AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE ANÁLISE PROBABILISTICA

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1 AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTOS ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE ANÁLISE PROBABILISTICA Liliana Pena Naval *(1) Doutorada pela Universidad Complutense de Madrid em Engenharia Química, professora titular do curso de Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Tocantins. Tatiana Ferreira Wanderley (2) Engenheira Ambiental pela Universidade do Estado do Tocantins, Mestranda do Curso Ciências do Ambiente da Universidade Federal do Tocantins. Endereço (1) : Sul Alameda 19 Nº 43, CEP: , Palmas TO. Tel: (63) liliana@uft.edu.br RESUMO O presente estudo visa avaliar os sistemas de UASB+LF e UASB+FB através de análise probabilística utilizando o modelo proposto Sanchez (1996) que define o coeficiente de confiabilidade dos sistemas através da equação COC= Mx/Xd= (Vx 2 + 1) ½ exp{-z 1- [Ln(Vx 2 + 1) 1/2 ]} e a confiabilidade como 1 - P(X>Xd), analisados a partir dos parâmetros de qualidade determinados DQO (190 mg/l) e DBO (190 mg/l). A partir da aplicação do modelo determinou-se uma confiabilidade superior a 80% para o sistema UASB+FB e maior que 60% para o sistema UASB+LF. Com a elaboração do trabalho pode-se concluir que o modelo em questão pode ser utilizado para avaliar sistemas de tratamento de esgotos além de determinar os critérios de carga ao qual esses sistemas podem ser submetidos e o limite de descarga dos mesmos. PALAVRAS CHAVE Análises Probabilísticas, Confiabilidade, Tratamento de Esgotos, DQO, DBO. INTRODUÇÃO A fim de minimizar os impactos ambientais e econômicos decorrentes do lançamento sem tratamento adequado dos esgotos, tanto domésticos quanto industriais, nos corpos d água, foram desenvolvidos diversos tipos de tratamento de esgotos. Basicamente, estes tratamentos exploram os microorganismos que se proliferam naturalmente no solo e na água, procurando no entanto, otimizar a eficiência destes e minimizar os custos tanto de construção como de operação. O saneamento ambiental constitui, indiscutivelmente, um fator fundamental nos níveis de saúde e na qualidade de vida de um povo. Para proteger a saúde da população e preservar o meio ambiente, os sistemas de esgotamento sanitário devem dispor de um tratamento adequado dos esgotos coletados para poder alcançar este fim. Segundo Andrade Neto (2001), um sistema adequado de tratamento de esgotos deve ser economicamente viável, eficiente, compatível com a realidade local e de fácil operação. No Brasil, são conhecidas várias técnicas de tratamento de esgotos, desde sofisticados sistemas até os processos mais simples. Conta-se com razoável experiência e, nos últimos anos, grande número de opções tecnológicas para tratamento de esgotos tem sido implementado na busca de sistemas mais adequados à nossa realidade, compatíveis com a descentralização, para propiciar a resolução dos problemas de forma gradual e eficaz. Para Andrade Neto & Campos (1999), a recente experiência brasileira, nesse domínio, contribuiu com o desenvolvimento de tecnologias como: reatores anaeróbios de fluxo ascendente por meio de lodo; decanto-digestores seguidos de filtros anaeróbios; lagoas de estabilização inovadoras; formas de disposição controlada no solo; entre outras. Na concepção de sistemas de tratamento de esgotos, tradicionalmente, o aspecto decisivo era o fator econômico. Nos últimos anos, o fator ambiental tornou-se importante na escolha de concepções de tratamento de esgotos,

2 principalmente pela legislação ambiental que ao longo do tempo tornou-se rigorosa com relação ao lançamento de efluentes em corpos receptores, fazendo com que o fator econômico deixasse de ser o decisivo na hora da escolha do tipo de sistema de esgotamento sanitário a ser adotado em determinada localidade. Para se estabelecer um sistema de tratamento de esgotos, deve-se observar que o custo não é o único fator preponderante na escolha da alternativa de um sistema de esgotamento sanitário, pois este é mais relevante apenas para um grupo de decisores, representado pelo responsável pelo saneamento local e os organismos de financiamento. Atualmente, procura-se aplicar o sistema de tratamento de esgoto mais adequado para cada tipo de realidade, buscando principalmente a otimização do sistema. A otimização consiste na remoção da matéria orgânica em um sistema, objetivando um sistema mais econômico e com um efluente final que atenda os parâmetros estabelecidos pela legislação. Sampaio & Gonçalves (1999), recomendam que, de um modo geral, deve-se desenvolver um set de alternativas viáveis para a implantação de sistemas de tratamento de esgotos, utilizando um grupo de critérios que consideram além dos aspectos econômicos e financeiros os aspectos técnicos, ambientais e sua adequação à realidade sóciopolítica. A cada tipo de aspectos deve-se avaliar profundamente de tal forma que leve a escolha da melhor alternativa. A remoção de matéria orgânica é um dos principais objetivos do tratamento de esgotos. As eficiências típicas de remoção pelos diversos processos de tratamento de esgotos já são satisfatoriamente conhecidas, quando estes sistemas atuam isoladamente. No entanto considerando-se a nova geração de sistemas compostos por reatores UASB seguido de pós tratamento, torna-se importante o conhecimento do comportamento da remoção de matéria orgânica em sistemas combinados (KATO et al., 1999). Segundo Van Haandel & Letinga (1996), os processos anaeróbios têm se revelado bastante adequados no prétratamento de esgotos, tendo em vista a alta taxa de remoção de DBO/DQO em função de suas características básicas: a maior massa de lodo retida e contato intenso entre a carga orgânica afluente e o lodo, efetivados no processo. No Brasil, face às condições ambientais os sistemas anaeróbios vêm ocupando posição de destaque, particularmente o reator UASB (Chernicharo, 1997). A significativa eficiência se deve ao fato de o fluxo no UASB ser ascendente, passando o fluxo total através da manta de lodo formada dentro do reator e quase garantindo a não ocorrência de curtos-circuitos, além de que o separador trifásico dificulta o carreamento de partículas no efluente (CHERNICHARO et al., 2001). Porém, na maioria das vezes, independente do sistema de tratamento empregado, como processo depurador de águas residuárias pode-se verificar que há ocorrência de matéria orgânica (DBO e DQO) remanescentes no efluente. No entanto, a capacidade de descarga desses sistemas pode ser avaliada, empregando-se análises ou modelos probabilísticos. Os modelos probabilísticos se baseiam em estabelecer relações entre as variáveis envolvidas no processo em termos de sua função de densidade probabilística. Modelos de natureza probabilística são desenvolvidos baseados nos conceitos de Confiabilidade (probabilidade de comportamento adequado, definido pela capacidade que o sistema tem de satisfazer os critérios de descarga estabelecidos pela legislação ambiental vigente) e Estabilidade, esta medida através do desvio padrão do parâmetro de interesse, partindo da idéia que pequenos desvios implicam em menor dispersão em volta da média, caracterizando assim uma situação mais estável, são desenvolvidos a fim de permitir definir não só sua capacidade para produzir um efluente aceitável, mas também estabelecer os critérios de carga ao qual esse sistema pode ser submetido sem que deteriore a qualidade de seu efluente (SÁNCHEZ et al., 1996). Com base no que foi exposto acima se considerou de fundamental importância fazer uma avaliação da confiabilidade e da estabilidade dos sistemas de tratamento de esgotos empregados para tratamento de águas residuárias domésticas, a fim de comparar e avaliar qual dos sistemas causam menor impacto ao meio onde foi instalado, combinando boa eficiência na redução de cargas poluidoras existentes nas águas residuárias. Este trabalho tem como objetivo avaliar a confiabilidade e a estabilidade de dois sistemas de tratamento de esgotos empregados para tratamento de águas residuárias domésticas, a fim de comparar e avaliar qual dos sistemas causam

3 menor impacto ambiental ao meio onde foi instalado, combinando boa eficiência na redução de cargas poluidoras existentes nas águas residuárias. MATERIAIS E MÉTODOS Para realizar a análise probabilística foram selecionados dados do monitoramento do ano de 2002 de dois sistemas de tratamento a ETE Brejo Comprido, composta de reator UASB seguido de filtro biológico, e da ETE Vila União, reator UASB seguido de lagoa facultativa, adotando-se como parâmetros de qualidade para a análise a DQO e DBO efluente de ambos os sistemas, determinados através da metodologia proposta por APHA (1995), estabelecendo para estes parâmetros os seguintes critérios de descarga de 190 mg/l e 90 mg/l, respectivamente. Para avaliar os sistemas empregou-se o modelo probabilístico proposto por SÁNCHEZ et al., (1996). Segundo este autor, (1996), modelos probabilísticos desta natureza se baseiam em estabelecer relações entre as variáveis envolvidas no processo em termos de sua função probabilística. Tem se desenvolvidos modelos dessa natureza para avaliar e comportamento de sistemas de tratamento de esgotos baseados nos conceitos de confiabilidade (probabilidade de comportamento adequado, definido pela capacidade que esses sistemas têm de satisfazer os critérios de descarga estabelecidos pela legislação vigente) e estabilidade medida através do desvio padrão do valor do parâmetro de interesse no efluente, sendo que pequenos desvios implicam em distribuição estreita, menor dispersão ao redor da média e por tanto uma situação mais estável. O modelo proposto define o coeficiente de confiabilidade (COR) de acordo com a seguinte equação: COR= Mx/Xd= (Vx 2 + 1) 1/2 exp{-z 1- [Ln(Vx 2 +1) 1/2 ]} (Eq. 01) Onde: Mx= Média do parâmetro de interesse no efluente; σx= Desvio Padrão; Vx= Mx/σx ; Xd= Critério de descarga para o parâmetro de interesse; Z1- = Variável normal aleatória para uma confiabilidade (1- α). Esta expressão permite para uma certa confiabilidade (1- α) que parâmetro apresente um valor menor ou igual ao critério de descarga e partindo de um Vx obtido dos dados observados a partir do monitoramento dos sistemas ou estimados com base em experiências similares, determinar o COR o qual define por sua vez, o valor médio do parâmetro que se obterá para um determinado nível de confiabilidade ou o valor que se pode considerar como critério de descarga partindo das observações feitas durante a operação do sistema. A confiabilidade será calculada segundo a seguinte equação: Confiabilidade = 1 - P(X>Xd) (Eq. 02) Onde: P(X>Xd): Probabilidade de falha (o valor supera o limite de descarga); Xd: Requerimento de descarga; X: Concentração do parâmetro de interesse no efluente. Para avaliar a estabilidade dos sistemas considerou-se o σx (desvio padrão) do conjunto dos valores observados como um indicador, que ao ser comparado com um valor de referência permite identificar o sistema como estável ou instável e determinar se seu comportamento é satisfatório ou não.

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES A partir dos dados de monitoramento apresentados nas Figuras 1 e 2 para os parâmetros de qualidade estabelecidos, DBO e DQO, foi feito o tratamento estatístico destes dados que se resumem na Tabela 1, bem como a verificação de ajuste dos dados, observar Tabela 2. (mg/l) (mg/l) DQO Afluente DQO Efluente DBO Afluente DBO Efluente Figura 1 Dados monitoramento UASB+LF DQO Afluente DQO Efluente DO Afluente DBO Efluente Figura 2 Dados monitoramento UASB+FB Tabela 1: Principais características dos efluentes dos sistemas avaliados. Sistema Parâmetro Mx(mg/L) Máximo(mg/L) Mínimo(mg/L) σ x (mg/l) DQO 179, ,28 UASB+LF DBO 88,24 130,8 40,2 23,03 DQO 77, ,8 39,85 UASB+FB DBO 37,27 59,8 11,47 18,1 Tabela 2- Verificação do Modelo de Distribuição Lognormal e Normal dos Parâmetros no Efluente. Sistema Parâmetro X 2 calc Distribuição Modelo aceito UASB+LF UASB+FB X 2 tab X 2 (0,05;5) = 11,1; X 2 (0,1;5) = 9,24 N LN N LN DQO 5,62 0,57 X X DBO 5, X X DQO 8,79 0,94 X X DBO 8,09 0,88 X X Foi verificado na Tabela 2 o ajuste dos modelos de distribuição normal e lognormal utilizando o teste qui-quadrado a diferentes níveis de significância, sendo que tanto os valores de DQO como de DBO comparados ao teste foram aceitos para distribuição normal e lognormal. Os resultados de confiabilidade estão baseados nos critérios de descarga estabelecidos, determinando-se 190 mg/l para DQO e 90 mg/l para DBO.

5 Tabela 3 Resultado das análises de Confiabilidade. (1-α)% Sistema Parâmetro 90% 95% Confiabilidade COR P(X X d *) 90% 95% DQO % 69,83% 66,48% UASB+LF DBO % 72,58% 68,39 DQO % 92,81% 89,94% UASB+FB DBO % 98,62% 96,88% Xd* para DQO: 190 mg/l; para TDS: 90 mg/l Foi calculada a probabilidade dos sistemas operarem abaixo dos critérios estabelecidos, tanto para DQO como para DBO. Para a DQO a probabilidade de ocorrência de concentrações abaixo de 190 mg/l, para o sistema UASB+LF é de 61%, ou seja, a probabilidade esperada do sistema trabalhar com descargas acima do normalmente adotado é de 39%, demonstrando que o sistema apresenta eficiência razoável para remoção de DQO, porém o sistema apresentou para DBO uma probabilidade de 78% de operar abaixo do limite de carga estabelecido. Para o sistema de UASB+FB, a eficiência observada para os dois parâmetros foi superior em relação ao outro sistema, onde se verifica que a probabilidade do sistema não superar o limite estabelecido para DQO e DBO são de 83% e 91%, respectivamente. Analisando o COR percebe-se que para ambos os parâmetros analisados, o sistema UASB+FB, apresenta maior confiabilidade, para DQO 90% e 95% apresenta respectivamente 92,81% e 89,94%, e par a DBO 90% e 905%, apresenta 98,62% e 96,88%, apresentando-se como um sistema competitivo, apresentando boa eficiência com baixa demanda de área para instalação dos sistemas. CONCLUSÕES - O modelo probabilístico pode ser aplicado para avaliar integralmente sistemas de tratamento de esgotos, além de definir a capacidade de produzir um efluente dentro dos padrões de descarga estabelecidos; - Na verificação dos dados para distribuição normal e lognormal, ambos os parâmetros se adequaram aos dois tipos de distribuição. - O resultado de confiabilidade permitiu caracterizar os sistemas em estudo como confiáveis e competitivos em relação aos outros sistemas em uso; - A partir das médias determinadas observa-se que os sistemas apresentam seus valores de descarga de efluentes dentro do limite estabelecido para os dois parâmetros em estudo DBO (90 mg/l) e DQO (190 mg/l). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AWWA/APHA/WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19 th edition. Washinton ANDRADE NETO, C. O.; CAMPOS, J. R. (1999). Introdução. In: Tratamento de esgoto sanitário por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. José Roberto Campos (coordenador). Rio de Janeiro: ABES - PROSAB. 464 p CHERNICHARO, A. de L.; VAN HAANDEL, A. C.; FORESTI, E.; CYBIS, L. F. (2001). Introdução. In: Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Carlos Augusto de Lemos Chernicharo (coordenador). Belo Horizonte: ABES PROSAB. 544p.

6 CHERNICHARO, C. A. L. (1997). Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias Volume 5: Reatores Anaeróbios. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG. Belo Horizonte. 458p. GOMES, P. M.; HARADA, A. L. (1999). As questões ambientais, técnica e implicação social da locação de unidades operacionais de esgotos. 20 º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental - Rio de Janeiro. Pp KATO, M. T.; ANDRADE NETO, C. de O.; CHERNICHARO, C. A. de L.; FORESTI, E.; CYBIS, L. F. (1999). Configurações de reatores anaeróbios. In Tratamento de esgoto sanitário por processo anaeróbio e disposição controlada no solo. José Roberto Campos (coordenador). 464 p. Projeto PROSAB. Rio de Janeiro: ABES. SAMPAIO, A. de O.; GONÇALVES, M M. C. (1999). Custos operacionais de estações de tratamento de esgotos por lodos ativados: Estudo de caso ETE Barueri. 20º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Pp Rio de Janeiro. SÁNCHEZ, R.M.; BLANCO, L.E.; NAJUL, M.; RINCONES, M. Analisis Probabilistico en la Evaluacion de Sistemas de Tratamiento para Aguas Residuales (STLRs). 20 º Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. Lima, Peru VAN HAANDEL, A. C.; LETTINGA, G. (1994). Tratamento Anaeróbio de Esgotos: Um manual para regiões de clima quente. Campina Grande: epgraf. 286p.