LODOS DE TANQUES SÉPTICOS CARACTERIZAÇÃO E TRATAMENTO ANAERÓBIO EM UM DIGESTOR PILOTO
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1 LODOS DE TANQUES SÉPTICOS CARACTERIZAÇÃO E TRATAMENTO ANAERÓBIO EM UM DIGESTOR PILOTO Paulo Belli Filho* Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Engenheiro Sanitarista formado pela UFSC. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC/USP. Doutor pela Université de Rennes. Rafael de Oliviera Engenheiro de Alimentos. Mestre em Engenharia de Alimento. Doutorando em Engenharia Ambiental pela UFSC. Bolsista do CNPq Kaio Koerich Estudante de Graduação em Engenharia Sanitária Ambiental da UFSC. Bolsista do CNPq. William Gerson Matias Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Engenheiro Sanitarista formado pela UFSC. Doutor pela Université de Bourdaux. Hugo Moreira Soares Professor do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina. Mestre em Engenharia Química pela USP. Doutor pela University of Massachusetts. *Endereço Departamento de Engenharia Sanitáira e Ambiental. Universidade Federal de Santa Catarina. Bairro Trindade. Campus Universitário. Florianópolis. SC. CEP : Caixa postal : 476. Telefone :(48) / Fax : belli@ens.ufsc.br RESUMO Os sistemas de tanques sépticos são as opções mais empregadas para o tratamento de esgotos sanitários, em situações individuais, tornando uma solução que merece atenção em sua gestão e entre alguns aspectos destaca se o destino dos lodos retirados em função dos acúmulos em seus interiores. Os materiais retirados e descartados de tanques sépticos geralmente são processados através de empresas equipadas para este fim. No entanto o destinos dos lodos apresenta riscos ambientais. A gestão destes produtos deve ser realizada com o objetivo de evitar riscos à saúde ambiental. Porém muitas instalações implatadas não seguem estas recomendações em seus itens de projeto, construção, operação e/ou manutenção. Apresenta se neste trabalhos os resultados operacionais de um digestor anaeróbio piloto aplicado para avaliar as potencialidade de tratamento de lodos descartados de sistemas de tanques sépticos. Para a pesquisa foram realizados estudos de caracterização e de gestão de lodos de tanques na região de Florianópolis, no sul do Brasil. O estudo mostrou resultados positivos, indicando que a digestão anaeróbia de lodos provenientes de mesmo processo biológico pode ser uma alternativa a ser valorizada. O digestor funcionando a temperatura ambiente e com tempo de detenção hidráulico de 4 dias apresentou eficiência superior a 85% na redução de sólido totais. Foi realizada uma caracterização dos lodos provenientes de 25 fontes diferentes, constatando se uma heterogeneidade significativa, no mesmo município. PALAVRAS CHAVES Lodos, tanque séptico, digestão anaeróbia.
2 1. INTRODUÇÃO Os sistemas de tanques sépticos são as opções mais empregadas para o tratamento de esgotos sanitários no Brasil. É uma solução que merece atenção em sua gestão e entre alguns aspectos destaca se o destino dos lodos provenientes do acúmulo no seu interior destas unidades de tratamento de águas residuárias. Os lodos retirados e descartados de tanques sépticos geralmente apresentam riscos ambientais. Considerando que o destino deste produto na maioria das situação não apresenta segurança ambiental entende se que a sua gestão deva ser realizada com o objetivo de evitar riscos à saúde. No Brasil os sistemas tanques sépticos seguem as normas NBR 7229/1993 e NBR 13969/1997. Porém muitas instalações não respeitam estas recomendações em seus itens de projeto, construção, operação e manutenção. Considerando que os lodos descartados de tanques sépticos podem apresentar boa relação entre sólidos voláteis com os totais existem potencialidades de aplicação do processo anaeróbio para a sua estabilização. Para integrar e avaliar esta linha de pensamento o programa PROSAB/FINEP/CNPQ apoiou esta pesquisa e seus resultados sobre a utilização da digestão anaeróbia para a bioestabilização destes lodos.são apresentados neste trabalho 2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo geral O objetivo do trabalho foi avaliar a aplicação da digestão anaeróbia para o tratamento de lodos de tanques sépticos Objetivos específicos Avaliar um digestor aneróbio piloto para o tratamento de lodos de tanques sépticos; Realizar testes de bioestabilidade anaeróbia em diferentes lodos de tanques sépticos para verificar as suas potencialidades degradação biológica; Realizar uma caracterização de lodos retirados de unidades de tanques sépticos, em Florianópolis. 3. METODOLOGIA Para atingir os objetivos foram utilizadas metodologias específicas Instalação experimental Foi construído um digestor anaeróbio piloto para tratar lodos de tanques sépticos, com volume total de 1 litros e útil de 7 litros, conforme figura 1. Os lodos de alimentação do digestor foram provenientes de diversos locais de Florianópolis, eram peneirados e armazenados durante uma semana para garantir a alimentação do digestor. Porém antes destes procedimentos eles foram caracterizados. Os tempos de detenção hidráulico variaram de 45 dias à 3 dias. A partida no digestor ocorreu sem inoculação e ele foi operado sem controle de temperatura. Obviamente sujeito as variações do ambiente interno do laboratório. Foi previsto um sistema de homogeneização hidráulica, através de recirculação de lodo no digestor, que por motivos de dificuldades operacionais foi abandonado Operação e monitoramento do digestor anaeróbio piloto integrado com a caracterização de lodos de diversas fontes A avaliação do digestor de lodo de tanque séptico foi através do acompanhamento das seguintes variáveis : ph, Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis Totais (SVT), Sólidos Suspensos Totais (SST), sólidos suspensos voláteis(ssv), DQO e temperatura ambiente. O digestor era alimentado através de sistema de bombeamento integrado com alimentação por gravidade duas a três vezes por semana. Foram realizadas análises do perfil de sólidos do digestor e para isso foram coletadas amostras ao longo da altura deste, a cada 2 cm, com a
3 determinação de ST e SV. Foram realizados dois descarte de lodos para avaliar se refletiam em aumento de eficiência do reator. O Balanço de massa foi determinado para verificar a conversão de matéria orgânica em biogás. Alimentação Saída de biogás Saída do sobrenadante Saída do lodo digerido Sistema de recirculação do lodo Figura 1: Esquema simplificado do biodigestor anaeróbio. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 4.1. Caracterização de lodos de tanques sépticos Apresenta se no trabalho a caracterização físico e química de 25 amostras de lodos provenientes do descartes de diferentes tanques sépticos, em Florianópolis. A tabela 1 apresenta composição média dos lodos. Pode se observar uma significativa heterogeneidade das amostras analisadas para as diversas variáveis observadas. O material recebido das limpadoras de tanques sépticos apresenta variações desde composição semelhante a esgotos sanitários a aqueles típicas de lodos. Tabela 1- Características de lodos de tanques sépticos do Município de Florianópolis/SC. Parâmetros (mg/l)* Mínimo Máximo Média Desvio padrão DQO DQO filtrada DBO ph 5,48 7,6 6,69,63 Alcalinidade Nitrogênio amoniacal Fósforo total 7,2 215, ST SV SST SSV Óleos e graxas Detergentes, * ph sem unidade
4 4.2. Resultados operacionais do digestor anaeróbio piloto para tratar lodos de tanques sépticos As figuras 2 à 4 apresentam as evoluções de algumas variáveis analisadas em função do tempo, identificam as eficiências obtidas e indicam aspectos operacionais para o digestor. Para os tempos de retenção hidráulicos aplicados obteve se cargas volumétricas de sólidos voláteis conforme tabela 2. Observa se que as cargas aplicadas foram equivalentes a digestores anaeróbios de baixa taxa. Conforme pode se observar, apesar de reduzir a carga de SVT no digestor em função da elevação do TRH, percebeu se que a eficiência de DQO diminui. Isto pode confirmar a suposição que a diminuição do ph afluente (ver em 2 à 25 dias de operação) influenciou na redução de remoção de DQO. Desta forma, isto afetou principalmente a atividade biológica no digestor. Tabela 2. Cargas volumétricas de SVT aplicadas ao digestor piloto TRH (dias) Carga volumétrica de SVT (g/m 3.d) valor médio Desvio padrão SVT (g/m 3.d) ,5 ph A evolução do ph afluente e efluente no digestor é representada na figura 3 e a tabela 2 apresenta as médias a suas variações. O ph afluente apresentou média de 6,7 ao longo do tempo (desvio padrão de,65). Observou se que durante quase todo o período de digestão o ph afluente foi tampanado, até 2 dias, no digestor e fornecendo para o efluente valores de ph superiores a 6,5. 9, Afluente Efluente 8, ph 7, 6, 5, Figura 2 : Variação do ph ao longo do tempo. DQO A figura 3 apresenta o comportamento da DQO total no digestor anaeróbio durante o período monitorado. Fica evidente a heterogeneidade dos lodos de tanque séptico no afluente, na qual recebeu cargas orgânicas variadas apesar da fixação do tempo de retenção hidráulico. O reator biológico respondeu significativamente bem a estas variações de cargas, não proporcionando variações importantes na concentração efluente. Pode se explicar pela boa aclimatação da biomassa associada ao tempo de retenção hidráulico reduzido, a capacidade de decanatação dos lodos. e ao ph adequado. Os períodos de operações com tempos de detenções hidráulicos de 35 dias (2 à 23 dias) e 3 dias (a partir de 23 dias) foram aqueles que receberam lodos de tanques sépticos com menores concentrações de DQO afluente prejudicando a comparação com valores de DQO maiores, correspondentes aos maiores TDHs. Porém durante todas as condições operacionais a DQO efluente apresentou se homogênea,
5 indicando que o digestor ficou equilibrado a maior parte do tempo. Foi obtido eficiência de 9% para as boas condições, enquanto para o final esta caiu para 65%, devido a redução da concentração afluente. Sólidos As curvas da figura 4 ilustram o desempenho do digestor em relação a sólidos aplicados no digestor.. Observa se o mesmo comportamento da evolução de sólidos ao longo do tempo obtidos para DQO, onde o digestor mostrou se também eficiente. O efluente permaneceu constante apesar da variação das concentrações afluente para ST e SVT. Nota-se que após o primeiro descarte de lodo (5 litros em 18 dias) a remoção apresentou uma melhora chegando a eficiência de 95%. Esse fato pode ser justificado pela boa sedimentação dos sólidos que foi atingida integrada a atividade anaeróbia no digestor Afluente Efluente DQO Total (mgo2/l) Figura 3: Evolução da DQO Af luente Ef luente 15 Af l uente Ef l uente Sólidos Totais Sólidos Voláteis Figura 4: Evolução de sólidos totais e voláteis 4.3. Balanço de massa e perfil de sólidos no digestor aneróbio Amostras foram retiradas do interior do digestor para avaliar o perfil de distribuição de sólidos ao longo de sua altura. O resultado obtido de dois perfis realizados (antes e depois da retirada de 5 litros de lodo do fundo do reator) em pode ser visualizado na figura 5. O perfil refere se a 18 dias de operação.
6 9 8 7 ST (Ant es descart e - 18 dias) SVT (Antes descarte - 18 dias) ST (Após descart e - 18 dias) SVT (Após descart e - 18 dias) ST (25 dias) STV (25 dias) Altura (cm) Figura 5: Perfil de sólidos no digestor Analisando a figura, observa-se que a finalidade da retirada dos 5 litros de lodo foi atingida, pois é possível verificar um aumento na concentração de sólidos no fundo do reator, indicando assim, uma melhor sedimentação desses. O terceiro perfil, realizado em 25 dias, foi utilizado para mostrar o comportamento do reator através do balanço de massa feito no mesmo. Entre estes dois dias (18 e 25) a massa total de sólidos voláteis afluentes foi 24,13 kg, enquanto a massa efluente foi de 1,82 kg. Então, através do perfil de sólidos, determinou-se um acúmulo de 11, kg de sólidos voláteis totais, resultando em uma remoção de 11,31 kg, o que representa, aproximadamente, 47% de eficiência de conversão da SVT em biogá. Como a massa acumulada no digestor foi de 11, kg, pode-se dizer que o processo de sedimentação resultou em uma eficiência de 46%. O balanço mostra uma excelente eficiência de remoção de sólidos pelo digestor, obtendo se 92 % de eliminação de SVT. Para ST foi obtido remoção total de 88% da carga de sólidos aplicado no digestor. 5. CONCLUSÕES Os resultados obtidos do trabalho evidenciaram as potencialidade de aplicação da digestão anaeróbia para o tratamento de lodos de tanques sépticos e as principais conclusões são: : O estudo de caracterização de lodos de tanques sépticos realizado no projeto evidenciou uma heterogeneidade na constituição destes efluentes. A quantidade de amostras avaliadas fornece uma base para apoiar trabalhos de gestão de lodos com estas características. O digestor aneróbio de lodo de tanque séptico mostrou-se capaz de remover a DQO, sólidos totais e sólidos voláteis, com eficiências médias respectivas de 9%, 89 % e 96%. O estudo mostrou que um tempo de retenção hidráulico de 4 dias pode ser recomendável para digestores operados em situações ambientais semelhantes. Os efluentes líquidos do digestor necessitam de pós tratamento para atender as exigências ambientais. O ensaio de bioestabilidade mostrou que é um teste importante para a caracterização de lodos de fossa séptica. As avaliações das amostras dos lodos de tanques sépticos, através do teste de bioestabilidade, evidenciaram que existem reais potencialidades de tratamento anaeróbio destes efluentes. Em relação ao tipo de mecanismo atuante no digestor, o balanço de massa mostrou que a atividade biológica e a decantação estiveram presentes de forma equivalente.
7 Através dos resultados obtidos conclui-se que a bioestabilização de lodos de tanques sépticos em digestor anaeróbio pode ser considerado como uma das metodologias viáveis para a gestão destes produtos provenientes das limpezas de unidades individuais de tratamento de esgotos sanitários. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHERNICHARO, C. A L.(1997) Reatores Anaeróbios. UFMG.SEGRAC.246p. FORESTI, E. (22) Anaerobic Treatment of Domestic sewage : Established Technologies and Perspectives Water Sci. Techn. 45, 1 ( ) GIJZENH, H. (22) Anaerobic digestion for sustainable development : A natural approach. Water Sci. Techn. 45, 1 ( ) LETTINGA, G.; VAN HAANDEL, A. C. (1994) Tratamento Anaeróbio de Esgotos. Um manual para regiões de clima quente. UFPB. MALINA, J. F.(1993) Anaerobic Sludge Digestion. Tratamento e destino final de lodo. II Seminário de Transferência de Tecnologia. ABES/WEF p. MALINA JR., J. F.; POHLAND, F. G. (1992) Design of anaerobic processes for the treatment of industrial and municipal wastes. Water Quality Management Library - volume 7. Technomic publication. 214 p. PHILIPPI, L. S.; RAMBAUD, A. (199) Condições de funcionamento e acumulação de lodo em fossas sépticas. IV Simpósio Luso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. ABES. Belo Horizonte.
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