AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DA ETE BARUERI

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1 AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DA ETE BARUERI Luiz Carlos Helou (1) Eng o Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Mestre pelo Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Gerente da Divisão de Engenharia de Operação do Departamento de Tratamento de Esgotos Oeste da Companhia de Saneamento Básico de São Paulo - SABESP. Iara Regina Soares Chao Eng o Civil Divisão de Engenharia de Operação do Departamento de Tratamento de Esgotos Oeste da SABESP. Monica R. do Couto Eng o Civil Divisão de Engenharia de Operação do Departamento de Tratamento de Esgotos Oeste da Companhia de Saneamento Básico de São Paulo - SABESP. Endereço (1) : Rua Visconde de Ouro Preto, 51 - apto São Paulo - CEP Brasil - Tel: (11) Fax: (11) helou@originet.com.br RESUMO As instalações da ETE Barueri existentes atualmente correspondem ao primeiro dos nove módulos da proposta original. O tratamento atinge uma vazão média de 4, m 3 /s, e suporta situações de pico da ordem de 5, m 3 /s dos quais estima-se que % sejam de despejos industriais. Em 1999 passará a tratar 9,5 m 3/ /s. Para receber esta vazão adicional, são necessárias reformas e ampliações de unidades operacionais, algumas já em fase de construção. Realizou-se uma auditoria nos processos de tratamento da ETE Barueri, para avaliar as condições operacionais e o impacto das novas contribuições na operação. Diversos parâmetros operacionais foram levantados e comparados aos da literatura especializada. Foi verificada a eficiência e a existência de pontos críticos. Empregou-se a metodologia desenvolvida pelo Ministério do Meio Ambiente e Trabalho da Província de Ontário (Canadá), que consiste em avaliar diversos aspectos de cada processo unitário. Os processos unitários avaliados foram: tanque de aeração, decantadores secundários, adensador por gravidade, flotador por ar dissolvido, digestor anaeróbio, filtro prensa. A pontuação do processo unitário é dada pela somatória dos pontos de cada aspecto considerado. Avalia-se então o processo em três categorias: Tipo I, Tipo II ou Tipo III. Este trabalho confirmou que a Estação de Tratamento de Barueri enquadra-se na categoria Tipo I, tanto para a estação como um todo quanto para cada processo unitário separadamente. Se a estação estivesse operando de acordo com as condições de projeto, apesar de a fase líquida apresentar-se como Tipo I, a fase sólida estaria comprometida (Tipo III). Evidenciando a necessidade de ampliação das unidades de flotação por ar dissolvido, digestão anaeróbia e da desidratação mecânica do lodo. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento, ETEs, Lodos Ativados, Desempenho Operacional. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 658

2 INTRODUÇÃO A ETE Barueri é responsável pelo recebimento e tratamento de cerca de 4 m 3 /s de esgotos, correspondente a aproximadamente 7% da vazão de esgoto atualmente tratada na Região Metropolitana de São Paulo RMSP. A proposta original do Plano SANEGRAN (1976), para esta estação, era o tratamento de 63 m 3 /s, efetuado em nove módulos de 7,m 3 /s. Em 1985, estas metas foram alteradas pela Revisão do Plano Diretor que concluiu pela redução da capacidade de tratamento para 8,5 m 3 /s, dividida em 3 módulos de 9,5 m 3 /s. As instalações da ETE Barueri existentes atualmente correspondem ao primeiro dos 9 módulos da proposta original e portanto tem capacidade nominal de 7, m 3 /s. O tratamento atinge uma vazão média de 4, m 3 /s, e suporta situações de pico da ordem de 5, m 3 /s. Deste total, estima-se que % sejam oriundos de despejos industriais. Este trabalho realizou uma auditoria nos processos de tratamento da ETE Barueri, para avaliar as condições operacionais atuais da estação, utilizando a metodologia empregada pelo Ministério do Meio Ambiente e Trabalho da Província de Ontário (Canadá). Esta metodologia também foi aplicada para avaliar o impacto do recebimento de novas contribuições, que deverão atingir cerca de 9,5 m 3 /s de acordo com a Revisão do Plano Diretor de Esgotos. O trabalho constituiu-se no levantamento de diversos parâmetros operacionais médios para avaliação dos processos unitários na estação. Estes parâmetros foram posteriormente comparados aos da literatura especializada, para verificação da eficiência e estabelecimento dos pontos críticos existentes no tratamento. METODOLOGIA A metodologia consiste na utilização do roteiro de avaliação e classificação de Plantas de Tratamento de Esgotos do Ministério do Meio Ambiente e Trabalho da Província de Ontário / Canadá. Para a aplicação desta metodologia devem ser levantados os parâmetros operacionais que envolvem as fases líquida e sólida do tratamento. Os processos avaliados são separados em Tanque de Aeração, Decantadores Secundários e Condicionamento do Lodo, de forma a ser possível a avaliar isoladamente cada um deles. Após este levantamento são calculados os parâmetros de processo de interesse que são comparados com valores padronizados e pontuados de acordo com uma escala variável para cada parâmetro, a pontuação de cada parâmetro é então somada fornecendo uma classificação, baseada em unidades modelo, quais sejam: - Tipo 1: Processo com folga e parâmetros operacionais adequados - Tipo : Processo praticamente sem folga operacional - Tipo 3: Processo problemático com necessidade de adequações (ampliações, modificações, etc..) Ao final, a classificação da estação é dada pela pior classificação dentre os processos analisados. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 659

3 A Figura 1 mostra o fluxograma da metodologia adotada Figura 1: Metodologia canadense de classificação de Estações de Tratamento de Esgotos. Início Levantamento de dados do processo Cálculo de cada parâmetro de análise do processo do parâmetro de análise Novo processo Somatória dos pontos dos parâmetros do processo Não Classificação do processo do processo Calculados todos os processos? Sim Classificação da estação CARACTERIZAÇÃO DA ETE BARUERI A ETE Barueri é uma estação de tratamento por lodos ativados convencional. É a maior estação de tratamento de esgotos da Região Metropolitana de São Paulo e situa-se no município de Barueri. Os esgotos são conduzidos à estação através do interceptor ITi6, que são tratados a nível secundário com eficiência de 9% em termos de DBO e SS. Os efluentes são despejados no Rio Tietê que nesta região é classificado como de Classe 4. Tabela 1: Dados levantados sobre os principais processos. Decantador Primário Tanque de Aeração Vazão Afluente (m 3 /d) Vazão Afluente (m 3 /d) DBO 5 (mg/l) 35 DBO 5 (mg/l) 5 SST (mg/l) 189,6 SST (mg/l) 73, Decantador Secundário Adensador por gravidade Vazão Afluente (m 3 /d) Vazão Afluente (m 3 /d) 1658 DBO 5 (mg/l) 8,6 SST (mg/l) 559 SST (mg/l) 16,3 Flotador Digestor anaeróbio Vazão Afluente (m 3 /d) 56 Vazão efluente (m 3 /d) 131 SST (mg/l) 584 SST efluente (mg/l) 7113 Filtro Prensa Vazão efluente (m 3 /d) 173 SST efluente (mg/l) 39. Horas de funcionamento semanal (h) 55 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 66

4 APLICAÇÃO DA METODOLOGIA À ETE BARUERI O trabalho desenvolvido foi realizado para três situações de operação: - Situação atual (A): considerados os dados reais de operação constantes da Tabela 1. - Situação de projeto (B) onde são consideradas vazões de 7 m 3 /s e - Situação futura (C), onde as vazões serão de 9,5 m 3 /s Os processos analisados foram: tanque de aeração, decantador secundário e condicionamento do lodo. Tanque de Aeração A ETE Barueri possui 8 tanques de aeração dos quais apenas 5 estão em funcionamento. A capacidade total deverá ser empregada para a situação futura de recebimento de 9,5 m 3 /s. Estes tanques possuem um volume de m 3 cada. Os parâmetros utilizados por esta metodologia para classificação do tanque de aeração são: tempo de detenção hidráulica, carga volumétrica de DBO 5, disponibilidade de Oxigênio Tempo de Detenção Hidráulica O tempo de detenção hidráulica, ou seja a relação entre o volume dos tanques e a vazão média diária, é comparado com o gráfico da Figura para a obtenção da pontuação deste parâmetro. Carga Volumétrica de DBO 5 A carga volumétrica de DBO 5 (relação entre a carga média diária de DBO 5 e o volume dos tanques) é comparada à Figura para obtenção da pontuação deste parâmetro. Figura : do Tempo de Detenção e da Carga de DBO. do tempo de detenção hidráulico Tempo de detenção hidráulico (h) Ponuação da Carga de DBO Carga de DBO (kg/m 3 /d) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 661

5 Disponibilidade de oxigênio O cálculo da disponibilidade de oxigênio é feita através de: kg O Capacidade de Transferência de oxigênio[ kg O ] Disponibil idade de oxigênio kg DBO = 5 Carga de DBO 5 [ kg DBO 5 ] Onde a capacidade de transferência de oxigênio obtém-se por: Capacidade de transferência = AOTR x P x η x f c Onde: P é a potência dos compressores (HP) η é a eficiência dos compressores f c é um fator de conversão = 1,886 kg.h/lb.d AOTR é a taxa de transferência efetiva dada por: AOTR=SOTR.α. C com: SOTR = Taxa padrão de transferência de oxigênio, tabelada em função do equipamento, α = coeficiente tabelado em função do equipamento e C= constante local, função da profundidade do tanque de aeração e da altitude local. A pontuação é feita através da Figura 3, a seguir. Tabela : Valores da Taxa padrão de transferência de oxigênio (SOTR) e do coeficiente a Equipamento SOTR - Típicos Difusores de Bolhas, a 3,,85 Grossas Difusores de Bolhas 6, a 6,5,5 Finas Aeradores de Jato 3, a 3,5,75 Aeradores Mecânicos de Superfície,5 a 3,5,9 Figura 3: da disponibilidade de oxigênio da Disponibilidade de Oxigênio (sem nitrificação) Disponibilidade de O (kg O /kgdbo) Tabela 3: Valores calculados para determinação da pontuação do tanque de aeração. Parâmetro Situação A B C Número de Tanques Tempo de detenção (h) 5,74 5,49 4,5 1,7 -,3 Carga volumétrica de,91,95 1,9 DBO 5 (kg/d/m 3 ) -3 Disponibilidade de O,48 1,48 1,9 (kgo /kgdbo) 1 1 7,5 total 13 1,7 1,5 Classificação Tipo 1 Tipo Tipo 3 Tabela 4: Parâmetros para determinação da capacidade de transferência de oxigênio. Parâmetro Valor SOTR 6,5 α,5 Constante local,838 AOTR,619 Fator de conversão 1,87 Eficiência,75 Capacidade de transferência de O 4.86 (kg O /d) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 66

6 DECANTADOR SECUNDÁRIO A ETE Barueri possui 1 decantadores secundários sendo que outros 4 estão em fase final de construção que deverão entrar em funcionamento quando a vazão for de 9,5 m 3 /s. Estes decantadores possuem uma área de 166 m. A profundidade na região dos vertedores é de 4 m. Os parâmetros utilizados por esta metodologia para classificação dos decantadores secundários são: Configuração do decantador, Taxa de aplicação superficial, Profundidade do decantador na região dos vertedores, Configuração do retorno do lodo, Controle de recirculação de lodo ativado. Configuração do decantador A configuração do vertedor é importante pois influencia diretamente a taxa de escoamento superficial. A metodologia aplicada considera a pontuação da Tabela 6 para este parâmetro. Taxa de aplicação superficial A taxa de aplicação superficial, calculada como a relação entre a vazão média diária e a área do decantador, é tomada independentemente da configuração do vertedor. A pontuação da taxa de aplicação superficial é obtida através do gráfico da Figura 4. Profundidade do decantador na área dos vertedores A profundidade dos decantadores é importante para o controle do manto de lodo, ou seja, decantadores mais profundos são mais fáceis de serem operados no que diz respeito à profundidade do lodo, responsável pelo tratamento biológico. A pontuação deste parâmetro é dada pela Figura 4. Configuração do retorno do lodo A configuração do retorno do lodo é dada pela Tabela 5. Controle de recirculação de lodo ativado A vazão de recirculação de lodo entre os decantadores secundários e os tanques de aeração deve ser mantida dentro de limites máximos e mínimos para que haja a maximização do tempo de detenção do lodo no tanque de aeração e uma minimização do tempo de detenção no decantador secundário. O cálculo destes valores mínimos e máximos é feito através da taxa de recirculação (Tabela 7).. Tabela 5: da configuração do retorno do lodo. Remoção do Retorno do lodo Pontos ativado Circular e retirada rápida 1 Circular, e raspador para o coletor central 8 Retangular Retangular Sem remoção mecânica -5 Tabela 6: para a configuração do decantador. Configuração Pontos Circular vertedores sobre as paredes 5 33% de extensão de vertedores 5 % de extensão de vertedores vertedores junto à saída -1 Retangular ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 663

7 Figura 4: da profundidade do decantador na região dos vertedores e taxa de aplicação superficial da Taxa de aplicação superficial do decantador secundário (m3/m/d) Taxa de aplicação superficial (m 3 /m /d) da Profundidade dos vertedores do decantador secundário Profundidade do Decantador secundário (m) Tabela 7: Valores da taxa de recirculação de acordo com o tipo de processo. Tipo de Processo Mínimo(%) Máximo (%) Convencional 5 1 Aeração prolongada 5 1 Por Contato 5 15 Tabela 8: Características dos decantadores secundários e respectiva pontuação. Características dos decantadores Tipo Circular 5 pontos Profundidade 4 m 8 pontos Retorno do lodo Com raspador 8 pontos Tabela 9: Parâmetros dos decantadores secundário e respectiva pontuação. Vazão de recirculação Situação (m 3 /d) A B C mínima (m 3 /d) máxima média (m 3 /d) Taxa de aplicação,8 6, 35,5 superficial (m 3 /m /d) Total Classificação Tipo 1 Tipo 1 Tipo 1 CONDICIONAMENTO DO LODO A avaliação dos processos de condicionamento de lodo é feita por meio da avaliação individual de cada um dos processos existentes na estação. Assim, para a ETE Barueri foram avaliados: Adensamento por gravidade, Flotação, Digestão anaeróbia e Desidratação mecânica (Filtro prensa). Para cada um destes processos é avaliada a eficiência, considerada como a capacidade necessária em relação à capacidade existente. A essa eficiência associa-se uma pontuação. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 664

8 O resultado global da avaliação dos processos de condicionamento de lodo corresponde ao mínimo das pontuações calculadas para cada um dos processos, através da Figura 6. A esse resultado soma-se a pontuação relativa ao controle que se tem do processo. Para tanto pontua-se o tipo de amostragem do resíduo e o controle do volume de lodo Adensamento por gravidade A eficiência do adensador é dada por: Taxa de aplicação superficia l efetiva Eficiência= x1 % Taxa de aplicaçãosuperficia l típica Onde: Massa de lodo a adensar kg Taxa de aplicação superficia l efetiva = Área superficia l do adensador m. d A massa de lodo a adensar é calculada através da taxa de produção de lodo. No caso de Barueri, a montante dos adensadores por gravidade é medida a concentração de sólidos em suspensão e a vazão, que permitem o cálculo exato da massa de lodo a adensar. As taxas de aplicação superficial típicas são dadas na Tabela 1. Flotação A eficiência dos flotadores é calculada pelas mesmas relações aplicáveis aos adensadores. As taxas de aplicação superficial também são dadas na Tabela 1. Digestão anaeróbia O cálculo da eficiência dos digestores anaeróbios é feito através do tempo de detenção hidráulico do lodo relacionado a um tempo de detenção típico também fornecido na Tabela 1. Tempo de detençãohidráulico efetivo Eficiência= x1 % Tempo de detençãohidráulico típico Filtro prensa Os filtros prensa têm sua eficiência aferida através do número de horas de funcionamento semanal. esta eficiência é dada por: h Horas de funcioname nto semanalefetivo % Eficiência = x1 semana Horas de funcionamento semanaltípico h semana O número de horas de funcionamento típico é dado na Tabela 11. Amostragem e controle do lodo A pontuação deste parâmetro é dada pela Tabela 13. Tabela 1: Valores típicos para o cálculo da eficiência dos Digestores. Aeróbio Um estágio Dois estágios Digestores 15 dias de detenção Anaeróbio 4 dias de detenção 3 dias de detenção ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 665

9 Tabela 11: Valores típicos de horas de funcionamento dos Filtros Prensa. Desidratação mecânica do lodo Simples 3 h de operação/ semana Múltiplo 6 h de operação/ semana Tabela 13: do tipo de amostragem e controle do lodo. Amostragem Controle do Pontos do resíduo volume Automática Automático 5 Automática Manual 3 Manual Manual Procedimento não definido Procedimento não definido Tabela 1: Valores típicos da taxa de aplicação superficial de adensadores e flotadores (em kg/m /d). Tipo Processo Adensador Flotador Lodo primário Lodo ativado 5 Primário + ativado 5 1 Filme biológico 4 75 Primário + Filme biológico 75 5 Figura 6 - dos processos da fase sólida da Eficiência dos processos da fase sólida eficiência (%) RESULTADOS DA FASE SÓLIDA Tabela 14: Resultado da classificação da fase sólida. Parâmetro Situação Situação Parâmetro A B C A B C Adensador Flotador Taxa de aplicação Taxa de aplicação superficial (m 3 /m /d) superficial (m 3 /m /d) Eficiência (%) Eficiência (%) Digestor Filtro Prensa Tempo de Detenção Horas efetivas de Hidráulica efetivo (d) funcionamento (sem) Eficiência (%) Eficiência (%) Controle manual Total Tipo 3 3 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 666

10 As classificações dos processos foram obtidas da Tabela 15. Tabela 15 - Classificação dos processos de acordo com a metodologia empregada. Processo Valores de referência Tipo 1 Tipo Tipo 3 Tanque de Aeração < Decantador Secundário < Fase sólida < Total < CONCLUSÕES Esta metodologia de avaliação de estações de tratamento é largamente empregada em países da América do Norte, como forma de verificar os pontos críticos operacionais. Constitui uma primeira avaliação das condições de operação de ETEs, devendo ser tomada com certos cuidados, pois baseia-se em parâmetros da literatura internacional. O passo seguinte à aplicação desta metodologia é a realização de testes de campo tais como: testes de stress, monitoramento de distribuição de vazões, automação de processos, refinamento e auditoria de processos de laboratório, dentre outros. No caso particular da ETE Barueri, a aplicação da metodologia confirmou as suspeitas levantadas pela equipe de operação de que o ponto crítico, quando do aumento de vazão, seria a fase sólida, em especial a desidratação mecânica do lodo através dos filtros prensa. Para o enfrentamento desta nova situação de operação, a ETE Barueri está substituindo o condicionamento químico, feito através de cal e cloreto férrico, por polímeros. Os primeiros testes realizados já mostram uma substancial redução no tempo de ciclo para cerca de 5% do ciclo atual. Nestas condições a estação seria capaz de suportar o aumento de vazão sem a necessidade de ampliação das unidades de desidratação, passando de tipo 3 para tipo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. HEGG, B, A et al The Ontario Composite Program Manual For Optimization of Sewage Treatment Plants Ontario Ministry of Environment and Energy, HEGG B, A,, RACKNESS, K, L, AND SCHULTZ, J, R, The CCP Way of Better Effluents Water Engeineering and Management, 19 (1): 4-43, PLANT MAITENANCE PROGRAM, Manual of Practice M-3 Water Pollution Control Federation, Washington, DC, EPA Financial Capability Handbook Office of Water Program Operations, US Environmental Protection Agency, Washington, DC, 5. MCKINNEY, R, E, Testing Aeration Equipment in Conventional Activated Sludge Plants JWPCF 53 (1) : 48-58, 1981 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 667