Helio Remião Gonçalves Diego Altieri Luiz Olinto Monteggia Larissa Pingnet Santos Diego Oliveira

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1 8th IWA Specialist Group Conference on Waste Stabilization Ponds 2 nd Conferência Latino Americana sobre Lagoas de Estabilização Belo Horizonte, Brazil, Abril 2009 Desempenho de lagoas de polimento convencional e com biofilme no tratamento de efluentes sanitários: avaliação da remoção de matéria orgânica, organismos patogênicos e nutrientes Helio Remião Gonçalves Diego Altieri Luiz Olinto Monteggia Larissa Pingnet Santos Diego Oliveira Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental - Instituto de Pesquiasas Hidráulicas Universidade Federal do Rio Grande do Sul

2 Introdução As lagoas de estabilização são os processos de tratamento de efluentes que melhor se aproximam de um ambiente natural, sendo empregadas como póstratamento de processo anaeróbio. Isso se deve ao fato de unidades anaeróbias terem elevadas eficiências de remoção de material orgânico e sólido em suspensão.. O mecanismo de depuração envolve relação mutualística entre bactérias e algas que oxidam a matéria orgânica em presença de oxigênio dissolvido.

3 Introdução Entretanto, a eficiência global de remoção de matéria orgânica dos sistemas com lagoas de polimento é prejudicada pela elevada concentração de algas no efluente provocando uma deterioração da qualidade da água do corpo receptor. A qualidade do efluente é afetada pela excessiva eutrofização das lagoas de polimento, um dos problemas mais frequentes nos ecossistemas aquáticos pelo aporte excessivo de fósforo e nitrogênio, gerando florações de microalgas (crescimento descontrolado da biota).

4 Introdução O desenvolvimento de perifíton em lagoas de polimento pode realizar importante papel na conversão metabólica e remoção de material biodegradável nos corpos de água. A colonização de microalgas pode ser observada em diferentes ambientes usando vários tipos de substratos naturais ou artificiais. O uso de perifíton para a remoção de nutrientes é uma estratégia já reconhecida. Trabalhos indicam que a comunidade presente nos substratos artificiais é muito eficiente na remoção de nutrientes, especialmente fósforo e nitrogênio.

5 Solução Testada O trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência de remoção de matéria orgânica, organismos patogênicos e nutrientes em lagoa de polimento com biofilmes, comparativamente a uma lagoa de polimento convencional tratando esgotos sanitários. Este trabalho apresenta os resultados obtidos em oito meses de operação de uma lagoa de polimento com suportes artificiais, tratando o efluente de um reator anaeróbio-híbrido comparativamente a um sistema convencional de reator UASB e lagoa de polimento.

6 Área experimental O estudo foi realizado em escala piloto durante 243 dias, tratando parte do efluente sanitário recebido pela Estação de Tratamento de Esgotos São João Navegante, em Porto Alegre RS. O sistema era composto por duas unidades operadas em paralelo: (a) reator UASB / lagoa de polimento convencional; (b) reator anaeróbio-híbrido / lagoa de polimento com biofilmes. Ambos os sistemas recebiam uma vazão de 36 m³/dia (equivalente populacional de 240 pessoas).

7 Área experimental O reator UASB possuia volume de 18,35m³. Foi operado com tempo de detenção hidráulico (TDH) de 12 horas e vazão de 1,5m3/h, obtendo-se eficiências da ordem de 60% de remoção de sólidos suspensos, 70% de DBO5 e 60% de DQO. A remoção de nutrientes (10%) bem como de organismos patogênicos (80%) não diferiram das referidas na literatura especializada. O reator anaeróbio-híbrido(ah) possuia características físicas semelhantes a do reator UASB. Observou-se no periodo eficiencias de remoções de 70% para DBO5 e DQO, além 80% em relacao a SS. A remoçao de patogênicos e nutrientes assemelhou-se as obtidas no reator UASB.

8 Fluxograma convencional Biogás Lagoa de Polimento Tanque Acumulação TDH = 12,5 dias Vazão= 1,50 m³/h Hu = 1,0 m Bomba Peneira UASB V= 18,35 m³ TDH = 12 horas Q = 1,50 m³/h Rede coletora Ponto de Amostragem Bomba submersa Poço de Captação Corpo receptor

9 Sistema Convencional e Hibrido UASB Lagoa de polimento

10 Materiais e Métodos A lagoa de polimento convencional e a lagoa de polimento com biofilme apresentaram as mesmas características físicas e hidrodinâmicas. A área superficial a meia altura foi de 462,5m 2, sendo operadas com altura da lâmina d água de 0,95 m e tempo de detenção hidráulico de 13,5 dias. As telas foram distribuídas no sentido transversal ao fluxo de escoamento na lagoa, com espaçamento entre telas de 50cm, 10 telas por linha e 72 linhas ao longo da lagoa, proporcionando acréscimo de área de 930 m 2.

11 Material Suporte Reator AH Tampas Plásticas- PP Área superficial 170 m 2 /m 3 Índice de Vazios 75 % Densidade 0,93 Lagoa de polimento Telas Plásticas Área superficial de tela 930 m 2 Área superficial da lagoa 462,5 m 2

12 Fluxograma Sistema 2 Reator Anaeróbio Híbrido (AH) TDH Reator = 12 horas TDH camara descendente = 4,8 horas TDH camara ascendente = 7,2 horas Relação volumétrica 2,5:1 C. descendente =5,24m³ C.ascendente = 13,34 m³ Tanque Acumulação Esgoto Bruto Biogás AH Lagoa de Polimento com biofilme Bomba Vazão 1,5 m³/h TDH = 13,5 dias Relação área sup /área tela: 2 Hu= 0,95 m Corpo receptor Ponto de Amostragem Recirculação da lagoa Recirculações Vazão de recirculação 0 % 0,0 m³/h 100% 1,5 m³/h Bomba

13 Materiais e Métodos Resultados Gerais observados Reator DQO T DBO 5 NTK NH 4 -N Alc P Total SST PO 4 -P ph (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) CT 1 OT 2 UASB 159,5 98,9 33,4 27,2 213,8 4,61 292,6 4,12 6,9 7,81E+06 3,16E+06 Anaeróbio híbrido 161,6 101,3 32,1 24,2 201,7 4,93 233,1 3,64 6,98 7,19E+06 2,32E Coliformes Totais (NMP/100mL); 2 - Organismos Termotolerantes (NMP/100mL)

14 Delineamento e Análise estatística Os parâmetros de controle (a D) do processo, monitorados semanalmente foram: ph, alcalinidade, temperatura, DQOtotal, NH 4 -N, PO4-P, ST, SV, SD, coliformes totais e organismos termotolerantes (APHA ). O delineamento foi inteiramente causalizado (DIC) com análise de variância preliminar para verificar os dados. A análise de variabilidade dos resultados foi realizada pelo teste de Tukey com significância de 5%.

15 RESULADOS E DISCUSSÃO A análise estatística dos dados indicou diferença significativa na concentração dos efluentes dos dois sistemas para os parâmetros alcalinidade, fósforo total, sólidos suspensos totais e ortofosfato. Características do efluente e eficiências das lagoas de polimento convencional e com biofilme. Lagoa DQO T DBO 5 NTK NH 4 -N Alc P Total SST PO 4 -P ph (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) CT 1 OT 2 Convencional 152,7 105,1 23,9 17,4 169,6 4, ,35 7,73 5,83E+05 1,97E+05 Eficiência (%) 4,22-6,2 28,5 35,9 2,19 0,95 18,7 92,5 94,1 Com Biofilme 162,1 97,4 19,9 14,3 159,4 4, ,09 7,99 1,01E+06 2,25E+05 Eficiência (%) -0,31 3,9 37,9 40,9 9,07 44,8 15, ,3 1- Coliformes Totais (NMP/100mL); 2 - Organismos Termotolerantes (NMP/100mL)

16 RESULADOS E DISCUSSÃO DQO O carregamento orgânico superficial da lagoa convencional foi 123,1 kg DQO/ha.dia e 76,3kg DBO5/ha.dia. Na lagoa com biofilmes, o carregamento foi 124,7kg DQO/ha.dia e 78,2kg DBO5/ha.dia. Não houve diferença estatística significativa entre as médias obtidas nas duas lagoas. Observou-se que a DQOsolúvel apresentou remoção de 38,1% na lagoa de polimento convencional e de 1,8% na lagoa com biofilmes, havendo diferença significativa nas taxas de remoção de DQOsolúvel.

17 RESULADOS E DISCUSSÃO DQO ADQOtotal apresentou eficiência de remoção de 4,2% na lagoa de polimento e acréscimo de 0,31% de DQOtotal na lagoa com biofilmes, sendo identificada diferença significativa pelo teste de medias. Houve aumento da relação DBO5/DQO após o tratamento na lagoa convencional de 0,62 para 0,69. A lagoa de polimento com biofilmes, apresentou diminuição da relação na lagoa com biofilmes (0,62 para 0,60).

18 RESULADOS E DISCUSSÃO DQO Valores de concentração( ) e Eficiência de remoção de DQO( ).

19 RESULADOS E DISCUSSÃO DBO 5 Valores de concentração( ) e Eficiência de remoção de DBO( ). Nao houve diferença significativa entre as concentrações e os carregamentos utilizados nas lagoas, apenas a eficiência do período para o parâmetro DBO5 apresentou as maiores variacoes na lagoa com biofilmes.

20 RESULADOS E DISCUSSÃO Nutrientes A observação de baixa concentração de nitratos e nitritos atribui-se a inexistência de um processo oxidativo na lagoa (nitrificação), mesmo na lagoa com biofilme. Isso pode ter sido limitado pela baixa atividade de organismos nitrificantes na lagoa, principalmente Nitrossomonas sp.

21 RESULADOS E DISCUSSÃO NH4-N Valores de concentração( ) e Eficiência de remoção de NH4-N( ).

22 RESULADOS E DISCUSSÃO Fósforo Valores de concentração( ) e comportamento ao longo do experimento O fósforo não apresentou diferença significativa entre as lagoas

23 RESULADOS E DISCUSSÃO Organismos Termotolerantes No caso de organismos indicadores, foram monitorados apenas o grupo coliformes e os organismos termotolerantes. Obtiveram-se nas lagoas valores similares de eficiência e concentração no efluente final. Valores de NMP/100 ml( ) e Eficiência de remoção de Org. Termotolerantes( ).

24 RESULADOS E DISCUSSÃO Alcalinidade e ph A alcalinidade apresentou valores similares ao longo experimento. A lagoa de biofilmes apresentou valores de ph superiores no período.

25 RESULADOS E DISCUSSÃO Turbidez A observação da boa remoção de sólidos em suspensão nas unidades anaeróbias, provavelmente auxiliou o processo fotossintético, pela maior penetrabilidade do meio liquido pela luz solar na lagoa de biofilmes. A penetração da luz solar na coluna líquida da lagoa com biofilmes nao foi superior a obtida na lagoa convencional, mantendo-se proxima a 20cm, sendo observada pelo disco de Secchi. A lagoa de biofilmes apresentou os menores valores de turbidez e sólidos suspensos.

26 RESULADOS E DISCUSSÃO Solidos Suspensos Os sólidos suspensos totais não apresentaram remoção na lagoa de polimento convencional (0,95%) enquanto que na lagoa com biofilmes a eficiencia foi de 44,5%. A elevada concentração de sólidos suspensos na lagoa de polimento, foi provavelmente devido a presença de algas.

27 Conclusões Os resultados mostraram que o desempenho da lagoa de polimento convencional apresentou similaridade com a lagoa empregando suporte artificial na eficiência de remoção de nutrientes e DQO. Os sistemas avaliados apresentaram concentração efluente inferior a 20 mg/l de nitrogenio amoniacal ao longo do estudo. A utilização do suporte artificial não contribuiu significativamente para a melhoria da remoção dos parâmetros estudados, exceto solidos suspensos. Os sistemas não atenderam aos valores de lançamento da resolução do CONAMA n 357/05 integralmente.

28 Agradecimentos Universidade Federal do Rio Grande do Sul Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental - Instituto de Pesquisas Hidráulicas Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Departamento Municipal de Águas e Esgotos Programa de Pesquisa em Saneamento Básico

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