II POLIMENTO DE EFLUENTE ANAERÓBIO ATRAVÉS DE VALA DE FILTRAÇÃO MODIFICADA

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1 II POLIMENTO DE EFLUENTE ANAERÓBIO ATRAVÉS DE VALA DE FILTRAÇÃO MODIFICADA Bruno Coraucci Filho (1) Engenheiro Civil pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP; Mestre em FOTO Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP; Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da USP; Professor Livre Docente do Departamento de NÃO Saneamento e Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Edson Aparecido Abdul Nour (1) DISPONIVEL Professor Assistente Doutor do Departamento de Saneamento e Ambiente da FEC UNICAMP. Roberto Feijó de Figueiredo (1) Ph.D. em Engenharia Ambiental pela University of California, Davis (EUA) ; Professor do Departamento de Saneamento e Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Ronaldo Stefanutti (1) Pós-doutorando, Bolsista FAPESP, Departamento de Saneamento e Ambiente da FEC-UNICAMP Silvana Turolla Broleze (1) Bolsista Aperfeiçoamento Técnico CNPq. Luiz Carlos Klusener Filho (1) Engenheiro Civil UFSM, RS (1998), Mestrando - Engenharia Civil da FEC/UNICAMP Endereço (1) : Depto. de Saneamento e Ambiente da Fac. de Eng. Civil da UNICAMP, Caixa Postal 6021, CEP , Campinas, SP - Tel: (19) Fax: (19) bruno@fec.unicamp.br RESUMO O processo de tratamento de efluentes através de filtros anaeróbios tem demonstrado grande potencialidade no tratamento de esgotos sanitários. É caracterizado por ser de significativa remoção de carga orgânica, entretanto, este tratamento requer um maior grau de eficiência a fim de atender os padrões da Legislação Brasileira. Entre as várias alternativas de pós-tratamento, o método de irrigação subsuperficial (processo de valas de filtração modificada), enquadra-se como uma das opções para o polimento destes efluentes, no caso de pequenas comunidades e bairros isolados. Este sistema de pós-tratamento foi proposto no Edital 2 do Prosab (Programa de Pesquisa em Saneamento Básico), dando continuidade às pesquisas dos Filtros Anaeróbios (FA). Foram construídos dois sistemas com valas reduzidas baseado na norma ABNT 7.229(1993), um em laboratório e o segundo em uma planta piloto localizada na Estação de Tratamento de Esgotos do bairro Graminha, Município de Limeira-SP, Brasil. O modelo em escala de laboratório recebeu um tubo de drenagem em PEAD (polietileno de alta densidade), com 0,10 m de diâmetro e 1,0 m de comprimento assentado sobre oito coletores de líquido percolado. Neste modelo foram realizados três ensaios: no primeiro, foi aplicado água limpa no tubo perfurado assentado sobre os coletores, sem uso de meio filtrante; no segundo ensaio, foi aplicado inicialmente água limpa e posteriomente, efluente de filtro anaeróbio. Adicionou-se areia grossa nos coletores, conservando-se as demais condições e, finalmente no terceiro ensaio, os coletores foram preenchidos com pedra (brita 2). Neste último ensaio foram realizadas diversas montagens, com objetivo de se verificar a interferência da disposição das pedras em contacto com o tubo a fim de se verificar a distribuição do líquido nos coletores. Foram aplicadas taxas hidráulicas na faixa de 25 a 40 L/m 2.dia. O líquido percolado em cada um dos coletores foi quantificado após cada ensaio. No segundo modelo, foram construídos três caixas de fibra de vidro com visor em acrílico, com 1 m de comprimento, simulando um corte na vala de filtração modificada, projetada em escala real. As três valas reduzidas são constituídas por tubos de drenagem de PEAD (polietileno de alta densidade), com 0,10 m de diâmetro, superpostos com distâncias verticais entre os tubos de 0,35; 0,60 e 0,85 m e altura de leito filtrante 0,25m; 0,50m e 0,75m respectivamente. Foram aplicados efluentes de filtros anaeróbios e determinados os valores de ph, DBO, DQO, série de sólidos, P e N. ABES Trabalhos Técnicos 1

2 PALAVRAS-CHAVE: Vala de Filtração, Efluente Anaeróbio, Pós-tratamento, Tratamento de Esgoto, Norma ABNT 7.229/93 INTRODUÇÃO O processo de tratamento de efluentes através de filtros anaeróbios têm demonstrado grande potencialidade no tratamento de esgotos sanitários, tanto pela sua facilidade construtiva, como operacional. É caracterizado por ser de significativa remoção de carga orgânica, entretanto, este tratamento requer um maior grau de eficiência a fim de atender os padrões da Legislação Brasileira. Entre as várias alternativas de póstratamento, o método de irrigação subsuperficial (processo de valas de filtração modificada), como póstratamento dos efluentes de filtros anaeróbios, enquadra-se como uma das opções para o polimento destes efluentes. Com a adoção do conceito de descentralização, obviamente dentro de certos limites, consegue-se aplicar tecnologias de baixo custo, eliminando os grandes emissários e a necessidade de investimentos maciços e pontuais. No caso de pequenas comunidades e bairros isolados, a aplicação de sistemas alternativos é evidente, sendo um deles o de trincheiras filtrantes para pós-tratamento de efluente anaeróbio. Este sistema de pós-tratamento foi proposto no Edital 2 do Prosab (Programa de Pesquisa em Saneamento Básico), dando continuidade às pesquisas dos Filtros Anaeróbios (FA), sendo que as valas de filtração - também conhecidas como trincheiras filtrantes (com modificações), foi baseado na norma ABNT 7.229/93. A contribuição efetiva e segura, do ponto de vista sanitário e ambiental, será na utilização de um sistema de baixo custo de implantação, manutenção e operação, sendo acessível às comunidades que tenham limitações orçamentárias. MATERIAIS E MÉTODOS O trabalho experimental foi desenvolvido em duas etapas que serão descritas a seguir: PRIMEIRA ETAPA: ESTUDOS EM LABORATÓRIO A construção do modelo em escala de laboratório foi baseada na norma ABNT (1993), com modificações, que trata do projeto, da construção e da operação de sistemas de tanques sépticos, filtro anaeróbio e dispositivos de infiltração de efluente líquido no solo. O tubo de drenagem em PEAD (polietileno de alta densidade), com 0,10 m de diâmetro e 1,0 m de comprimento foi inicialmente assentado sobre oito coletores de líquido percolado, de polipropileno, justapostos, com 0,125m de abertura na área de captação, com 0,10 m de altura de leito filtrante e dispostos com inclinação de 1:300. Foram realizados três ensaios cujas características são: no primeiro, foi aplicado água limpa no tubo perfurado assentado sobre os coletores, sem uso de meio filtrante, dentro das vazões de projeto, por meio de uma bomba peristáltica; no segundo ensaio, foi aplicado inicialmente água limpa e posteriomente, efluente de filtro anaeróbio. Adicionou-se areia grossa nos coletores, como meio filtrante, conservando-se as demais condições e, finalmente no terceiro ensaio, os coletores foram preenchidos com pedra (brita 2). Neste último ensaio foram realizadas diversas montagens, com objetivo de se verificar a interferência da disposição das pedras em contacto com o tubo a fim de se verificar a distribuição do líquido nos coletores. Pretendeu-se utilizar taxas de aplicação que são compatíveis com o tipo de solo para estas situações e aquelas recomendadas pela norma brasileira. Foram aplicadas taxas hidráulicas na faixa de 25 a 40 L/m 2.dia. O líquido percolado em cada um dos coletores foi quantificado após cada ensaio. 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 Figura 1: Vista geral do modelo em escala de laboratório SEGUNDA ETAPA: MODELO REDUZIDO DE VALAS DE FILTRAÇÃO - ABNT 7.229/1993 Em uma planta piloto localizada na estação de tratamento de esgotos do bairro Graminha, Município de Limeira-SP, Brasil, foi instalada a segunda etapa desta pesquisa. Ela é composta por quatro filtros anaeróbios (FA) cilíndricos, de aço inox, de 500 litros cada um, os quais são alimentados por esgoto sanitário. Os efluentes dos F.A. são aplicados em um sistema de trincheiras filtrantes, construídas em três caixas de fibra de vidro com visor em acrílico, com 1 m de comprimento, simulando um corte na vala de filtração modificada, projetada em escala real. A construção do sistema foi baseada na norma ABNT (1993), com modificações. As três valas reduzidas são constituídas por tubos de drenagem de PEAD (polietileno de alta densidade), com 0,10 m de diâmetro, superpostos com distâncias verticais entre os tubos de 0,35; 0,60 e 0,85 m e altura de leito filtrante 0,25m; 0,50m e 0,75m respectivamente. Cada caixa tem largura de fundo de 0,50 m e declividade longitudinal entre 1:300 e 1:500. O efluente do filtro anaeróbio é aplicado no tubo perfurado superior e posteriormente percola através de um leito composto de camadas de pedra (brita 2) e areia grossa até atingir o tubo inferior, o qual coleta e encaminha o líquido para saída e descarte. Foram aplicadas taxas hidráulicas na faixa de 25 a 40 L/m 2.dia. 0,50m 0,75m 0,25m Figura 2: Vista geral das valas de filtração e filtros anaeróbios. ABES Trabalhos Técnicos 3

4 Na avaliação de desempenho do sistema, como pós-tratamento, foram analisados os seguintes parâmetros: ph, demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), sólidos suspensos totais (SST), nitrogênio e fósforo. As análises de laboratório foram baseadas nos métodos descritos no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19ª ed. RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA Os resultados dos ensaios em laboratório são apresentados a seguir, conforme a realização dos mesmos. 1 Ensaio: Os resultados obtidos no primeiro ensaio indicaram que a água aplicada no tubo de drenagem passou totalmente pelo sistema sem permitir a infiltração pelos orifícios de drenagem, independente da vazão aplicada. Esse comportamento do líquido foi atribuído à tensão superficial formada com as paredes do tubo, que impediram a percolação da água. 2 Ensaio: Os resultados da aplicação de água limpa e de efluente de filtro anaeróbio foram semelhantes, em todas as vazões de projeto, onde 100% do efluente aplicado infiltrou no primeiro coletor com areia. Este comportamento indica que poderá ocorrer a colmatação do tubo de drenagem em pouco tempo de operação, mostrando-se inadequado utilizar a areia grossa para envolvimento do tubo dee drenagem. 3 Ensaio: A utilização da pedra n 2, como meio de contacto do tubo de drenagem, modificou a distribuição do efluente nos coletores como pode ser verificado nas Tabelas 1 a 4., independente do efluente testado. Os resultados indicam que o assentamento do tubo de drenagem sobre pedras permitiu a quebra da tensão superficial do líquido além de proporcionar diferentes caminhos para a percolação de água limpa ou efluente de filtro anaeróbio, o que é desejável para o sistema. Tabela 1. Ensaio de aplicação de água limpa e esgoto sanitário em tubo de drenagem assentado em pedra n 2, Montagem 1 (% do volume aplicado) Água Esgoto Tabela 2. Ensaio de aplicação de água limpa e esgoto sanitário em tubo de drenagem assentado em pedra n 2, Montagem 2 (% do volume aplicado) Água Esgoto ABES Trabalhos Técnicos

5 Tabela 3. Ensaio de aplicação de água limpa e esgoto sanitário em tubo de drenagem assentado em pedra n 2, Montagem 3 (% do volume aplicado) Água Esgoto Tabela 4. Ensaio de aplicação de água limpa e esgoto sanitário em tubo de drenagem assentado em pedra n 2, Montagem 4 (% do volume aplicado) Água Esgoto RESULTADOS DA SEGUNDA ETAPA: MODELO REDUZIDO DE VALAS DE FILTRAÇÃO - ABNT 7.229/1993 A complexidade envolvida neste tipo de investigação conduziu a montagem de modelos reduzidos para estudos procurando esclarecer o comportamento do efluente ao longo da vala de filtração e prováveis pontos de formação de curto-circuitos no sistema. A Figura 2 mostra que a frente de molhamento atingiu totalmente a interface brita-areia grossa, permitindo assim a interação do efluente com o meio filtrante, o que é desejável. Na Tabela 5 estão contidas os resultados de desempenho do sistema. ABES Trabalhos Técnicos 5

6 Tabela 5. Resultados médios obtidos nas valas de filtração modificadas- Modelo reduzido. Taxa de aplicação: 40 L/m 2.dia Parâmetros Esgoto Bruto Efluente Filtro Anaeróbio Efluente Vala 0,25 Efluente Vala 0,50 Efluente Vala 0,75 % % % % * * * ph (mín.e máx.) 6,4 a 7,4 6,9 a 7,3-6,5 a 7,4-6,7 a 7,0-6,7 a 7,0 - DBO Total (mg/l) 355,1+116, 159,2+64, ,2+10, ,1+8, ,3+19, DBOFiltr. (mg/l) 129,4+86,4 77,5+36, ,3+7, ,7+5, ,5+11,5 89 DQO Total (mg/l) 899,5+234, 405,3+152, 55 82,3+64, ,1+47, ,6+63, DQO Filtr. (mg/l) 263,5+67,6 155,8+43, ,2+24, ,3+41, ,2+23,4 86 Alc.T(mgCaCO 3 /L) 152,0+28,7 180,5+34,1-137,7+30,8-91,3+26,5-74,0+48,7 - Alc.P(mgCaCO 3 /L) 86,1+22,5 116,5+26,7-95,1+24,0-62,5+20,9-53,5+64,5 - SST (mg/l) 432,8+232, 104,3+30,0-10,9+6,1-8,7+4,7-11,3+9,5 - ST (mg/l) 683,3+14,6 442,3+50, ,3+163, ,5+59, ,4+80,2 45 SSV (mg/l) 502,3+236, 99,0+22,2-7,97+3,9-8,1+1,9-9,6+5,3 - SSF (mg/l) 95,85+48,7 14,8+5,95-2,51+1,5-2,0+1,2-8,3+9,6 - SS (mg/l) 338,3+143, 100,8+31,8-11,0+7,1-8,1+5,3-8,7+7,0 - Fósforo (mg/l) 7,1+2,3 5,5+1,9 23 2,5+1,6 65 2,1+1,2 71 2,2+1,6 69 N-Amon. (mg/l) 22,6+6,9 28,5+7,1-13,8+7,3-10,1+4,6-8,44+6,1 - N-Nitrito (mg/l) 0,23+0,12 0,07+0,03-0,15+0,1-0,18+0,1-0,09+0,01 - N-Nitrato (mg/l) 0,6+0,4 0,3+0,3-5,1+4,8-3,9+4,2-5,1+9,4 - NTK (mg/l) 64,7+33,2 49,2+15, ,6+9, ,7+9, ,6+9,3 81 % - Percentagem de remoção nos filtros anaeróbios. %* - Percentagem de remoção do conjunto: filtros anaeróbios e vala de filtração. CONCLUSÕES Com base no trabalho realizado, concluiu-se que: PRIMEIRA ETAPA -Os resultados obtidos indicam que o assentamento do tubo de drenagem sobre a pedra n 2, como meio de contacto entre o leito filtrante e o tubo de drenagem, permitiu a quebra da tensão superficial do líquido além de proporcionar diferentes caminhos para a percolação de água limpa ou efluente de filtro anaeróbio, o que é desejável para o sistema. SEGUNDA ETAPA -Os ensaios obtidos na primeira etapa conduziram a montagem do segundo modelo assentando o tubo de drenagem sobre pedra britada (n 0 2). -O modelo reduzido de vala de filtração utilizado como pós-tratamento de efluentes anaeróbios atingiu valores de remoção superiores aos exigidos pela Legislação Brasileira, independente da altura do meio filtrante. 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ABNT Associação de Normas Técnicas. NBR 7229 Projeto, construção e operação de tanques sépticos p. 2. ABNT Associação de Normas Técnicas. NBR Tanques sépticos Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos Projeto, construção e operação p. 3. Jordão, E. P.; Pessoa, C. A. Concepções clássicas de tratamento de esgotos. Vol. I, p. 4. Chernicharo, C. A.; Von Sperling, M. Seminário Internacional Tendências no Tratamento Simplificado de Águas Residuárias Domésticas e Industriais. Anais. Belo Horizonte, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19 th edition, American Public Health Association, New York, ABES Trabalhos Técnicos 7