I REMOÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS DE EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO POR MEIO DE PROCESSOS NATURAIS

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1 I REMOÇÃO DE SÓLIDOS SUSPENSOS DE EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO POR MEIO DE PROCESSOS NATURAIS Klaus Dieter Neder Engenheiro Civil. Especialista em Engenharia Sanitária. Atualmente trabalha na área de expansão de sistemas de esgotos na Companhia de Saneamento do Distrito Federal. Tarcísio dos Reis Queiroz Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP/MG. Coordenador de Apoio Técnico da Superintendência de Expansão do Sistema de Esgotos da Companhia de Saneamento do Distrito Federal. Aluno do curso de Mestrado em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos da Universidade de Brasília - UnB. Conselheiro do CREA/DF. Tesoureiro da ABES/DF. Marco Antonio Almeida de Souza (1) Engenheiro Químico pela Universidade Federal do Paraná - UFPr. Mestre em Hidráulica e Saneamento, Área de Saneamento e Ecologia Aplicada, pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo - EESC/USP. Ph.D. pela Universidade de Birmingham na Inglaterra. Professor adjunto da Universidade de Brasília, junto aos cursos de graduação em Engenharia Civil e de Mestrado em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos (UnB). Endereço (1) : SHIN - QI 08 - Conj Casa 2 - Lago Norte - Brasília - DF - CEP: Brasil - Tel: (61) maasouza@unb.br ou souzafam@tba.com.br RESUMO As Lagoas de Estabilização constituem-se em um dos processos de tratamento de esgotos mais difundido no mundo. Elas são uma opção bastante atraente, mesmo quando comparadas com as técnicas mais modernas de tratamento, principalmente em países onde a disponibilidade de área não é um fator limitante. Entretanto, as Lagoas de Estabilização passaram a ter seu uso limitado em função da freqüente presença de Sólidos Suspensos em seu efluente. Os Sólidos Suspensos provocam conseqüências indesejáveis no corpo receptor, como o aumento na demanda de oxigênio no mesmo, ou, no caso do aproveitamento para consumo humano, o surgimento de problemas de cor, odor e sabor na água. Considerando as significativas vantagens de custo e operação das Lagoas de Estabilização, torna-se desejável o desenvolvimento de um processo de polimento de seus efluentes que objetive a remoção de Sólidos Suspensos. O processo de pós-tratamento a ser desenvolvido e empregado de forma acoplada, deverá manter as mesmas vantagens das Lagoas de Estabilização, ou seja: baixo custo de implantação, simplicidade operacional, baixo grau de mecanização e ser um processo natural, sem adição de produtos químicos. Objetivando o desenvolvimento de um processo de tratamento de efluentes de Lagoas de Estabilização que atenda às características citadas, encontra-se em andamento no Distrito Federal (Brasil), um projeto de pesquisa em escala piloto que avalia cinco processos naturais, sendo eles: Filtro Intermitente de Areia, Filtro de Pedra, Escoamento Superficial (Aplicação no Solo), Terras Alagadas Cultivadas Construídas de Fluxo Subsuperficial (com Typha latifolia) e Tanques com Plantas Aquáticas Flutuantes (com Eichhornia crassipes). Os processos que têm se mostrado, a princípio, mais eficientes em termos de remoção de Sólidos Suspensos são os que possuem meio filtrante (Filtro de Pedra, Filtro Intermitente de Areia e Terras Alagadas Cultivadas Construídas de Fluxo Subsuperficial), porém apresentando o inconveniente de se obstruírem parcial ou totalmente, indicando uma maior atenção em termos de operação e manutenção do que os demais. Trabalhando com taxas de aplicação bastante rigorosas para o tipo de afluente às unidades piloto, as eficiências apresentadas em termos de remoção de Sólidos Suspensos foram 67,14 %, 60,11 e 58,47% para Filtro de Pedra, Filtro Intermitente de Areia e Terras Alagadas Cultivadas Construídas de Fluxo Subsuperficial, respectivamente. PALAVRAS-CHAVE: Polimento de Efluentes, de SS de Lagoas, Melhoria de Efluentes, Processos Naturais, de Algas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 INTRODUÇÃO O processo conhecido genericamente como Lagoas de Estabilização é um dos processos de tratamento de esgotos mais difundido no mundo. Por se tratar de processo de baixo custo de implantação e grande facilidade operacional, as Lagoas de Estabilização são bastante atrativas, mesmo quando comparadas com as técnicas mais modernas de tratamento, principalmente em países onde a disponibilidade de área não é um fator limitante. Em função dessas características, o Distrito Federal (Brasil), possui seis unidades de tratamento de esgotos domésticos utilizando o processo de lagoas de estabilização, atendendo atualmente a uma população da ordem de habitantes. Entretanto, com a crescente exigência, pelos órgãos ambientais, de uma melhor qualidade dos efluentes das estações de tratamento, fato que também ocorre em Brasília, as Lagoas de Estabilização passam a ter seu uso limitado em função da freqüente presença de Sólidos Suspensos em seu efluente. Os Sólidos Suspensos provocam conseqüências indesejáveis no corpo receptor, como o aumento na demanda de oxigênio no mesmo, ou o surgimento de problemas de cor, odor e sabor na água, em função da presença de algas, causados a um eventual aproveitamento da água para consumo humano. Considerando as significativas vantagens de custo e operação das Lagoas de Estabilização, torna-se desejável o desenvolvimento de um processo de polimento de seus efluentes que objetive a remoção de Sólidos Suspensos, proporcionando que eles se mantenham em condições de acompanhar os crescentes padrões de qualidade exigidos atualmente. Para manter as propagadas virtudes do processo de Lagoas de Estabilização, o processo de pós-tratamento de seus efluentes, a ser desenvolvido e empregado de forma acoplada, deverá apresentar as mesmas vantagens das Lagoas de Estabilização, ou seja: - Apresentar baixo custo de implantação; - Mostrar simplicidade operacional; - Exigir baixo grau de mecanização; e - Ser um processo natural, sem a adição de produtos químicos. Visando o desenvolvimento de um processo de tratamento de efluentes de Lagoas de Estabilização que atenda às características citadas, encontra-se em andamento no Distrito Federal (Brasil), o presente projeto de pesquisa que avalia cinco processos naturais de tratamento, escolhidos entre os que se mostraram especialmente promissores na capacidade de remoção de Sólidos Suspensos, com a perspectiva concreta de utilizar a tecnologia desenvolvida nas unidades de tratamento de esgotos existentes na região. Os processos de polimento que estão sendo avaliados são os seguintes: - Filtro Intermitente de Areia; - Filtro de Pedra; - Escoamento Superficial (Aplicação no Solo); - Terras Alagadas Cultivadas Construídas de Fluxo Subsuperficial (com Typha Latifolia); - Tanques com Plantas Aquáticas Flutuantes (com Eichhornia Crassipes). OBJETIVOS O objetivo deste trabalho é estudar e comparar, em caráter preliminar, as alternativas de processos naturais de remoção de Sólidos Suspensos citadas anteriormente. Posteriormente, com o avanço da pesquisa, serão estudadas as condições de projeto e operacionais que otimizam os processos, técnica e economicamente, sendo aprofundado o conhecimento sobre duas das alternativas que se revelem mais promissoras. METODOLOGIA EMPREGADA Para atingir os objetivos propostos, está sendo utilizada uma Estação de Tratamento de Esgotos Piloto (ETE- Piloto) construída pela CAESB - Companhia de Saneamento do Distrito Federal -, em meados de 1999, através de um Convênio com a Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal - FAP/DF, dentro dos limites da Estação de Tratamento de Esgotos da Cidade do Paranoá (ETE Paranoá), que é operada pela ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 CAESB. A pesquisa conta, no momento, com a colaboração da Universidade de Brasília - UnB, através de convênio firmado com a CAESB. Na Figura 1, apresenta-se uma vista aérea da ETE-Paranoá. As principais características da ETE Paranoá encontram-se na Tabela 1. Os valores médios das principais características de qualidade do afluente e efluente da ETE Paranoá são mostradas na Tabela 2. Figura Vista aérea da ETE-Paranoá. Tabela 1: Características principais da ETE Paranoá. Característica Descrição Região atendida: Cidade de Paranoá - DF População de saturação: hab. População atual: hab. Capacidade: 112 L/s Vazão atual: 40 L/s Processo empregado: UASB com Lagoas de Alta Taxa e Leito de Escoamento Superficial Corpo Receptor: Rio Paranoá Tabela 2: Valores médios das principais características de qualidade do efluente da lagoa de alta taxa (ETE - Paranoá). Característica Afluente Efluente DQO SS PT 14,84 10,83 27 NTK 85,69 49,7 42 DBO ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 A ETE-Piloto construída para a presente pesquisa é composta de cinco células em paralelo, cada uma com um dos processos que estão sendo avaliados. As unidades de Filtro de Pedra, Terras Alagadas Cultivadas Construídas de Fluxo Subsuperficial e Plantas Aquáticas Flutuantes são compostas de tanques escavados no solo, taludes revestidos com 5,00 cm de concreto, medindo 3,00 m de largura, 15,00 m de comprimento e 1,00 m de profundidade. A unidade de Filtros Intermitentes de Areia é composta de dois tanques, também escavados no solo, taludes revestidos com 5,00 cm de concreto, medindo 3,50 m de largura, 6,00 m de comprimento e 1,00 m de profundidade cada. A unidade de Escoamento Superficial, por sua vez, é composta de uma rampa em grama comum, medindo 3,00 m de largura por 30,00 m de comprimento. As células recebem o mesmo efluente da Lagoa de Alta Taxa visando a obtenção de desempenhos comparáveis durante o desenvolvimento do projeto. Na Figura 2, apresenta-se uma vista da ETE-Piloto. Figura 2: Vista da ETE-Piloto. RESULTADOS PRELIMINARES A ETE-Piloto entrou em operação em junho/99, sendo que todas as unidades têm apresentado desempenho sem maiores problemas, excetuando-se a unidade de filtros intermitentes de areia. Em 16/08/99, a unidade de filtros intermitentes de areia foi retirada de carga devido a colmatação dos leitos, sendo colocada novamente em carga em 11/09/99. Em 16/09/99, já foi necessário efetuar limpeza nos dois leitos. Em 30/09/99, foi trocada a areia por uma de granulometria mais fina e peneirada, sendo retirada novamente de carga em 22/11/99. Nas Tabelas 3, 4, 5 e 6, apresenta-se os resultados preliminares médios de desempenho em termos de SS, DBO5, NTK e PT, respectivamente. Os valores apresentados referem-se ao período de operação de junho de 1999 a abril de 2000, excetuando-se os valores apresentados para a unidade de filtros intermitentes de areia, que são relativos, apenas, ao período de agosto de 1999 a novembro de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 3: Resultados preliminares de desempenho da ETE-Piloto em termos de SS. SSa SSe Filtro intermitente de areia 0,30 m3/m2.d 12x12 186,33 74,33 60,11 Filtro de pedra 0,23 m3/m3.d 12x12 183,50 60,30 67,14 Escoamento superficial 0,07 m3/m2.d 12x12 183,50 173,30 5,56 Terras alagadas 0,28 m3/m2.d ,50 76,20 58,47 Plantas aquáticas 0,28 m3/m2.d ,50 115,20 37,22 Tabela 4: Resultados preliminares de desempenho da ETE-Piloto em termos de DBO 5. DBO5a DBO5e Filtros intermitentes de areia 0,30 m3/m2.d 12x12 258,33 152,67 40,90 Filtro de pedra 0,23 m3/m3.d 12x12 204,30 89,40 56,24 Escoamento superficial 0,07 m3/m2.d 12x12 204,30 184,30 9,79 Terras alagadas 0,28 m3/m2.d ,30 78,70 61,48 Plantas aquáticas 0,28 m3/m2.d ,30 117,40 42,54 Tabela 5: Resultados preliminares de desempenho da ETE-Piloto em termos de NTK. NTKa NTKe Filtros intermitentes de areia 0,30 m3/m2.d 12x12 69,36 50,18 27,65 Filtro de pedra 0,23 m3/m3.d 12x12 59,94 51,51 14,06 Escoamento superficial 0,07 m3/m2.d 12x12 59,94 45,29 24,44 Terras alagadas 0,28 m3/m2.d 24 59,94 56,83 5,19 Plantas aquáticas 0,28 m3/m2.d 24 59,94 55,99 6,59 Tabela 6: Resultados preliminares de desempenho da ETE-Piloto em termos de PT. PTa PTe Filtros intermitentes de areia 0,30 m3/m2.d 12x12 12,03 8,03 35,49 Filtro de pedra 0,23 m3/m3.d 12x12 11,71 10,69 8,71 Escoamento superficial 0,07 m3/m2.d 12x12 11,71 9,94 15,11 Terras alagadas 0,28 m3/m2.d 24 11,71 11,17 4,61 Plantas aquáticas 0,28 m3/m2.d 24 11,71 10,97 6,32 CONCLUSÕES Os processos utilizados se mostraram de operação bastante simples, sem demandar qualquer atenção especial por parte da operação da estação. Os resultados obtidos até a presente data mostram que os processos utilizando um meio filtrante tem apresentado a maior eficiência de remoção. Verifica-se, a princípio, que as unidades que apresentaram melhores desempenhos em termos de remoção de SS foram filtro de pedra (67,14 %) e filtros intermitentes de areia (60,11 %). Em termos de DBO5, foram terras alagadas (61,48 %) e filtro de pedra (56,24 %). Em termos de NTK e PT, foram filtros intermitentes de areia (27,65 % e 35,49 %, respectivamente) e escoamento superficial (24,44 e 15,11 %, respectivamente). As eficiências médias da ETE-Paranoá na remoção de SS, DBO, NTK e PT, sem considerar a ETE-Piloto, são 69 %, 83 %, 42 % e 27 %, respectivamente, conforme Tabela 2. Se for considerado o melhor processo da ETE-Piloto na remoção de cada característica, as eficiências finais passam a ser 89 %, 93 %, 59 % e 53 %, respectivamente. Verifica-se que as eficiências finais melhoraram bastante com a inclusão da ETE-Piloto, no entanto, os efluentes ainda apresentam valores altos para as características, em função das altas concentrações do esgoto ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 bruto afluente, o que pode ser verificado na Tabela 2, bem como das taxas de aplicação que estão sendo utilizadas nas unidades da ETE-Piloto. Diante disso, nota-se a necessidade de se trabalhar com taxas de aplicação mais conservadoras, nas unidades da ETE-Piloto, com o intuito de se obter efluentes de melhores qualidades, bem como melhores eficiências dos processos que estão sendo avaliados. Em 04/08/2000, as taxas de aplicação nos diversos processos avaliados foram alteradas, visando atingir remoções da ordem de 80% a 90% dos sólidos em suspensão afluente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CAESB (1998). Projeto de Execução da ETE- Piloto do Paranoá. Companhia de Saneamento do Distrito Federal - CAESB, Brasília. 2. CAESB (1999). Sinopse do Sistema de Esgotamento Sanitário do Distrito Federal - SIESG. Companhia de Saneamento do Distrito Federal - CAESB, Brasília, DF, 220p. 3. CORAUCCI FILHO, B., CHERNICHARO, C. A. L., ANDRADE NETO, C. O., NOUR, E. A., ANDREOLI, F. N., SOUZA, H. N., MONTEGGIA, L. O., VON SPERLING, M., LUCAS FILHO, M., AISSE, M. M., FIGUEIREDO, R. F., STEFANUTTI, R. (1999). Tecnologia do tratamento de águas residuárias no solo: infiltração rápida, irrigação e escoamento superficial. In: Campos, J. R.(coordenador) Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. Programa de Pesquisa em Saneamento Básico-PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, DINGES, R. (1978). Upgrading stabilization pond effluent by water hyacinth culture. Journal WPCF, maio, EPA (1984). Process Design Manual. Land Treatment of Municipal Wastewater. Supplement on Rapid Infiltration and Overland Flow. United States Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, U. S. A., 121p. 6. EPA (1988). Design Manual. Constructed Wetlands and Aquatic Plant Systems for Municipal Wastewater Treatment. United States Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, U. S. A., 83p. 7. EPA (1993). Subsurface Flow Constructed Wetlands For Wastewater Treatment. A Technology Assessment. United States Environmental Protection Agency, Washington, DC, U. S. A., 66p. 8. FUJII, S., SOMIYA, I. E TAKEDA, K. (1987). Water quality improvement of secondary effluent by an oxidation pond with subsequent sand filtration treatment. Water Science & Technology, 19(12), MARQUES, D. M. (1999). Terras úmidas construídas de fluxo subsuperficial. In: Campos, J. R.(coordenador) Tratamento de Esgotos Sanitários por Processo Anaeróbio e Disposição Controlada no Solo. Programa de Pesquisa em Saneamento Básico-PROSAB, ABES, Rio de Janeiro, MELCER, H., EVANS, B., NUTT, S. G. E HO, A. (1995). Upgrading effluent quality for lagoon-based systems. Water Science & Technology, 31(12), METCALF & EDDY, INC. (1991). Wastewater Engineering - Treatment, Disposal, Reuse. MacGraw - Hill International Editions, 3ª Edição, New York, EUA, 1334p. 12. MIDDLEBROOKS, E. J. (1988). Review of rock filters for the upgrade of lagoon effluents. Journal WPCF, 60(9), MIDDLEBROOKS, E. J. (1995). Upgrading pond effluents: an overview. Water Science & Technology, 31(12), MIDDLEBROOKS, E. J., PORCELLA, D. B., GEARHEART, R. A., MARSHALL, G. R., REYNOLDS, J. H. E GRENNEY, W. J. (1974). Techniques for algae removal from wastewater stabilization ponds. Journal WPCF, 46(12), MORGAN, J. M., HUFFMAN, G. L., GREEN, T. E JUDKINS, J. F. (1981). Hydraulics of intermittent sand filters loaded with single-cell oxidation pond effluent. Journal WPCF, 53(5), NUCCI, N. L. R., SILVA, R. J. C. E ARAÚJO, J. L. B. (1978). Tratamento de Esgotos Municipais por Disposição no Solo e sua Aplicabilidade no Estado de São Paulo. Fundação Prefeito Faria Lima, São Paulo, Brasil, 70p. 17. O BRIEN, W. J., MCKINNEY, R. E., TURVEY, M. D. E MARTIN, D. M. (1973). Two methods for algae removal. Water and Sewage Works, 120(3), ORTH, H. M. E SAPKOTA, D. P. (1988). Upgrading a facultative pond by implanting water hyacinth. Water Research, 22(12), ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

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