II CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS AFLUENTES A 206 ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS EM OPERAÇÃO NO PAÍS

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1 II-46 - CARACTERÍSTICAS DOS ESGOTOS AFLUENTES A 26 ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS EM OPERAÇÃO NO PAÍS Sílvia M. A. Corrêa Oliveira (1) Engenheira eletricista, Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela UFMG, doutoranda na área de Saneamento na UFMG. Maria Izabel O. Souki Estudante de Engenharia Civil, UFMG, Bolsista Iniciação Científica - Fapemig. Marcos von Sperling (1) Engenheiro civil (UFMG). Doutor em Engenharia Ambiental (Imperial College, Universidade de Londres Inglaterra). Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. Endereço (1) : Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG; Av. do Contorno, nº 842 7º andar Centro Belo Horizonte MG Brasil CEP Tel: (31) marcos@desa.ufmg.br RESUMO Nos estudos de concepção e projetos de estações de tratamento de esgotos sanitários, raramente se conhecem as concentrações reais dos principais constituintes dos esgotos brutos. As concentrações utilizadas nos cálculos tomam como base valores típicos expressos na literatura, nem sempre coincidentes com a realidade local. O objetivo desta pesquisa foi quantificar as concentrações dos esgotos afluentes a 26 estações de tratamento de esgotos sanitários em operação no Brasil, especificamente nos estados de São Paulo e Minas Gerais, totalizando 21 diferentes processos. Foram determinadas, primeiramente, as estatísticas descritivas preliminares dos dados de concentrações afluentes de DBO, DQO, SST, NT, PT e CF (organismos termotolerantes). Em seguida, foi feita uma comparação entre as concentrações observadas e os valores típicos reportados pela literatura especializada para esgotos brutos predominantemente domésticos. Finalmente, foi efetuada uma discussão sobre os valores das relações DQO/DBO 5 observadas para as concentrações afluentes e efluentes. Os resultados mostraram que, de uma maneira geral, os esgotos brutos apresentaram uma concentração mais elevada do que usualmente expresso na literatura. A relação DQO/DBO 5 observada para o afluente esteve na faixa de 1,7 a 2,4, valor considerado típico para esgotos domésticos brutos. No caso da relação DQO/DBO 5 observada para os efluentes, os resultados variaram bastante em função do tipo de processo de tratamento. PAVRAS-CHAVE: Tratamento de esgotos domésticos, concentrações de esgotos brutos, relações DQO/DBO 5 INTRODUÇÃO A estimativa das concentrações dos principais constituintes dos esgotos brutos é um item essencial no projeto das estações de tratamento de esgotos sanitários. Normalmente os estudos de concepção e projetos são efetuados tendo por base valores típicos expressos na literatura. Por este motivo, é de grande importância o conhecimento das concentrações prevalecentes nos esgotos afluentes às estações em escala real, operando em nosso meio, para que os dimensionamentos sejam feitos da forma mais próxima possível à realidade. O objetivo da pesquisa foi quantificar as concentrações dos esgotos afluentes a 26 estações de tratamento de esgotos sanitários em operação no Brasil (estados de São Paulo e Minas Gerais), totalizando 21 diferentes processos. Acredita-se que o presente levantamento seja o de maior amplitude já realizado em nosso meio. Foram determinadas as estatísticas descritivas preliminares dos dados de concentrações afluentes de DBO 5, DQO, SST, NT, PT e CF (organismos termotolerantes). Foi efetuada, também, uma comparação entre as concentrações observadas e os valores típicos reportados pela literatura especializada para esgotos brutos predominantemente domésticos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Numa outra etapa, foram analisados os dados relativos a seis tecnologias de tratamento específicas, visando verificar se determinados processos estavam associados a comunidades que geram esgotos mais ou menos concentrados. Finalmente, foi efetuada uma discussão sobre os valores da relação DQO/DBO 5, considerando tanto as concentrações observadas para as 26 ETEs, quanto aquelas encontradas para as seis tecnologias de tratamento selecionadas para análise. O objetivo do estudo foi a verificação da biodegradabilidade dos esgotos afluentes, considerando valores típicos propostos pela literatura e a determinação das relações DQO/DBO 5 presentes nos efluentes. METODOLOGIA Os dados utilizados neste estudo foram obtidos junto a entidades estaduais de controle ambiental, de prestadores de serviços de saneamento, estaduais e municipais, e de projetos de pesquisas da UFMG de São Paulo e de Minas Gerais que, por seu porte e ampla diversidade climática, social e econômica, sugerem que o estudo possa ter uma abrangência além de suas fronteiras, alcançando uma boa representatividade para o território brasileiro e vários países tropicais. Os dados coletados representam afluentes a 26 ETEs, de 21 modalidades de tratamento diferentes. Os dados das ETEs foram analisados através de estudos estatísticos preliminares, visando o conhecimento e caracterização dos diversos sistemas inventariados. Para todos os constituintes afluentes de interesse, DBO 5, DQO, SST, NT, PT e CF, de todas as ETEs, foram calculadas as estatísticas básicas relativas ao número de dados, médias aritmética, geométrica, mediana, desvio padrão e valores máximos e mínimos. Além da análise descritiva, algumas tecnologias de tratamento usualmente utilizadas no Brasil e que possuíam um número de ETEs e um número de dados coletados suficiente para uma análise mais aprofundada foram descritas e avaliadas, de forma comparativa, buscando verificar se diferentes modalidades estavam associadas a diferentes concentrações afluentes. RESULTADOS E DISCUSSÃO Análise global dos dados A Tabela 1 apresenta a modalidade de tratamento, a notação de referência adotada, o número total e o percentual de ETEs compreendidas em cada tipologia. Foi observada uma grande variação no número de unidades compreendidas em cada tecnologia de tratamento. E, mesmo dentro de cada modalidade, foi verificada uma grande diversidade entre as ETEs, considerando o número de dados disponibilizados, a quantidade de parâmetros monitorados e a freqüência de amostragem praticada, assim como indefinições sobre o tipo de amostragem, se simples ou composta. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Tabela 1: Sistemas de tratamento de esgotos inventariados. Modalidade Notação de referência N o de ETEs %) de ETEs Escoamento superficial ES 2 1, Filtro biológico percolador FBP 1,5 Fossa séptica + filtro aerado FS + FAE 1,5 Fossa séptica + filtro anaeróbio FS + FA 23 11,2 Lagoa aerada facultativa F 2 1, Lagoa aerada mistura completa MC 5 2,4 Lagoa aerada facultativa + escoamento superficial F + ES 1,5 Lagoa aerada facultativa + lagoa facultativa F + 1,5 Lagoa anaeróbia N 1,5 Lagoa anaeróbia + lagoa facultativa N ,3 Lagoa anaeróbia + lagoa facultativa + lagoa de maturação N + + LM 7 3,4 Lagoa facultativa 78 37,9 Lagoa facultativa + lagoa de maturação + LM 3 1,5 Lodos ativados 19 9,2 Reator 4 1,9 Reator + filtro aerado + FAE 1,5 Reator + filtro anaeróbio + FA 2 1, Reator + filtro biológico percolador + FBP 1,5 Reator + flotação + FLOT 1,5 Reator + lagoa facultativa + 2 1, Reator + lagoa de polimento + LP 1,5 TOTAL , A média do número de dados disponibilizados pelas 26 ETEs e os resultados referentes às estatísticas descritivas das concentrações afluentes são apresentados na Tabela 2. Tabela 2: Estatísticas descritivas referentes às concentrações afluentes dos constituintes Parâmetros DBO 5 DQO SST PT NT CF (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (org/1 ml) Média Aritmética ,9 x 1 8 Desvio Padrão ,3 x 1 9 Média Geométrica ,4 x 1 7 Mediana , x 1 7 Valor Máximo ,5 x 1 9 Valor Mínimo ,9 x 1 4 N o médio de dados As concentrações afluentes observadas para as estações de tratamento em operação foram comparadas com os valores usuais reportados pela literatura (von Sperling, 25), conforme apresentado na Tabela 3. Foram calculados os percentuais de ETEs que possuíam concentrações médias dos constituintes acima dos valores considerados típicos para esgotos brutos predominantemente domésticos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Tabela 3: Comparação entre concentrações afluentes usuais e reais dos constituintes Constituinte Concentrações usuais (1) Concentrações reais observadas % de ETEs com concentrações Faixa Típico Faixa: percentis 25 e 75% Média médias acima das típicas DBO 5 (mg/l) DQO (mg/l) SST (mg/l) NT (2) (mg/l) PT (mg/l) CF (org/1ml) x 1 7 2,1 x 1 7 5, x 1 7 9,4 x (1) Adaptado de von Sperling, 25 (2) Foram utilizados valores de NTK e NT Para facilitar a visualização das diferenças entre as concentrações típicas expressas na literatura e aquelas efetivamente observadas, foram plotados os gráficos mostrados na Figura 1. Neles estão representados os percentis 25 e 75% das concentrações afluentes efetivamente medidas para os processos em operação e os valores máximos e mínimos considerados típicos para despejos domésticos. Concentrações afluentes típicas e observadas Concentrações afluentes típicas e observadas DBO DQO SST NT PT 1,E+9 1,E+8 Concentrações afluentes típicas e observadas Valor máximo da faixa reportada pela literatura Percentil 75% observado 1,E+7 1,E+6 1,E+5 CF Percentil 25% observado Valor mínimo da faixa reportada pela literatura Figura 1: Comparação entre concentrações afluentes dos constituintes e os valores típicos expressos na literatura Os dados obtidos evidenciam o fato de que, de uma maneira geral, os esgotos brutos apresentaram uma concentração mais elevada do que usualmente expresso na literatura. Algumas possibilidades foram aventadas para justificar o grande número de ETEs que apresentou concentrações acima dos valores usuais, mas os dados obtidos não permitem inferências conclusivas. Uma possibilidade seria a de contribuições industriais não relatadas, que poderiam estar trazendo uma maior carga de matéria orgânica. Uma outra possível explicação estaria associada ao tipo de amostragem praticado, caso houvesse uma predominância de amostras simples, coletadas em horários de pico. Outra possível causa pode estar vinculada a baixos consumos per capita de água, baixas taxas de infiltração e baixos coeficientes de retorno esgoto/água. É possível que várias destas causas estejam agindo simultaneamente. No entanto, seriam necessárias investigações mais específicas para confirmação destas suposições. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 A Figura 2 apresenta os gráficos de distribuição de freqüência acumulada das concentrações afluentes, considerando as 26 ETEs avaliadas DBO afluente (mg/l) DQO afluente (mg/l) SST afluente (mg/l) NT afluente (mg/l) PT afluente (mg/l) CF afluente (NMP/1L) 1,E+1 1,E+9 1,E+8 1,E+7 1,E+6 1,E+5 1,E Figura 2: Gráficos de distribuição de freqüência acumulada das concentrações afluentes Pela observação dos gráficos de distribuição de freqüência acumulada, foi verificado que mais de 5% das ETEs apresentaram concentrações de DBO 5 afluentes acima do valor máximo considerado usual pela literatura especializada (de 5 mg/l). No caso dos outros constituintes, esta diferença não foi tão acentuada, chegando nos casos de PT e CF, a ser menor que 5%. Análise dos dados relativos às tecnologias de tratamento Efetuou-se a seguir uma outra análise, visando verificar se determinados processos de tratamento estavam associados a comunidades que geram esgotos mais ou menos concentrados. Desta forma, buscou-se identificar se, por exemplo, sistemas mais compactos ou sofisticados estariam associados a comunidades com um perfil diferenciado de geração de efluentes, ou mesmo a uma programação de monitoramento mais intensiva e que conduzisse a valores diferenciados das concentrações. As tecnologias de tratamento selecionadas para a análise comparativa foram aquelas com um maior número de ETEs, a saber: Fossa séptica seguida de filtro anaeróbio (FS + FA), Lagoas facultativas (), Sistemas australianos (), Lodos ativados (), Reatores sem pós-tratamento () e Reatores com pós-tratamento ( + POS). A Tabela 4 mostra o número de ETEs analisadas em cada tecnologia de tratamento, considerando os seis constituintes de interesse. Nota-se que, em alguns casos, o número de ETEs sofre uma drástica redução devido à falta de monitoramento praticada para alguns constituintes. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 4: Número de ETEs descritas em cada modalidade, por constituinte Tecnologia de tratamento Parâmetro (1) (2) Total de ETEs DBO DQO SST NT PT CF (1) inclui: lodos ativados convencional e aeração prolongada; (2) + POS inclui os pós-tratamentos: filtro aerado (FAE); filtro anaeróbio (FA); filtro biológico percolador (FBP); flotação (FLOT); lagoas facultativas () e lagoas de polimento (LP). As concentrações afluentes dos constituintes, considerando as tecnologias de tratamento, são apresentadas na Tabela 5 e nos gráficos Box-whisker, representados na Figura 2. Tabela 5: Concentrações médias afluentes dos diversos constituintes, por modalidade de tratamento Tecnologia de tratamento Constituinte afluente DBO 5 DQO SST NT PT CF Parâmetro Média D. Padrão Mediana Vr. Mín Vr. Máx Média D. Padrão Mediana Vr. Mín Vr. Máx Média D. Padrão Mediana Vr. Mín Vr. Máx Média D. Padrão Mediana Vr. Mín Vr. Máx Média D. Padrão Mediana Vr. Mín Vr. Máx Média 8,2 x 1 7 2,E+1 8 9,4 x 1 8 1,3 x 5,2 x 1 8 7,2E+ 8 D. Padrão 7,9 x 1 7 7,3 x 1 8 4,4 x 1 9 1,3 x 6,7 x 1 8 7,2 x 1 8 M. Geom. 3,9 x 1 7 5,2 x 1 7 2, x ,7 x 1,2 x 1 8 1,8 x 1 8 Mediana 6,6 x 1 7 4,1 x 1 7 3,9 x , x 2,8 x 1 8 6,2 x 1 8 Vr. Mín. 1,7 x 1 7 1,2 x 1 7 1,4 x ,1 x 4,1 x 1 7 4,1 x 1 7 Vr. Máx. 3,6 x 1 8 6,1 x 1 9 3, x ,1 x 2, x 1 9 2, x ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 1 8 Concentrações afluentes - DBO (mg/l) Máx Máx Máx Concentrações afluentes - DQO (mg/l) Máx Máx Máx Concentrações afluentes - SST (mg/l) 12 Concentrações afluentes - NT (mg/l) Máx Máx Máx Concentrações afluentes - PT (mg/l) Máx. 54 Concentrações afluentes - CF (NMP/1mL) - Med. geométrica 5E+9 5E+8 5E+7 5E+6 5E+5 75% 25% Max Min 5E+4 Mediana Figura 3: Concentrações médias afluentes dos diversos constituintes, por modalidade de tratamento As concentrações afluentes médias de DBO 5 apresentadas por algumas modalidades de tratamento estiveram muito próximas (caso dos e ) e até mesmo abaixo () das concentrações típicas de esgotos brutos reportadas pela literatura e mostradas na Tabela 3. No entanto, as fossas sépticas seguidas de filtro anaeróbio (), as lagoas facultativas () e os sistemas australianos (SA) mostraram concentrações bem superiores aos 35 mg/l considerados usuais para esgotos domésticos. A Tabela 6 mostra o percentual de ETEs que apresentaram concentrações afluentes médias acima das concentrações típicas apresentadas na Tabela 3. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Tabela 6: Percentual de ETEs com concentrações afluentes médias acima das concentrações típicas Constituinte Tecnologia de tratamento DBO 5 (mg/l) SST (mg/l) CF (org/1ml) 6 PT (mg/l) NT (mg/l) DQO (mg/l) Observa-se que os sistemas de, e estão associados a esgotos mais concentrados, ao passo que os demais sistemas recebem efluentes com valores próximos aos típicos da literatura. No caso do processo de lodos ativados () as concentrações médias de SST e CF estiveram até mesmo abaixo dos valores reportados na tabela. Relação DQO/DBO 5 Uma discussão sobre os valores da relação DQO/DBO 5 foi efetuado, considerando tanto as concentrações observadas para as 26 ETEs, quanto aquelas encontradas para as seis tecnologias de tratamento. Von Sperling (25) comenta que, para esgotos domésticos brutos, a relação DQO/DBO 5 varia em torno de 1,7 a 2,4, e dependendo da magnitude desta razão, é possível chegar a conclusões sobre a biodegradabilidade dos despejos e do método de tratamento a ser empregado. O autor sugere as seguintes interpretações, em função das relações DQO/DBO 5 observadas: Relação DQO/DBO 5 baixa (< cerca de 2,5): A fração biodegradável é elevada Indicação para tratamento biológico Relação DQO/DBO 5 intermediária (entre cerca de 2,5 e 3,5): A fração biodegradável não é elevada Estudos de tratabilidade para verificar viabilidade do tratamento biológico Relação DQO/DBO 5 elevada (> cerca de 3,5 ou 4,): A fração inerte (não biodegradável) é elevada Possível indicação para tratamento físico-químico No caso dos esgotos efluentes, a tendência é que a relação DQO/DBO 5 aumente à medida que o esgoto passe pelas diversas unidades da estação de tratamento, devido à redução da fração biodegradável. De uma maneira geral, o efluente final do tratamento biológico possui valores da relação DQO/DBO 5 usualmente superiores a 2,5, podendo chegar a 4, ou até 5,, dependendo da eficiência do tratamento na remoção da matéria orgânica biodegradável. Estas relações foram consideradas na análise dos valores efetivamente observados para as ETEs em operação e são mostradas na Figura 4. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 4, Relação DQO/DBO 5 afluente 7 Relação DQO/DBO 5 efluente 3,5 6 Máx. 1 3, 5 2,5 4 2, 3 1,5 2 1, 1,5 26 ETEs 26 ETEs 75% 25% Max Min Mediana Faixas mínimas e máximas da relação DQO/DBO 5 Figura 4: Relações DQO/DBO 5 observadas para os esgotos brutos e efluentes das ETEs Considerando tanto os resultados apresentados pelas 26 ETEs quanto aqueles mostrados pelas estações pertencentes às seis tecnologias de tratamento analisadas, a relação DQO/DBO 5 observada para o afluente esteve dentro da faixa reportada como usual para esgotos domésticos. Cerca de 7% das ETEs recebiam afluentes dentro da faixa de 1,7 a 2,4. No caso da relação DQO/DBO 5 observada para os efluentes, os resultados variaram bastante em função do tipo de processo de tratamento. No entanto, de um modo geral, os resultados estiveram dentro da faixa reportada pela literatura. Os maiores valores da relação foram observados para as tecnologias, e. Com relação ao processo de lodos ativados, pelo fato dele ser mais eficiente na remoção da matéria orgânica biodegradável, esperar-se-iam valores mais elevados desta relação, não se tendo elementos para avaliar as causas dos valores mais baixos encontrados. Uma possibilidade seria o fato da DBO 5 e da DQO efluentes estarem sendo dominadas pela DQO particulada (perda de sólidos no efluente), a qual independe da eficiência do sistema. CONCLUSÕES As concentrações de DBO 5 e DQO observadas nos esgotos brutos (médias de 527 e 1113 mg/l, respectivamente) foram superiores aos valores considerados típicos para despejos domésticos (35 e 7 mg/l). O percentual de ETEs com concentrações médias de SST, NT e PT acima dos valores típicos foi elevado, atingindo percentuais de 53, 76 e 7%, respectivamente. Apenas para CF as concentrações médias apresentaram um menor percentual (25%) acima dos valores usuais. Possíveis explicações para justificar as elevadas concentrações dos esgotos brutos incluem: contribuições industriais não relatadas, tipo de amostragem praticado (predominância de amostras simples, coletadas em horários de pico), baixos consumos per capita de água, baixas taxas de infiltração e baixos coeficientes de retorno esgoto/água. As concentrações médias de DBO 5 de algumas modalidades de tratamento estiveram muito próximas (caso dos e ) e até mesmo abaixo () das concentrações típicas de esgotos brutos, mostradas na Tabela 3. As modalidades, e mostraram concentrações bem superiores aos 35 mg/l, considerados usuais para esgotos domésticos. O processo de apresentou concentrações médias afluentes abaixo dos valores reportados na tabela para quase todos os constituintes. Somente para CF os valores apresentados mostraram-se dentro da faixa especificada. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 A relação DQO/DBO 5 observada para o afluente esteve dentro da faixa reportada como usual para esgotos domésticos. Cerca de 7% das ETEs recebiam afluentes dentro da faixa de 1,7 a 2,4. No caso da relação DQO/DBO 5 observada para os efluentes, os resultados variaram bastante em função do tipo de processo de tratamento. Os maiores valores da relação foram observados para as tecnologias, e. AGRADECIMENTOS FINEP, SABESP, COPASA, FEAM e a prestadores de serviços municipais. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3.ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG, 25. (Princípios do tratamento biológico de águas residuárias, 1). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1