II PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO ATRAVÉS DE PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS OBJETIVANDO REUSO

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1 II PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO ATRAVÉS DE PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS OBJETIVANDO REUSO Roque Passos Pivelli (1) Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da USP. Doutor em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela Escola Politécnica da USP. Professor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da USP Luís Fernando Rossi Léo Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de Lins. Mestre em Recursos Hídricos e Tecnologias Ambientais pela UNESP Ilha Solteira. Doutorando do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da USP. Professor dos Cursos de Engenharia Civil e Engenharia Ambiental do Centro Universitário de Lins - UNILINS Aline Akabochi Fabreti Engenheira Civil pela Universidade Estadual de Londrina. Mestranda do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da USP Maurício Ferreira de Macedo Químico Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Lins. Gerente do Laboratório de Análises Químicas e Controle Industrial LACI da Fundação Paulista de Tecnologia e Educação FPTE/UNILINS Endereço (1) : Rua Professor Almeida Prado, 271. Prédio da Engenharia Civil. Cidade Universitária. São Paulo SP. CEP rppiveli@usp.br RESUMO O presente trabalho discute os resultados de ensaios de pós-tratamento físico-químico de efluentes anaeróbios e efluentes facultativos, coletados no sistema de tratamento de esgotos sanitários do Município de Lins SP, que conta com três módulos paralelos de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa. Os processos testados foram: sedimentação com cloreto férrico e flotação com ar dissolvido utilizando sulfato de alumínio como coagulante. Em cada processo foram tratados os dois tipos de efluentes. Os processos físico-químicos testados mostraram-se eficientes, em determinadas dosagens de coagulantes, na remoção de DQO chegando a valores inferiores a 5 mg/l no pós-tratamento da lagoa facultativa e boa remoção de fósforo (< 1 mg/l) tanto para o efluente da lagoa facultativa quanto para o da anaeróbia, porém apresentou baixa remoção de nitrogênio. Mas a presença de nutrientes efluente é interessante quando este é destinado ao reuso agrícola. Neste caso, maior restrição para o uso destes efluentes na agricultura é a baixa remoção de coliformes (apenas 2 unidades logarítimicas) após o processo físico-químico. PALAVRAS-CHAVE: Lagoas de estabilização, tratamento físico-químico, flotação, reuso, pós-tratamento. INTRODUÇÃO No Brasil, diversas Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs) de pequeno e médio porte adotaram as lagoas de estabilização (lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa) como processo de tratamento. Isso porque este tipo de tratamento possui baixo custo de implantação e tem a necessidade de pouco ou nenhum equipamento, o que garante a facilidade na operação. Porém, as lagoas facultativas apresentam concentrações elevadas de algas (1 4 a 1 6 organismos por ml), constituindo uma fonte de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo para o corpo receptor (von SPERLING, 1996). Além disso, muitos dos sistemas compostos por lagoas de estabilização existentes, concebidos sem a utilização de lagoas de maturação, devido à época em que foram concebidos, ou pela simples indisponibilidade de área, não atendem as exigências legais de lançamento ou de preservação da qualidade do corpo hídrico receptor no que diz respeito às concentrações de coliformes e outros microrganismos patogênicos, e desta forma também não atendem às exigências de qualidade de diversas possibilidades de reuso. Nos casos onde mesmo a presença de um sistema de tratamento não garante a preservação da qualidade do corpo hídrico receptor, o reuso dos efluentes tratados seria uma solução ambientalmente desejável, eliminando ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 o lançamento dos esgotos tratados e os impactos advindos desse lançamento, além de evitar investimentos em melhorias ou substituição do sistema existente. Outra vantagem é a redução de demanda de consumo de outra fonte de água natural e de melhor qualidade. Visando garantir a qualidade dos corpos hídricos diversos países em todo o mundo vêm estabelecendo padrões de lançamento mais rigorosos (DQO < 9 mg/l, SST < 3 mg/l e P total < 1 mg/l). Para isso faz-se necessário o pós-tratamento destes efluentes de lagoas de estabilização. MIDDLEBROOKS (1995) estudou algumas opções para melhorar o efluente de lagoas de estabilização entre eles: filtração intermitente em areia, filtro de pedra submerso, microfiltro, lagoa de maturação, aplicação no solo, processo físico-químico e outros. A aplicação de uma ou outra tecnologia de pós-tratamento deve levar em consideração a disponibilidade de área, a qualidade requerida para o efluente e o custo/benefício para a sua construção e operação. No que se refere à remoção do fósforo, fator limitante e principal responsável no processo de eutrofização dos corpos hídricos, os processos físico-químicos se destacam (OLIVEIRA E GONÇALVES, 1999). Um dos processos de pós-tratamento de lagoa facultativa mais utilizados é o físico-químico, por ser uma solução rápida, de baixo custo de implantação, podendo produzir efluentes de qualidade excelente, inclusive com possibilidades de atender aos requisitos de qualidade para reuso. Existem diversas possibilidades de reuso de esgotos tratados, entre elas: irrigação de parques, jardins e na agricultura; lavagem de trens, ônibus e vias públicas; reserva de proteção contra incêndio; processos industriais. Estas possibilidades diferenciam-se no que diz respeito às características físico-químicas exigidas para seu uso. No caso de reuso de efluentes de lagoas de estabilização, devido à sua localização, sempre razoavelmente afastadas de centros urbanos, e devido também aos custos envolvidos em uma rede de distribuição de água de reuso, ou no transporte destes efluentes, a possibilidade de reuso que se torna mais palpável é o reuso agrícola, foco de análise desta pesquisa. Para isto, este trabalho apresenta os resultados de testes de coagulação e floculação com cloreto férrico seguido de sedimentação para efluentes de lagoa anaeróbia a e de testes de coagulação e floculação com sulfato de alumínio seguido de flotação com ar dissolvido, para os mesmos efluentes. OBJETIVO O objetivo deste trabalho é apresentar resultados de testes de pós-tratamento de efluentes de lagoa anaeróbia e lagoa facultativa utilizando processos físico-químicos de coagulação, floculação e decantação e de coagulação, floculação e flotação com ar dissolvido, além de analisar estes resultados sob o enfoque do reuso destes efluentes tratados. METODOLOGIA Os efluentes anaeróbios e facultativos tratados através de processo físico-químico são oriundos do sistema de tratamento de esgotos sanitários do município de Lins-SP, composto por três módulos de lagoa anaeróbia seguida de lagoa facultativa operando em paralelo, como pode ser observado na FIGURA 1 adiante. Entre 14/4/24 e 5/4/25 foram coletadas amostras do efluente bruto, do efluente da lagoa anaeróbia e do efluente da lagoa facultativa, onde foram testados os parâmetros Coliformes Totais e Fecais, DBO, DQO, Fósforo total, Nitrogênio amoniacal, Nitrogênio total Kjeldahl, ph, sólidos suspensos totais, fixos e voláteis, sólidos totais, fixos e voláteis. Os testes de pós-tratamento físico-químico desses efluentes foram realizados entre 29/8/24 e 3/1/24 em escala de laboratório utilizando-se um equipamento de jar-test e um flotateste, que pode ser observado na FIGURA 2. No ensaio de sedimentação do efluente anaeróbio em jar-test foram testadas dosagens variando entre 12,6 e 63, mg/l de Fe, realizando-se mistura rápida de 1 minuto a 3 rpm, mistura lenta de 15 minutos a 3 rpm seguidas de decantação por 3 minutos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 No ensaio de flotação do efluente anaeróbio em flotateste foram utilizadas dosagens variando entre 2,7 e 13,5 mg/l de Al, mistura rápida de 1 minuto a 3 rpm, mistura lenta de 15 minutos a 3 rpm e flotação durante 1 minutos, com taxa de recirculação de 25% e 6 bar de pressão na câmara de saturação. No ensaio de sedimentação do efluente facultativo em jar-test foram testadas dosagens variando entre 12,6 e 71,4 mg/l de Fe, realizando-se mistura rápida de 1 minuto a 3 rpm, mistura lenta de 15 minutos a 3 rpm seguidas de decantação por 3 minutos. No ensaio de flotação do efluente facultativo em flotateste foram utilizadas dosagens variando entre 2,7 e 1,8 mg/l de Al, mistura rápida de 1 minuto a 3 rpm, mistura lenta de 15 minutos a 3 rpm e flotação durante 1 minutos, com taxa de recirculação de 25% e 6 bar de pressão na câmara de saturação. FIGURA 1: Estação de Tratamento de Lins FIGURA 2: Flotateste utilizado nos ensaios No efluente anaeróbio e no efluente facultativo, antes de cada teste, bem como nos efluentes produzidos nos testes foram testados os parâmetros turbidez, ph, DQO, sólidos suspensos totais, fósforo total, nitrogênio total Kjeldahl, coliformes totais e coliformes fecais. Todas os parâmetros foram testados de acordo com as metodologias propostas no Standard Methods 2th Edition. RESULTADOS Os resultados obtidos no monitoramento do efluente bruto, do efluente da lagoa anaeróbia e do efluente da lagoa facultativa entre 14/4/24 e 5/4/25 podem ser observados na Tabela 1. TABELA 1: Resultados analíticos do monitoramento das lagoas de estabilização. Amostra Esgoto Bruto Lagoa Anaeróbia Lagoa Facultativa ph DBO DQO Ptot N-NH 3 NTK ST STV SST SSV Coli Fecal Coli Total Valores mg/ - mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l l mg/l NMP/1ml NMP/1ml Médio 7, ,91 42,92 5, ,45E+6 5,83E+6 Máximo 7, ,9 12,48 17, ,4E+7 2,4E+7 Mínimo 6, ,3 11,2 22, ,4E+5 2,4E+5 Médio 7, ,55 31,32 37, ,32E+5 6,55E+5 Máximo 7, ,1 76,77 78, ,3E+6 9,3E+6 Mínimo 6, ,3 8,4 1, ,4E+4 2,4E+4 Médio 7, ,1 25,48 33, ,57E+4 5,62E+4 Máximo 7, ,3 54,88 56, ,4E+5 2,4E+5 Mínimo 6, ,23,56 5, ,4E+2 2,4E+3 Os parâmetros sódio (Na) e potássio (K) foram testados no efluente da lagoa facultativa. A média dos valores de Na é de 168mg/L, e a média dos valores de K é de 19,3 mg/l. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Nos gráficos seguintes são apresentados os resultados analíticos dos ensaios de jar-test (coluna esquerda) e flotateste (coluna direita) realizados no efluente anaeróbio. Gráfico 1: Turbidez e ph, jar-test com Fe Jarteste Gráfico 2: Turbidez e ph, flotateste com Al Flotateste 8 1, 8 1, 7 6 9, 7 6 9, Turbidez (UNT) , 7, 6, , 7, 6, ph 5, 5, Gráfico 3: DQO e SST, jar-test com Fe Gráfico 4: DQO e SST, flotateste com Al DQO (mg/l) SST (mg/l) Gráfico 5: NTK e P, jar-test com Fe Gráfico 6: NTK e P, flotateste com Al 5 5, 5 5, 4 4, 4 4, NTK (mg/l) 3 2 3, 2, 3 2 3, 2, P total (mg/l) 1 1, 1 1,,, Gráfico 7: Coli T e Coli F, jar-test com Fe Gráfico 8: Coli T e Coli F, flotateste com Al 1,E+7 1,E+7 1,E+7 1,E+7 Coliformes totais (NMP/1mL) 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ Coliformes fecais (NMP/1mL), 12,6 16,8 21, 25,2 29,4 33,6 52,5 63, 2,7 3,6 4,5 5,4 6,3 7,2 11,3 13,5 Dosagem de Fe (mg/l) Dosagem de Al (mg/l) Tanto nos ensaios de sedimentação quanto nos ensaios de flotação realizados nos efluentes anaeróbios podem se observar concentrações de DQO abaixo de 2 mg/l, e de SST abaixo de 1 mg/l, mesmo para as menores dosagens de coagulante. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 A remoção de fósforo se mostrou mais eficiente na sedimentação com 52,5 mg/l de Fe e na flotação com 11,3 mg/l de Al, produzindo efluentes com concentrações de fósforo inferiores à 1 mg/l. A remoção de nitrogênio total não se mostrou significativa em nenhum dos testes. Com relação às contagens de coliformes totais e coliformes fecais, as maiores dosagens de coagulantes, ou seja, 63, mg/l de Fe e 13,5 mg/l de AL se mostraram mais eficientes, produzindo efluentes com coliformes totais e fecais na ordem de NMP 1 3 /1mL. Os ensaios não produziram reduções significativas de ph, e tanto o efluente anaeróbio quanto os efluentes produzidos nos testes possuem ph bastante próximo da neutralidade. A turbidez dos efluentes nas duas maiores dosagens de coagulante no jar-test e nas três maiores dosagens na flotação produziram efluentes com turbidez inferior a 2 UNT, sendo o melhor resultado a dosagem de 63, mg/l de Fe na sedimentação, que produziu efluente com turbidez inferior a 5 UNT. Os gráficos a seguir apresentam os resultados obtidos nos ensaios de sedimentação com Fe e flotação com Al do efluente facultativo. Gráfico 9: turbidez e ph, jar-test com Fe Jarteste Gráfico 1: turbidez e ph, flotateste com Al Flotateste 12 1, 12 1, 1 9, 1 9, Turbidez (UNT) , 7, , 7, ph 2 6, 2 6, 5, 5, Gráfico 11: DQO e SST, jar-test com Fe Gráfico 12: DQO e SST, flotateste com Al DQO (mg/l) SST (mg/l) Gráfico 13: NTK e P, jar-test com Fe Gráfico 14: NTK e P, flotateste com Al 5 5, 5 5, 4 4, 4 4, NTK (mg/l) 3 2 3, 2, 3 2 3, 2, P total (mg/l) 1 1, 1 1,,, Gráfico 15: Coli T e Coli F, jar-test com Fe Gráfico 16: Coli T e Coli F, flotateste com Al ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 1,E+7 1,E+7 1,E+7 1,E+7 Coliformes totais (NMP/1mL) 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+, 12,6 16,8 21, 25,2 29,4 33,6 Dosagem de Fe (mg/l) 63, 67,2 71,4 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ 2,7 3,6 4,5 5,4 6,3 7,2 9, 9,9 Dosagem de Al (mg/l) 1,8 1,E+6 1,E+5 1,E+4 1,E+3 1,E+2 1,E+1 1,E+ Coliform es fecais (NMP/1m L) Assim como nos testes realizados com o efluente anaeróbio, o ph não sofreu reduções significativas, mantendo-se próximo à neutralidade. Os resultados de remoção de turbidez e sólidos suspensos totais foram sensivelmente inferiores nos testes de flotação do efluente facultativo quando comparados aos resultados de flotação do efluente anaeróbio, o que pode explicar os resultados inferiores de remoção de coliformes fecais e totais passando da ordem de 1 5 para 1 3 com dosagem de 8mg Al/L. As concentrações de DQO são inferiores quando comparadas àquelas produzidas nos testes realizados no efluente anaeróbio. As concentrações atingiram valores abaixo de 5 mg/l nos ensaios de sedimentação para as três maiores dosagens, provavelmente devido à suposta menor concentração de DQO solúvel no efluente facultativo, devido ao maior tempo de tratamento. As concentrações de nitrogênio total e fósforo nas amostras geradas foram muito semelhantes em todos os testes. Ao se comparar os testes de sedimentação do efluente anaeróbio e sedimentação do efluente facultativo podese observa que as concentrações de nitrogênio total (entre 3 e 4 mg/l) e fósforo (entre 1 e 1,5 mg:l) são bastante semelhantes, mesmo quando se comparam dosagens diferentes de coagulante. CONCLUSÕES As conclusões obtidas são: O efluente facultativo possui quantidades significativas de Na e K, o que pode restringir sua utilização em fertirrigação a determinados tipos de solo e culturas. Os processos físico-químicos testados, para concentrações de coagulantes relativamente grandes, produzem efluentes com concentrações de fósforo (< 1 mg/l) mais aceitáveis para lançamento final destes efluentes em corpos hídricos, porém as concentrações de nitrogênio total não foram sensivelmente reduzidas. Para reuso agrícola, onde não há interesse de remoção de nitrogênio e fósforo, mas apenas de SST e DQO, visando o aproveitamento dos nutrientes e a proteção dos equipamentos, mesmo pequenas dosagens de coagulantes, nos testes com efluente anaeróbio, produziram efluentes com pequenas quantidades de SST e DQO. A baixa remoção de nitrogênio torna este efluente bastante atrativo, devido ao menor custo com coagulante e à possibilidade de aproveitamento dos nutrientes. O ponto fraco é a pequena remoção de coliformes, da ordem de 2 unidades logarítimicas, neste caso os riscos de contaminação dos trabalhadores e culturas associados a este fato. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA, WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Waswater. 2 Ed. CD-ROM., MIDDLEBROOKS, E. J. Upgrading pond effluents: an overview. Department of Civil Engineering, University of Nevada, Reno Reno, USA. Water Science and Technology Vol 31, nº 12 pp , OLIVEIRA, F. F.; GONÇALVES, R. F. Principais tecnologias empregadas no polimento do efluente de lagoas de estabilização. In: 2º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES). Rio de Janeiro, VON SPERLING, M. Lagoas de estabilização. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Universidade federal de Minas Gerais, vol. 3, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7