OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE LIXIVIADOS POR COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO/DECANTAÇÃO COM USO DO PLANEJAMENTO FATORIAL

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1 OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE LIXIVIADOS POR COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO/DECANTAÇÃO COM USO DO PLANEJAMENTO FATORIAL Victor Fernandes Bezerra de Mello (1) Engenheiro Químico graduado pela Universidade Federal de Pernambuco, MBA em Perícia, Auditoria e Gestão Ambiental pela Faculdade Oswaldo Cruz SP. Atualmente é mestrando em Engenharia Civil Geotecnia Ambiental pela UFPE. Tem experiência em usina de açúcar e álcool e gestão ambiental. Juliana dos Prazeres Gama de Abreu (2) Estudante de Engenharia Química pela Universidade Federal de Pernambuco. Atualmente é estagiária no Grupo de Resíduos sólidos (GRS), departamento de Engenharia Civil da UFPE. Tem experiência em Microbiologia industrial, microbiologia de alimentos, modelagem e produção de biopolímeros. Joelma Morais Ferreira (3) Engenheira Química e mestre em Engenharia Química pela Universidade Federal da Paraíba e Doutora em Engenharia de processos pela Universidade Federal de Campina Grande. Atualmente é professora colaboradora do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco e Co- Orientadora do Programa de Pós-Graduação de Engenharia Química, da Universidade Federal de Pernambuco. Tem experiência na área de Adsorção, Planejamento Experimental, Tratamento de Efluentes e Meio Ambiente. Maurício Alves da Motta Sobrinho (4) Possui graduação em Engenharia Quimica pela Universidade Católica de Pernambuco (1992), mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Campina Grande (1995) e doutorado em Engenharia de Processos pelo Institut National Polytechnique de Lorraine (2001). Atualmente é professor adjunto do Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Pernambuco e dos Programas de Pós- Graduação em Engenharia Química e em Engenharia Civil da UFPE. Pesquisador 2 do CNPq desde José Fernando Thomé Jucá (5) Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Pernambuco, mestre em Geotecnia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro e Doutor pela Universidad Politécnica de Madrid. Professor da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Pesquisador do CNPq. Bolsista de Produtividade 1B. Em 1994 criou e coordena o Grupo de Geotecnia Ambiental aplicada a Aterros de Resíduos Sólidos Urbanos (GRS/UFPE), onde desenvolve vários projetos de pesquisa financiados por agências de fomento e Empresas e Poder Público. Endereço (1) : UFPE - Departamento de Engenharia Química - Rua Prof. Arthur de Sá, s/n - Cidade Universitária - Recife - PE - CEP Brasil - Tel: +55 (81) Fax: +55 (81) mottas@ufpe.br; vfbmello@yahoo.com.br RESUMO O chorume é um líquido poluente de odor nauseante, originado de processos biológicos, químicos e físicos da decomposição de resíduos orgânicos. Quando diluído em água da umidade do próprio lixo ou que entra no aterros devido à chuva ou por percolação através do solo, este resíduo passa a ser denominado lixiviado. Os processos biológico, sobretudo as lagoas, tem sido amplamente utilizadas como processos de tratamento, com eficiências, muitas vezes, baixas. Este trabalho se propõe a avaliar a otimização da cal como pré-tratamento do lixiviado, que em seguida passará por uma barreira com argila esmectítica, finalizando o processo de tratamento físico-químico. Foi asim realizado um planejamento experimental 2 6, com duplicata e triplicata no ponto central. Os resultados mostraram que foi possível determinar as condições ótimas de tempo de coagulação, de floculação e de decantação assim como velocidade de floculação e de coagulação e quantidade de leite de cal. Percebeu-se que com valores inferiores estudados das variáveis independentes é possível obter nível de turbidez menor. PALAVRAS-CHAVE: Lixiviado, Aterro Sanitário Urbano, Planejamento Experimental. 1

2 1.0. INTRODUÇÃO A quantidade diária produzida de resíduos sólidos urbanos e a sua disposição em aterros sanitários são problemas atuais brasileiros. A disposição desordenada de resíduos a céu aberto gera impactos ambientais e sociais de grande porte. Segundo SISINNO (2000), no Brasil, aproximadamente 84,4% dos municípios dispõem os resíduos gerados em lixões a céu aberto, sem qualquer controle ambiental. A disposição de resíduos sem os devidos cuidados pode gerar a proliferação de agentes patogênicos, poluição do solo, do ar e de recursos hídricos através da migração dos elementos constituintes do chorume e de gases produzidos através do processo de degradação da matéria orgânica desses depósitos. Em aterros sanitários, o resíduo sólido urbano é depositado em camadas, compactado e coberto com argila no final de cada operação (QASIM, 1994). Os resíduos, após chegarem ao aterro, passam por processos físicos, químicos, e principalmente biológicos, gerando dois produtos principais: gases e líquidos (PACHECO, 2004). Porém, um dos grandes problemas encontrados no gerenciamento de aterros sanitários de resíduos urbanos diz respeito à produção e ao tratamento do chorume, ou percolado, produzido. O chorume é um líquido poluente de odor nauseante, originado de processos biológicos, químicos e físicos da decomposição de resíduos orgânicos. Estes processos somados à ação da água das chuvas, se encarregam de lixiviar compostos orgânicos presentes nos lixões para o meio ambiente (PACHECO, 2004). De maneira geral, para lixiviados de aterros sanitários, utilizam-se métodos biológicos e físico-químicos. No caso dos métodos físico-químicos objetiva-se aumentar a biodegradabilidade da matriz, ou seja, conferir um pré-tratamento ou a diminuição dos parâmetros como por exemplo cor e turbidez, que são objeto de estudo deste trabalho. Dentre os métodos físico-quimicos, a precipitação química utilizando hidróxido de cálcio vem sendo emprega com grande eficácia no tratamento de efluente com elevadas concentrações de compostos orgânicos e metais pesados. A escolha desta técnica, consiste, entre outros fatores, na simplicidade do processo, no baixo custo e na disponibilidade do agente precipitante adotado (KURNIAWAN et al. 2006b). Diante do exposto, esse trabalho tem como objetivo o estudo da otimização do tratamento de lixiviados por coagulação/floculação/decantação fazendo uso da técnica de Planejamento Fatorial METODOLOGIA Para este trabalho realiza-se o pré-tratamento do chorume utilizando hidróxido de cálcio para preparação do leite de cal nas concentrações de 50, 125 e 200g/L Coleta do Chorume A coleta do chorume foi realizada na caixa de vazão entre a lagoa de decantação e lagoa anaeróbica da Estação de tratamento de Lixiviado no aterro da Muribeca localizado em Jaboatão dos Guararapes PE. O chorume foi coletado em bombonas de polietileno com capacidade de volume de 20 litros e conservado sob refrigeração até sua utilização. A metodologia adotada seguiu a padronização estabelecida pelo Standart Methods for Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998) Caracterização do Lixiviado 2

3 Para as analises de caracterização do chorume foi seguida a metodologia Examination of Water and Wastewate, como pode ser observado na Tabela 1. Standart Methods for Para medição de DBO e DQO foi utilizada estufa (termoreator) de marca VELP Scientifico (modelo: FTC 90). Tabela 1 Análises realizadas para caracterização do lixiviado Preparação do Leite de Cal O Leite de cal utilizado foi preparado a partir da solução em água destilada da cal comercial fornecida pelo fabricante Qualical. Segundo SANTANA (2008), é a cal mais apropriada ao pré-tratamento dos lixiviados, devido ao alto teor de CaO Otimização da Dosagem de Cal Alguns dos problemas encontrados ao realizar ensaios são decorrentes da necessidade de estudar simultaneamente o efeito dos fatores com diferentes níveis, o que tornam muitas vezes inviáveis visto os altos custos e o tempo de execução. No entanto uma ferramenta bastante utilizada para otimização dos processos e para o estudo da influência de múltiplas variáveis em um número reduzido de experimentos é o planejamento experimental. Para obtenção de melhores condições na determinação da concentração do leite de cal e otimização dos valores da turbidez, foi elaborado um planejamento fatorial experimental 2 6, cujas variáveis e seus respectivos níveis podem ser observados na Tabela 2. Tabela 2 Níveis das variáveis do planejamento fatorial experimental 2 6. Variáveis Tc Tempo Vc Velocidade Tf Tempo de Vf velocidade Níveis de coagulação (segundos) de coagulação (rpm) floculação (minutos) de floculação (rpm) Leite de Cal (g/l) Td Tempo de Decantação (minutos)

4 Os ensaios de otimização da dosagem de leite de cal foram realizados em Jar Test (modelo JT- 203). Foi utilizado no equipamento 6 béqueres com capacidade de um litro como reatores. O Jar test utilizado, permite controle de rotação (agitação mecânica) ajustável até 120 rpm. O objetivo da utilização do jar teste nos ensaios foi, simular, em escala de laboratório, as condições físicas de precipitação química que mais se aproxime da realidade. Em cada béquer (reator) foram adicionados chorume numa escala de 1:10 em relação ao leite de cal. Neste trabalho utilizou-se 450 ml de chorume para 50 ml de leite de cal. Decorridos os tempos de coagulação e floculação de cada ensaio, as amostras foram posta em repouso para decantação pelo tempo determinado no planejamento experimental que variou entre 30 e 120 minutos. Os dados foram analisados no software statistica versão Determinação da Turbidez A turbidez foi determinada em NTU utilizando um turbidimetro Merk (modelo: Turbiquant 1000 IR) RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente para analisar a significância dos efeitos das variáveis independentes estudadas no processo de otimização, foi plotado o gráfico de Pareto (Figura 1). Dessa forma observou-se influência estatisticamente significativa ao nível de 95% de confiança da variável tempo de coagulação e das interações entre as variáveis tempo de decantação e leite de cal; tempo e volume de floculação além do tempo de coagulação e tempo de decantação. Figura 1 Avaliação da significância dos efeitos das variáveis independentes estudadas no processo de otimização através do gráfico de Pareto. Através dos gráficos de superfície de resposta, representados pela Figuras 2, 3 e 4 é possível observar graficamente as interações das variáveis com maior influência estatística sobre a turbidez. A região de menor valor de turbidez foi alcançada para níveis inferiores das variáveis independentes. 4

5 Figura 2 Efeito do tempo de decantação e de coagulação sobre a turbidez Figura 3 Efeito da velocidade e tempo de floculação sobre a turbidez Figura 4 Efeito do leite de cal e da velocidade de floculação sobre a turbidez 5

6 Subseqüentemente visando realizar um estudo integral da influência das variáveis independentes sobre a turbidez e estabelecer um modelo matemático que descrevesse o comportamento do processo em estudo, valores experimentais e preditivos foram comparados com auxílio do software statistica versão 6.0, no entanto, percebeu-se que a falta de ajuste também foi significante neste modelo o que sugere a necessidade de fazer repetições de determinados experimentos, para que seja possível encontrar uma equação empírica ajustada. A Figura 5 mostra o lixiviado bruto no centro da figura, o lixiviado após a coagulação/floculação com 50 mg/l (o marrom claro à esquerda do bruto) e o lixiviado tratado com 200 mg/l (bege claro à direita do lixiviado bruto. A B C Figura 5 - Foto do lixiviado bruto (B) e após tratamento com 50mg/L (A) e 200 mg/l (C) de cal CONCLUSÃO Empregando a técnica de planejamento experimental para tratamento de lixiviado por coagulação/floculação/decantação foi possível determinar as condições ótimas de tempo de coagulação, de floculação e de decantação assim como velocidade de floculação e de coagulação e quantidade de leite de cal. Percebeu-se que com valores inferiores estudados das variáveis independentes é possível obter nível de turbidez menor. Através das condições estudadas para valores de tempo de floculação de 2 minutos e velocidade de floculação de 20 rpm, foi possível alcançar um nível de turbidez de aproximadamente 40 UNT, valor permitido pela Resolução do CONAMA (portaria 357 ) para águas doces. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA - AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20. ed. Washington: American Public Health Association p CONAMA - CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução nº 357, de 17 de março de 2005: dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. 3. KURNIAWAN, T. A.; CHAN, G. Y. S.; LO, W. H.; BABEL, S. Comparisons of low-cost adsorbents for treating wastewaters laden with heavy metals. Science of the Total Environment. 2006,a. 4. QASIM, S. R., Wastewater Treatment Plants. Technomic Publishing Company, Inc. Lancaster, Pennsylvania

7 5. PACHECO, J. R. Estudo de certas potencialidades de processos oxidativos avançado para o tratamento de percolado de aterro sanitário. Dissertação de Mestrado. Universidade federal do Paraná. Curitiba SILVA, F.M.S. Avaliação do método de precipitação química associado ao Stripping de amônia no tratamento do lixiviado do aterro da Muribeca. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco SISINNO, C. L. S., et al., Resíduos Sólidos, Ambiente e Saúde: uma Visão Multidisciplinar. Editora FIOCRUZ, Rio de Janeiro, p. 62,