REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA E NITROGÊNIO EM FILTROS PERCOLADORES COM DIFERENTES MATERIAIS SUPORTES BRITA E SERRAGEM DE COURO

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1 XXX CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL 26 al 3 de noviembre de 26, Punta del Este - Uruguay ASOCIACIÓN INTERAMERICANA DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL - AIDIS REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA E NITROGÊNIO EM FILTROS PERCOLADORES COM DIFERENTES MATERIAIS SUPORTES BRITA E SERRAGEM DE COURO Aline Costanzo Franchin (1) Engenheira Civil formada pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP). Mestranda em Hidráulica e Saneamento pela EESC-USP. Jurandyr Povinelli Engenheiro Civil formado pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP). Engenheiro Sanitarista formado pela Faculdade de Saúde Pública USP. Mestre em Saúde Pública pela Faculdade de Saúde Pública USP. Doutor Engenheiro pela EESC-USP. Professor Adjunto pela EESC. Professor Titular pela USP. Autor de mais de 2 trabalhos publicados e de vários projetos de pesquisa. Aplicar Foto Endereço (1): Rua Joaquim da Cruz Penalva, Nova Estância - São Carlos - São Paulo - CEP: Brasil - Tel: + 55 (16) cel: + 55 (16) aline_franchin@yahoo.com.br. RESUMO O lançamento de efluentes industriais (especialmente de indústrias de alimentos) e domésticos são as principais fontes poluidoras de matéria orgânica e nutriente, que quando presentes em grande quantidade provocam um aumento da produção primária e causam um desequilíbrio no ecossistema. Diante disso, o presente trabalho buscou a remoção de matéria orgânica e nitrogênio do esgoto sanitário efluente de reator anaeróbio compartimentado em filtros percoladores aeróbios. Os dois filtros utilizados no experimento foram operados com a mesma taxa de aplicação hidráulica (1,9m 3 /m 2.dia) e diferentes meios suportes, sendo brita para o filtro e serragem de couro do tipo wet blue para o filtro. O filtro apresentou melhores resultados em relação ao filtro para todos os parâmetros analisados, com eficiências médias de remoção (a partir do sexagésimo quarto dia de operação) de NTK, N-amon e DQO de 73%, 79% e 66%, respectivamente. O filtro obteve eficiências médias de remoção de NTK, N-amon e DQO de 5%, 48% e 61%, respectivamente. A serragem de couro se mostrou uma alternativa a meios suportes tradicionais, como a brita. PALAVRAS CHAVE Nitrificação, filtro percolador, serragem de couro, pós-tratamento. INTRODUÇÃO Em decorrência da decomposição da matéria orgânica há formação de compostos nitrogenados reduzidos, como por exemplo, a amônia, que em solução pode estar em equilíbrio tanto na forma de íon (NH + 4 ) como na forma livre, não ionizada (NH 3 ). A presença desses compostos nos corpos receptores pode trazer grandes implicações ecológicas, pois influi fortemente na dinâmica de oxigênio dissolvido do meio, além de causar toxicidade aos peixes e provocar a proliferação excessiva de algas. Portanto, verifica-se a necessidade de se remover nutrientes dos efluentes antes de lançá-los nos rios.

2 Face ao exposto, o presente trabalho buscou através da utilização de filtros percoladores aeróbios, promover a nitrificação e a remoção de matéria orgânica do esgoto sanitário efluente de reator anaeróbio compartimentado. Como meio suporte foi utilizado brita (filtro ) e serragem de couro do tipo wet blue (filtro ), um resíduo das indústrias de curtimento do couro, portanto a sua utilização para algum fim lucrativo do ponto de vista ambiental é de grande importância, diminuindo assim os riscos e problemas causados pela sua disposição inadequada. O trabalho teve como objetivo comparar a eficiência na remoção de matéria orgânica e nitrogênio em um filtro preenchido apenas com brita e um filtro preenchido com uma dupla camada de brita e serragem de couro, operados com a mesma taxa de aplicação hidráulica. Alguns autores já utilizaram a serragem de couro como meio suporte em filtros e obtiveram resultados satisfatórios. Souza (1999) operou um sistema composto por doze unidades, sendo seis filtros percoladores precedidos por seis pré-filtros, todos operados com baixa taxa de aplicação hidráulica. O sistema apresentou ótimo desempenho no tratamento de esgoto sanitário, com elevada remoção de DBO5 (9% ± 1%), DQO total (8% ± 27%), NTK (63% ± 33%) e N-NH3 (6% ± 26%). Paralelamente, houve eliminação praticamente completa de coliformes fecais. Moreira (23) trabalhou com quatro filtros superiores (remoção de material suspenso) operando em série com quatro filtros inferiores (remoção de material dissolvido). Os quatro primeiros filtros receberam o efluente de um reator compartimentado e os demais receberam o efluente do primeiro. As vazões afluentes ao sistema enquadram-se dentro da faixa utilizada para filtro de baixa taxa. Na remoção de nitrogênio, em sua forma amoniacal e total, o sistema a partir do 4º (quadragésimo) dia de operação, quando se estabeleceu a nitrificação, apresentou eficiências médias de remoção em torno de 8 % ± 1 %. Suassuna (24), na terceira etapa de seu trabalho, operou quatro filtros percoladores como unidades independentes e aeradas (vazão média de ar de 2,L/min) que receberam efluente de um reator anaeróbio compartimentado. Esses filtros operaram por 112 dias, com TDHs de 1 e 17h, e ao término do 9º (nonagésimo) dia de operação foi iniciada a alcalinização do esgoto afluente com uso de bicarbonato de sódio. Essa alcalinização fez-se necessária em virtude dos baixos valores de ph da serragem de couro bruta (em torno de 3,) e da serragem de couro lavada (em torno de 5,) e do processo de nitrificação desenvolvido nesses filtros. Nessa fase foram encontradas excelentes reduções de NTK e de nitrogênio amoniacal com eficiências médias de remoção para os dois parâmetros, de 83% antes da alcalinização e de 1 % após alcalinização. As concentrações de nitrato no esgoto afluente variaram em torno de 2, mgno3-/l e nos efluentes dos filtros percoladores variaram em torno de 3, mgno3-/l, o que mostra claramente a ocorrência do processo de nitrificação nos filtros. METODOLOGIA PRIMEIRA ETAPA: PREPARAÇÃO DA SERRAGEM DE COURO PENEIRAMENTO E LAVAGENS A serragem de couro utilizada no experimento foi coletada no Curtume BMZ Couros Ltda., localizado na cidade de Franca/SP. Antes de ser utilizada como meio suporte, a serragem de couro foi preparada. Nessa preparação, foram realizadas as etapas de peneiramento e lavagem. No peneiramento da serragem, foi utilizada uma peneira de 9,5mm e o material foi peneirado até que somente a serragem de maior granulometria ficasse retida na peneira, a fim de ser utilizada no preenchimento dos filtros e evitando assim, que o material de menor granulometria viesse a colmatá-los. Devido ao alto teor de cromo presente na serragem de couro, tornou-se necessário a lavagem desse material, com a finalidade de atingir concentrações de cromo no efluente inferiores a,5 mg/l (CONAMA 357/5). Dessa forma, foi realizada uma lavagem alcalina com a adição de hidróxido de cálcio e com recirulação do efluente, como sugerido por Moreira (23). Nessas lavagens, foi utilizado um tambor de 5L preenchido com um camada de brita no fundo de aproximadamente 8cm, com peso total de 12,5Kg de seixos e granulometria variando entre 2,4 e 25,4mm. Sobre a camada de brita foram colocadas 3Kg de serragem de couro peneirada. Foram adicionados 2L de água e 1g de hidróxido de hidróxido de cálcio. A vazão de recirculação foi de 2l/h.

3 Foram coletadas amostras nos intervalos de tempos de 2, 5, 1, 2, 3, 6, 12 e 18 minutos para análise da concentração de cromo no efluente. O cromo precipitado na lavagem pode ser recuperado e reutilizado no próprio processo de curtimento dentro dos curtumes. SEGUNDA ETAPA: APLICAÇÃO DO EFLUENTE DO REATOR ANAERÓBIO COMPARTIMENTADO NO FILTRO PERCOLADOR Os filtros percoladores (Figura) utilizados no experimento foram confeccionados em PVC e apresentam as seguintes características: h (altura) - 1cm; d (diâmetro) - 2cm e V (volume) - 31,4L. O filtro foi preenchido com brita (granulometria entre 9,5mm e 12,5mm) até uma altura de 63cm e o filtro foi preenchido por uma dupla camada de brita e serragem de couro preparada na primeira fase com alturas de 3 e 6cm respectivamente. A camada de brita tem a função de evitar a colmatação do filtro. Cada filtro recebeu aeração através de dois difusores de ar colocados no interior no leito filtrante e ligados a aeradores de aquário através de mangueiras. Com a finalidade de proporcionar distribuição uniforme do esgoto afluente, cada filtro foi adaptado com um sistema de distribuição composto de duas canaletas cruzadas, confeccionadas em PVC, perfuradas e colocadas nas paredes dos filtros, conforme mostra Figura 1. Figura 1 Vista superior do sistema de distribuição Esses filtros receberam o esgoto efluente do reator anaeróbio compartimentado, que foi armazenado numa caixa de 15L e dessa bombeado para os filtros através de duas bombas dosadoras, sendo uma para cada filtro. O esgoto sanitário afluente ao reator anaeróbio compartimentado provém da rede pública coletora de esgoto de um bairro da cidade de São Carlos. Os filtros foram operados com taxa de aplicação hidráulica de 1,9m 3 /m 2.dia, a mesma utilizada por Suassuna (23) e que enquadram-se dentro da faixa utilizada para filtros de baixa taxa segundo os limites estabelecidos por Metcalf e Eddy (23). Na Figura 2 está apresentado o fluxograma do sistema. Reservatório B B (15 L) Brita Serragem Reator compartimentado B C Bomba Compressor Difusor C C Figura 2 Fluxograma do sistema

4 O sistema foi monitorado nos seguintes pontos: afluente dos filtros (efluente do reator anaeróbio compartimentado) e efluente dos dois filtros percoladores. Os procedimentos para análise adotados foram baseados no Standard Methods for the Examination of Water ans Wastewater (APHA, 1998). RESULTADOS OBTIDOS PRIMEIRA ETAPA: PREPARAÇÃO DA SERRAGEM DE COURO PENEIRAMENTO E LAVAGENS A Tabela 1 apresenta os resultados referentes à lavagem da serragem em solução alcalina. As concentrações de cromo no efluente foram inferiores a,5mg/l após 5 minutos de operação. No início as concentrações foram mais elevadas e diminuíram ao longo do tempo à medida que o cromo era precipitado. Tabela 1 Parâmetros determinados para a lavagem da serragem de couro em solução alcalina Tempo Lavagem (min) ph Cr (mg/l) 9,78 2,6 2 9,74,54 5 9,33,37 1 8,94,25 2 8,74,34 3 8,55,27 6 8,28, ,19, ,16,38 SEGUNDA ETAPA: APLICAÇÃO DO EFLUENTE DO REATOR ANAERÓBIO COMPARTIMENTADO NOS FILTROS PERCOLADORES Nos primeiros dias de operação, os valores de ph do filtro (serragem de couro) foram mais baixos em relação ao (brita). Este fato deve-se a presença de alguns ácidos que são utilizados durante o processo de curtimento do couro e foram carreados junto ao efluente. Após esse período, o ph se restabeleceu para valores próximos a neutralidade. Para o filtro, os valores mantiveramse oscilando entre 6,19 e 7,48 e para o filtro, entre 5,73 e 7,89. Esses valores podem ser observados na Figura 3. 8,5 8, ph 7,5 7, 6,5 6, 5,5 5, Figura 3 - Variação temporal do ph do esgoto sanitário afluente e efluente dos filtros percoladores

5 A alcalinidade no filtro também foi baixa no início, influenciada pelos baixos valores de ph. No entanto, após uma semana, quando o ph do efluente do filtro se restabeleceu para valores acima de 7,, a alcalinidade nesse filtro elevou-se. A partir do sexagésimo quarto dia de operação, ambos os filtros passaram a apresentar valores mais baixos, este fato deve-se provavelmente a estabilização do processo de nitrificação, o qual envolve consumo de alcalinidade. A variação temporal da alcalinidade pode ser observada na Figura 4. Alcalinidade Total (mgcaco3/l) Figura 4 - Variação temporal da alcalinidade total do esgoto afluente e efluente dos filtros percoladores Os filtros e apresentaram eficiências médias de remoção de nitrogênio total para todo o período de operação de 38% e 41%, respectivamente. Após o sexagésimo quarto dia, quando se acredita que a nitrificação tenha se estabelecido, as eficiências médias de remoção foram de 5% para e 73% para. Na Figura 5 estão expressas as concentrações de NTK. 6 5 NTK (mg/l) '''' 1 Figura 5 - Variação temporal da concentração de NTK do esgoto sanitário afluente e efluente dos filtros percoladores Para o nitrogênio amoniacal, a eficiência média de remoção (para os 112 dias de operação) do filtro foi de 36%, enquanto que para o filtro foi de 38%. A partir do sexagésimo quarto dia, as eficiências médias foram de 48% para e 79% para. Na Figura 6 estão expressas as concentrações de nitrogênio amoniacal.

6 4 Nitrogênio amoniacal (mg/l) Figura 6 - Variação temporal da concentração de nitrogênio amoniacal do esgoto sanitário afluente e efluente dos filtros percoladores As concentrações de nitrato aumentaram ao longo do tempo, à medida que a nitrificação se estabelecia. À partir do sexagésimo quarto dia, quando a nitrificação foi mais acentuada, as médias das concentrações nos efluentes dos filtros e foram 16,8mg/L e 18,6mg/l, respectivamente. Na Figura 7 estão expressas as concentrações de nitrato Nitrato (mg/l) Figura 7 - Variação temporal da concentração de nitrato do esgoto sanitário afluente e efluente dos filtros percoladores Nota-se que os filtros apresentaram picos nas concentrações de nitrito, que podem ter sido provocados por deficiência na aeração, provocando déficit na concentração de oxigênio dissolvido e conseqüentemente diminuindo a atividade das bactérias responsáveis pela nitratação, mais sensíveis a baixas concentrações de O.D. Na Figura 8 estão expressas as concentrações de nitrito. 15 Nitrito (mg/l) 1 5 Figura 8 - Variação temporal da concentração de nitrito do esgoto sanitário afluente e efluente dos filtros percoladores

7 Em relação à DQO, o filtro apresentou eficiência média de remoção de 49%, enquanto o filtro apresentou eficiência de 52% para todo o período de operação. A partir do sexagésimo quarto dia, as eficiências de remoção para os filtros e foram, respectivamente, 61% e 66%. Na Figura 9 estão expressas as concentrações de DQO total DQO Total (mg/l) Figura 9 - Variação temporal da concentração de DQO total do esgoto sanitário afluente e efluente dos filtros percoladores CONCLUSÃO O filtro, preenchido com serragem de couro, apresentou melhores resultados em relação ao filtro para todos os parâmetros analisados. Com isso, a utilização da serragem de couro como meio suporte em filtros se mostra uma alternativa viável para disposição desse resíduo e substituição a meios suportes tradicionais, porém é necessário realizar um estudo mais aprofundado sobre a sua degradabilidade e durabilidade. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. METCALF & EDDY (23). Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse 3a ed. Mc Graw Hill. New York. 1819p. 2. MOREIRA, S. L. S. (23) Pós-tratamento de esgoto sanitário tratado em reator anaeróbio com o uso de serragem de couro curtido tipo wet blue como meio suporte de filtros percoladores Dissertação (Mestrado) - Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos São Carlos SP - 123p. 3. SOUZA, L. F. (1999). Serragens de couro curtido tipo wet blue, utilizadas como meio suporte de filtros percoladores, destinados ao tratamento de esgoto sanitário. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Instituto de Pesquisas Hidráulicas IPH Porto Alegre RS. 246 p. 4. SUASSUNA, R. C. A. (24). Utilização de serragem de couro do tipo wet blue como meio suporte de filtros percoladores para pós-tratamento de esgoto sanitário tratado em reator anaeróbio compartimentado. Tese (Doutorado) Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos São Carlos SP 175p.