmente durante a Fase 2 em que foi observada uma maior remoção de E.coli, atuaram como o esperado em lagoas de polimento, criando condições desfavoráveis para a sobrevivência dos coliformes e contribuindo para um aumento da remoção de E.coli. Fases UASB Lagoa sem chicanas Lagoa com chicanas Sistema Convencional Fase Biológica (Equação 1) Fase Fase Fase Unidade K DQO - 20ºC (d -1 ) Fase 1 Fase 2 Lagoa sem chicanas 0,27 0,52 Lagoa com chicanas 0,19 0,46 Fatores operacionais e de projeto O decaimento bacteriano depende de vários fatores ligados ao projeto e operação das lagoas; na presente pesquisa serão analisados o tempo de detenção hidráulica e a profundidade das lagoas. Durante a Fase 2, como resultado da diminuição da profundidade das lagoas (de 0,6 para 0,4 m) e a manutenção da vazão afluente às mesmas, houve uma conseqüente redução do TDH das lagoas. Apesar disto, a eficiência das lagoas na remoção de coliformes aumentou consideravelmente, tendo sido observadas as menores concentrações efluentes de E.coli. Portanto, deduz-se que os menores TDH impostos às lagoas, durante a última fase, não resultaram em queda de eficiência do sistema, como poder-se-ia esperar. A relação da profundidade com a remoção de coliformes nas lagoas será abordada mais profundamente no próximo item, quando será calculado o coeficiente de decaimento bacteriano K b das lagoas. Coeficiente de decaimento bacteriano K b Um aspecto de especial interesse na presente pesquisa é a baixa profundidade das lagoas (0,6 m e 0,4 m), visando à obtenção de elevados valores do coeficiente K b, mesmo que às custas de redução no tempo de detenção. Foi calculado o coeficiente de decaimento bacteriano K b, para fluxo disperso, para as duas lagoas de polimento, com base nas concentrações médias observadas afluente e efluente. O número engenharia sanitária e ambiental 48

5 Lagoa de polimento rasas em série Tabela 7 - Concentrações e eficiências médias de remoção de E.coli Fase Concentrações médias E. coli (NMP/100 ml) Eficiências médias de remoção de E. coli Esgoto bruto Ef. UASB Ef. Lagoa sem chic. Ef. Lagoa com chic. 1 3,56 x10 8 2,29 x10 7 3,17 x10 5 9,00 x10 3 % unid. log 2 1,93 x10 8 1,18 x10 7 2,37 x10 4 1,83 x10 2 % unid. log Ef. UASB Lagoa sem chic. 93,577 1,19 93,905 1,21 98,612 1,86 99,799 2,70 Lagoa com chic. 97,162 1,55 99,229 2,11 Sistema 99,997 4,60 99,999 6,03 Figura 2 - Série temporal de E.coli Tabela 8 - Valores de Temperatura, ph e OD na série de lagoas Parâmetro Fases Valores medidos Medida às 8:00 hs Medida às hs Lag. sem chic. Lag. com chic. Lag. sem chic. Lag. com chic. Temperatura 1 21,9 22,0 23,9 24,2 2 23,5 23,6 26,0 26,2 ph 1 7,33 7,80 8,74 9,01 2 7,39 7,91 8,89 9,51 OD 1 2,3 3,6 7,7 10,6 2 3,7 4,8 8,5 10,4 de dispersão foi calculado através da equação (d=1/ (L/B)), proposta por von Sperling (2000), tendo sido de 0,50 para a lagoa sem chicanas e 0,08 para a lagoa chicaneada. Os resultados encontram-se na Tabela 9. Os valores médios de K b nesta tabela estão corrigidos para a temperatura de 20 ºC, tendo sido utilizada a equação de Arrhenius com θ =1,07 (Yanes, 1993). Quanto menor a profundidade da lagoa, maior foi o valor de K b. Isto confirma o que vários autores (van Haandel e Lettinga 1994; Catunda et al, 1996; Kato e Florêncio, 2001; von Sperling 2000, 2001) constataram, de que, quanto menor a profundidade das lagoas, maior é o coeficiente de remoção de coliformes. Mesmo com a diminuição do volume e com a conseqüente redução do TDH, a eficiência das lagoas na remoção de coliformes aumentou. Em outras palavras, o produto adimensional K b.t foi superior na Fase 2, já que o aumento em K b foi proporcionalmente maior do que a redução em t. Este fato reveste-se de grande importância, uma vez que o TDH real das lagoas durante a Fase 2, em torno de 2,9 dias é bem menor que o TDH usualmente previsto em lagoas de engenharia sanitária e ambiental 49

6 Mascarenhas, L. C. A et.al. maturação e ainda inferior ao valor mínimo de 3 dias citado por Mara (1996), para lagoas de maturação. Remoção de Ovos de Helmintos A Tabela 10 apresenta os valores das concentrações médias (média aritmética) e eficiências de remoção de ovos de helmintos, no sistema UASB/Lagoas. A OMS recomenda um efluente com média aritmética igual ou inferior a 1 ovo/l, para que o mesmo possa ser utilizado na irrigação restrita e irrestrita. As lagoas de polimento apresentaram concentrações médias de ovos de helmintos, durante as duas fases, menores que 1 ovo/l. Espécies de ovos de helmintos Nas Figuras 3 a 6 indicam-se as espécies de ovos de helmintos presentes e sua freqüência no esgoto bruto e nos efluentes do reator UASB e das lagoas, durante as Fases 1 e 2. Tabela 9 - Coeficiente K (20ºC) Fluxo disperso b Unidade K b 20º (d -1 ) - Fluxo disperso Fase 1 Fase 2 Lagoa sem chicanas Lagoa com chicanas 0, Tabela 10 - Concentrações médias de ovos de helmintos Fase Concentrações médias de ovos de helmintos (ovos/l) Esgoto bruto Ef. UASB Ef. Lagoa sem chic. Ef. Lagoa com chic ,89 0, ,05 0,19 Distr. Frequência (%) Distribuição de ovos- Esgoto bruto 100% 80% 60% 40% 20% 0% FASE 1 FASE Amostras A. lumbricoides T. trichiura Ancilostomideo Hymenolepis sp toxocara sp. Figura 3 - Distribuição dos ovos - Esgoto bruto Distr. Frequência (%) 100% 80% 60% 40% 20% 0% Distribuição de ovos - Efl. do UASB FASE 1 FASE Amostras A. lumbricoides T. trichiura Ancilostomideo Hymenolepis sp toxocara sp. Figura 4 - Distribuição dos ovos - Eflu. do UASB 100% Distribuição ovos - Lag. sem chic. 100% Distribuição ovos -Lag. com chic. Distr. Frequência (%) 80% 60% 40% 20% 0% FASE 1 FASE Amostras A. lumbricoides Ancilostomideo Hymenolepis sp Distr. Frequência (%) 80% 60% 40% 20% 0% FASE Amostras A. lum bricoides FASE 2 Figura 5 - Distribuição dos ovos Lag. sem chic Figura 6 - Distribuição dos ovos - Lag. com chic engenharia sanitária e ambiental 50

7 Lagoa de polimento rasas em série Nota-se que a espécie que apresentou maior predominância foi a Ascaris lumbricoides. Isto se deve ao fato da ascaridíase ser a mais cosmopolita e a mais freqüente das helmintíases humanas, com níveis elevados de ocorrência, especialmente em crianças, na faixa etária de 1 a 12 anos (Zerbini, 2000). Concentração e viabilidade de ovos de helmintos presentes no lodo das lagoas Após seis meses de funcionamento, as lagoas foram esvaziadas e foi medida a altura da camada de lodo nos 9 pontos ilustrados na Figura 7. A Figura 8 apresenta a altura da camada de lodo medida nestes pontos. Observa-se que a distribuição do lodo na lagoa sem chicanas indica uma maior acumulação deste nas proximidades dos dispositivos de entrada e saída da lagoa, resultado da sedimentação dos sólidos que não foram removidos no reator UASB ou que escaparam dele. Já o lodo do fundo da lagoa chicaneada apresentou uma distribuição diferente, observando-se um decréscimo da camada de lodo da entrada, com espessura de 3,5 cm, para a saída, com espessura de apenas 1,5 cm. A fim de verificar a qualidade higiênica do lodo acumulado no fundo das lagoas de polimento, foi estudada a viabilidade dos ovos de A. lumbricoides incorporados ao lodo. Os principais resultados encontram-se na Tabela 11. A Figura 9 apresenta a concentração de ovos de Ascaris lumbricoides viáveis e não viáveis presentes no lodo do fundo das lagoas. O lodo acumulado no fundo da lagoa sem chicanas apresentou uma alta concentração de ovos de Ascaris lumbricoides, que decresceu da entrada para a saída desta lagoa. A maior parte destes ovos, cerca de 79 a 86%, eram viáveis. Já o lodo acumulado no fundo da lagoa com chicanas apresentou uma concentração bem menor de ovos de helmintos, sendo que a maior concentração foi observada junto à entrada desta lagoa. Ainda assim, a maior parte dos ovos eram viáveis, com exceção dos ovos presentes no lodo coletado no ponto 7, próximo à terceira chicana, todos não viáveis. Figura 7 - Pontos de coleta do lodo Figura 8 - Espessura da camada de lodo Tabela 11 - Viabilidade dos ovos de A. lumbricoides no lodo da lagoas Lagoa Pontos Concentração de ovos de A. lumbricoides (ovos/g MS) Lagoa sem chicanas Lagoa com chicanas % ovos Total Viáveis Não viáveis Viáveis Não viáveis Figura 9 - Ovos viáveis e não viáveis presentes no lodo das lagoas Balanço do número de ovos de helmintos Foi feita uma verificação do número de ovos que entraram em cada lagoa, nos 6 meses de funcionamento destas, dos que saíram juntamente com o efluente e dos que foram detectados no lodo do fundo das lagoas. Na Tabela 12 apresenta-se o número de ovos que entraram e que saíram das lagoas, juntamente com o efluente líquido. A Tabela 13 apresenta o cálculo da quantidade de ovos de helmintos incorporada ao lodo do fundo das lagoas. A Figura 10 apresenta um esquema do balanço de ovos de helmintos nas lagoas. Infelizmente o balanço não fechou, pois em ambas as lagoas a contagem de ovos de helmintos retidos no lodo foi maior que a quantidade removida do lí- engenharia sanitária e ambiental 51

8 Mascarenhas, L. C. A et al Fase Tabela 12 - Número de ovos presentes no afluente e efluente líquido das lagoas Quantidade de ovos afluente e efluente à lagoa sem chicanas - efluente líquido Duração (dias) Q média (L/s) Concentr. média (ovos/l) Ef. UASB Ef. Lagoa 1 Quantidade de ovos afluente à Lagoa 1 Quantidade de ovos efluente da Lagoa , ,40 0, , ,98 0, Total Quantidade de ovos afluente e efluente à lagoa com chicanas - efluente líquido Fase Duração (dias) Q média (L/s) Concentr. média (ovos/l) Ef. Lagoa Ef. Lagoa 2 Quantidade de ovos afluente à Lagoa 2 Quantidade de ovos efluente da Lagoa ,0451 0,89 0, ,0507 0,05 0, Total Tabela 13 - Número de ovos presentes no lodo das lagoas Lagoa Volume de lodo Concentr. de ST no lodo Massa de ST no lodo Concentr. de ovos no lodo Nº de ovos no lodo ( m 3 ) (L) (g ST/L) (g) (ovos /g MS) (unid.) Sem chicanas P1 0, , ,60 848, ,77 P2 0, , ,60 649, ,52 P3 0, , ,30 215, ,42 Observação: - Massa de ST no lodo (g) = Concentração de ST no lodo (g ST/L) x Volume de lodo (L) - Nº de ovos no lodo (unid.) = Concentração de ovos (ovos/g MS) x Massa de ST no lodo (g) Total ,71 Com chicanas P4 0, , ,16 247, ,09 P5 0, , ,88 30, ,55 P6 0, , ,16 6, ,09 P7 0, , ,00 3, ,20 P8 0, , ,24 3, ,51 P9 0, , ,44 5, ,94 Total ,38 Lagoa sem chicanas Lagoa com chicanas Entrada Saída Entrada Saída ovos Retidos no lodo ovos ovos ovos Retidos no lodo ovos ovos Deveriam ser ovos Deveriam ser ovos Figura 10 - Balanço dos ovos de helmintos nas lagoas engenharia sanitária e ambiental 52

9 Lagoa de polimento rasas em série quido, ou seja, a contagem de ovos no líquido subestima a contagem no lodo. Uma possível causa para este fato pode estar no uso de diferentes metodologias laboratoriais para detecção dos ovos no líquido e no lodo, podendo haver uma maior recuperação de ovos no lodo do que no líquido. Causas secundárias podem ser a possível ocorrência de erros na determinação do teor de sólidos do lodo ou na medição da altura da camada de lodo, bem como a própria natureza da distribuição dos ovos que é dispersa no líquido e concentrada no lodo. Ponto de Amostragem Tabela 14 Concentrações médias (mg/l) de nutrientes N-NTK Fase 1 Fase 2 Amônia Fase 1 Fase 2 Fósforo Fase 1 Fase 2 P1-Esg. bruto ,4 6,6 P2-Efl. UASB ,5 5,5 P3-Efl. Lag ,0 4,3 3,7 P4-Efl. Lag ,0 8,0 2,0 3,8 2,8 Remoção de Nutrientes Na Tabela 14 apresentam-se os valores das concentrações médias (média aritmética) de N-NTK, amônia e fósforo, durante as Fases 1 e 2. As concentrações médias efluentes de N-NTK do reator UASB foram superiores às concentrações afluentes durante as duas fases, porém com maior magnitude durante a primeira fase, sem que se encontrasse explicações claras para este fato. O desempenho das lagoas de polimento na remoção de N-NTK foi amplamente satisfatório, principalmente na Fase 2, quando o sistema foi capaz de produzir um efluente final com concentração média de N-NTK de 5 mg/l Os valores médios de amônia aumentaram no efluente do reator UASB, como resultado do processo de amonificação que ocorre neste reator. A amonificação consiste na conversão, por meio da ação de bactérias heterotróficas, da matéria nitrogenada orgânica, que se encontra na forma solúvel, em amônia. As lagoas promoveram uma importante remoção de amônia, principalmente durante a Fase 2, quando o efluente final apresentou concentração média de 2,0 mg/l de amônia, atendendo em 100% dos resultados, ao padrão de lançamento da Resolução CONAMA 20/86, de 5 mg/l. O principal mecanismo de remoção da amônia em lagoas de polimento é a volatilização, factível sob elevados valores de ph (superiores a 8). Além disso, outro fator que contribui para a volatilização da amônia livre é a temperatura, sendo que o seu aumento conduz a uma elevação da fração não ionizada (NH 3 ) da amônia e a uma diminuição da fração ionizada (NH 4+ ). Conforme já detalhado, em lagoas mais rasas a luz solar penetra em praticamente toda a massa de água, acelerando a fotossíntese. Na Fase 2 observou-se uma maior presença de algas nas lagoas, resultando em maiores teores de OD e contribuindo para a elevação do ph das lagoas. Além disso, a temperatura, na Fase 2, foi superior, em torno de 2ºC em relação à Fase 1. Os altos valores de ph, associados às elevadas temperaturas, durante a Fase 2, criaram condições propícias para a volatilização da amônia. Com relação à remoção de fósforo, as lagoas apresentaram uma eficiência razoável, contribuindo para a eficiência global do sistema, que foi de 41 % na Fase 1 e 58 % na Fase 2. CONCLUSÕES O pós-tratamento do efluente do reator UASB por meio de duas lagoas de polimento rasas em série, mesmo que com baixo TDH (total de 8 dias na Fase 1 e 6 dias na Fase 2) mostrou-se altamente eficiente. As lagoas promoveram uma importante melhora na qualidade do efluente anaeróbio. Esta melhora foi mais significativa durante a Fase 2, na qual as lagoas operaram mais rasas (H= 0,4m). Em ambas as fases, a lagoa sem chicanas apresentou eficiência superior à lagoa chicaneada, quanto à remoção de matéria orgânica, sólidos, coliformes, ovos de helmintos e nutrientes. No entanto, havia uma substancial diferença entre o afluente às duas lagoas, uma vez que a lagoa sem chicanas, por ser a primeira da série, recebia o efluente do reator UASB, menos tratado que o afluente à lagoa chicaneada. Não cabem, portanto inferências acerca do efeito do chicaneamento na segunda lagoa. Na Fase 2 o sistema produziu um efluente final com concentração média de DBO de 30 mg/l, atendendo em 100% ao padrão estadual da DN 010/86 do COPAM, de 60 mg/l, e concentração média de amônia de 2 mg/l, atendendo em 100% dos resultados ao padrão de lançamento da Resolução CONAMA 20/86, de 5 mg/l. Quanto menor a profundidade da lagoa, maior foi o valor do coeficiente de remoção bacteriana. Mesmo com a diminuição do volume e com a conseqüente redução do TDH, a eficiência das lagoas na remoção de coliformes aumentou. Este fato reveste-se de grande importância, uma vez que o TDH das lagoas na Fase 2 foi bem inferior aos usualmente previstos em lagoas de maturação em sistemas convencionais de lagoas de estabilização, sendo ainda inferior ao mínimo de 3 dias citado na literatura. A fração de ovos viáveis no lodo das lagoas foi elevada, especialmente no lodo da lagoa sem chicanas e portanto, este aspecto não deve ser negligenciado, ao se analisar a alternativa de utilização deste lodo na agricultura, sendo necessário utilizar mecanismos adicionais de higienização. Ressalta-se que os resultados obtidos nesta pesquisa representam uma importante contribuição para o estudo do funcionamento das lagoas de polimento na região sudeste do País, ao fornecer parâmetros e critérios de projeto específicos para esta região, já que a maior quantidade de dados de pesquisa e operação de lagoas concentram-se no Nordeste do Brasil. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARCEIVALA, S.J. Wastewaater treatment and disposal. 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10 Mascarenhas, L. C. A et al CURTIS, T.P.; MARA, D.D. e SILVA, S.A. The effect of a sunlight on faecal coliforms in ponds: Implications for research and design. Water Science & Technology, v.26, n.7-8, p , 1992(a). KATO, M.T. E FLORÊNCIO, L. Pós-tratamento de efluentes anaeróbios em lagoas de polimento. In: CHERNICHARO, C.A.L. (Coordenador). Pós-Tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios. Coletânea de Trabalhos Técnicos. Vol. 2, PROSAB. 1º Edição. Belo Horizonte, 2001, p MARA, D.D. Waste stabilization ponds: Effluent quality requirements and implications for process design, Water Science & Technology, v.33, n.7, p.23-31, MASCARENHAS, L. C.A. M. Avaliação de lagoas de polimento rasas, em série, para o póstratamento de efluentes de reator UASB. Dissertação de mestrado. Escola de Engenharia da UFMG, p. PEARSON, H.W.; MARA, D.D; MILLS, S.W.; SMALLMAN, D.J. Physico-chemical parameters influencing faecal bacterial survival in waste stabilization ponds. Water Science & Technology, v.19, n.12, p , VON SPERLING, M. Proposição de modelos para a estimativa da remoção de coliformes em lagoas de estabilização, com base em dados de 33 lagoas brasileiras. Engenharia Sanitária e Ambiental, ABES, VON SPERLING, M. Modelagem da remoção de coliformes com base em dados de 82 lagoas brasileiras e estrangeiras. Relatório Final do PROSAB, Edital 3 -Tema 2, VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. Vol. 3. Lagoas de estabilização. 2º edição. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - UFMG, p. YANEZ, F. Lagunas de estabilizacion. Ed.CEPIS, Lima, Peru, p. ZERBINI, A. M. Identificação e análise de viabilidade de ovos de helmintos em um sistema de tratamento de esgotos domésticos constituído de reatores anaeróbios e rampas de escoamento superficial. Dissertação de mestrado. Escola de Engenharia da UFMG, Brasil, 2000, 142p. Endereço para correspondência Marcos von Sperling Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG Av. Contorno, 842/7 Andar CEP: Belo Horizonte - MG Tel.: (31) Fax: (31) marcos@desa.ufmg.br I CONGRESSO INTERAMERICANO DE SAÚDE AMBIENTAL 27 A 29 DE ABRIL DE 2004 TEMA CENTRAL: Saúde Ambiental e Desenvolvimento Sustentável: Perspectivas e Conseqüências PROMOÇÃO: ABES - SEÇÃO RS engenharia sanitária e ambiental 54