II-139 TRATAMENTO PRIMÁRIO QUIMICAMENTE ASSISTIDO (CEPT) E DECANTAÇÃO PRIMÁRIA CONVENCIONAL: QUANDO APLICAR?

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1 II-139 TRATAMENTO PRIMÁRIO QUIMICAMENTE ASSISTIDO (CEPT) E DECANTAÇÃO PRIMÁRIA CONVENCIONAL: QUANDO APLICAR? Iene Christie Figueiredo (1) Doutoranda da Área Interdisciplinar em Engenharia Ambiental - COPPE/UFRJ. Eduardo Pacheco Jordão Dr.Eng., Professor Adjunto do Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente - Escola Politécnica/UFRJ. Isaac Volschan Junior D.Sc., Professor Adjunto do Depto. de Recursos Hídricos e Meio Ambiente - Escola Politécnica/UFRJ. Márcia Dezotti D.Sc., Professora Adjunta do Programa de Engenharia Química - COPPE/UFRJ. José Paulo Soares de Azevedo Ph.D, Professor Adjunto do Programa de Engenharia Civil - COPPE/UFRJ. Endereço (1) : Rua Monte Alegre, 216 Santa Tereza Rio de Janeiro - RJ - CEP: Brasil. Tel: (21) iene@coc.ufrj.br RESUMO O Tratamento Primário Quimicamente Assistido, também conhecido por CEPT, vem sendo utilizado em algumas estações no Brasil como alternativa para reduzir os custos iniciais de implantação dos sistemas de tratamento, minimizar os efeitos do aumento da produção de esgotos domésticos, além possibilitar a estabilidade operacional das ETE s em regiões onde se observa grande variação de carga afluente. Os decantadores primários convencionais apresentam como limitações a taxa de aplicação superficial e a eficiência de remoção de sólidos e matéria orgânica, bem inferiores àquelas propostas para o CEPT, requerendo assim maior área superficial para uma mesma vazão aplicada. A partir dessas considerações e tratando-se o CEPT de uma tecnologia ainda em desenvolvimento no país, define-se como objetivo deste trabalho comparar, de forma exploratória, seu desempenho no tratamento de esgotos domésticos, operando em escala piloto, com o desempenho da decantação primária convencional. As taxas de aplicação superficial utilizadas foram: 100 m³/m².dia para o CEPT; 60 e 80 m³/m².dia para o decantador convencional. Os resultados obtidos, ainda preliminares, confirmaram o bom desempenho do CEPT para elevadas taxas de aplicação superficial. Verificou-se também que, para uma mesma carga orgânica efluente, a aplicação de carga no CEPT pode se elevar em até 65% em relação àquela utilizada na DPC, sem que haja alteração na configuração física da unidade experimental. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento Primário de Esgoto, Decantador Convencional, CEPT, Coagulação, Floculação. INTRODUÇÃO O desenvolvimento de novos produtos químicos, com menores custos e responsáveis pela menor geração de lodo podem ser apontadas como as principais razões para o resgate do tratamento físico-químico dos esgotos. O Tratamento Primário Quimicamente Assistido, usualmente conhecido como CEPT, se baseia na remoção de sólidos suspensos através de processos físico-químicos de coagulação, floculação e sedimentação. O processo permite a obtenção de elevadas eficiências de remoção de sólidos, matéria orgânica e fósforo, mesmo sob altas taxas de aplicação superficial (TAS). O CEPT apresenta eficiências de remoção de até 85% de sólidos suspensos e de até 55% de matéria orgânica, valores estes superiores aos atribuídos à Decantação Primária Convencional (DPC), limitada em 50% de remoção de sólidos e em 30% de matéria orgânica. Sua operação pode ocorrer sob taxas de aplicação hidráulica superficial de até 100 m 3 /m 2.dia, enquanto que na DPC admite-se TAS s compreendidas entre 40 e 60 m 3 /m 2.dia, dependendo do processo de tratamento secundário subsequente. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 A ETE de Point Loma (San Diego/EUA) classicamente apresenta remoções de 85% de SST, 55% de DBO e 85% de fósforo para uma TAS de 108 m 3 /m 2.dia (JORDÃO et al., 2002). Observações de 87 plantas norueguesas reportam a obtenção de eficiência média de remoção de 91% de SST, 81% de DBO 7 e 94% de fósforo (ODEGAARD, 1992). Estudos realizados por POON & CHU (1999) indicaram a remoção de 60% de SST para a dosagem de 30 mg/l de cloreto férrico (FeCl 3 ) e 0,5 mg/l de polímero aniônico. Em testes em maior escala, mantendo-se as mesmas dosagens e a condição de batelada, os percentuais de remoção de SST, nitrogênio e fósforo foram respectivamente superiores a 80%, 70% e 40%. A ETE Goiânia opera segundo a TAS de 77 m³/m².dia, utilizando 50 mg/l de FeCl 3 associado a 0,5 mg/l de polímero. As eficiências de remoção alcançadas são em média de 50% de DBO e 80% de SST. Quando empregado antecedendo o tratamento secundário, face as elevadas remoções que promove, permite a redução das dimensões das unidades subsequentes. Ao ser adaptado em estações de tratamento já existentes, o CEPT assimila a eventual sobrecarga orgânica, adequando o tratamento secundário às condições operacionais ideais. Desponta também como solução tecnológica aplicável para os casos de estações de tratamento de esgotos sujeitas à variações temporárias de vazão, como é o caso da ETE de Riviera de São Lourenço (SP). Essa estação opera com duas unidades CEPT precedendo as lagoas anaeróbias existentes. Remoções compreendidas entre 80 e 95% de SST, 55 e 75% de DQO, 50 e 66% de DBO, e 82 e 87% de fósforo são registradas. O CEPT aumentou a capacidade de tratamento da ETE existente em 250%, utilizando área de ampliação reduzida (TSUKAMOTO, 2000). A ETE de Armação de Búzios, no Rio de Janeiro, apresenta a possibilidade de elevação de vazão afluente em até 200% nos períodos de alta temporada, com a operação intermitente do CEPT. A instalação do CEPT também possibilita implantação em etapas dos diferentes graus de tratamento. Tem sido assim utilizado em muitos países como alternativa capaz de, em uma primeira fase, minimizar os efeitos da poluição das águas. Estudos preliminares requeridos pelo Banco Mundial analisaram a utilização do CEPT para o controle do aporte de fósforo à Baía de Guanabara, no Rio e Janeiro. Os resultados mostraram eficiências de remoção de até 90% de fosfatos. Esses estudos subsidiaram a opção do processo CEPT para a primeira etapa de implantação das estações de Pavuna e Sarapuí, já em operação. A utilização do CEPT apresenta por outro lado, custo operacional elevado em função da utilização de produtos químicos e a geração de elevadas quantidades de lodo. Para a obtenção de melhores eficiências de remoção associadas à redução da produção de lodo e à elevação da TAS, HARLEMAN & MURCOTT (2001) destacam a necessidade de direcionar estudos para o conhecimento mais aprofundado da relação entre os coagulantes e os dispositivos de mistura. Atribuem ainda que a pouca difusão e utilização da tecnologia CEPT possa ser associada à limitação das pesquisas em escala de laboratório e piloto, à reduzida divulgação de resultados experimentais e práticos na literatura técnica, ao errôneo entendimento de que processos químicos produzem lodo em demasia e à equivocada opção pela ampliação da capacidade de uma planta em detrimento ao ajuste das unidades existentes. Nesse sentido o presente trabalho pretende contribuir, com a realização de experimentos em duas unidades de decantação primária, sendo uma quimicamente assistida e a outra convencional, submetidas à diferentes taxas de aplicação superficial. MATERIAIS E MÉTODOS As unidades CEPT e DPC são duas das 15 unidades experimentais que compõem o Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da UFRJ. O CETE/UFRJ tem como missão atender aos objetivos acadêmicos de ensino e pesquisa dos cursos de graduação e pós-graduação da UFRJ voltados à engenharia de recursos hídricos, sanitária e ambiental. Consiste em uma central de operações, processos e tecnologias dotada ainda das seguintes unidades de tratamento de esgotos: grade de barras, desarenador por gravidade, desarenador aerado, decantação primária convencional, decantação primária quimicamente assistida, reator UASB, tanque séptico, filtro anaeróbio, filtro aerado submerso, lodos ativados, lagoa aerada, lagoa de sedimentação, lagoa ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 facultativa e lagoa de maturação. Todas as unidades de tratamento apresentam capacidade para população equivalente da ordem de 500 habitantes. Os esgotos sanitários afluentes à estação experimental durante a realização dos testes apresentaram as seguintes características médias: 370 mg DQO/L, 150 mg DBO/L, e 350 mg SST/L. O aparato experimental é constituído por grade de barras, desarenador, bombas peristálticas dosadoras de coagulantes e floculantes, medidores de vazão de esgotos e de ar e por 2 decantadores primários, um servindo ao CEPT e o outro à DPC, conforme ilustra o fluxograma da Figura 1. Figura 1: Fluxograma do aparato experimental Reservatório Esgoto Afluente Gradeamento e Caixa de Areia Rotâmetros de Esgoto Dosagem decoagulante Caixa de Areia Aerada Esgoto Bruto Rotâmetro de Ar CEPT Compressor Poço de Sucção DPC Os coagulantes e floculantes são aplicados por meio de bombas peristálticas dosadoras, marca PROVITEC, na entrada da caixa de areia aerada cujas dimensões são: 1,50 m de comprimento, 0,50 m de largura e 0,80 m de lâmina d água. A turbulência causada pelo ar injetado na unidade, com auxílio de um compressor sob a vazão de 100 L/h, promove também as etapas de coagulação e floculação do processo físico-químico. Ambas unidades de decantação primária (CEPT e DPC) apresentam seção superficial quadrada com 1,30 m de lado; 1,20 m de altura de sedimentação e fundo tronco piramidal. O controle de vazão de esgotos (CEPT e DPC) e de ar (CEPT) afluentes às unidades de tratamento é realizado por meio de rotâmetros da marca Digiflow, com vazões máximas de operação de 180 L/minuto (esgoto) e 1000 L/h (ar). A Figura 2 ilustra os dispositivos componentes do processo CEPT do CETE/UFRJ. As condições operacionais das unidades estabelecidas para a pesquisa foram: no CEPT, taxa de aplicação superficial de 100 m³/m².dia, equivalente a vazão de 2,0 L/s; e na DPC, taxas de aplicação superficial de 60 m³/m².dia e de 80 m³/m².dia, respectivamente equivalentes às vazões de 1,2 L/s e 1,6 L/s. Os produtos químicos utilizados no CEPT foram: policloreto de alumínio (Panfloc TE) e polímero orgânico a base de tanino (Tanfloc). A avaliação de desempenho da unidade experimental se baseou no monitoramento do esgoto afluente e efluente ao CEPT e a DPC. Amostras compostas, coletadas no período compreendido entre 8:00 às 16:00 horas, foram submetidas ao ensaio de sedimentabilidade em cone Imhoff, sendo o sobrenadante coletado para análises de SST, DQO e DBO. A adoção desta metodologia deveu-se à necessidade de mitigação dos efeitos da inadequada performance das unidades de decantação. As análises foram processadas no Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola Politécnica da UFRJ (LEMA), segundo as determinações estabelecidas no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (1998). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Figura 2 - Unidade Experimental CEPT, com destaque para (a) sistema de dosagem de produto químico, (b) caixa de areia aerada e (c) decantador. (a) (b) (c) RESULTADOS OBTIDOS Os resultados obtidos nos testes apresentam-se de forma resumida na Tabela 1 e ilustrados na Figura 3. Tabela 1: Resultados obtidos na operação do CEPT e na DPC. Processo Remoção Média (%) Número TAS Vazão Dosagem Produto de (m³/m².dia) (L/s) (mg/l) DQO DBO SST Amostras CEPT 100 2,0 Tanfloc 12, ,0 Panfloc TE ± ± ± 7 9 DPC 60 1, ± ± ± , ± ± ± 11 8 Figura 3 Remoções médias obtidas para o CEPT e DPC em função das respectivas TAS. 100% 94% 90% 83% 80% 80% 77% 70% 67% 67% 63% 60% 56% 50% 50% 46% 43% 40% 72% 30% 20% 10% 0% 12,5 mg/l 55 mg/l Tanfloc (100 m³/m².dia) Panfloc TE (100 m³/m².dia) DPC (60 m³/m².dia) DPC (80 m³/m².dia) DQO DBO SST Para a DPC obteve-se, como esperado, melhores remoções dos parâmetros analisados quando aplicada a menor TAS (60 m³/m².dia). No CEPT, submetido à TAS de 100 m³/m².dia, observou-se elevação considerável das remoções de SST e DBO, independente do produto químico utilizado. As cargas orgânicas afluentes às unidades experimentais foram estimadas em 26 kg DBO/dia, para o caso do CEPT; e de 16 e 21 kg DBO/dia TAS de 60 e 80 m³/m².dia, respectivamente - aplicadas na DPC. A carga ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 efluente CEPT, compreendida entre 8,0 e 13,0 kg DBO/dia, foi similar à carga efluente da DPC (entre 8,4 e 11,8 kg DBO/dia), evidenciando o bom desempenho do tratamento físico-químico. CONCLUSÕES Os resultados obtidos são exploratórios e confirmam, como esperado, o bom desempenho do CEPT para elevadas taxas de aplicação superficial. Verificou-se também que, para uma mesma carga orgânica efluente, a aplicação de carga no CEPT pode se elevar em até 65% em relação àquela utilizada na DPC, sem que haja alteração na configuração física da unidade experimental. Os estudos a serem conduzidos, após a fase exploratória, objetivarão o conhecimento para a determinação de melhores eficiências de remoção, a geração de menores quantidades de lodo, a aplicação de maiores TAS, segundo o menor custo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA;AWWA;WPCF. Standard Methods for the examination of Water and Wastewater. Amer. Public Health Assoc., Americ. Water Works Assossiation, Water Pollution Control Federation, Washington, D.C., JORDÃO, E. P., VOLSCHAN JR., I., ÁVILA, R. O. e SOUSA, E. C. Tratamento Primário Quimicamente Assistido (CEPT) e Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente (UASB) Comparação de Custos de Implantação e Operação. Simpósio Luso-Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental SILUBESA, ODEGAARD, H. Norwegian Experiences with Chemical Treatment of Raw Wastewater. Water Science Technology, Vol. 25, n. 12, pp 255/ POON, C. S. e CHU, C. W. The use of Ferric Chloride and Anionic Polymer in the Chemically Assisted Primary Sedimentation Process. Chemosphere, Vol. 39, nº 10, pp , TSUKAMOTO, R. Y. Tratamento Primário Avançado: O Paradigma Moderno do Tratamento de Esgotos (Parte 3/3). Revista Água Latino Americana, Vol. 02, n. 04. Mayo/Junio, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5