TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO NO SOLO PELO MÉTODO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL: EFEITO DA TAXA HIDRÁULICA NA EFICIÊNCIA. RESUMO

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1 TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO NO SOLO PELO MÉTODO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL: EFEITO DA TAXA HIDRÁULICA NA EFICIÊNCIA. * Bruno CORAUCCI FILHO 1, Pedro ALÉM SOBRINHO 2, Roberto Feijó de FIGUEIREDO 1 1 UNICAMP/FEC - C.P CEP FAX (019) Campinas, SP, Brasil 2 EPUSP - C.P CEP FAX (011) São Paulo, SP - Brasil. RESUMO Neste trabalho, é apresentado uma experiência de campo, visando a otimização do método do escoamento superficial no solo ( overland flow ), com emprego de várias taxas hidráulicas para avaliação do desempenho do mesmo, na eficiência de remoção da matéria orgânica, contida no efluente bruto de esgotos domésticos municipal. Foi construído um patamar de solo, contendo rampa de 4% de declividade e dimensões de 3,7 metros de largura por 20,0 metros de comprimento. O solo do local foi classificado como Areia Franca (USDA ) e a vegetação utilizada foi a grama Brachiaria humidicola. Foram aplicadas taxas hidráulicas de 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 m 3 /h.m. e os parâmetros físicos e químicos investigados foram: ph, DQO, DBO e Série de Sólidos, de acordo com metodologia contida no Standard Methods for Examination of Water and Wastewater da APHA/AWWA. O resultado revelou que o grau de tratamento é equivalente ao secundário, com maior eficiência de remoção de matéria orgânica ocorrendo quando se aplicou taxa hidráulica de 0, 20 m 3 /h.m. A carga orgânica diária aplicada, nesta condição, foi de 156 kg DBO/ha.d. Palabras clave : tratamento de esgotos, tratamento no solo, escoamento superficial, baixo custo, taxa hidráulica INTRODUÇÃO Nos dias atuais, o crescimento populacional e industrial demonstra que é imperiosa a necessidade de se tratar todos os despejos antes de seu lançamento nos corpos de água receptores. A importância da água como necessidade para a sobrevivência humana é um fator evidente e atualmente bastante discutido em diversas áreas científicas. Este crescimento, localizado em determinadas áreas, é responsavel pela escassez crescente de água em boas condições para o consumo doméstico, industrial ou qualquer outro uso específico. A quantidade de água disponivel, é limitada e os mananciais estão cada vez mais sendo reutilizados, com a situação se tornando cada vez mais crítica, devido ao aumento das cargas poluentes. As medidas de controle de poluição incluem o tratamento das águas residuárias que, restauradas e em boas condições, irão encontrar novos usos. As águas residuárias necessitarão, sempre, de um grau de tratamento cada vez maior ou poderão ser recirculadas após tratamento, principalmente para alguns tipos de indústrias, constituindo em um novo manancial de abastecimento com grande economia. A aplicação de águas residuárias no solo, é um sistema de tratamento ou de disposição final com grande possibilidade de uso podendo, também, ser reconhecido como um processo para reutilização controlada destas águas. Dessa forma, as aplicações de efluentes no solo, após terem sido tratados por um sistema convencional, podem ser perfeitamente viáveis de reutilização, uma vez que, a água residuária tratada, pode ter objetivo de polimento para reuso direto ou indireto. Dependendo de suas características finais, os efluentes dos sistemas de tratamento associados (convencional e de polimento) conferem grau de eficiência equivalente ao tratamento terciário. Neste trabalho será feita uma aplicação do método de escoamento superficial no solo para tratamento de esgoto doméstico para verificação da eficiência de remoção de matéria orgânica, utilizando-se várias taxas hidráulicas em rampa com declividade constante. Esta verificação é importante para estabelecer um dimensionamento econômico do sistema de tratamento de esgotos.

2 OBJETIVO Otimizar o sistema de tratamento no solo utilizando o método de escoamento superficial, aplicando-se taxas hidráulicas de 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 m 3 /h.m, de esgoto doméstico bruto, em rampa de 4% de declividade. Nesta avaliação foi verificado o efeito da taxa hidráulica na eficiência de remoção de matéria orgânica, contida no efluente aplicado nas rampas, através da análise físico-química dos parâmetros DQO, DBO, SSV, SDV e S.Sed. METODOLOGIA O sistema de escoamento superficial deve ser utilizado em solos que possuem baixa capacidade de infiltração, tais como os argilosos. À medida que o efluente percola no terreno, uma parte da quantidade da água se evapora, parte se infiltra no solo e o restante é coletado em canais ou em canaletas. os patamares foram construídos em um local com solo classificado como Areia Franca (USDA). O sistema foi implantado em uma área localizada no interior da COLABA, Batatais SP, e os reatores construídos, em escala real, de dimensões de 3,7 m de largura por 20,0 m de comprimento. Foram construídos patamares de solo com rampas de declividades 2%, 4% e 6% devidamente separadas por elevações de terra denominadas de leiras de terra. O solo foi devidamente preparado para receber cobertura vegetal de grama Brachiaria humidícola plantadas em pequenas toceiras e alinhadas de forma a não se coincidirem ao longo do comprimento. Foram construídos dois patamares denominados Patamar 2 e Patamar 3, cada um contendo três rampas com 2%, 4% e 6% de declividade, denominados respectivamente R 2A, R 2B, R 2C, R 3A, R 3B e R 3C, conforme figura apresentada em CORAUCCI FILHO et al ( 1996 ). O Patamar 2 ficou como reserva e ocasionalmente foi utilizado como controle. A construção das rampas nos patamares teve na fase final de sua construção aspectos artesanais, com a definição das superfícies das rampas construídas com auxílio de guias e réguas de sarrafos de madeira. Estas guias eram fixadas no solo, devidamente ajustada à declividade das rampas, de tal modo que uma régua deslizava ao longo do seu comprimento para regularizar a superfície, com adição ou retirada de terra, de acordo com a necessidade. Nesta atividade, torrões de terra e pedaços de pedra, e outros materiais contidos no solo de empréstimo, eram lançados fora. Durante esta fase, a entrada e a saída das pessoas nas rampas era sempre realizada pela jusante, para a devida proteção das rampas. O efluente utilizado foi o esgoto doméstico bruto coletado através de bombeamento do interior do emissário da cidade e lançado na parte superior dos patamares com uso de mangueiras (perfuradas a cada 5,0 cm com furos de 5/16 ) devidamente posicionadas de forma a propiciar um despejo uniforme na largura do patamar. O sistema de coleta dos efluentes tratados, consistia de um canal de terra não revestido e aberto no solo, passando ortogonalmente no final de cada tabuleiro e convenientemente desviado para o córrego, sendo que o efluente tratado não recebia nenhum tipo de tratamento de desinfecção. As mangueiras continham dispositivos hidráulicos para garantir aplicações de taxas hidráulicas variando de 0,15 m 3 /h.m a 0,30 m 3 /h.m. O sistema foi operado nessas taxas hidráulicas (média aproximada), período de aplicação de 8 horas/dia e freqüência de aplicação de 5 dias/semana. As taxas hidráulicas foram aplicadas na rampa R 3B de 4% de declividade de forma que essa mesma taxa não coincidisse com a mesma estação do ano. O tempo de aplicação para a mesma taxa numa determinada rampa foi de aproximadamente três meses. Dessa forma, pôde-se verificar a influência das estações do ano no sistema e o efeito do despejo aplicado por longos períodos (idade do sistema) na cobertura vegetal, e na eficiência da remoção de matéria orgânica, bem como no comportamento do ecossistema do local. Para a coleta em pontos intermediários da rampa, a operação foi realizada de jusante para montante para evitar a interferência do pisoteamento, na avaliação dos resultados finais. As amostras foram do tipo composta com duas amostras sendo coletadas na parte da manhã (às 8:30 e 10:30h) e duas amostras coletadas na parte da tarde (às 13:30 e 15:30h), as quais eram acondicionadas em garrafas de 1,5 l e enviadas, no final da operação de coleta, para os laboratórios. As posições dos pontos de coleta foram definidos em função da característica do próprio sistema que reduz substanciamlente o teor de matéria orgânica nos primeiros metros da rampa. Os locais foram definidos como pontos de coleta 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 e 20 metros. As análises físicas e químicas das amostras foram efetuadas de acordo com a metodologia contida no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater da APHA/AWWA.

3 RESULTADOS As diferentes taxas hidráulicas aplicadas na rampa apresentaram um comportamento de tratamento, com desempenhos semelhantes entre si quando da investigação dos parâmetros físico - químicos: DQO, DBO, sólidos dissolvidos e voláteis e os resultados são apresentados nas Figuras 1 a 6 e Tabela 1.. Pode-se observar na Figura 1 que os valores de ph tendem a ph = 7, com o valor mais baixo ( ph = 6,8 ) relativo a taxa de aplicação de 0,30 m3/h.m. e as demais taxas com valores muito próximos entre si. O mesmo comportamento é observado para os parâmetros DQO, DBO, sólidos suspensos voláteis e sólidos dissolvidos. (Figuras 2 a 5). Na remoção de sólidos sedimentáveis, após os primeiros 5 metros de escoamento, os valores de remoção são praticamente os mesmos para os diferentes taxas utilizadas. Estes resultados demonstraram o grande desempenho deste método de tratamento na remoção de sólidos sedimentáveis ( cone Imhoff ) existentes nos esgotos domésticos. Os efeitos das estações do ano no sistema, além de outros efeitos, estão publicados em CORAUCCI FILHO et al (1995). CONCLUSÕES A maior eficiência do sistema foi atingida quando se aplicou a taxa hidráulica de 0,20 m 3 /h.m. Pode-se afirmar que as taxas hidráulicas 0,15 e 0,20 m 3/ h.m. produziram resultados muitos próximos, sendo em algumas seções da rampa ( distância da cabeceira ) praticamente idênticos. Verificou-se também que a eficiência é praticamente a mesma para DBO variando de 300 mg/l a 600 mg/l, podendo-se dizer, com base nas informações experimentais deste trabalho, que o método suporta variações de carga orgãnica. O resultado permitiu avaliar que o grau de tratamento (eficiência do sistema) é, nas condições apresentadas nesta pesquisa, equivalente ao secundário do sistema de tratamento convencional. Embora, não sendo objetivo do trabalho, é possivel estabelecer uma comparação com sistemas convencionais de lodos ativados; tendo como vantagem que, nesse processo, o gasto com energia elétrica foi mínimo, aliado ao emprego de técnicas simples de manutenção e operação, podendo classificá-lo como um tratamento alternativo de baixo custo. A desvantagem deste sistema é que ele ocupa uma área de tratamento significativamente maior, que o sistema convencionnal, mas apresenta uma semelhança muito grande com outro sistema de tratamento alternativo como o das lagoas facultativas. A titulo de verificar esta semelhança, apresenta-se a seguir em exemplo prático ilustrativo: Exemplo Prático Ilustrativo Para o dimensionamento do sistema, supõem-se as seguintes afirmações: Q méd = m 3 /dia (referente população de habitantes); DBO afluente = 300 mg/l; DBO efluente = 30 mg/l (90% remoção). Seqüência de cálculo. 1. Cálculo da fração remanescente (C/Co). C - 5 = 30-5 = 0,0833 ( equação 1) Co Taxa hidráulica. Utilização da taxa de aplicação de melhor desempenho da experiência realizada neste trabalho de pesquisa. q = 0,20 m 3 /h.m.; P = 8 h/dia e I = 4%

4 3. Determinação do comprimento mínimo da rampa. Utilização da equação de regressão obtida na experiência para as condições do item 2 e referente ao 2 estágio (CORAUCCI FILHO, 1992). C - 5 = 0,49 exp ( - 0,0679 Z) ( equação 2) Co = 0,49 exp. ( - 0,0679 Z) Z = 26,10 m 4. Cálculo da área requerida: A = Q.Z = ( m 3 /d ). ( 26,10 m ) = 39,150 m 2 = 3,91 ha ( equação 3 ) q.p ( 0,20 m 3 /h.m ). ( 8 h/d ) 5. Carga orgânica aplicada: Um dado prático normalmente requerido para avaliar projeto é a capacidade de carga orgânica diária, para alimentação do sistema de tratamento. Considerando as condições do exemplo sugerido: 5-1. Cálculo de C para remoção de 90% de DBO. C = DBO. % remoção = (300g DBO/m 3 ).0,9 = 0,27kg DBO/m 3 ( equação 4 ) 5-2. Vazão diária de tratamento. Q = m 3 /dia 5-3. Quantidade de DBO a ser tratada por dia: C = c.q = (0,27 kg DBO/m 3.)(2.400 m 3 /d) = 648 kg DBO/dia ( equação 5 ) 5-4. Capacidade de carga orgânica diária de alimentação ( C c ) Cc = C = 648 kg DBO/d = 165,73 kg DBO/ha.dia ( equação 6 ) Área 3,91 ha pesquisa que, para as condições do exemplo prático, a capacidade de carga orgânica diária de alimentação, dada pela equação 6, é de aproximadamente C c = 300 kg DBO/ha.dia. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (1992)- Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 17a. ed., Nova Iorque, p. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, (1971) - Water Quality and Treatment: A Handbook of Public Water Supplies; McGraw Hill, 3a. ed., 654p. CARROL, T. E. et alii (1975) - Review of Landspreading of Liquid Municipal Sewage Sludge. U. S. Environmental Protection Agency. E.P.A. Tecnology Series, Cincinnati, Ohio, 95 p. CORAUCCI FILHO, B.; ALÉM SOBRINHO,P.; FIGUEIREDO, R. F Tratamento de Esgoto Doméstico no Solo: Efeito do Escoamento Superficial na Qualidade da Água do Lençol Freático, III SIBESA - Simpósio Italo - Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, de 9 a 14 de Junho, Gramado, R.S. CORAUCCI FILHO, B. ; FIGUEIREDO, R. F. (1995) - Tratamento de Efluentes de Laticínios no Solo pelo Método do Escoamento Superficial. XXIV Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, Viçosa - MG, 108(7) 12 p. CORAUCCI FILHO, B.; ALÉM SOBRINHO, P.; FIGUEIREDO, R. F., (1995). Desempenho do Sistema de Tratamento de Esgoto Doméstico no Solo pelo Método do Escoamento Superficial. Efeito de Sazonalidade Devido as Estações do Ano e pela Idade do Sistema na remoção de Matéria Orgânica. 18 Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 17 a 21 de Setembro de 1995, Salvador, Bahia. CORAUCCI FILHO, B. (1992) - Tratamento de Esgoto Doméstico no Solo pelo Método do Escoamento Superficial, São Paulo, SP, 1368p. (Tese de Doutorado. Engenharia Civil, Departamento de Hidráulica e Sanitária, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo - USP). EPA TECHNOLOGY TRANSFER SEMINAR PUBLICATION (1976) - Land Treatment of Municipal Wastewater Efluents, Case Histories; US Environmental Protection Agency (EPA), 79p.

5 EPA TECHNOLOGY TRANSFER SEMINAR PUBLICATION (1976) - Land Treatment of Municipal Wastewater Efluents, Design Factors-I; US Environmental Protection Agency (EPA), 49p. FIGUEIREDO, R.F. (1985) - Tratamento de Esgotos pelo método do escoamento superficial no solo; Revista DAE, 45, 62-66p. METCALF & EDDY, 1991, Wastewater Treatment: Treatment, Disposal and Reuse, McGrall - Hill Book Co, 1334 p. 7,3 Fig. 1. Desempenho do tratamento esgoto doméstico bruto. ph com distância. 7,1 6,9 6,7 6,5 ph 6,3 6,1 5,9 5,7 5,5

6 Fig.2. Desempenho do tratamento esgoto doméstico bruto. DQO com distância DQO, mg O2/L Fig.3. Desempenho do tratamento esgoto doméstico bruto. DBO com distância. DBO, mg O2/L

7 Fig.4. Desempenho do tratamento esgoto doméstico bruto. Sólidos suspensos voláteis com distância. 450 Sólidos Suspensos Voláteis, mg/l Fig.5. Desempenho do tratamento esgoto doméstico bruto. Sólidos dissolvidos voláteis com distância. Sólidos Dissolvidos Voláteis, mg/l

8 Fig.6. Desempenho do tratamento esgoto doméstico bruto. Sólidos sedimentáveis com distância. 3 Sólidos Sedimentáveis, ml/l 2,5 2 1,5 1 0,5 0

9 Tabela 1A. Resultados do tratamento com esgoto doméstico bruto. Rampa com I = 4%. Grama Brachiaria humidicolataxa hidráulica: 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 m3/h.m. Dist., ph DQO, mg/l DBO, mg/l m Taxa hidráulica, m3/h.m Taxa hidráulica, m3/h.m Taxa hidráulica, m3/h.m 0,15 0,20 0,25 0,30 0,15 0,20 0,25 0,30 0,15 0,20 0,25 0,30 0 6,88 6,9 6,13 6, ,45 6,53 6,52 6, ,63 6,62 6,43 6, ,84 6,66 6,67 6, ,92 6,75 6,57 6, ,02 6,82 6,81 6, ,96 6,89 6,92 6, ,12 6,95 7,05 6, ,06 6,97 7,02 6, Tabela 1B. Resultados do tratamento com esgoto doméstico bruto. Rampa com I = 4%. Grama Brachiaria humidicolataxa hidráulica: 0,15; 0,20; 0,25 e 0,30 m3/h.m. Dist., Sól. susp. voláteis,mg/l Sól.dissolv. voláteis, mg/l Sól. sedimentáveis,ml/l m Taxa hidráulica, m3/h.m Taxa hidráulica, m3/h.m Taxa hidráulica, m3/h.m 0,15 0,20 0,25 0,30 0,15 0,20 0,25 0,30 0,15 0,20 0,25 0, ,5 2,7 2, ,5 1,2 0,8 0, ,3 0,8 0,5 0, ,5 1 0,4 0, ,3 0,6 0,6 0, ,2 0,3 0,3 0, ,2 0,2 0,1 0, ,2 0,1 0,1 0, ,2 0,1 0,1 0,1

10 PONENTE: BRUNO CORAUCCI FILHO Curriculum Vitae resumido CORAUCCI FILHO, B. Engenheiro Civil (1975) pela Faculdade de Engenharia Civil - UNICAMP. Mestre em Engenharia (1982), área de Concentração Hidráulica e Saneamento, pela Escola de Engenharia de São Carlos - USP. Doutor em Engenharia (1992), Área de Concentração: Hidráulica e Sanitária, pela Escola Politécnica de São Paulo USP. Área de Pesquisa: Tratamento de Águas de Abastecimento e Residuárias, Reciclagem de Lixo, Qualidade de Água e Solo, Aplicação de Lodos de ETE s no Solo. Professor Assistente Doutor (1992) do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. C.P. 6021, CEP , Campinas-SP, Brasil. Fone (019) , Fax (019)