ISABELE FURTADO DE ASSIS EFICIÊNCIA DE UMA ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ESGOTO COMPOSTA POR REATOR UASB SEGUIDO DE BIOFILTRO AERADO SUBMERSO

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL ISABELE FURTADO DE ASSIS EFICIÊNCIA DE UMA ESTAÇÃO COMPACTA DE TRATAMENTO DE ESGOTO COMPOSTA POR REATOR UASB SEGUIDO DE BIOFILTRO AERADO SUBMERSO NATAL-RN 2017

2 Isabele Furtado de Assis Eficiência de uma estação compacta de tratamento de esgoto composta por reator UASB seguido de biofiltro aerado submerso Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França Coorientadora: Prof.ª Ma. Isabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros Natal-RN 2017

3 Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede Assis, Isabele Furtado de. Eficiência de uma estação compacta de tratamento de esgoto composta por reator UASB seguido de biofiltro aerado submerso / Isabele Furtado de Assis f.: il. Artigo científico (Graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil. Natal, RN, Orientador: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França. Coorientadora: Profª. Msc Isabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros. 1. Engenharia civil - TCC. 2. Estações compactas - TCC. 3. Reator UASB - TCC. 4. Biofiltro aerado submerso - TCC. 5. Eficiência - TCC. 6. Efluente - TCC. I. França, Fagner Alexandre Nunes de. II. Medeiros, Isabelly Bezerra Braga Gomes de. III. Título. RN/UF/BCZM CDU

4 Isabele Furtado de Assis Eficiência de uma estação compacta de tratamento de esgoto composta por reator UASB seguido de biofiltro aerado submerso Trabalho de conclusão de curso na modalidade Artigo Científico, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Aprovado em 31 de maio de 2017: Prof. Dr. Fagner Alexandre Nunes de França Orientador Prof.ª Ma. Isabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros Coorientadora Prof.ª Ma. Micheline Damião Dias Moreira Examinadora interna Prof. Me. Rafael Melo Torres Examinador externo Natal-RN 2017

5 RESUMO Eficiência de uma estação compacta de tratamento de esgoto composta por reator UASB seguido de Biofiltro Aerado Submerso As estações compactas de tratamento de esgoto (ECTE) se apresentam como uma alternativa viável para suprir a deficiência de redes de coleta e tratamento de esgoto, desde que sejam tomados os devidos cuidados com sua operação e monitoramento. Diante disso, essa pesquisa teve como objetivo avaliar a eficiência de uma estação compacta de tratamento de esgoto, composta de reator Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) seguido de Biofiltro Aerado Submerso (BAS), e, através dos resultados, apresentar diretrizes para sua melhor operação, proporcionando um efluente de melhor qualidade. A análise de eficiência foi feita através dos resultados obtidos em laudos laboratoriais feitos ao longo dos quatro anos de funcionamento da estação. Com base nesses dados foi possível observar que o sistema apresentou baixa eficiência na remoção de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e Demanda Química de Oxigênio (DQO), com valores médios de remoção de 40,0% e 45,2%, respectivamente. Além de apresentar valores abaixo do esperado, segundo literatura técnica, também para remoção de Sólidos Suspensos, com valores médios de 42,9%. Esses resultados fizeram surgir a necessidade da avaliação da quantidade de lodo presente no reator UASB, que foi realizada através da medição dos sólidos sedimentáveis e apresentou valores abaixo do esperado para estações com tempo de operação semelhante, 60ml de SS/L para o reator 1 e 25ml de SS/L para o reator 2. Baseado nesses resultados, pôde-se propor uma melhor rotina de operação, monitoramento e descarte do lodo, a fim de aumentar a qualidade do efluente final. Palavras-chave: Estações Compactas. Reator UASB. Biofiltro Aerado Submerso. Eficiência. Efluente. ABSTRACT Efficiency of a compact wastewater treatment plant composed of UASB reactor followed by submerged aerated biological filter The compact wastewater treatment plants (CWWTP) are presented as a viable alternative to supply the deficiency of wastewater collection and treatment networks, provided that due care is taken with their operation and monitoring. The objective of this research was to evaluate the efficiency of a compact wastewater treatment station, composed of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), followed by Submerged Aerated Biofilter, and, through the results, to present guidelines for its better operation, providing a better quality effluent. The efficiency analysis was done through the results obtained in laboratory reports made during the four years of operation of the station. Based on these data, it was possible to observe that the system presented low efficiency in the removal of Biochemical Oxygen Demand and Chemical Oxygen Demand, with mean values of removal of 40.0% and 45.2%, respectively. Besides, it presented values below the expected, according to technical literature, of Suspended Solids removal, with an average value of 42.9%. These results led to the need of evaluate the amount of sludge present in the UASB reactor, which was performed by measuring sedimentable solids and presented values below the expected for stations with similar operating time, 60ml SS/L for reactor 1 and 25ml SS/L for the reactor 2. Based on these results, a better routine of operation, monitoring and disposal of the sludge could be proposed in order to increase the quality of the final effluent. Keywords: Compact Wastewater Treatment Plants. UASB reactor. Submerged Aerated Biofilter. Efficiency. Wastewater.

6 INTRODUÇÃO Segundo projeção feita pelo IBGE, baseada no senso de 2010, a população brasileira ultrapassou, em 2016, os 210 milhões de habitantes, dos quais 85% residem em zona urbana. Isso equivale a 179 milhões de brasileiros morando nos centros urbanos, que, em muitos casos, não possuem infraestrutura adequada para esse constante aumento populacional. Essa quantidade crescente de habitantes faz com que os investimentos em ampliação e beneficiamento da infraestrutura de saneamento, mesmo que crescentes, sejam insuficientes para atender à demanda de melhorias inerentes ao desenvolvimento do espaço urbano. Nesse sentido, segundo o Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos 2015 (2017), realizado pela Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental do Ministério das Cidades, com base nos dados coletados do ano de 2015 pelo Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS), nos últimos dez anos, o número de residências atendidas por rede de coleta de esgotos cresceu de 38,4% para 50,3%, ficando ainda longe do ideal. Esse documento também destaca a situação crítica do Rio Grande do Norte, estado onde situa-se o objeto de estudo deste trabalho, que se encontra na faixa de 20% a 40% de residências atendidas por rede de coleta de esgoto. Também nesse intervalo está a maioria dos estados das regiões Norte e Nordeste, ficando abaixo da média brasileira e ainda mais distante da situação adequada (SNIS, 2017). Diante dessa realidade, surge a preocupação com a saúde pública, visto que a coleta e o tratamento ineficientes dos esgotos promovem a contaminação das águas superficiais e subterrâneas por organismos patogênicos e nutrientes. Desta forma, o conhecimento e a compreensão das fontes de poluição e efeitos dos poluentes são essenciais para o seu controle, gerando um ambiente seguro e economicamente sustentável (JORDÃO e PÊSSOA, 2011). Uma alternativa a esse déficit são os sistemas descentralizados e simplificados de tratamento de esgoto, entre eles, as Estações Compactas de Tratamento de Esgoto (ECTEs), que já são usadas em condomínios residenciais, indústrias e até pequenos municípios. Em sua grande maioria, são formadas pela ação conjunta de sistemas anaeróbios seguidos de sistemas aeróbios de tratamento, de modo a apresentar as vantagens de possuir baixo custo de implantação, baixo requisito de área, eficiência de tratamento adequada aos padrões da legislação, simplicidade operacional, dentre outras (CHERNICHARO, 2016). Além disso, a ação descentralizada desses sistemas possibilita a redução da carga poluidora na fonte, permitindo uma redução significativa das redes de coleta e dos sistemas de tratamento de esgotos municipais. Dessa forma, o presente trabalho visa avaliar a eficiência do tratamento realizado por uma ECTE em escala real, localizada no município de Natal-RN, através da verificação dos parâmetros obtidos em análises físico-químicas, realizadas periodicamente desde sua implantação, e propor soluções de operação e monitoramento para aprimorar o funcionamento do sistema, resultando em um efluente de melhor qualidade, gerando menos impacto ao meio em que se insere. 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Este tópico trata da legislação que regula os parâmetros do efluentes de esgotos, além de relacionar as etapas do tratamento, explicando o funcionamento das unidades mais comuns nas ECTEs, dando ênfase ao funcionamento do Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA), mais conhecido por sua sigla em inglês UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), e do Biofiltro Aerado Submerso (BAS). Autora: Isabele Furtado de Assis, graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Coorientadora: Isabelly Bezerra Braga Gomes de Medeiros, Professora do Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Mestre em Engenharia Sanitária. Orientador: Fagner Alexandre Nunes de França, Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Doutor em Geotecnia.

7 Legislação O nível e a eficiência do tratamento do esgoto dependem diretamente dos padrões de qualidade impostos para o efluente e para o corpo receptor, preconizados por legislação específica. No caso do Brasil, tais diretrizes são estabelecidos pela Resolução nº 430 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), que dispõe sobre as condições e padrões de lançamentos de efluentes em corpos de água. Nos casos em que o efluente é lançado ao solo, como em sumidouros, não há uma legislação específica, portanto, convenciona-se seguir também a resolução citada (VON SPERLING, 2014). O Quadro 1 indica os padrões preconizados por essa resolução para efluentes de sistemas de tratamento de esgotos sanitários, que servirão de base para o enquadramento do efluente final da ECTE estudada. Quadro 1- Parâmetros para lançamento de efluente em corpos hídricos PARÂMETRO VALOR DE REFERÊNCIA ph Entre 5,00 e 9,00 Temperatura Inferior a 40 C, de modo a não variar mais de 3 C a temperatura do corpo receptor. Materiais sedimentáveis 1mL/L DBO 5 dias 20 C 120 mg/l ou remoção mínima de 60%. Óleos e Graxas 100mg/L Materiais flutuantes Ausentes Nitrogênio Amoniacal 20mg/L de N Fonte: Adaptado de Resolução nº 430 CONAMA, Unidades de uma Estação Compacta de Tratamento de Esgoto A primeira etapa do tratamento de esgoto é chamada de tratamento preliminar e é responsável, principalmente, pela remoção de sólidos grosseiros e areia, através de mecanismos físicos, para evitar possíveis danos aos demais equipamentos da estação. Nessa fase os sólidos grosseiros são removidos através de gradeamento, enquanto que a areia é removida no desarenador, através da sedimentação de seus grãos (VON SPERLING, 2014). O tratamento secundário, que prioriza a remoção da matéria orgânica e, em menor escala, de alguns nutrientes, é realizado pelo reator UASB e pelo BAS. O efluente segue para o decantador secundário, que tem por função fazer com que os sólidos em suspensão ainda presentes no líquido sedimentem gradualmente no fundo, resultando em um produto mais clarificado (VON SPERLING, 2014). Ao fim da ECTE, é comum haver uma etapa de desinfecção, que tem por finalidade remover os organismos patogênicos do efluente. Um dos compostos usados é o hidróxido de cálcio, também conhecido por cal hidratada, que, por ser uma base forte, eleva o ph da mistura, eliminando uma pequena parte dos organismos patogênicos, reduzindo odores e degradando parte da matéria orgânica. Entretanto parte significativa dos coliformes termotolerantes não sofre degradação por meio desse composto (ALVES FILHO, 2014). Posteriormente é dado o descarte final ao efluente. Na Figura 1 é possível observar esquematicamente as estapas citadas de uma ECTE.

8 - 7 - Figura 1-Esquema gráfico de uma ECTE Fonte: Autor Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (UASB) O tratamento anaeróbio de efluentes tem sido bastante difundido no Brasil, devido às condições adequadas de clima, com temperaturas elevadas durante quase todo o ano, ideais para acelerar as reações químicas necessárias ao processo. Além disso, o tratamento anaeróbio possui diversas vantagens no que diz respeito a baixa produção de sólidos, baixo custo, simplicidade operacional e baixo consumo de energia, por não necessitar de sopradores, por exemplo (CHERNICHARO, 2016). Dentre os diversos sistemas que utilizam o processo anaeróbio de tratamento, o reator de fluxo ascendente, UASB, é um dos sistemas mais utilizados quando se tem limitação de área para implantação. Nele o efluente é introduzido pela parte inferior (Figura 2) e, através de fluxo ascendente, passa por um leito de lodo (mais denso) e por uma manta de lodo compostos por uma biomassa de elevada atividade, que cresce dispersa em seu interior, onde ocorre a quebra das moléculas de matéria orgânica em compostos mais simples (RIBEIRO, 2016). Figura 2 - Esquema de funcionamento de um reator UASB Fonte: Chernicharo, 2016.

9 - 8 - A digestão anaeróbia é um processo metabólico que engloba três grupos de microorganismos, sendo eles as bactérias fermentativas, as bactérias acetogênicas e as arqueas metanogênicas. Cada um desses grupos é responsável por uma etapa na conversão de compostos orgânicos mais complexos, como carboidratos, proteínas e lipídios, em compostos mais simples, até atingir a produção de dióxido de carbono e metano, possibilitando a retirada do carbono orgânico do efluente e gerando um subproduto de grande potencial energético (CHERNICHARO, 2016). Apesar dessas vantagens, segundo Chernicharo (2016), o tratamento anaeróbio ainda produz um efluente com qualidade inferior ao requerido pela legislação, necessitando de um pós-tratamento para aumentar a eficiência do sistema. De acordo com Von Sperling (2014), foi constatado, a partir de experimentos, que o reator UASB possui eficiência de remoção de 60 a 75% de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), 55 a 70% de DQO (Demanda Química de Oxigênio) e 65 a 80% de SST (Sólidos em Suspensão Totais), o que representa uma considerável capacidade de tratamento do efluente, quando comparada aos decantadores primários, unidades que foram substituídas pelos UASB nas estações compactas Biofiltro Aerado Submerso O Biofiltro Aerado Submerso (BAS) figura como uma opção bastante utilizada para pós-tratamento de efluentes tratados com reatores do tipo UASB por sua elevada eficiência de remoção de DBO, baixa ocupação de área, devido à aeração artificial, e baixa produção de maus odores (VON SPERLING, 2014). No BAS o fluxo de ar é sempre ascendente, podendo o fluxo do líquido ser ascendente ou descendente. A aeração artificial proporciona a ocupação de uma área reduzida e o lodo excedente pode ser retornado ao reator UASB, enriquecendo a biomassa do mesmo. Além disso, o BAS é composto por um tanque preenchido com material poroso submerso (Figura 3), que atua como meio filtrante, removendo as partículas em suspensão, e agindo como meio suporte para os microorganismos responsáveis pela degradação da matéria orgânica (VON SPERLING, 2014). Figura 3- Esquema de um Biofiltro Aerado Submerso Fonte: Autor Vantagens do Tratamento por Combinação do UASB com BAS Presente na maioria dos projetos de estações de tratamento de esgoto, segundo Chernicharo (2016), o tratamento anaeróbio do efluente, executado por reator do tipo UASB,

10 - 9 - seguido do pós-tratamento por processos aeróbios, feito pelo BAS, tem se mostrado uma importante alternativa no Brasil. Dentre as vantagens dessa combinação pode-se citar: Economia da área superficial ocupada pela ECTE, visto que os reatores tipo UASB podem substituir decantadores primários, adensadores de lodo e digestores anaeróbios, bem como os equipamentos relacionados; Redução dos gastos com energia para aeração e dos volumes dos reatores aeróbio, dada a significante remoção de matéria orgânica feita pelo reator UASB, cerca de 70%; Redução dos custos de implantação da ECTE, visto que estações compostas por reator UASB e reator aeróbio, quando comparadas às estações convencionais, apresentam redução de 80% no custo de implantação, devido à redução do porte dos equipamentos; Maior robustez do sistema, visto que a associação de reator UASB e BAS é capaz de manter condições operacionais estáveis, mesmo com variações de carga afluente e recirculação do lodo aeróbio descartado do biofiltro. Segundo Von Sperling (2014), o tratamento realizado pelo reator UASB seguido do BAS proporciona uma eficiência média de remoção de 83 a 93% de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), 75 a 88% de DQO (Demanda Química de Oxigênio), 87 a 93% de sólidos sedimentáveis, 50 a 85% de nitrogênio amoniacal, 60% de nitrogênio total e 35% de fósforo total. 3. MATERIAIS E MÉTODOS A ECTE estudada é responsável por tratar o esgoto doméstico de um condomínio residencial, localizado na cidade de Natal-RN, no bairro de Candelária. Este condomínio é composto de 6 torres com 20 pavimentos tipo cada, totalizando 480 unidades habitacionais e cerca de 1760 moradores. Considerando a contribuição per capita de 150 L/hab.dia, dado o padrão da edificação, a vazão média afluente a essa estação pode ser estimada em 264 m³/dia. O sistema está em operação desde março de 2012 e ocupa uma área de aproximadamente 370 m². O esgoto bruto chega por gravidade à ECTE, que é composta por um canal de gradeamento, para remoção de sólidos grosseiros, seguido de caixa de areia, para decantação dos grãos de areia, e calha Parshall, para medição de vazão (Figura 4). Em seguida, uma caixa com vertedouros recebe o afluente total do sistema e o divide igualmente para as três câmaras pré-fabricadas, compostas de um reator UASB, um BAS e um decantador secundário cada. Posteriormente, a estação elevatória recebe o efluente tratado pelas três câmaras e, nesta etapa, é adicionada cal hidratada, para desinfecção. Por último, o efluente é bombeado para sumidouro, por onde infiltra no solo.

11 Figura 4- Planta de Implantação da ECTE Fonte: Adaptado pelo autor do Memorial Descritivo da ECTE 3.1. Monitoramento do sistema A manutenção é realizada por um funcionário do próprio condomínio que observa possíveis defeitos e vazamentos no sistema diariamente. A limpeza das grades é realizada semanalmente, enquanto que a limpeza da caixa de areia é feita uma vez por mês. O lodo de fundo do reator UASB é descartado para os tanques de lodo através de bomba que funciona dois minutos por semana. Adicionalmente, no reator UASB é realizada a retirada da escuma, que se deposita na parte superior do reator, a cada três meses com o auxílio de caminhões limpafossa. O lodo depositado no decantador secundário é recirculado para o UASB através de bombeamento, que é acionado 30 minutos por mês, na intenção de aumentar a biomassa ativa no reator anaeróbio. Os pontos de coleta para as análises estão localizados na caixa com vertedouros, após gradeamento e remoção de areia, e na tubulação que leva o efluente tratado ao sumidouro, após etapa de desinfecção. Não há pontos de coletas projetados entre as unidades da câmara, dificultando a avaliação da eficiência de cada unidade separadamente. As análises de qualidade do efluente final são feitas semestralmente, salvo alguns intervalos maiores. Desta forma, desde o início do seu funcionamento foram feitas análises nas seguintes datas: 09/01/2013, 27/06/2013, 26/06/2014, 17/04/2015, 05/11/2015, 09/06/2016 e 11/01/2017. Nessas análises foram avaliados os parâmetros de ph, sólidos em suspensão totais (SST), sólidos dissolvidos totais (SDT), sólidos totais (ST), nitrogênio amoniacal, fósforo total, nitrito, nitrato, DBO, DQO e óleos e graxas. As análises foram cedidas para a realização dessa

12 pesquisa pela empresa terceirizada responsável pelo monitoramento da estação e eventuais consultorias sobre operação do sistema Análise do Lodo do reator UASB A partir dos resultados observados para remoção de DBO, DQO e SST, surgiu a necessidade de avaliar a quantidade de lodo produzido no reator UASB. Foram, portanto, coletadas amostras do lodo dos reatores nas saídas das bombas que retiram o lodo de fundo dos reatores UASB 1 e 2 (Figura 4), que estão em funcionamento há mais de 4 anos. A bomba do reator 3 apresentou defeito no momento da coleta. De posse das amostras, foi medida a quantidade de sólidos sedimentáveis (SS), através do Método do Cone de Imhoff, conforme NBR 10561/88, que consiste na deposição de uma amostra homogeneizada com 1 litro de lodo em um cone de acrílico graduado, e após 1 hora é medida a quantidade de sólidos sedimentados em ml/l. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Neste tópico serão apresentados os resultados obtidos em todas as análises realizadas na ECTE estudada, divididos por parâmetro. Os valores serão comparados com resultados obtidos por outros autores, além da avaliação da adequação com a legislação vigente ph Os valores de ph medidos no esgoto bruto afluente e no efluente do sistema estão apresentados na Tabela 1. Pode-se observar que os valores de ph do afluente e do efluente variaram de 6,40 a 8,80 e 6,60 a 7,80, respectivamente. Vale salientar que, como o ponto de coleta do efluente da estação se situa depois da etapa de desinfecção por cal hidratada, os valores de ph desta etapa foram elevados em relação ao efluente do tratamento secundário. Tabela 1- Valores de ph afluente e efluente da ECTE ph 09/01/13 27/06/13 26/06/14 17/04/15 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Entradas 8,80 7,95 6,40 7,47 7,63 6,45 7,92 Saídas 7,80 7,49 6,60 6,57 7,26 7,02 7,35 Fonte: Autor. Os valores de ph podem ser relacionados à presença de ácidos graxos voláteis (AGV), de modo que, valores baixos de ph indicam altas concentrações de AGV em sua forma tóxica às bactérias metanogênicas, podendo inibir o processo anaeróbio (PEREIRA et al., 2009). Na busca por uma faixa de ph ótimo para crescimento bacteriano, Pereira et al. (2009) e Metcalf e Eddy (2003) citam que esta se localiza entre 6,50 e 7,50, podendo ser aceita variação até 8. Sendo assim, os valores medidos de ph no esgoto afluente indicaram que os AGV estavam, em sua grande maioria, na forma não tóxica às bactérias metanogênicas, de forma a não inibir a degradação da matéria orgânica do reator UASB. Portanto o sistema demonstrou boas condições de tamponamento, de forma que o ph não afetou o tratamento. Além disso, de acordo com a resolução nº 430 do CONAMA, a faixa de ph permitida para lançamento de efluente é de 5,00 a 9,00, estando o sistema de acordo também com a legislação.

13 Nutrientes Para efeito das análises realizadas, os nutrientes considerados foram nitrogênio amoniacal, nitrito, nitrato e fósforo. Os resultados obtidos para tais parâmetros estão dispostos nas Tabelas 2, 3 e 4. Na análise do dia 09/01/13 não foram analisados nitritos e nitratos. De acordo com a Tabela 2, a eficiência de remoção de Nitrogênio Amoniacal variou de 5,09% a 40,91%, sendo que a remoção média deste nutriente foi de 27,80%, excluindo-se a análise que teve eficiência negativa por estar fora dos padrões. Em seu trabalho, Von Sperling (2014) reportou que a eficiência de remoção de nitrogênio amoniacal, para sistemas compostos por UASB seguido de BAS, fica na faixa de 50 a 85%. Já Ribeiro (2016) obteve, com uma ECTE de mesma configuração, a eficiência média de remoção de 37±17%. Tabela 2- Concentrações de nitrogênio amoniacal afluente e efluente à ECTE e percentual de remoção Nitrogênio Amoniacal (mgn/l) Datas 09/01/13 27/06/13 26/06/14 17/04/15 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Entradas ,19 13,87 24,25 11,84 10,34 8,70 Saídas 17,48 53,33 12,23 33,24 7,05 6,11 6,11 Remoção (%) 39,01 5,09 11,82-37,07 40,46 40,91 29,77 Fonte: Autor. Pode-se observar que a eficiência de remoção de nitrogênio do sistema estudado ficou abaixo dos valores encontrados por Von Sperling (2014) em todas as análises, porém a eficiência média de remoção, não levando em conta a análise realizada em 17/04/15, se aproximou dos valores encontrados por Ribeiro (2016). Em se tratando da resolução nº 430 do CONAMA, a concentração limite de nitrogênio amoniacal no efluente é de 20 mg/l e essa condição só não foi alcançada nas análises de 27/06/13 e 17/04/15. Segundo Ribeiro (2016), reatores UASB não apresentam eficiência na remoção de nitrogênio amoniacal, de modo que, a baixa remoção encontrada nas análises de 27/06/13 e 17/04/15, pode estar relacionada com falhas de funcionamento do BAS. Esta hipótese é corroborada por Jordão e Pêssoa (2011), que dizem que a nitrificação é realizada principalmente por bactérias aeróbias e consiste no processo biológico por meio do qual o nitrogênio amoniacal é oxidado a nitrito e, posteriormente, a nitrato. Na presença de carbono orgânico, o nitrato é convertido a nitrogênio gasoso, o que caracteriza o processo de desnitrificação total. Tabela 3-Concentrações de nitrito e nitrato afluente e efluente à ECTE e percentual de remoção Datas 09/01/13 27/06/13 26/06/14 17/04/15 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Nitrito (mgn/l) Entradas - 0,040 0,004 0,010 0,019 0,031 0,017 Saídas - 0,040 0,003 0,010 0,004 0,025 0,023 Remoção (%) - 0,00 25,00 0,00 78,95 19,35-35,29 Nitrato (mgn/l) Entradas - 0,060 1,000 0,012 2,200 1,500 2,200 Saídas - 0,060 1,570 0,012 0,800 2,000 3,100 Remoção (%) - 0,00-57,00 0,00 63,64-33,33-40,91 Fonte: Autor. Quanto ao nitrito e ao nitrato, é possível observar na Tabela 3 que, nas análises de 27/06/13 e 17/04/15 não houve remoção desses nutrientes. Já nas análises de 26/04/14, 09/06/16

14 e 11/01/17 as concentrações de nitrato aumentaram, enquanto que na análise de 05/11/15 ocorreu 63,64% de remoção de nitrato. Estes valores podem sugerir que, nas análises de 27/06/13 e 17/04/15 o processo de nitrificação não foi adequado, enquanto que, nas análises de 26/04/14, 09/06/16 e 11/01/17 o processo de nitrificação ocorreu de maneira satisfatória. Já os valores obtidos na análise de 05/11/15 sugerem a ocorrência do processo de desnitrificação total do efluente. Entretanto, devido à significativa variabilidade de resultados, é possível inferir que o sistema não apresentou confiabilidade para a remoção de compostos nitrogenados. Com relação ao fósforo total, Silva (2009) destaca em seu trabalho que processos anaeróbios e aeróbios, exceto lagoas de estabilização, são ineficientes na remoção de fósforo. Ela constatou que a remoção desse composto para sistemas formados por UASB seguido de BAS atingiu apenas 7%, ficando as concentrações afluente e efluente do sistema em torno de 7mg/l. Já Von Sperling (2014), atingiu, em seu trabalho, a remoção de 35% do fósforo total, para sistema de configuração semelhante. Tabela 4-Concentrações de nitrito e nitrato afluente e efluente à ECTE e percentual de remoção Fósforo Total (mgp/l) Datas 09/01/13 27/06/13 26/06/14 17/04/15 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Entradas 0,05 2,93 0,11 0,899 5,61 2,12 3,27 Saídas 0,05 2,92 0,07 0,68 1,81 4,08 2,51 Remoção (%) 0 0,34 36,36 24,71 67,74-92,45 23,24 Fonte: Autor No presente estudo, pode-se observar, de acordo com a Tabela 4, que as concentrações de fósforo foram inferiores às obtidas por Silva (2009) e a remoção obtida, exceto na análise de 09/06/16, está bem acima dos 7%, chegando a valores próximos do encontrado por Von Sperling (2014). Entretanto a remoção média de 8,6% está de acordo com o obtido por Silva (2009), enfatizando que a associação de reator UASB e BAS não é confiável para a remoção deste nutriente Óleos e graxas De acordo com Jordão e Pêssoa (2011), óleos e graxas estão presentes no esgoto doméstico pelo uso de óleos vegetais e manteigas nas cozinhas e sua presença é altamente indesejável, pois pode causar o entupimento das canalizações e dos equipamentos. Em vista disso, caixas de gordura são instaladas para impedir que esse material chegue à estação de tratamento de esgoto e, periodicamente, elas passam por manutenção para retirada do excesso de gordura. Tabela 5- Concentrações de óleos e graxas para afluente e efluente da ECTE Óleos e Graxas (mg/l) 26/06/14 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Entradas 9,47 19,82 28,06 11,36 Saídas 2,37 23,33 20,21 1,67 Fonte: Autor De acordo com a Resolução CONAMA nº 430, a concentração máxima de óleos e graxas para lançamento do efluente é de 100 mg/l. Pode-se observar, conforme a Tabela 5, que a concentração desse material afluente a ECTE estudada já é inferior ao preconizado pela legislação, mesmo a edificação estando em sua ocupação total, devido a remoção nas caixas de gordura. Mesmo na análise de 05/11/15, quando houve o aumento desta concentração, o padrão exigido pela legislação foi alcançado. Nas demais análises os óleos e graxas não foram verificados.

15 Sólidos Totais, em Suspensão e Dissolvidos Conforme Jordão e Pêssoa (2011), a matéria sólida total do esgoto pode ser definida como a matéria que permanece como resíduo após evaporação à temperatura média de 103 a 105 C. Já a matéria sólida em suspensão equivale à parte do esgoto que fica retida através de uma membrana normalmente de poro igual a 1,2 µm. Enquanto que a fração que passa pelo filtro compõe a matéria sólida dissolvida. Os resultados obtidos para concentração afluente, efluente e remoção dos Sólidos Totais (ST), Sólidos em Suspensão Totais (SST) e Sólidos Dissolvidos Totais (SDT), constam na Tabela 6. Tabela 6-Concentrações de ST, SST e SDT e respectivos percentuais de remoção da ECTE Datas 27/06/13 26/06/14 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Sólidos Totais - ST (mg/l) Entradas ,8 324 Saídas , Remoção (%) 54,78 16,44-86,48-21,39-102,47 Sólidos em Suspensão Totais - SST (mg/l) Entradas Saídas Remoção (%) - 62,24 47,62 29,71 32,73 Sólidos Dissolvidos Totais - SDT (mg/l) Entradas Saídas Remoção (%) Fonte: Autor. - 9,4-164,98-68,84-171,96 A partir dos resultados é possível observar que a concentração de ST passou a aumentar ao final do sistema no último ano e meio devido ao aumento excessivo de SDT, comportamento comum, que ocorre pela solubilização das substâncias do esgoto, conforme Altvater (2008). Comportamento semelhante foi encontrado por Pereira (2008), em um sistema composto por UASB seguido de BAS para tratar efluente de um curtume, no qual as remoções médias de ST, SST e SDT foram de 4,8%, 88% e -16,4%, respectivamente. Esses valores condizem com o que aconteceu no sistema estudado, onde houve aumento da concentração de ST, ao longo do sistema, nas últimas análises, e aumento de concentração ou baixa remoção de SDT. Quanto aos SST, houve remoção média de 42,94%, o que está bem abaixo do esperado, de acordo com Pereira (2008). Uma hipótese provável, citada por esta autora, foi que as descargas de lodo de fundo dos reatores possam estar sendo insuficientes, fazendo com que os sólidos afluentes somados aos gerados no processo cheguem ao efluente final DBO Segundo Jordão e Pêssoa (2011), a Demanda Bioquímica de Oxigênio, DBO, indica a quantidade de matéria orgânica presente em uma amostra, através da quantidade de oxigênio necessária para estabilizá-la. De acordo com a Tabela 7, o sistema estudado apresentou eficiência média de remoção de 40%, que, junto às eficiências de remoção das análises de 26/06/14, 05/11/15, 09/06/16 e 11/01/17, constituem valores significativamente baixos para ECTE compostas por reator UASB seguido de BAS.

16 Tabela 7- Valores de DBO para afluente e efluente da ECTE e percentual de remoção DBO (mgo 2 /L) 09/01/13 27/06/13 26/06/14 17/04/15 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Entradas 2102,23 116,12 256,8 420,49 395,27 363,02 321,8 Saídas 340,79 48,25 204,7 131,9 267,72 355,53 273,48 Remoção (%) 83,79 58,45 20,29 68,63 32,27 2,06 15,02 Fonte: Autor Em seu trabalho, Von Sperling (2014) conseguiu atingir a eficiência de remoção na faixa de de 83 a 93%, para sistemas desse tipo. Ribeiro (2016) e Pereira (2008), em sistemas de mesma composição, constataram eficiências de remoção na faixa de 67 a 95% e 62%, respectivamente. Exceto pela primeira análise, todas as demais estiveram abaixo do mínimo esperado por Von Sperling (2014). E, exceto pelas análises de 09/01/13 e 17/04/15, as demais estiveram abaixo também dos valores encontrados por Ribeiro (2016) e Pereira (2008). A Resolução nº 430 do CONAMA, estabelece que os efluentes só podem ser lançados com DBO inferior a 60mg/l, ou com eficiência de remoção superior a 60%. Neste caso, apenas a análise de 27/06/13 apresentou valor de saída inferior a 60 mg/l, e as análises de 09/01/13 e 17/04/15 apresentaram remoção maior que 60%. As outras quatro análises, incluindo as três últimas, não se adequaram à resolução citada. Em seu trabalho, Ribeiro (2016) observou que o sistema não alcançou a eficiência esperada no período de estabilização após descarte do lodo de fundo do reator UASB. A medida que o sistema se estabilizava, a eficiência voltava a aumentar, porém, apresentou queda na 15ª semana, indicando que novo descarte de lodo deveria ser realizado. Baseado nisso, foi considerada a hipótese de que o excesso ou a falta de biomassa no reator UASB poderia ser uma das justificativas para a baixa remoção de matéria orgânica no sistema estudado DQO A Demanda Química de Oxigênio corresponde à quantidade de oxigênio necessária para oxidar a fração orgânica de uma amostra. Possui a vantagem de permitir respostas mais rápidas que a DBO, além de englobar tudo o que é susceptível a demanda de oxigênio, e não só o que é biológico (JORDÃO e PÊSSOA, 2011). De acordo com a Tabela 8, percebe-se que o sistema estudado atingiu a eficiência média de remoção de 45,2%, além de, nas análises de 26/06/14, 05/11/15, 09/06/16 e 11/01/17, apresentar valores de remoção muito inferiores ao esperado, de acordo com literatura técnica. Tabela 8- Valores de DQO para afluente e efluente da ECTE e percentuais de remoção DQO (mgo 2 /L) 09/01/13 27/06/13 26/06/14 17/04/15 05/11/15 09/06/16 11/01/17 Entradas 2503, ,69 621,6 949,74 970,87 825,28 Saídas 567,99 837,74 335,87 306,06 639, ,82 Remoção (%) 77,31 68,60 28,79 50,76 32,67 22,85 35,44 Fonte: Autor Em seu trabalho, Von Sperling (2014) atingiu a eficiência de remoção de DQO na faixa de 75 a 88%. Já Ribeiro (2016) e Pereira (2008) atingiram a eficiência de remoção na faixa de 77 a 93%, e 65%, respectivamente. A resolução nº 430 do CONAMA não estabelece parâmetros para os níveis de DQO no efluente a ser lançado. O sistema estudado apresentou eficiência de remoção média inferior ao encontrado por todos os autores citados e, com exceção das duas primeiras análises, nos últimos três anos não foram atingidas as remoções mínimas conseguidas pelos autores citados.

17 09/01/ /06/ /06/ /04/ /11/ /06/ /01/ Conforme Bevenuti (2013), isso pode ter ocorrido devido à alta concentração de sólidos dissolvidos e, portanto, de sais inorgânicos que podem inibir a remoção de matéria orgânica, além de interferir na determinação da DQO Avaliação do Lodo de Fundo do Reator UASB Diante dos valores de eficiência de remoção de DQO e DBO decrescentes ao longo do monitoramento (Figura 5) e abaixo do esperado em valor absoluto, constatou-se a necessidade de investigar a biomassa do reator UASB, visto que seu excesso ou falta foi uma das hipóteses levantadas por Ribeiro (2016), para o funcionamento inadequado do reator e, portanto, do sistema. Figura 5- Variação da remoção de DBO e DQO ao longo do monitoramento Remoção de DBO e DQO 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 83,79 77,31 68,60 58,45 28,79 20,29 68,63 50,76 32,67 32,27 22,85 2,06 35,44 15,02 Remoção de DBO Remoção de DQO Fonte: Autor As amostras retiradas do lodo de fundo dos reatores UASB 1 e 2 (Figura 4), que operam há mais de quatro anos, foram submetidas ao teste de sólidos sedimentáveis, através do Método do Cone de Imhoff, e para o UASB 1 foi medido 60 ml de SS/l, enquanto que para o UASB 2 foi medido 25 ml de SS/l. Ribeiro (2016), para a altura de 0,20m, detectou que a quantidade de SS foi de 830 ml/l, ao fim das primeiras 4 semanas de estabilização do reator UASB após descarte do lodo, e, a partir da 8ª semana, a quantidade de SS se manteve em 1000 ml/l. Em concordância, Pierotti (2007), em sua avaliação sobre a partida de um reator UASB, constatou que, por volta dos 6 meses de operação, a quantidade de SS, a 0,25m do fundo do reator, atingiu valores acima de 830 ml de SS/l e, a partir desse período, essa quantidade se manteve por volta dos 1000 ml de SS/l, mesmo após descarte do lodo ocorrido aos 8 meses de operação. Até para pontos de coleta mais elevados no reator UASB, que devem captar o lodo mais diluído, Ribeiro (2016) e Pierotti (2007) detectaram quantidades de SS acima de 360 ml/l. A partir dos valores encontrados na literatura técnica, pode-se observar que a quantidade de sólidos sedimentáveis no lodo dos reatores UASB do sistema estudado se apresentou significativamente abaixo do esperado. E isso consiste em um forte indício de baixa quantidade de bactérias capazes de degradar a matéria orgânica afluente ao sistema.

18 CONCLUSÕES Com base nos resultados obtidos, de acordo com a análise dos laudos laboratoriais realizados ao longo do funcionamento da ECTE, composta de reator UASB seguida de BAS, pode-se concluir que: O sistema estudado se mostrou ineficiente na remoção de sólidos em suspensão, visto que a remoção média apresentada, cerca de 43%, ficou abaixo do esperado segundo literatura técnica para sistemas de mesma configuração; Com relação a DBO e a DQO, foi observada também a ineficiência da ECTE, pois os valores de remoção obtidos para ambos os parâmetros, na maior parte das análises, apresentaram-se abaixo do esperado, segundo a literatura técnica. Além de, no último ano e meio, a remoção de DBO ter atingido valores inferiores ao preconizado pela legislação; A constatação da pequena quantidade de sólidos sedimentáveis no lodo de fundo do reator UASB, é um indicativo de que a frequência de descarte do lodo não está permitindo que se forme uma quantidade de biomassa ativa compatível com o necessário para degradação de matéria orgânica afluente, resultando nos baixos valores obtidos para redução de DBO, DQO e remoção de sólidos em suspensão. Tais conclusões demonstram a importância de um acompanhamento operacional adequado para o bom funcionamento de uma ECTE e em vista disso, propõe-se: Capacitação dos funcionários responsáveis pela manutenção desta estação, para que haja o entendimento de como se dá o funcionamento do sistema e da importância que cada rotina de operação tem sobre a qualidade do efluente final; Diminuição do intervalo de limpeza das grades, caixa de areia e retirada de escuma, passando de semanal, mensal e trimestral, para diária, semanal e mensal, respectivamente; Implantação de uma etapa de desinfecção adequada à remoção de coliformes termotolerantes, considerando que a disposição do esgoto no solo pode poluir as águas subterrâneas, visto que a adição de cal hidratada não atua nesse sentido; Adição da análise de parâmetros bacteriológicos, a fim de verificar a eficiência da etapa de desinfecção; O aumento dos intervalos de tempo entre descartes do lodo do reator UASB, atrelado ao monitoramento da eficiência do sistema, a fim de estabelecer o intervalo ideal de descarte para a formação de uma biomassa em quantidade suficiente para degradar a matéria orgânica afluente; Além de um acompanhamento operacional mais detalhado, através de análises do afluente do sistema, efluente do reator UASB, efluente do sistema e lodo do reator UASB, em intervalos de tempo inferiores ao que vem sendo praticado, a fim de suprir a necessidade de informações sobre o funcionamento adequado de cada unidade do sistema e acompanhar o crescimento da biomassa do reator UASB.

19 REFERÊNCIAS ALTVATER, Priscila Karina. Avaliação do Desempenho de um Tanque Séptico Modificado e Tratamento Complementar f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, ALVES FILHO, Amilton. Desinfecção de Lodo de Esgoto Anaeróbio para Fins Agrícolas f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Agronomia, Universidade de Uberlândia, Uberlândia, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10561: Águas - Determinação de resíduo sedimentável (sólidos sedimentáveis) -Método do cone de Imhoff. Rio de Janeiro, BEVENUTI, Jaqueline. Estudo de Caso de Avaliação da Eficiência do Tratamento Biológico de Lodos Ativados f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, CHERNICHARO, Carlos Augusto de Lemos. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias: Reatores Anaeróbios. 2. ed. Belo Horizonte: UFMG, IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Estados. Disponível em: < Acesso em: 30 set JORDÃO, Eduardo Pacheco; PÊSSOA, Constatino Arruda. Tratamento de Esgotos Domésticos. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária - Abes, METCALF, L.; EDDY, H. P., Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse. New York, McGraw-Hill, 4th ed., 1334 p., PEREIRA, Eliane Leonora da Silva. Utilização de Biofiltro Aerado Submerso no Tratamento de Efluentes de Curtume Submetido a Processo de Prétratamentos Físico-químico e Anaeróbio f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho", Ilha Solteira, PEREIRA, Erlon Lopes; CAMPOS, Cláudio Milton Montenegro; MOTERANI, Fabrício. Efeitos do ph, acidez e alcalinidade na microbiota de um reator anaeróbio de manda de lodo (UASB) tratando efluentes de suinocultura. Ambiente & Água, Taubaté, v. 4, n. 3, p , PIEROTTI, Sulita Mendes. Avaliação da Partida de Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo (UASB), em escala real, sob Condições Hidráulicas Desfavoráveis f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Hidráulica e Saneamento, Universidade de São Paulo, São Carlos, RIBEIRO, Jaqueline Cardoso. Avaliação de uma Estação Compacta de Tratamento de Esgoto Sanitário Composta por Reator UASB -Biofiltro Aerado Submerso f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Bauru, SILVA, Camila Vidal Alves. Remoção de Fósforo em Estação Compacta de Tratamento de Esgotos Sanitários através de Precipitação Química f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-graduação em Engenharia Ambiental, Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, 2009.

20 SNIS - Sistema Nacional de Informações Sobre Saneamento. Secretaria Nacional de Saneamento Ambiental. Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgotos Brasília: Ministério das Cidades, p. VON SPERLING, Marcos. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias: Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 4. ed. Belo Horizonte: UFMG, p.