Estudos de viabilidade sobre o impacto de processos de biorremediação em ambientes de lagos urbanos contaminados

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1 Estudos de viabilidade sobre o impacto de processos de biorremediação em ambientes de lagos urbanos contaminados Sumário O aumento da urbanização, agricultura e até mesmo pássaros diminuiu a qualidade dos nossos lagos e riachos, ao aumentar o nível de nutrientes na água, especialmente nitrogênio e fósforo, o que resulta na deterioração da qualidade da água frequentemente denominado eutrofização. Isso pode causar uma má claridade da água; escumalha e espumas; odores desagradáveis; e algas. Melhor gestão das terras é uma maneira de ajudar a melhorar ou parar a transformação em corpos de água eutróficos, mas as mudanças podem levar anos para melhorar a qualidade da água. Para ajudar a melhorar a qualidade da água em um curto prazo, métodos mecânicos, químicos, e biológicos têm sido utilizados. O estudo presente foi realizado para restaurar um lago urbano. A poluição da massa de água é devido ao escoamento da área superior da terra, esgoto e resíduos sólidos a partir das habitações circundantes, incluindo resorts. A carga de poluição mostra DBO, DQO, nitrogênio e fosfato. Depois de avaliar a quantidade de poluição no lago e identificar o fluxo de cargas orgânicas e hidráulicas no campo, um estudo de laboratório foi conduzido para entender a viabilidade de remediação da água do lago usando diferentes zoneamentos como condições do litoral, de profundidade e bentônicos com um coquetel microbial. Como indicadores de melhoria, a concentração de carbono orgânico e dos principais nutrientes (nitrogênio e fosfato) foi estudada. O DBO, DQO, TKN, e a remoção de odor foram a melhor em todas as condições dos zoneamentos, na presença de um coquetel microbial. O estudo revelou que a tecnologia de remediação pode melhorar o lago na remoção de matéria orgânica e nutrientes em um ritmo mais rápido do que os processos de autopurificação natural. Introdução Lagos são corpos subterrâneos de água doce que variam em tamanho de menos de um acre até vários milhares de acres. Lagos, também podem ser classificados com base na sua riqueza de nutrientes, o que normalmente afeta o crescimento das plantas, tais como mesotróficos (nível médio de nutrientes) oligotróficos (pobre em nutrientes), eutróficos (enriquecido com nutrientes), e hipertróficos (excessivamente enriquecida com nutrientes). Eles são divididos

2 em quatro zonas com base em profundidade e distância da linha de costa (litoral, limnetica, de profundidade e zona bentônica). A hidrologia do lago descreve o fluxo de água para dentro e para fora do lago e suas interações com o ambiente. A crescente urbanização e industrialização geram grandes volumes de águas residuais e sua entrada no lago resulta na eutrofização. Uma das técnicas que estão sendo empregadas na reabilitação ecológica dos lagos poluídos é a aplicação da Tecnologia do Consórcio Probiótico (TCP). Esta consiste na utilização de microrganismos benéficos provenientes da natureza, que tem provado ser bem sucedida, não só na agricultura e criação de animais, mas também no tratamento de solos contaminados e águas residuais. No presente trabalho, a viabilidade de empregar TCP sobre o impacto dos processos de biorremediação em um lago urbano designado foi estudado. Materiais e Métodos Descrição do Lago O lago é uma das estruturas mais importantes de armazenamento perto de áreas comerciais. Ele recebe as águas pluviais e de esgoto das áreas residenciais adjacentes e ruas comerciais, transportadas através de drenos de águas pluviais, que finalmente entra no lago pela direção Noroeste. Devido ao afluxo contínuo de águas residuais não tratadas, o lago tornou-se eutrófico e depilado. Como os bancos estão completamente ocupados por edifícios legais ou invasões, a visão do corpo de água permanece quase despercebida para o público. AVALIAÇÃO DAS INFORMAÇÕES DA LINHA DE BASE Análise de Fluxo Entalhes em V de represa são usados para monitorar a descarga em pequenos canais abertos. Um entalhe em V de represa especialmente concebido e instalado dentro de um canal aberto vai aumentar o nível de água no rio acima, bloqueando parcialmente a descarga. A altura do nível de água do rio acima é uma medida direta para a descarga total no canal, medindo pelo menos 0,5 m de distância da represa real. Cada entalhe em V de represa tem uma geometria, que é calibrada para caber exatamente a forma do canal e a quantidade esperada de descarga. O nível da água pode ser medido manualmente usando uma fita métrica ou automaticamente através do transformador de distância de ultrassom. O entalhe em V foi feito de madeira e fixado na parte de dentro; a construção de uma parede de tijolos de 23 cm de espessura foi emboçada com cimento impermeável. A parte inferior do entalhe em V é de 0,15 m. A altura do entalhe em V do nível do solo foi 0,201 m. A parte

3 inferior do entalhe em V é subtraída com a altura do entalhe em V do nível do solo (ou seja, 20,1 cm - 15 cm = 5,1 cm) para obter a altura fluxo real. O ângulo do entalhe em V é de 90 graus. A altura do entalhe em V foi projetada de tal forma a não causar grandes armazenamentos de refluxo (ou acumulação de reserva) e ele irá transbordar durante chuvas pesadas. Em três dias diferentes, ou seja, no dia 6 e 21 de setembro e 26 de outubro de 2006, o fluxo de águas residuais tem sido avaliado no entalho em V da represa, ou seja, no lago. O fluxo foi medido a cada uma hora, das 7:00 às 19:00 horas em ambos os dias (ou seja, 6 e 21 de setembro de 2006) e das 5:00 às 23:00 horas no dia 26 de outubro de As amostras foram coletadas para análise em três diferentes intervalos de tempo (8:00, 12:00, e 16:00). Às 8:00 e 16:00 horas, DQO sozinho foi analisado; às 12:00 horas, parâmetros como ph, EC, DO, temperatura, TDS, TSS, turbidez, TN, TP, DQO e DBO foram analisados. A vazão horária foi calculada pela média dos três dias das 05:00 às 23:00 horas e das 24:00 às 04:00 horas, as taxas de fluxo foram extrapoladas. O nível da água foi medida manualmente com uma fita métrica fixa. A altura do fluxo através do entalhe em V foi medida. A altura do fluxo foi calculada utilizando a seguinte fórmula: Q = 1.35 hi2.48 onde; Q = descarga da represa em M3/s hi = topo da represa em M Análise da Carga A taxa volumétrica de carga orgânica, definida como a quantidade de DBO ou DQO aplicada para o volume do tanque de aeração por dia, no caso: (Q) (S o ) L org = (V) (103 g/kg) onde; L org = taxa volumétrica de carga orgânica, Kg DQO/m 3.d Q = taxa de fluxo de água residual afluente, m 3.d S o =concentração afluente DQO, g/m 3 V = volume do tanque de aeração, m 3 Table 1. Lista dos métodos de análise.

4 S.No. PARAMETER APHA METHOD 1 ph 4500-H + WTW (ph 320 / SET), Horiba Multi Probe 2 Temperature Electrical Conductivity Dissolved Oxygen (D.O) WTW Temperature Probe, Horiba Multi Probe WTW (Tetra Con 325), Horiba Multi Probe WTW (Oxi 330/SET), Horiba Multi Probe 5 Turbidity 2130 Nephelometric method 6 7 Chemical Oxygen Demand (DQO) Biochemical Oxygen Demand (DBO) 8 Total Kjeldahl Nitrogen (TKN) 5220 Open Reflux Titrimetric Method day BOD test Norg N org Macro Kjeldahl Method 9 Total and Fecal coliforms 9221 MPN Technique 10 Nitrate (NO 3 ) 11 Nitrite (NO 2 ) NO NO 2 Copper Cadmium Reduction Method Spectrophotometry 12 Total Phosphorus 4500-P Stannous Chloride Method 13 Ammonia (NH 3 ) NH 3 TitrimetricMethod Análise físico-química As amostras compostas foram coletadas do lago, bem misturadas, e retiradas de 3-4 locais diferentes no mesmo lago. Latas de 5 litros de polietileno (PE) para água da lagoa e uma lata de um litro de PE foram utilizadas para coletar as amostras para a análise dos parâmetros físico-químicos. Recipientes de vidro esterilizados são utilizados para recolher amostras para análise microbiológica. As amostras recolhidas são preservadas no escuro com 4 C de temperatura e transportadas para o laboratório assim que possível, e imediatamente, os parâmetros sensíveis foram analisados. Análise dos coliformes foi iniciada dentro de 24 horas após a coleta da amostra. Os métodos analíticos adoptados estão listados na Tabela 1, de

5 acordo com os métodos de teste apresentados no: Standard methods for the examination of water and wastewater (APHA, 2005). Aplicação do TCP Um corpo de água de 5000 metros quadrados com um cu.m 500 (5 milhões de litros) de água, o TCP foi utilizado na proporção de 1: 5000, quatro vezes por mês, o que corresponde em até 80 litros de TCP por mês. Configuração experimental De acordo com o horário de trabalho, as amostras foram coletadas a partir da área definida e levadas para o laboratório, onde elas foram transferidas para um recipiente grande, o que permitiu a fixação. Em seguida, as amostras foram transferidas igualmente para recipientes menores com base no estudo. O volume das amostras à ser transferido depende do tipo de estudo. Dependendo do volume da amostra, o TCP é injetado. Estudos de mineralização foram realizados em reatores fechados de capacidade de 5L e 3L com recipientes necessários para injeção de TCP e recolhimento de gás. Gás foi coletado pelo método de deslocamento de água. RESULTADOS E DISCUSSAO Fluxo de águas residuais no lago A taxa de fluxo médio por hora do lago é mostrado na Figura 2. O auge do fluxo foi às 10:00 horas com o fluxo médio diário de 5,68 l / seg. A partir da Figura 3, pode-se inferir que, apesar do aumento e diminuição do fluxo, a concentração de DQO foi encontrada semelhante para todas as três horas. A concentração DQO às 8:00, 12:00 e 16:00 horas é quase semelhante. Assim, a concentração média de DQO foi feita a partir dos três tempos medidos diferentes. A concentração média de DQO é 274 mg / L. Para calcular a carga orgânica para todo o dia, a concentração média de DQO é multiplicada com a vazão para cada uma hora. A partir da Figura 4, pode-se inferir que a carga orgânica foi encontrada elevada às 10:00 horas, de 134,30 kg / dia, o que pode ser devido aos resíduos de cozinha gerados.

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7 Características da agua do lago A concentração de DBO do lago estava entre 37 a 45 mg / L, o que também é maior do que o padrão de 30 mg / L de eliminação e que o padrão do Conselho de Controle de Poluição Central (CPCB) para critérios do melhor uso da água (Classe B: 3 mg /L). A concentração de COD foi alta, 252 mg / L e os resultados da análise da água do lago são dadas na Tabela 2 (Table 2). Table 2. Análise da qualidade da água do lago. Parameter Location Unit Lake Parameter Heavy metals Unit ph (in-situ) As (mg/l) EC (in-situ) (μs/cm) Cd (mg/l) BDL DO (in-situ) (mg/l) Cr (mg/l) Temp. (in-situ) ( C) Cu (mg/l)

8 TDS (mg/l) Fe (mg/l) TSS (mg/l) Hg (mg/l) NH 3 -N (mg/l) Ni (mg/l) BDL NO 2 -N (mg/l) <0.1 Pb (mg/l) NO 3 -N (mg/l) Zn (mg/l) TKN (as N) (mg/l) PO 4 3 p (mg/l) DQO (mg/l) DBO 3 (27 C) (mg/l) Coliformes totais MPN/100 ml 2* 10 5 Coliformes fecais MPN/100ml 9* 10 4 Table 3. Eficácia da Biorremediação em comparação das diferentes concentrações de TCP. O valor TKN foi de até 31 mg / L. A TDS real na água da lagoa foi de cerca de 825 mg/l. A DO foi gravada em 9,5 mg/l indicando um alto nível de poluição e toxicidade na lagoa pela entrada de água cinza na lagoa. Esta condição faz com que a água da lagoa fique com quase uma qualidade de água de esgoto. Há menos quantidade de fosfato de 1,4 mg / L na água de lagoa contra o padrão permitido pelo Regulamentos de Permissões Ambientais (EPR) de 5,0 mg / L. O nitrogênio e o fosfato são ambos nutrientes que pode ser considerado como benéficos para plantas. Para a instalação de um sistema de tratamento biológico, existem nutrientes suficientes disponíveis na água para suportar um processo de tratamento biológico.

9 Os coliformes totais no lago foram de 1,9 x 105 NMP/100 ml e coliformes fecais foram de 9,8 x104 NMP/100 ml o que mostrou a má qualidade da água. Parâmetros básicos como BOD e coliformes do lago indicam uma maior carga de poluição em comparação com os padrões da CPCB sobre os critérios de melhor uso da água. A quantidade de TKN e fosfatos indicam a eutrofização do lago como revelado pela presença de proliferação de algas. A quantidade de coliformes torna a água imprópria para fins de banho, se forem aplicados os critérios da CPCB de melhor uso da agua. Concentração ideal de TCP A partir dos estudos realizados com diferentes concentrações de TCP, observou-se que a concentração de 0,8 ml/l mostrou redução apreciável em DBO, DQO, e coliformes. Foi observada melhora no DO e na clareza da água durante o estudo (Table 3). Mineralização de Nutrientes Orgânicos Para compreender a mineralização dos nutrientes orgânicos, o estudo foi realizado por duas semanas em um reator fechado com água e águas residuais, respectivamente, e TCP. No final do dia 14, a análise do efluente, de sólidos, e o gás foram efetuadas para as respectivas amostras. Table 4. Mineralização dos nutrientes orgânicos durante a biorremediação da água do lago.

10 No reator de controle em que as amostras não foram tratadas com TCP, a redução do DQO era de 54% (37 mg/l), DBO de 72% (18 mg/l), e TKN foi de 25% (5,6 mg / L). Não houve alteração na concentração dos MLSS e MLVSS quando comparado com o dia inicial. O peso total em seco da biomassa produzida durante o período é de 10,9 mg no reator (4 L). Foi observada a produção de gás de 26 ml (Table 4; Figura 5). Fora dos 37 mg de DQO, uma quantidade de 10,9 mg de biomassa e 26 ml de gás foram produzidas. Estudos com água de lago, com 0,2 ml/l de TCP / no reator (4 L) mostrou uma redução de DQO de 64% (70,2 mg/l), a redução da DBO de 95% (43 mg/l), TKN de 45% (14 mg/l), e redução da amônia de 50% (5,6 mg/l). O peso total em seco da biomassa produzida durante o período é de 40,3 mg no reator (4 L). O volume de gás produzido foi de 37 ml. A concentração MLSS aumentou de 160 mg/l para 180 mg/l. Fora dos 70,2 mg de DQO, uma quantia de 40,3 mg de biomassa e 37 ml de gás foi produzida (Table 4; Fig.5).

11 Uma redução geral de DBO de até 97% foi alcançada dentro de 4 dias de tratamento com TCP. A concentração de DBO no lago tratado com TCP foi inferior à 3 mg/l após 8 dias, o que corresponde à classe B de critérios do melhor uso da água designado pela CPCB. Amônia na água foi removida completamente e a redução dos produtos orgânicos e do nitrogênio total foi observada. A clareza da água melhorou após o tratamento com TCP juntamente com a redução do odor.