I AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA PARTIDA DE UM REATOR UASB OPERANDO EM CONDIÇÕES CLIMÁTICAS DESFAVORÁVEIS

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1 I-26 - AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA PARTIDA DE UM REATOR UASB OPERANDO EM CONDIÇÕES CLIMÁTICAS DESFAVORÁVEIS Maria do Carmo Suita Ekman (1) Engenheira Civil formada pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS). Pós-Graduada em Saneamento Básico, pela Universidade do Vale dos Sinos e em Segurança do Trabalho, pela Universidade de Caxias do Sul. Diretora da Divisão de Esgoto e Recursos Hídricos do Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto de Caxias do Sul (SAMAE - Caxias). Roziléia Simoni Paloschi Engenheira Química formada pela Universidade de Caxias do Sul (UCS). Mestranda do Curso de Engenharia Química de Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Jadison Fabricio de Souza Estudante de Engenharia Química de Universidade de Caxias do Sul (UCS). Estagiário de Engenharia Química do SAMAE - Caxias. Endereço (1) : Rua Garibaldi, Caxias do Sul - RS - CEP: Brasil - Tel/Fax: (54) samaetec@zaz.com.br RESUMO Diante dos graves problemas oriundos da geração de esgoto dos assentamentos localizados dentro das bacias de captação, tornou-se indispensável o tratamento de efluentes líquidos de origem domiciliar. Eleita como prioridade, foi implantado o sistema de esgotamento sanitário na bacia de captação da Maestra, responsável pelo abastecimento de água de 3% da população da cidade de Caxias do Sul. O sistema, composto de rede do tipo separador absoluto e uma estação de tratamento de esgoto, foi inaugurado em 1996, mas entrou efetivamente em funcionamento em 8 de dezembro de Sem experiência na área, a partida foi realizada pelos técnicos responsáveis pelo setor de esgoto implantado nessa data. O presente trabalho tem por objetivo relatar os procedimentos de partida e avaliar os principais fatores que influenciam o tratamento de efluentes líquidos domésticos realizados em um reator de manta de lodo (UASB), localizado na referida ETE. A estação foi monitorada durante o período de partida, em janeiro de 1999, até julho de 2. Conhecendo-se as limitações de operação, pode-se otimizar o processo, de maneira a conseguir resultados satisfatórios, que atendam às exigências dos órgãos reguladores, além de contribuir para a minimização do impacto causado pelos resíduos no corpo hídrico. PALAVRAS-CHAVE: Reator UASB, Clima Desfavorável, Eficiência de Remoção, Tratamento de Esgotos, Partida do Reator. INTRODUÇÃO O abastecimento de água na cidade de Caxias do Sul é realizado por seis sistemas, todos com captação em manancial de superfície, através do represamento de arroios de baixa vazão média. A cidade localiza-se na Serra Gaúcha, a 9 metros de altitude, com ocorrência de temperatura média em torno de 16ºC. Até 1996 a cidade possuía apenas 4 Km de rede de esgotamento sanitário, localizados no centro da cidade, fora de operação e sem estação de tratamento de esgoto até hoje. Na cidade de Caxias do Sul existe um sistema de tratamento de esgoto doméstico, do tipo anaeróbio, que trata o efluente de uma pequena parcela da população (3%). Para a cidade, representa a primeira experiência em tratamento de esgoto doméstico. Esse fato demonstra a importância da realização de estudos sistematizados que examinem este processo de tratamento de esgoto. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 O presente trabalho avaliou o procedimento de partida e os principais fatores que influenciaram o tratamento de efluentes líquidos domésticos realizados em um reator de manta de lodo (UASB), localizado no loteamento Serrano, este dentro de uma bacia de captação de água, sendo inicialmente de ocupação irregular. Com a finalidade de minimizar os efeitos adversos da urbanização, foi implantada a extensão do serviço de abastecimento de água, que consiste em sistema de coleta, condução, tratamento e destinação final dos esgotos para fora da bacia de contribuição da barragem da Maestra. Na ETE implantada, o processo de tratamento consiste na utilização de um reator do tipo UASB (manta de lodo), um modelo patenteado por Celso Savelli e Décio Jurgensem e por estes denominado RALF. A estação é composta por: unidade de gradeamento médio, duas unidades de desarenação, uma calha parschal, um reator UASB (RALF) e dois leitos de secagem, além de um laboratório para análises químicas, físico-químicas e bacteriológicas. O reator (figura 1) é de formato tronco-cônico com altura de 5m. A inclinação das paredes é de 45, o diâmetro de fundo é de 9,6 m e 72,4 m 2 de superfície. O volume total é de 1. m 3. O efluente tratado da ETE (Estação de Tratamento de Esgotos) é conduzido por gravidade, através do emissário, até a câmara de dissipação da barragem da Maestra. Segundo dados de projeto, a vazão máxima de admissão da ETE é de 46,2 L/s. Figura 1: Reator UASB. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS A partida do reator ocorreu em dezembro de 1998, quando o mesmo recebia esgoto bruto pelo período de duas horas por dia. Em janeiro de 1999 iniciou-se o monitoramento do afluente através de medidas de temperatura, ph, alcalinidade, ácidos voláteis, DQO, DBO 5 e sólidos suspensos totais (SST). Para agilizar o início da operação, o reator foi inoculado através do depósito de cinco cargas (8 m 3 cada uma) de lodo descartado de um reator da cidade de São Leopoldo. O depósito foi realizado em dias intercalados, no período de quinze dias. Neste mesmo mês, a alimentação do reator passou a ser de 12 horas diárias, com cerca de 5% da vazão total do esgoto bruto que chegava na ETE. Em março de 1999, iniciou-se o tratamento de 1% do esgoto que chegava na ETE durante 12 horas por dia, e, em abril de 1999, passou-se a tratar todo o esgoto que chegava na ETE durante 24 horas por dia. A partir de janeiro de 2 novos loteamentos receberam rede coletora de esgoto e, gradativamente, novas ligações estão sendo realizadas. Atualmente, a vazão média é de 14L/s, conforme figura 2. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Vazão Média Mensal (L/s) jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ Fig. 2: Média da Vazão Mensal. O monitoramento da ETE foi através da coleta de amostras do afluente, do reator e do efluente, determinando os seguintes parâmetros nas seguintes freqüências: diária: vazão, temperatura, ph, sólidos sedimentáveis, alcalinidade total e ácidos voláteis; semanal: DQO (demanda química de oxigênio), DBO 5 (demanda bioquímica de oxigênio), sólidos suspensos (totais, voláteis); quinzenal: coliformes fecais e totais. No início da operação, 7% das análises eram realizadas por empresa terceirizada. Com a implantação do laboratório e aquisição de equipamentos, gradativamente a realização das análises estão sendo assumidas pelo órgão empreendedor. Para a determinação dos parâmetros estudados o volume de amostra, identificação e preservação para análises foram definidos de acordo com a NBR 17 (ABNT, 1987). O tempo de estocagem foi respeitado, observando-se os limites desta norma. A operação da ETE consiste, basicamente, no controle da vazão de chegada, na limpeza constante da grade e do difusor do reator, na limpeza dos leitos de secagem, na realização das análises e controle dos parâmetros e na realização de descartes quando o nível dos sólidos suspensos for elevado. Também foi realizada, em novembro de 1999, uma caracterização do esgoto afluente e efluente em relação à metais e nutrientes, para certificar-se que não existiam compostos prejudiciais à digestão em quantidades significativas que pudessem inibi-la. Os metais estão presentes no esgoto em quantidades que não provocam a inibição do processo. A quantidade de surfactantes também não é prejudicial, embora observou-se a evolução da espuma no esgoto efluente, a qual pode ser devida à problemas de construção hidráulica, como cascateamento na saída do esgoto. Foi calculada a carga orgânica volumétrica aplicada. A carga inicial era de,25 Kg O 2.dia -1, com o aumento da vazão afluente esta carga passou para cerca de,4 Kg O 2.dia -1, muito menor do que a recomendada para o processo, que se situa na faixa de 2,5 a 3 Kg O 2.dia -1. Também determinou-se o tempo de detenção hidráulica (TDH), que é igual a 37,2 horas, o que indica que o tempo de detenção hidráulico está superestimado e a vazão poderia ser maior. Porém, também é necessário considerar que, devido às baixas temperaturas do líquido, o processo necessita de um maior tempo de detenção hidráulica. Com relação ao fósforo e nitrogênio, usualmente encontrados em esgotos sanitários, os valores mostram-se satisfatórios ao processo. O sistema exige poucos nutrientes, em função da baixa produção de novas células. A relação de nutrientes necessários ao processo é DQO:N:P (1:7:1). Assim, a quantidade de fósforo total consumida é baixa e o que não é utilizado deixa o sistema com o efluente. O nitrogênio total também está presente em quantidade maior que a necessária. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 ADAPTAÇÕES E PROCECIMENTOS ADOTADOS NA ETE Junto à guarita e banheiro existentes foi construído um laboratório, com vestiário e varanda e, em março de 1999, foi contratado um operador de ETE para trabalhar 8 horas diárias, sendo que para colaborar com as tarefas deste profissional foi elaborado um manual de controle e operação para orientar os procedimentos de operação da ETE. A partir de agosto de 1999, foi iniciada a implantação de uma cortina vegetal, com plantação de cerca viva e mudas de ingazeiro e chal chal. Ainda, foram plantadas mudas de ipê roxo e amarelo ao longo da área da estação. Para melhorar as condições da ETE, sentiu-se a necessidade de executar a limpeza das unidades de entrada, que é feita com lavadora de pressão para retirada de incrustações. Há, também, um cuidado especial na limpeza e desobstrução dos tubos alimentadores conectados ao distribuidor central. Para evitar a infiltração de lodo fresco nas frestas dos tijolos dos leitos de secagem foi colocada areia sobre o leito original e quando é realizada a limpeza do mesmo, a areia facilita a retirada dos torrões de lodo seco. A fim de reduzir o tamanho dos sólidos que entram no desarenador, foi instalada sobre a grade de entrada uma lâmina em aço inox, nas dimensões da grade, com furos de diâmetro de 2,2 cm, dotada de alça e calha deslizadora nas laterais para facilitar a retirada. O poço de saída do reator que vai ao leito de secagem acumulava lodo devido a problemas de cota. Foi, então, instalado um carretel, passando direto aos leitos de secagem. A comporta em fibra de vidro do By Pass não vedada suficientemente. Para solucionar este problema, na saída da tubulação, foi instalado um registro DN 4mm, chato, de gaveta, em ferro fundido, com volante. A entrada de esgoto, o desarenador e a calha parschal construídos em concreto aparente receberam uma pintura de tinta acrílica na cor azul, para evitar as incrustações de gordura, fungos, limos e outros, além de proteger a estrutura. Foram executadas obras no poço de visita que recebe o efluente dos leitos de secagem e lança ao emissário, devido a problemas de refluxo. O lodo seco retirado dos leitos de secagem são depositados em área reservada, dentro da ETE, sobre lona de plástico preta, para facilitar sua retirada. Este lodo está sendo utilizado para o plantio da cortina vegetal da ETE ou fornecido ao Horto Municipal. As análises feitas no lodo (cálcio, fósforo e potássio) demonstraram que o mesmo é pobre em nutrientes. Devido à grave ocorrência de chuvas, frio e dias nublados, características desta região, o lodo demora muito para secar e, em conseqüência, os dois leitos de secagem se mostram insuficientes. Para solucionar este problema, está prevista a instalação de um teto móvel, em estrutura metálica em forma de arco e cobertura da plástico translúcido, e instalada com roldanas na base sobre trilhos. O material retirado da caixa de areia era descartado direto no emissário. Após observar-se que este material além de não tratado entupia a canalização, procedeu-se à secagem do mesmo no leito e, após sua retirada, é encaminhado ao aterro sanitário da cidade. Neste período de partida, foi verificado que em dia de grandes precipitações pluviométricas há infiltração do esgoto pluvial na rede de esgoto sanitário, aumentando consideravelmente a vazão. Nestes horários o esgoto é desviado do reator. Nos períodos em que a ETE não possui operador, este controle é feito pela vigilância do SAMAE. Desde a detecção deste problema a equipe de manutenção da rede de esgoto vem fiscalizando as instalações hidrossanitárias prediais e os poços de visita da rede. Até esta data não houve necessidade de utilizar produtos químicos para equilibrar o processo, pois o ph e a alcalinidade variaram dentro de limites aceitáveis. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 RESULTADOS OBTIDOS No primeiro ano de operação a remoção de DBO 5 e DQO sofreu grande redução na eficiência nos meses mais frios. Outro fator que poderia ser responsável pela queda e instabilidade das eficiências de remoção é o pouco tempo de funcionamento do reator. Nos últimos meses do ano de 1999, o reator apresentou eficiência otimizada e compatível com o esperado para o tipo de tratamento. O segundo ano de tratamento demonstra que as variações não foram tão grandes e a eficiência média de remoção foi consideravelmente maior que no mesmo período do ano anterior, principalmente nos meses mais frios, onde se manteve superior a 5%, indicando uma possível estabilização do reator Temperatura do Ar Temperatura do Afluente Remoção de DBO5 Fig. 3: Remoção de DBO 5 x Temperatura do Ar e do Afluente jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ Temperatura do Ar Temperatura do Afluente Remoção de DQO Fig. 4: Remoção de DQO x Temperatura do Ar e do Afluente. jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 A remoção de sólidos suspensos mostrou-se bastante oscilatória. No primeiro ano o que pode ser devido às variações de carga hidráulica, pois a vazão de entrada não é constante, como constatou-se através do perfil de vazão, figura 5. Outro fator responsável é a infiltração do esgoto pluvial, uma vez que a rede coletora de esgotos encontrava-se com problemas de infiltração, em especial no início da operação da ETE. Com isso, tem-se choques hidráulicos e arraste de partículas da biomassa, que saem junto com o efluente. Os últimos valores mostraram-se razoáveis, indicando que não houve choques hidráulicos e uma possível estabilização. Vazão Diária (L/s) h Fig. 6: Perfil de Vazão. No segundo ano de operação a remoção de SST e SSV não demonstrou grandes oscilações, sofrendo um decréscimo considerável nos meses mais frios, com a média de remoção situando-se pouco abaixo de 5% nos meses de junho e julho, onde a temperatura do afluente atingiu uma média 14 C, muito abaixo da temperatura ideal do processo (maior que 25ºC). 8 Temperatura do Ar Temperatura do Afluente Remoção de SSV Fig. 6: Remoção de SSV x Temperatura do Ar e do Afluente. jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 8 Temperatura do Ar Temperatura do Afluente Remoção de SST Fig. 7: Remoção de SST x Temperatura do Ar e do Afluente. jan/ fev/ mar/ abr/ mai/ jun/ jul/ A temperatura do afluente foi indicada como sendo um dos principais problemas na busca da eficiência desejada de remoção. Durante cerca de três meses por ano, a temperatura do líquido mantém-se igual ou inferior a 15 C, sendo que as máximas temperaturas registradas não ultrapassam 25 C. Assim, o sistema não funciona dentro das consideradas faixas ótimas de temperatura. Os gases gerados pelo sistema atualmente não são aproveitados, sendo lançados à atmosfera sem queima prévia. Observou-se que a temperatura do afluente é, freqüentemente, superior à temperatura do ar. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O trabalho realizado provou que é possível operar uma ETE com reator tipo UASB em clima frio (serra). Face ao controle operacional necessário, recomenda-se que haja a permanência de um operador na ETE, pelo menos por oito horas diárias. A rede coletora de esgoto deve ser sistematicamente vistoriada com o intuito de evitar a infiltração de águas pluviais no sistema. O efluente poderá sofrer um pós tratamento através de um filtro anaeróbio ou uma unidade de remoção de patógenos, visando uma remoção complementar de DQO, DBO 5, SST e SSV, bem como a desinfecção do efluente. O aumento de vazão deve ser feito de maneira gradual, para que não ocorram choques hidráulicos que possam prejudicar o desempenho do reator. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BRASIL - ABES/RS (Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental). Curso Básico: Operação de Tanques Tipo RALF. São Leopoldo: Unisinos - RS, CAMPOS, José Roberto. Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. Rio de Janeiro: ABES, CHERNICHARO, C.A.L. Reatores Anaeróbios - Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - UFMG, TSUTIYA, Milton Tomoyuki & SOBRINHO, Pedro Alem. Coleta e Transporte de Esgoto Sanitário. 1ª ed. São Paulo: Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7