UNIDADE COMPACTA ALTERNATIVA A TANQUES SÉPTICOS PARA O TRATAMENTO DE ESGOTOS DE POPULAÇÕES DISPERSAS

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1 UNIDADE COMPACTA ALTERNATIVA A TANQUES SÉPTICOS PARA O TRATAMENTO DE ESGOTOS DE POPULAÇÕES DISPERSAS Vanessa Pereira de Sousa e Carlos Augusto de Lemos Chernicharo Universidade Federal de Minas Gerais, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental, Av. Contorno, 842/ , Belo Horizonte - MG, sousavanessa@yahoo.com.br INTRODUÇÃO Segundo dados do IBGE, Pesquisa Nacional do Saneamento Básico/, cerca de 8% dos municípios brasileiros não tratam seus esgotos e em torno de 52% dos municípios têm serviço de esgotamento sanitário, sendo que em 84,6% dos casos o esgoto é lançado nos rios. Diante do enorme déficit sanitário, aliado ao quadro epidemiológico e ao perfil sócio-econômico das comunidades brasileiras, constata-se a necessidade de sistemas simplificados de coleta e tratamento dos esgotos que conjuguem baixos custos de implantação e operação, simplicidade operacional, índices mínimos de mecanização e sustentabilidade do sistema como um todo. Nas áreas rurais, onde predominam populações dispersas e comunidades de pequeno porte, tem sido prática comum o emprego de sistemas individuais de tratamento de esgotos, usualmente com a aplicação de tanques sépticos, seguidos ou não de alguma unidade de pós-tratamento e/ou de disposição final. No entanto, têm sido freqüentes os relatos de problemas de funcionamento destes sistemas, redundando, na maioria das vezes, em baixas eficiências de remoção de matéria orgânica. Nos últimos anos, esforços têm sido feitos no sentido de desenvolver novos sistemas para o tratamento descentralizado de esgotos. Estes novos sistemas usualmente incorporam os princípios dos reatores anaeróbios de alta taxa, notadamente dos reatores UASB e dos reatores híbridos (Elmitwalli et al., 2; Bogte et al., 1993; Tilche & Vieira,1991). Estes sistemas diferem dos tanques sépticos convencionais em relação ao fluxo de esgotos, que passa a ser ascendente, e também devido à incorporação de algum dispositivo para retenção de sólidos. Com isso, melhorase, significativamente, a remoção de matéria orgânica dissolvida, devido ao melhor contato biomassa/substrato. O objetivo específico desta pesquisa foi desenvolver, em escala de demonstração, um sistema compacto para tratamento de esgotos domésticos (SISCOTE) oriundos de populações dispersas ou de pequenas comunidades em áreas rurais, capaz de promover uma eficiente remoção de sólidos e matéria orgânica e de se constituir em uma alternativa mais atrativa, dos pontos de vista técnico, econômico, social e ambiental, que as tecnologias 1

2 MATERIAL E MÉTODOS Aparato experimental Os experimentos com o sistema compacto para tratamento de esgotos domiciliares SISCOTE foram desenvolvidos na ETE Experimental Arrudas, existente junto à Estação de Tratamento de Esgotos do Arrudas, em Belo Horizonte. A Figura 1 mostra o fluxograma do sistema. Figura 1 - Fluxograma do aparato experimental Na Estação de Tratamento do Arrudas, o esgoto bruto passa por um tratamento preliminar, constituído de gradeamento e caixa de areia. A partir daí, é encaminhado através de um canal para o tratamento primário. A partir deste canal, uma pequena parcela dos esgotos foi bombeada para alimentação da unidade de pesquisa. A unidade de tratamento foi constituída de um tanque cilíndrico em fibra de vidro, onde metade do volume é destinada a um tanque séptico modificado e a outra metade dividida entre dois reatores híbridos. O volume total desta unidade corresponde ao volume de um tanque séptico calculado pela NBR-7229 (1993). A Tabela 1 apresenta os dados básicos da unidade experimental. Tabela 1 - básicos da unidade experimental D (m) H (m) V total (m³) Câmara 1 Câmara 2 Câmara 3 A (m²) V(m³) A (m²) V (m³) A (m²) V (m³) 1,21 1,5 1,75,575,86,287,43,287,43 D = diâmetro, H = altura, V = volume, A = área O esgoto bruto aflui ao sistema pela parte inferior da câmara 1 (tanque séptico modificado). O líquido é encaminhado para um decantador lamelar, localizado na parte superior desta câmara. O esgoto parcialmente tratado é encaminhado para a parte inferior da câmara 2, constituída por um reator anaeróbio híbrido (reator UASB + filtro anaeróbio). A saída se dá por uma tubulação lateral em Y. O efluente passa, então, para o segundo reator híbrido, onde tem seu polimento final (Figura 2). 2

3 anaeróbio anaeróbio Figura 2 Sistema compacto de tratamento de esgotos (SISCOTE) Condições operacionais do SISCOTE De forma a se aproximar da realidade de um sistema domiciliar foram feitas pesquisas sobre hidrogramas de vazões produzidas em uma residência típica. Como resultado, definiram-se vazões mínimas, médias e máximas que se referem ao funcionamento de peças sanitárias. A unidade de tratamento funciona em regime intermitente, com picos de vazão ao longo do dia. Operando com uma vazão média diária de 75 L/d e um tempo de detenção hidráulica de 24 horas, o sistema de alimentação foi automatizado de forma a possibilitar a variação das vazões de bombeamento, de acordo com o hidrograma estabelecido, ocorrendo vazões mínimas, médias e máximas (Q mín =,25 L/s, Q méd =,5 L/s e Q máx = 1, L/s). Estas elevadas vazões transientes, geradas por uma residência típica, possibilitaram a análise da capacidade de retenção de sólidos do sistema, uma vez que provocaram velocidades ascensionais mais elevadas. Com o intuito de retratar os sistemas reais aplicados em várias localidades do Brasil, não foi utilizado inóculo durante a partida do sistema. Monitoramento das unidades experimentais As unidades foram monitoradas com a avaliação dos seguintes parâmetros físico-químicos e microbiológicos principais: temperatura, ph, OD, sólidos sedimentáveis, DQO, DBO e sólidos suspensos totais. Todas as análises foram realizadas de acordo com os procedimentos descritos no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 2ª. ed. (AWWA/APHA/WEF,1998). Rotina de coleta de amostra. Para o monitoramento da unidade foi realizada coleta semanal de amostras pontuais de esgoto bruto, efluente do tanque séptico e efluentes dos reatores híbridos para as vazões mínima, média e máxima. RESULTADOS A unidade de tratamento foi avaliada em diferentes vazões afluentes (vazão mínima, média e máxima). Para o parâmetro de DBO avaliou-se apenas para a vazão média. A Tabela 2 apresenta os dados estatísticos e eficiências médias ao longo do período operacional. São mostrados, nas Figuras 3 e 4, gráficos com concentrações médias e eficiência de remoção, e Box-Plot dos resultados relativos a DBO para esgoto bruto 3

4 (), efluente do tanque séptico modificado (), reator híbrido () e reator híbrido (), para as vazões média. Tabela 2 estatísticos e eficiências médias de remoção de DBO total. média mediana máximo mínimo des. padrão DBO(mg/L) e % Figura 3: Concentração média de DBO e eficiência remoção, para Qméd. 77% 57% 88% DBO (mg/l) RHA RHB Figura 4: Box Plot dos resultados de DBO total, para Qméd. As Tabelas de 3 a 5 apresenta os dados estat sticos e eficiências médias ao longo do período operacional. São mostrados, nas Figuras 5 a 1, gráficos com concentrações médias e eficiência de remoção, e Box-Plot dos resultados relativos a DBO para esgoto bruto (), efluente do tanque séptico modificado (), reator híbrido () e reator híbrido (), para as vazões mínima, média e máxima. Tabela 3 estatísticos e eficiências médias de remoção de DQO total, para Qmín. nº de dados média mediana máximo mínimo des. padrão Tabela 4 estatísticos e eficiências médias de remoção de DQO total, para Qméd. média mediana máximo mínimo des. padrão

5 Tabela 5 estatísticos e eficiências médias de remoção de DQO,para Qmáx. média mediana máximo mínimo des. padrão DQO (mg/l) e Figura 5: Concentração média de DQO e eficiência remoção,para Qmín. 41% 75% 39% 91% DQO (mg/l) RHA RHB Figura 6: Box Plot dos resultados de DQO total, para Qmín. DQO(mg/L) e eficiência de remoção(%) % Figura 7: Concentração média de DQO e eficiência remoção,para Qméd. 79% 62% 9% DQO (mg/l) RHA RHB Figura 8: Box Plot dos resultados de DQO total, para Qméd.. DQO (mg/l) e % Figura 9: Concentração média de DQO e eficiência remoção,para Qmáx. 89% 87% DQO (mg/l) RHA RHB Figura 1: Box Plot dos resultados de DQO total, para Qmáx.. 5

6 As Tabelas de 6 a 8 apresenta os dados estat sticos e eficiências médias ao longo do período operacional. São mostrados, nas Figuras 11 a 16, gráficos com concentrações médias e eficiência de remoção, e Box-Plot dos resultados relativos a DBO para esgoto bruto (), efluente do tanque séptico modificado (), reator híbrido () e reator híbrido (), para as vazões mínima, média e máxima. Tabela 6 estatísticos e eficiências médias de remoção de SST, para Qmín. nº de dados média mediana máximo mínimo des. padrão Tabela 7 estatísticos e eficiências médias de remoção de SST, para Qméd. média mediana máximo mínimo des. padrão Tabela 8 estatísticos e eficiências médias de remoção de SST, para Qmáx. média mediana máximo mínimo des. padrão Observando-se as Tabelas 2 a 8, correspondentes respectivamente às eficiências médias de remoção de DQO, DBO e SST, notam-se baixas eficiências do tanque séptico modificado e elevadas eficiências dos reatores híbridos. O efluente manteve moderadas variações nos parâmetros estudados, independentemente das flutuações do afluente. Este fato foi decorrente de uma estabilidade proporcionada pelo sistema. 6

7 SST(mg/L) e Figura 11: Concentração média de SST e eficiência remoção, para Qmín. 49% 86% 67% 98% SST (mg/l) RHA RHB Figura 12: Box Plot dos resultados de SST, para Qmín. SST(mg/L) e % Figura 13: Concentração média de SST e eficiência remoção, para Qméd. 86% 8% 96% SST (mg/l) RHA RHB Figura 14: Box Plot dos resultados de SST, para Qméd. SST (mg/l) e eficiência de remoção (% ) % Figura 15: Concentração média de SST e eficiência remoção, para Qmáx. 1% 92% 92% SST (mg/l) RHA RHB Figura 16: Box Plot dos resultados de SST, para Qmáx. Durante o período de monitoramento, na vazão mínima, o sistema apresentou eficiências médias de remoção de 91% e 98%, em termos DQO e SST, respectivamente. Para a vazão média, o sistema apresentou eficiências médias de remoção de 88%, 9% e 96%, em termos de DBO, DQO e SST, respectivamente. Para a vazão máxima, o sistema apresentou eficiências médias de remoção de 87% e 92%, em termos de DQO e SST, respectivamente. Estas elevadas eficiências foram garantidas essencialmente pelos reatores híbridos, uma vez que o tanque séptico modificado, como pode ser visualizado nas Figuras de 3 a 16, apresentou eficiências muito baixas. 7

8 Mesmo com a ocorrência de picos de vazão e de grandes variações e concentrações de DBO, DQO e SST no esgoto bruto (Figuras 3 a 16), as eficiências observadas foram suficientes para garantir um efluente final com concentrações médias de 51 mgdbo/l, 125 a 165 mgdqo/l e 22 a 66 mgsst/l. Ressalta-se a grande estabilidade conferida ao sistema pelo Reator Híbrido B (última unidade do sistema), conforme pode ser verificado pela mínima dispersão dos resultados apresentados nos gráficos de Box Plot. CONCLUSÕES Os resultados obtidos demonstram a potencialidade do SISCOTE para o tratamento de esgotos domiciliares de populações dispersas. Este sistema, com volume equivalente ao de um tanque séptico dimensionado de acordo com a NBR 7229(1993), produziu efluentes com características semelhantes ao de um tanque séptico + filtro anaeróbio, cujo volume é aproximadamente o dobro do SISCOTE. A eficiências de remoção de matéria orgânica apresentaram-se baixas no tanque séptico modificado e elevadas dos reatores híbridos. O sistema demonstrou elevadas eficiências de remoção e baixas concentrações de DBO, DQO e SST no efluente final, mesmo quando submetido a picos de carga hidráulica. Com estes resultados, espera-se estar contribuindo de forma significativa para a solução de problemas de tratamento e disposição final de esgotos domiciliares. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FUNASA e ao CNPq pelo financiamento da pesquisa, e à COPASA MG pelo apoio na realização dos trabalhos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR Construção e Instalação de Fossas Sépticas e Disposição dos Efluentes Finais p. AWWA/APHA/WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 2 ed. Washington, D.C., BOGTE, J.J., BREURE, A. M., VAN ANDEL, J. G. and LETTINGA, G. Anaerobic treatment of domestic sewage in small-scale UASB reactors. Wat. Sci. Tech., (9), ELMITWALLI, T. A., SAYED, S., GROENDIJK, L., VAN LIER, J., ZEEMAN, G. and LETTINGA, G. Decentralised treatment of concentrated sewage at low temperature in two-step anaerobic system: two upflowhybrid septic tanks. In: VII Taller y Simposio Latino Americano sobre digestão anaeróbia- out, 2, Mérida, Yucatán México. TILCHE, A., VIEIRA, S. M. M. Discussion report on reactor design of anaerobic filter and sludge bed reactors. Wat. Sci. Tech. 1991, 24(8),