ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

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1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina A IMPORTÂNCIA DA DESNITRIFICAÇÃO PARA ESTABILIDADE DO PROCESSO DE TRATAMENTO DE ESGOTO COM BAIXA ALCALINIDADE NATURAL Heike Hof fmann Delmira Beatriz Wolf f Tatiana Barbosa da Costa Jochen Weitz Christoph Platzer Rejane Helena Ribeiro da Costa PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 A importância da desnitrificação para estabilidade do processo de tratamento de esgoto com baixa alcalinidade natural Heike Hoffmann, Delmira Beatriz Wolff 2, Tatiana Barbosa da Costa 3, Jochen Weitz 4, Christoph Platzer 5 e Rejane Helena Ribeiro da Costa 6 Resumo: Os problemas provocados pela nitrificação no esgoto com baixa alcalinidade foram analisados num reator piloto do tipo lodo ativado seqüencial por batelad (RSB), alimentado por esgoto urbano, que foi pré-tratado num tanque séptico. A diminuição do ph se mostrou em três níveis: Com ph abaixo de 6,5-6,2 os protozoários, responsáveis para a filtração da fase liquida, desaparecerem; abaixo de ph 6,2 a nitrificação foi afetada e abaixo de 6-5,7 os flocos de lodo ativado começaram a se destruir, resultando em elevação da turbidez no efluente final. A influência da desnitrificação para manter o ph foi analisada. Devido a baixa relação C:N no esgoto pré-tratado, a desnitrificação não se mostrou suficiente para manter o ph estável. Este trabalho apresenta o cálculo da alcalinidade que considera a influência da nitrificação e desnitrificação, de acordo com os resultados obtidos no RSB. Baseado nesse cálculo, foi desenvolvida uma recomendação na forma gráfica para usar em ETE s afetadas por baixa alcalinidade. Palavras-Chave: Alcalinidade, Lodo ativado, nitrificação, desnitrificação Doutora em microbiologia pela Universidade de Rostock, Alemanha,pós doutora pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Professora e pesquisadora visitante-cnpq junto ao Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC, Campus universitário, Bairro Trindade, CEP: , Florianópolis-SC, heike@ens.ufsc.br 2 Engenheira Sanitarista, mestre em Engenharia Ambiental, doutoranda em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina/UFSC. delmira@ens.ufsc.br 3 Engenheira Sanitarista pela Universidade Federal do Pará, mestranda em Engenharia Ambiental do PPGEA/CTC/UFSC 4 Engenheiro Sanitarista pelo FH Offenburg, Alemanha, estado Baden Würtemberg 5 Engenheiro Sanitarista pela Universidade Técnica de Monique, doutor em saneamento, Universidade Técnica de Berlim, consultor da Rotária do Brasil Ltda, chr@rotaria.com 6 Engenheira civil, doutora em qualidade das águas (INSA/Toulouse- França) pós doutorado Université de Montpellier I, França, Professora titular junto ao Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. rejane@ens.ufsc.br. 79

3 Introdução Para o lançamento de efluentes sanitários, a legislação ambiental contempla além da redução da poluição orgânica uma redução de amônio até 5 mg NH 4 -N/ L (CONAMA, 1986). Para cumprir a exigência legislativa, somente a nitrificação é necessária e certamente o lançamento de amônio prejudica o corpo receptor muito mais do que o Nitrato, como produto da nitrificação. Apesar do fato de existirem diferentes sistemas adequados para a nitrificação, no mundo inteiro o sistema de lodo ativado é o sistema aeróbio mais utilizado. Devido a baixa velocidade de crescimento das bactérias nitrificantes e sua alta sensibilidade contra baixas temperaturas, fatores como alterações de ph, falta de oxigênio, aplicação de elevadas cargas orgânicas e substâncias tóxicas, os sistemas de lodo ativado com nitrificação precisam um volume muito elevado com uma aeração pelo menos garantida acima de 1,5 mg O 2 /L (Nitrogen Control, 1993) As bactérias nitrificantes, mesmo sensíveis contra mudanças de ph, liberam ácido em resultado da nitrificação, o que normalmente não chama muito a atenção porque o esgoto possui um tampão natural, suficiente para manter o ph acima de 7,2, documentado como ótimo para a nitrificação (Von Sperling, 1997). No entanto, a maior parte da alcalinidade de esgoto doméstico é constituído pela água potável, a qual, no Brasil, muitas vezes tem baixa alcalinidade. Pela definição (ATV- Manual, 1997) uma alcalinidade abaixo de 1,5 mmol no efluente final ou seja 75 mg CaCO 3 / mmol pode provocar problemas operacionais no reator pela destruição dos flocos de lodo ativado. Com adição contínua de uma fonte de carbonato, como cal, no afluente ou no tanque biológico (ATV-Manual, 1997), o ph pode ser aumentado e estabilizado. A solução mais econômica é a solução biológica de estabilização do processo através da realização da desnitrificação (ATV-Manual, 1997, Von Sperling, 1997). A desnitrificação, mesmo não exigida pelo CONAMA (1986), é absolutamente recomendável para todos os sistemas de lodo ativado, por causa de suas vantagens econômicas e operacionais, como menor produção do lodo em excesso, menor gasto da energia para a aeração, melhor sedimentabilidade do lodo no decantador secundário (Von Sperling, 1997) e sua integração facilmente realizável (ATV-Manual, 1997, Nitrogen Control, 1993). O objetivo deste trabalho é analisar as oportunidades e limites de desnitrificação para a estabilização do processo de lodo ativado. 2 Metodologia 2.1 Reator RSB e realização da desnitrificação Um reator piloto de lodo ativado, tipo seqüencial por batelada, com volume de 1,4m³ foi operado com esgoto urbano, coletado na rede da Companhia Catarinense de Águas e Saneamento (CASAN), situada junto ao campus universitário/ufsc. O reator trabalhou em 3 ciclos por dia, cada ciclo de 8 horas, recebendo 400 Litros de esgoto pré-tratado, ou seja, 1200 litros por dia. A operação ocorreu totalmente automatizada e para realizar a desnitrificação com boa eficiência, o enchimento total de um ciclo foi dividido em 4 vezes. O processo foi denominado enchimento escalonado. Durante as investigações da alcalinidade, a primeira carga do ciclo foi maior do que as três seguidas (1 x 250 L, depois 3 x 50 L) para conseguir a desnitrificação total de Nitrato resistente no lodo 80

4 (figura 1). O esgoto foi pré-tratado em um tanque séptico com um tempo de retenção de 2-3 dias. O 2 O 2 1 a Desnitrificação 1 a Nitrificação 2 a Desnitrificação 2 a Nitrificação 3 a Desnitrificação 250 L esgoto lodo agitado Entrada fechada Aeração ligada 50 L esgoto lodo agitado Entrada fechada Aeração ligada 50 L esgoto lodo agitado O 2 O 2 Decarga Sedimentação 4 a Nitrificação 4 a Desnitrificação 3 a Nitrificação 400 L esgoto tratado optional lodo em excesso Separação do lodo ativ. de esgoto tratado Nível maxima Aeração ligada 50 L esgoto lodo agitado Entrada fechada Aeração ligada Figura 1: Esquema de um ciclo de reator piloto do tipo lodo ativado por batelada com enchimento escalonado Com relação à alcalinidade e a eficiência de desnitrificação, foram analisados: Três vezes por semana os parâmetros de afluente e efluente final: Alcalinidade, DQO e SS pelo Standard Methods (1998); NH 4 -N, NO 3 -N, NO 2 -N, PO 4 -P pelo método colorimétrico (kit da Merck) Uma vez por semana, foi realizado o monitoramento de um ciclo de 8 horas, com controle de ph, O 2 e temperatura, com coletas de final das fases anóxica e aeróbia (amostra do lodo filtrado) para determinação de: DQO, NH 4 -N, NO 3 -N, NO 2 -N, alcalinidade e realizar a microscopia ótica do lodo ativado. Depois das primeiras experiências negativas com a queda de ph, para valores inferiores a 7,00, foi aplicada cal no reator. Aproximadamente 50 g de cal por semana foram usados para manter o ph acima de 7,0. Após, a operação do reator foi realizada entre o ph 6,8 e 7,2 que se mostrou suficiente para garantir a nitrificação. 2.2 Correlação entre Nitrificação, Alcalinidade e Desnitrificação A alcalinidade resulta da quantidade de HCl gasto para ajustar 1 litro de água com ph 4,3, que é determinado pelo sistema de tamponamento bicarbonato/ gás carbônico. Existem parâmetros com dimensões diferentes, como mostrado na tabela 1. 81

5 Tabela 1: Parâmetros de alcalinidade e suas relações (segundo ATV Manual 1997) Parâmetro da alcalinidade Ks Dimensão Fator de relação - HCO 3 mmol/l 1 - HCO 3 mg/l 61 mg/mmol CaCO 3 mg/l 50 mg/mmol A alcalinidade do esgoto resulta diretamente do tampão da água potável. Adicional a amonificação, a hidrólise de NTK aumenta a alcalinidade do esgoto: + NTK + H 2 O NH 4 + OH - (1) Von Sperling (1998) definiu a alcalinidade de esgoto bruto com mg CaCO 3 /L, ou seja, 2,2-3,4 mmol HCO 3 - /L. Isso é a metade da alcalinidade do esgoto na Alemanha (ATV manual,1997), por exemplo. A nitrificação é um processo que consome a alcalinidade. Durante a nitrificação 2 moles de H+ vão ser gerados: NH O 2 NO 3 + H 2 O + 2H + (2) O sistema de tamponamento bicarbonato/ gás carbônico reage na forma: 2 H HCO 3-2 H 2 O + 2 CO 2 (3) Assim os 2 mol H +, gerados pela oxidação de 1 mol NH 4 (ou 14 mg NH 4 -N/L), - consomem 2 mol HCO 3 (122 mg HCO - 3 /L, ou 100 mg CaCO 3 /L, tabela 1), correspondendo 1mg NH 4 -N/L consome 0,14 mmol HCO - 3 ou 7,14 mg CaCO 3 /L. Como a hidrólise do NTK, também a desnitrificação aumenta a alcalinidade pela fixação de prótons (adaptado do ATV Manual, 1997): - Geral NO 3 + H + 0,5 N 2 + 0,5 H 2 O + 2,5 (O) (4) Por mol Nitrato 1 mol HCO 3 - vai ser recuperado, que é 0,07 mmol HCO 3 - /L ou 3,57 mg CaCO 3 /L por 1 mg NO 3 -N/L exatamente a metade deste, que foi consumido para a produção de Nitrato (e também de Nitrito). Na conclusão, a alternância da alcalinidade durante o processo biológico num reator aeróbio depende da alcalinidade natural do esgoto bruto (Ks, o ), há diferença entre o Amônio no início (NH 4 -N o ) e final da nitrificação (NH 4 -N e ) e da concentração de Nitrato formado (NO 3 -N e ). Assim o cálculo para a alcalinidade no efluente final (Ks, e ) segue da segunda equação (ATV Manual 1997): Ks, e = Ks, o - 0,07 (NH 4 -N o NH 4 -N e + NO 3 -N e ) mmol HCO 3 - /L (5) Ks, e = Ks, o - 3,57 (NH 4 -N o NH 4 -N e + NO 3 -N e ) mg CaCO 3 - /L (6) O NH 4 -N nitrificado e presente como NO 3 -N, é considerado duas vezes (2mol H + ), o NH 4 -N nitrificado e desnitrificado para N 2 uma vez só (1mol H + ). Essa correlação foi usada para a avaliação da alcalinidade no sistema RSB. 3 Resultados 3.1 Observações gerais de operação de reator RSB Depois da inoculação com lodo ativado no reator, somente após 4 semanas a nitrificação se estabilizou com concentrações no efluente final em torno de 1mg 82

6 NH 4 -N/L. Os problemas provavelmente foram devidos ao ph baixo. Sem a adição de cal foi observado: Desaparecimento da maioria dos protozoários responsáveis pela filtração da fase líquido abaixo de ph 6,5-6,2, sobreviveram as Amebas nuas (figura 2a) Abaixo de ph 6,2 a nitrificação foi afetada pelo crescimento das Zoogleas (figura 2b) Abaixo de 6-5,7, os flocos de lodo ativado começaram a se destruir, resultando em turbidez elevada no efluente final (figura 2c) Durante toda operação foram observadas bactérias filamentosas do tipo 021N e outros tipos (figura 2d), que contribuíram para o aumento do IVL, que ficou entre de ml/g, o que indica um lodo intumescido. A) Ameba nua 400x B) Zooglea 100x C) Bactérias livres D) B. filamentosas Figura 2: Imagens microscópicas para detectar problemas de formação dos flocos A desnitrificação foi realizada parcialmente. Pela configuração nenhum sistema, sem fonte adicional de carbono, pode realizar a remoção total de nitrogênio. A eficiência depende de retorno de lodo (desnitrificação prévia) ou do número de escalas (desnitrificação escalonada). Neste caso, uma desnitrificação de 75-85% é considerada como a máxima possível (ATV manual 1997). No caso do RSB, a desnitrificação foi limitada pela falta de DBO 5 /DQO devido a relação C/N (Hoffmann et al 2004). A figura 3a mostra o resultado obtido no início da estabilização da nitrificação (4. semana) no monitoramento de um ciclo de 8 horas, o esgoto teve alta concentração de NH 4 -N. A figura 3b foi feita dois meses depois, em um dia com alta concentração de DQO. Na figura 3a observa-se uma boa nitrificação nas quatros fases aeradas, a desnitrificação se mostrou melhor na primeira fase anóxica com a carga elevada (250 L esgoto), as três fases anóxicas seguidas com carga de 50 L esgoto apresentaram uma menor atividade. Mesmo desnitrificando com alta eficiência, a concentração de Nitrato no final do ciclo foi maior do que no início. Algumas vezes a concentração de Nitrato aumentou até 20 mg NO 3 -N/L (tabela 2). Na figura 3B, o esgoto teve uma elevada concentração de DQO, sem Amônio elevado. Aconteceu uma desnitrificação forte de Nitrato do lodo na primeira carga elevada. Nas fases seguintes a desnitrificação diminui devido a carga baixa, mas mesmo assim, a concentração de Nitrato no final do ciclo foi menor do que no início. O problema do exemplo 3b foi a nitrificação. Para garantir a ausência total de oxigênio nas fases anóxicas, como é necessário para a desnitrificação, a aeração 83

7 foi reduzida tecnicamente, o que pode ser observado na curva de oxigênio. Com a alta carga orgânica, essa aeração não foi suficiente para realizar uma nitrificação total, sendo que claramente a nitrificação foi limitada pela falta de oxigênio. DQO - concentração [mg/l] DQO NH4-N NO2-N NO3-N 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Nx - concentração [mg/l] DQO - concentração [mg/l] DQO NH4-N NO2-N NO3-N 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Nx - concentração [mg/l] O2 - concentração [mg/l] , Tempo [min] O2 Alcalinidade ph Tempo [min] A) : Início da estabilização da nitrificação, esgoto bruto: 380 mg DQO/L, 44,5 mg NH 4 -N/L 9C:1N ,0 7,0 6,5 6,0 ph e Alcalinidade (mmol/l) O2- concentração [mg/l] ,5 O2 Tempo Alcalinidade [min] ph , Tempo [min] B) : Otimização da desnitrificação, esgoto bruto: 675 mg DQO/L, 35 mg NH 4 -N/L 19C:1N Figura 3: Resultados do monitoramento de dois ciclos de 8 horas (6 horas para nitrificação/desnitrificação, 1 hora decantação e 1 hora retirada de esgoto tratado) Em paralelo, a alcalinidade e o ph foram analisados. A alcalinidade em 3a e 3b tem a unidade mmol HCO 3 - /L. A alcalinidade em mg CaCO 3 /L foi anotada ao lado dos pontos na figura. Na figura 3a os dois parâmetros mostram alterações, o ph e a alcalinidade sobem com a chegada do esgoto bruto, aumentam um pouco durante a desnitrificação e decrescem bastante durante a nitrificação, e como resultado da primeira fase da nitrificação já passam para o valor recomendado para a estabilidade da operação de 75 mg CaCO 3 /L. O ciclo termina em 20 mg CaCO 3 /L. Alterações deste tipo caracterizam um esgoto com insuficiente tampão natural. O resultado mostrado na figura 3b indica que o ph pode se manter estável no caso de alcalinidade acima de 75 mg CaCO 3 /L. Adicionalmente, a forte subida da alcalinidade na primeira fase, com boa desnitrificação, mostra a teoria da recuperação da alcalinidade via desnitrificação. 3.2 Correlação entre Nitrificação, Alcalinidade e Desnitrificação Os resultados dos vários monitoramentos de ciclos do reator piloto RSB foram analisados através da equação 6, que calcula a alcalinidade esperada depois da nitrificação e desnitrificação.. O objetivo consistiu na comparação dos resultados analíticos e do valor teórico ,0 7,0 6,5 ph e Alcalinidade (mmo/l) 84

8 A tabela 2 mostra os resultados das análises e do cálculo nos dias escolhidos durante 3 meses de operação. Depois de sua passagem no tanque séptico, o esgoto mostrou uma alcalinidade média de 238 mg CaCO 3 /L, com um mínimo de 185 e máximo de 275 CaCO 3 /L e um ph médio de 7,0. Os valores da DQO no esgoto tiveram grande variabilidade entre 253 e 673 mg DQO/L. A comparação com o Amônio resulta numa relação maior que 1 N : 10 DQO, mas nem toda DQO é degradável, como as concentrações médias de 79 mg DQO/L na saída do reator mostram, e nem toda DQO que foi removida serve para a desnitrificação. Tabela 2: Caracterização de esgoto de entrada e saída do reator RSB e comparação de alcalinidade obtida com o valor teórico pelo cálculo Saida do tanque séptico Saida do reator RSB Cálculo Alcal. DQO,o NH4-N,o ph,o Alcal.,o DQO,e NH4-N,e NO3-N,e ph,e Alcal.e Valor teórico mg/l mg/l CaCO3/L mg/l mg/l mg/l CaCO3/l CaCO3/L 06/01/ ,2 6, ,0 6,8 6, ,1 08/01/ ,7 7, ,4 6,1 7, ,8 09/01/ ,5 6, ,3 9,8 6, ,0 10/01/ ,5 6, ,0 11,2 6, ,6 12/01/ , ,0 10,5 6, ,3 21/01/ ,2 6, ,0 16,8 7, ,5 23/01/ ,9 6, ,6 12,1 6, ,1 03/02/ ,2 7, ,1 20,2 6, ,6 05/02/ , ,0 15,8 6, ,3 06/02/ ,3 7, ,0 20,5 6, ,0 11/02/ , ,0 5,2 7, ,4 13/02/ ,9 7, ,0 19,3 6, ,9 18/02/ ,7 6, ,0 9,7 7, ,2 20/02/ ,2 7, ,9 15,4 6, ,4 22/02/ ,5 6, ,8 16,6 6, ,5 25/02/ ,6 7, ,0 19,3 6, ,8 27/02/ ,9 6, ,0 16,6 6, ,4 01/03/ ,5 6, ,0 16,8 6, ,0 03/03/ ,0 6, ,7 11,3 7, ,3 05/03/ ,3 7, ,7 3,5 7, ,4 07/03/ ,9 7, ,2 3,2 7, ,0 11/03/ , ,0 20,6 7, ,0 13/03/ ,0 7, ,0 15,8 6, ,4 14/03/ ,6 7, ,0 9,3 7, ,1 16/03/ ,3 6, ,1 10,8 7, ,4 18/03/ ,2 7, ,1 9,0 7, ,1 19/03/ ,3 7, ,0 11,0 6, ,1 20/03/ ,6 7, ,0 16,0 6, ,5 Média , ,7 12,8 6,8 55,1 61,1 A nitrificação aconteceu em média até 0,7 mg NH 4 -N na saída. Elevadas concentrações foram provocadas pela insuficiente aeração (item 3.1). Relacionado com a concentração de Amônio no esgoto bruto e da concentração de 12,8 mg NO 3 -N/L no esgoto tratado, calcula-se uma eficiência média de desnitrificação de 35%. Mesmo nos dias com boa desnitrificação, como por exemplo, no dia 09/01/04 (tabela 2 e figura 3a), a alcalinidade e o ph baixaram quase para o mínimo possível, com todas as conseqüências descritas no item 3.1. Isto foi devido à nitrificação total da concentração elevada de 44,5 mg NH 4 -N naquele dia com a alcalinidade de 235. Nos dias com alta alcalinidade e baixa concentração de Amônio, como nos dias no 05, 07, 11, 14, 16 e 18/03/04 a alcalinidade se manteve no reator acima de 75 mg CaCO 3 /L, necessário para a 85

9 estabilidade da operação. Mas mesmo assim na maioria dos dias a alcalinidade do esgoto tratado (e mesmo assim de lodo ativado) ficou no final do processo abaixo desse limite, todos esses valores são marcados na tabela 2 em azul. A ultima coluna mostra o resultado do cálculo, o valor de alcalinidade teórica no final do processo. Observa se em média uma boa correlação entre o valor prático e teórico, mas na tendência o cálculo resultou em valores de 10% mais altos. O resultado pode ser explicado com a provável formação de ácidos orgânicos e H 2 S no tanque séptico, que carregam a alcalinidade adicional para a nitrificação. As primeiras análises mostraram a existência de concentrações de H 2 S elevadas no tanque séptico. Pela atividade das bactérias redutoras de enxofre, muitas destas são bactérias filamentosas, como também o tipo 021N (Jenkins et al., 1993) observado na microscopia (item 3.1) o Sulfeto (S 2- ) vai ser oxidado na fase aeróbia para Sulfato, (SO 4 2- ), um ácido forte. Diferentemente para o Nitrato, o enxofre só pode ser retirado com o lodo em excesso. Apesar deste problema temporário, tem ciclos com boa concordância entre o valor calculado e analisado, como nos dias 21/01, 5/02, 11/02, 13/02, 20/02, 25/02, 01/03, 13/03, 14/03, 18/03, 19/03 e 20/03. Em conclusão deste resultado positivo, a equação 6 foi usada para desenvolver um diagrama que determina a necessidade da desnitrificação dependente da concentração de Amônio e a alcalinidade natural do esgoto bruto, com o objetivo de manter a alcalinidade do lodo no caso de nitrificação acima de 75 mmol CaCO 3 /l. A condição geral foi a nitrificação de 100% como é normal na base de dimensionamento usado. Nenhum sistema com nitrificação pode garantir concentrações elevadas estáveis de Amônio, por exemplo, de 5 mg/l, porque cada aumento de NH 4 -N no efluente final indica uma inibição ou sobrecarga do processo, que rapidamente pode acarretar uma inibição total. A figura 4 mostra o resultado do cálculo. A área abaixo da linha sem DN caracteriza a faixa onde a correlação entre Amônio e alcalinidade é suficiente para não necessitar da desnitrificação. A área acima da linha 100% DN caracteriza a área onde a correlação entre Amônio e alcalinidade é limitada mesmo com 100% de desnitrificação, a alcalinidade diminui para valores inferiores a 75 mg CaCO 3 /L devido a nitrificação. É importante ressaltar que a desnitrificação de 100% somente seria realizável como pós-desnitrificação com fonte adicional de carbono. Entre esses dois limites a intensidade da desnitrificação (20%, 40%, 60% e 80%) determina a possibilidade de manter a alcalinidade e o ph estável. Exemplo 1: O esgoto com 238 mg CaCO 3 /L (tabela 2 e exemplo 1a na figura 4) não precisaria de uma desnitrificação até uma concentração de 22 mg NH 4 -N/L. Ou seja, nesse caso a desnitrificação de 36% realizada no reator bastaria no máximo para neutralizar o ácido produzido pela nitrificação de cerca de 25 mg NH 4 -N. Na realidade 37 mg/l amônio (Exemplo 1b) foram encontradas no esgoto, que precisariam 80% de desnitrificação. Com uma desnitrificação de 36%, seria necessário uma alcalinidade de aproximadamente 300 mg CaCO 3 /L. Exemplo 2 (Figura 4): Segundo Von Sperling (1997) a alcalinidade de 170 mg CaCO 3 /L é normal no esgoto brasileiro. Segundo o cálculo, a nitrificação de 20 mg 86

10 NH 4 -N/L já precisaria de 60% de desnitrificação para estabilizar o ph, e a partir de 30 mg NH 4 -N/l, nenhuma desnitrificação poderia evitar a necessidade de colocar cal para estabilizar a operação de lodo ativado. Concentração mg NH 4 -N o /L Alcalinidade no reator não é corrigível com a desnitrificacão Ex. 3 Ex. 1b Ex. 2 Ex. 1a 100% DN 80% DN 60% DN Alcalinidade (mg CaCO 3 /L) 40% DN 20% DN sem DN Correlação NH 4 -N o : Alcalinidade o não necessita da desnitrificação Figura 4: Diagrama prognóstico para a necessidade de desnitrificação, resultando do objetivo de manter a alcalinidade acima de 75 mg CaCO 3 /L. Exemplo 3 (Figura 4): Esgotos com concentrações de Amônio elevadas, como 45 mg NH 4 -N/L, precisam pelo menos de uma alcalinidade de 300 mg CaCO 3 /L e uma desnitrificação de 60%, na prática, para manter o ph no reator estável, garantido pelos valores de alcalinidade acima de 75 mg CaCO 3 /L. 4 Conclusão Os resultado práticos com lodo ativado num piloto tipo RSB mostraram que os sistemas de lodo ativado têm que garantir pelo menos uma alcalinidade de 75 mg CaCO 3 /L no efluente final para evitar uma quebra de ph, que tem como conseqüência a destruição dos flocos de lodo ativado e perda da biomassa ativa. O esgoto com a alcalinidade média de 238 mg CaCO 3 /L e a concentração de amônio de 37 mg NH 4 -N/L, não teve suficiente capacidade natural para manter essa alcalinidade necessária no caso de nitrificação. Como no cálculo apresentado, pelo menos uma desnitrificação de 80% seria necessária, ou seja o máximo absoluto da desnitrificação tecnicamente realizável. No reator piloto foi realizada, em média, uma desnitrificação de 36% e o monitoramento dos diferentes ciclos mostrou claramente uma influência da concentração de DQO/DBO 5 de esgoto. Devido ao pré-tratamento no tanque séptico, a concentração de DQO/DBO 5 foi relativamente baixa e adicionalmente a formação 87

11 de ácidos e H 2 S abaixou o ph no reator aeróbio. Este resultado precisa de mais investigações. É provável que esses problemas operacionais aconteçam periodicamente em algumas ETE s no Brasil, e talvez não sejam percebidos, como por exemplo, no caso de concentrações elevadas de Amônio. A queda do ph sempre resulta em baixa eficiência. O ph pode ser aumentado artificialmente por exemplo com a adição de cal, mas a solução mais econômica consiste na realização controlada da desnitrificação, que pode recuperar até 50% da alcalinidade natural. As experiências com o reator piloto provaram que a desnitrificação pode aumentar significativamente o ph e no caso ideal evitar os problemas operacionais. AGRADECIMENTOS: À CAPES, ao CNPq e ao governo do estado alemão Baden - Würtemberg pela concessão de bolsas de estudo e pesquisa, à fundação alemã Oswald Schulze e à Rotária do Brasil Ltda. pelo fornecimento de equipamentos. Referencias Bibliográfica ATV Manual: ATV Handbuch Biologische und Weitergehende Abwassereinigung 4. Auflage 1997, Ernst & Sohn, Berlin, ATV, Hennef (Alemanha), CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente, Resolução N 20, de 18 de junho de 1986, Hoffmann, H; Wolff; D.B.; Costa; T.B.; Weitz J.; Platzer, C.; Costa, R.H.R: Avaliação de Reatores Seqüenciais por Batelada do Tipo Lodo Ativado como Sistemas Descentralizados para a Remoção de Nutrientes, in IV Simpósio Internacional de Qualidade Ambiental, Porto Alegre, CD JENKINS, D.; RICHARD, G.R.; GLEN, T.D.: Manual on the causes and control of activated sludge bulking and foaming, 2nd Edition, Lewis Publishers Inc., NITROGEN CONTROL-EPA MANUAL. Technomic Publishing, Pennsylvania, USA, 311 pp VON SPERLING, M. Lodos Ativados. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, UFMG, Abstract: The problems provoked by nitrification of wastewater with low alkalinity have been analyzed in a pilot sequencing batch reactor.the wastewater was a pretreated septic tank effluent. A three step damage of the biological process was observed: with ph values between 6,5-6,2 the protozoa disappeared, below of ph 6,2 the nitrificação were affected and below of 6 the activated sludge flocs started to deteriorate, resulting in enhanced effluent turbidity. Regaining of ph by denitrification was analyzed. Due to a low a C/N ratio the denitrification activity was not sufficient. As a result a dimensioning diagram based on alkalinity an ammonia concentration in the influent was developed. Applicability was tested with the pilot scale results of SBR. The diagram can be applied to optimize the operation of wastewater treatment plants. Keywords: Alkalinity, Activated sludge, Nitrification, Denitrification 88