II REMOÇÃO DE O&G EM DOIS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO ASSOCIANDO REATORES ANAERÓBIOS E AERÓBIOS EM SÉRIE

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1 II REMOÇÃO DE EM DOIS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO ASSOCIANDO REATORES ANAERÓBIOS E AERÓBIOS EM SÉRIE Rachel Chiabai Engenheira Civil, graduada pela Universidade Federal do Espírito Santo (22). Mestranda do Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental da UFES (PPGEA). Caio Cardinali Rebouças Graduando em Química pela Universidade Federal do Espírito Santo. Pesquisador do Núcleo Água. Ricardo Franci Gonçalves (1) Engenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), pós-graduado em Eng. de Saúde Pública - ENSP/RJ (1985), DEA Ciências do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (199), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Águas - INSA de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DEA e do PPGEA. Endereço (1) : Departamento de Engenharia Ambiental Universidade Federal do Espírito Santo Agência FCAA Vitória ES CEP.: Brasil Tel.: +55 (27) Fax: +55 (27) franci@npd.ufes.br RESUMO Sob a denominação óleos e graxas estão incluídas as gorduras, as graxas, os óleos, tanto de origem animal e principalmente os derivados do petróleo. Além de uma certa porcentagem existente nas fezes humanas, no esgoto sanitário essas substâncias são provenientes das cozinhas domésticas, restaurantes, postos de lavagem e lubrificação de veículo, garagens etc. Vários problemas podem ser causados pela gordura presente no esgoto doméstico ou industrial, se os óleos e graxas não são removidos antes de descarregar no esgoto, pode causar incrustações na rede coletora e deficiência no tratamento de esgoto. Este trabalho vem relatar um estudo realizado com o intuito de que estas substâncias sejam minimizadas antes de seguir para o tratamento do esgoto. Utilizou-se para isso dois dispositivos de remoção de gordura. Os estudos realizados resultaram não só na remoção destes compostos do esgoto bruto, mas também no seu monitoramento ao longo dos tratamentos anaeróbios e aeróbios. PALAVRAS-CHAVE: Gordura, Óleos e Graxas, Esgoto Sanitário, Remoção. INTRODUÇÃO A presença de óleos e graxas () em grandes quantidades no esgoto sanitário provoca vários problemas tanto na rede coletora, quanto no tratamento. Estes compostos promovem uma intensa agregação de sólidos ou partículas em suspensão, gerando o entupimento de redes, dutos e reservatórios do sistema de tratamento de esgotos, mau cheiro, transbordamento de fossas e caixas de gordura. Os óleos e graxas presentes em esgotos domésticos são derivados de manteigas, banhas, margarina e gordura de óleos vegetais, sendo também comumente encontradas em carnes, em sementes de cereais, porcos, e em certas frutas (METCALF E EDDY, 1979). Os estão entre os mais estáveis compostos orgânicos e não são facilmente decompostos por bactérias. Em digestores, se em grande quantidade, causam problemas, pois formam uma densa camada de escuma na superfície dos mesmos, prejudicando o processo de tratamento do esgoto. Segundo Mouneimne et al (23), na França os resíduos gordurosos representam uma produção total de 55. toneladas por o ano. Vêm de plantas e animais e são compartilhadas entre restaurantes (32), indústrias de alimento (29), estações de tratamento de esgoto (23) e saneamento autônomo (16). Os resíduos gordurosos domésticos são compostos de uma mistura de ácidos graxos livres e das gorduras naturais formadas pelo esterificação dos ácidos graxos de longa cadeia com glicerol. Estes resíduos altamente ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 fermentáveis representam uma fonte principal da poluição porque 1 kg de tais componentes é equivalente a aproximadamente kg do DQO. A quantidade de gordura no esgoto pode causar vários problemas tanto na rede coletora, quanto no tratamento. Se a gordura não é removida antes de descarregar no esgoto, isso pode interferir na vida biológica da superfície da água e criar matéria flutuante de má aparência e películas, reduzindo o tratamento biológico do resíduo. No esgoto sanitário são encontradas concentrações na faixa de 4 a 17 mg/l, de acordo com os valores da tabela 1 que também destaca valores referentes a diferentes tipos de efluentes e autores. Tabela 1: Comparação dos valores de com relação a autores Tipo de efluente Óleos e graxas (mg/l) Referência Esgoto doméstico Marcos von Sperling (1996) Esgoto doméstico 5 15 Metcalf & Eddy (1979) Esgoto doméstico 4-1 Espinosa e Stephenson (1996) Segundo a Resolução CONAMA n 2/86 os efluentes de qualquer fonte poluidora somente pode ser lançado em corpos d água caso atendam o limite de até 2 mg/l para óleos minerais e de até 5 mg/l para óleos vegetais e gorduras animais. Apesar da importância da eliminação de no tratamento de esgoto, dados nacionais sobre este assunto praticamente não existem. Os estudos e dados internacionais estão mais voltados para tratamento de efluentes industriais onde a produção de tem um índice elevado. MATERIAIS E MÉTODOS Os experimentos vêm sendo realizados em uma ETE localizada em Vitória/ES. A ETE opera com uma vazão média de 1, L/s e é composta por uma estação elevatória, que distribui o esgoto sanitário para dois tipos de tratamento que são compostos por sistemas anaeróbios e aeróbios em série. Ocorre a associação de um reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) seguido de biofiltro aerado submerso (BF) e um decantador (DEC); sendo o outro sistema dotado por um reator anaeróbio compartimentado (RAC) seguido de uma lagoa de polimento e por um tratamento físico-químico. Antes da elevatória foram instalados dois dispositivos de remoção de gordura, neste trabalho denominou-se que estes dispositivos têm as características de caixas retentoras de gordura. Um dos modelos utilizado foi do tipo considerado caixa convencional (), ou seja, com semelhanças físicas e hidráulicas com caixas de gordura convencionais. Na outra caixa optou-se a colocar placas de PVC inclinadas 45 dentro da caixa (), este modelo é também conhecido por placas coalescentes inclinadas ou de alta taxa.. As características físicas das duas caixas estão na tabela 2 a seguir: Tabela 2 Características das caixas Caixas Comprimento (m) Largura (m) Altura (m) Volume (m³) 1,15,75,4375,38,75,5,2875,11 O material utilizado para construí-las foi fibra de vidro. O material usado para fabricar as placas foi PVC, a inclinação das placas foi de 45º, com espaçamento entre elas de 3,5 cm. A eficiência de remoção de esperada está entre,35 e,95 de acordo com a literatura. Uma caixa de distribuição composta de três vertedouros triangulares foi instalada antes das caixas para que a vazão do esgoto seja controlada para as mesmas. Foram instaladas também torneiras para coleta do efluente das caixas. O esquema das caixas depois de montado pode ser observado na figura 1. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 CX distrib. CX placas CX convencional Elevatória Figura 1: Dispositivos de remoção de, a esquerda a caixa com placas e a direita a convencional Este trabalho foi realizado em duas etapas, descritas a seguir: PRIMEIRA ETAPA: MONITORAMENTO DAS ETAPAS DE TRATAMENTO ANAERÓBIO E AERÓBIO O esgoto bruto passa por um gradeamento na entrada da elevatória a fim de remover sólidos grosseiros. Dentro da elevatória tem-se uma bomba submersível do qual conduz o esgoto ate uma caixa de areia localizada na parte superior do UASB, sendo o afluente desta a alimentação do UASB (o reator UASB possui seção quadrada com 2,3 m de lado e 5,3 m de altura e tempo de detenção hidráulica de 8 h, possui fluxo), o efluente do UASB segue para o BF (o biofiltro aerado submerso é dividido em 4 módulos (BF1, BF2, BF3, BF terciário ) que se diferenciam pela aeração, altura, granulometria, tipo e material dos meios filtrantes) e a última etapa deste tratamento é o decantador (capacidade de 4,65 m³ de volume, com placas inclinadas a 6 com relação a horizontal, no qual a principal finalidade seria a decantação do lodo provido do BF, sendo este recirculado para a elevatória). Uma bomba de sucção instalada também na elevatória envia o esgoto bruto ao RAC (tem por finalidade remover parte da carga orgânica, seguindo a mesma linha do UASB, o sistema irá operar a vazão constante de,1 L/s; possui seção circular de 1,6 m de diâmetro, altura total de 3,58 m e volume total de 7,2 m 3 e foi executado em fibra de vidro), seguido este por uma lagoa de polimento (é formada por um tanque executado em alvenaria estrutural, com área de seção retangular medindo 8 m 4 m, totalizando 32 m 2, possui 1,4 m de altura e,1 m de borda livre, totalizando uma altura útil de 1,3 m e um volume útil de 41,6 m 3, suficiente para garantir as condições típicas de aerobiose e anaerobiose) e tratamento físico-químico. O sistema de tratamento físico químico é constituído por uma associação em série de uma unidade de mistura, três floculadores granulares e um decantador lamelar e recebe o efluente da lagoa de polimento. O coagulante utilizado na realização dos experimentos foi o sulfato de alumínio, a dosagem do coagulante era diluída a 2. Os floculadores granulares foram construídos em PVC leve, diâmetro nominal de 1 mm, com altura total de 1, m e altura útil de 1,2 m cada. Construído em fibra de vidro, o decantador lamelar possui volume total igual a 161 litros, seção quadrada de 35 cm x 35 cm e altura total igual a 1,38 m. Em seu interior encontram-se instaladas 5 placas paralelas distantes 5 cm entre si, inclinadas a 6º em relação à horizontal. As coletas das amostras foram do tipo composta, ou seja, amostras foram coletadas ao longo de 24 horas através de coletores programáveis (Iscos) ou por bombas peristálticas. Este monitoramento compreendeu as análises de Óleos e Graxas (), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Química de Oxigênio Filtrada (DQO F ), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e a Sólidos Totais (ST) e Sólidos Suspensos Totais (SST). As técnicas utilizadas obedeceram aos procedimentos estabelecidos pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19º edição. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 SEGUNDA ETAPA: MONITORAMENTO DOS DISPOSITIVOS DE REMOÇÃO DE Nesta etapa foram realizados ensaios com a operação das duas das caixas simultaneamente, ou seja, recebiam o mesmo efluente. A caixa de retenção de gordura do modelo convencional tem o formato retangular possuindo duas cortinas, uma próxima à entrada para diminuir a turbulência de entrada do líquido e a outra perto da saída para conter a saída da escuma. Também foi instalada uma barreira inferior na caixa para a retenção de sólidos que sedimentaram. A caixa foi construída com o intuito de que o líquido tivesse um tempo de detenção variando de 1 a 3 minutos. A caixa com placas coalescentes inclinadas não apresenta em seu interior qualquer tipo de barreira para a escuma ou sólidos e para evitar turbulência hidráulica foi instalada na sua entrada que é submersa um Tê. A ocupação das placas preenchia a altura molhada e largura total da caixa fazendo com que todo o liquido entre em contato com as placas. O tempo de detenção desta caixa foi de 2 a 1 minutos As coletas desta fase foram de dois tipos: pontual, sempre que as caixas entravam em operação coletava-se uma amostra simples do esgoto bruto e da saída das duas caixas e o tempo entre uma coleta e outra geralmente era de 24 horas ou em intervalos menores; composta, com o intuito de se obter o perfil das caixas, foram coletadas amostras horárias. O monitoramento desta etapa compreendeu as análises de:, DQO, DQO F, DBO, ST, SST, e SD (sólidos dissolvidos). Quando as coletas eram do tipo simples a temperatura também era monitorada RESULTADOS O monitoramento das etapas que compõem o tratamento de esgoto sanitário pode ser observado nas Tabelas 3, 4, 5 e 6 no qual os valores são demonstrados juntamente com a eficiência de remoção de e. Tabela 3 Valores de e, Elevatória, UASB, BF s Remoção - (mg/l) Remoção - DIA ELEV UASB BF 2 BF ter ELEV - BF ter ELEV UASB BF 2 BF ter ELEV - BF ter 15/9/ /9/ /1/ /12/ Tabela 4 Valores de e, Elevatória, UASB, BF e DEC Remoção - (mg/l) Remoção - DIA ELEV UASB BF DEC ELEV - DEC ELEV UASB BF DEC ELEV - DEC 16/3/ /3/ /4/ Tabela 5 Valores de e da elevatória, RAC e lagoa de polimento Remoção - (mg/l) Remoção - DIA ELEV RAC LAG ELEV - LAG ELEV RAC LAG ELEV - LAG 1/9/ /9/ /9/ /1/ /11/ /12/ Tabela 6 Valores de e da elevatória, RAC e FQ Remoção - (mg/l) Remoção - DIA ELEV RAC LAG FQ ELEV - FQ ELEV RAC LAG FQ ELEV - FQ 16/3/ /3/ /4/ ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Remoção ELEV. - BF () Remoção ELEV. - DEC () /9/24 2/1/24 19/1/24 5/11/24 22/11/24 16/3/25 23/3/25 3/3/25 6/4/25 Remoção ELEV. - LAG () Remoção ELEV. - FQ () /9/24 21/9/24 11/1/2431/1/242/11/24 16/3/25 23/3/25 3/3/25 6/4/25 Figura 4 - Desempenho dos sistemas de tratamento de esgoto Nas diferentes etapas que compõem os dois sistemas de tratamento, pode-se observar que o tratamento utilizando o UASB + biofiltros foi mais eficientes na remoção dos compostos oleosos, bem como de DQO t do que o tratamento do tipo RAC seguido da lagoa, sendo este melhorada com a implantação do tratamento físico-químico. A relação entre e encontrada nesta etapa é de aproximadamente 1 kg de componentes oleosos equivalente a 3,1 a 4,8 kg do DQO, que é um valor superior ao encontrado na literatura. Na etapa de monitoramento das caixas, a principal variância era a taxa de aplicação. Na tabela 6 estão contidos os valores médios da taxa de aplicação em alguns períodos de corrida do piloto, bem como o tempo de detenção em minutos em cada caixa, a temperatura, os valores de, e SST. Tabela 6 Valores obtidos com variação da taxa de aplicação PERÍODO Tx. Apli. (m³/m².h) T.Detenção (min) Temperatura ( C) DQO total (mg/l) SST (mg/l) 13-18/12/4 1,24 3,4 9,9 37,1 28,7 29, 29, /1/5 3,3 8,68 3,45 15,14 3,5 3,6 3, /1/5 1,43 3,9 7,63 32,1 31,1 31,4 31, /2/5 2,9 6,7 4,44 15,82 3, 3,6 3, Dois perfis horários foram realizados. Na figura 5 temos o primeiro perfil, no qual observa-se que o comportamento das duas caixas foram semelhantes no que diz respeito a e, e que aproximadamente na etapa 5 (cada etapa refere-se a um período de 3 horas) ocorreu uma redução grande destes valores no esgoto bruto (), devido provavelmente a chuva que ocorreu durante a noite, e que as caixas praticamente entraram em colapso após esta etapa tendo seus efluentes valores aproximados com o do esgoto bruto. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 No perfil do dia 29/3 o tempo de detenção na foi de 27 minutos e o na de 6,5 minutos. - dia 29/3/5 - dia 29/3/ (mg/l) Figura 5 Gráficos de e do perfil horário realizado no dia 29/3/25 A figura 6 mostra o desempenho no segundo perfil realizado. Nota-se que a caixa com placas teve uma remoção inicial superior a caixa convencional, mas que as duas seguram a gordura durante um período limitado de tempo, não ocorrendo o mesmo com a que foi melhor retida na caixa convencional No perfil do dia 13/4 o tempo de detenção da foi de 15 minutos e o da de 4 minutos dia 13/4/5 6 - dia 13/4/ (mg/l) Figura 6 Gráficos de e do perfil horário realizado no dia 13/4/25 CONCLUSÕES O sistema de tratamento do tipo UASB, seguido por BF e decantador, tem índices satisfatórios na remoção de e lançam ao corpo receptor níveis de abaixo do permitido em lei. O mesmo não estava acontecendo no sistema RAC + lagoa, ou seja, segundo o estudo o nível estava acima do permitido, abre-se aqui uma discussão pois não podemos afirmar se a metodologia aplicada estava carreando também as algas presente no efluente da lagoa, aumentando assim o valor de óleos e graxas deste sistema; porém, com a implantação do sistema físico-químico após a lagoa o índice de remoção de foi de até 74, ou seja, um valor abaixo do máximo pedido na legislação. É possível melhorar a qualidade do esgoto sanitário a um nível de pré-tratamento com relação a compostos oleosos. Concluiu-se que os dispositivos de remoção de gordura, apesar de terem modelos físicos diferentes, tem comportamentos parecidos com relação a remoção de gordura. Porém, levando-se em consideração que o dispositivo com placas tem um volume quase 3,5 vezes menor que do tipo convencional, e ocupa uma área menor, a eficiência de remoção do dispositivo com placas é relativamente superior ao modelo convencional. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ESPINOSA, L. M.; STEPHENSON, T. Grease biodegradation: is bioaugmentation more effective than natural populations for start-up? Water Science and Technology, v. 37, n 5-6, p , METCALF & EDDY. Inc. Wastewater Engineering. Treatment, Disposal and Reuse. 3. ed. Ed. McGraw-Hill, MOUNEIMNE, A. H. et al. Effect of saponification on the anaerobic digestion of solid fatty residues. Bioresource Technology, vol. 9, p , Resolução CONAMA n 2, de 18 de Junho de VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2. ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Universidade Federal de Minas Gerais, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7