23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 II EMPREGO DE REATOR UASB SEGUIDO DE LAGOA AERADA AERÓBIA E LAGOA DE DECANTAÇÃO NO TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS COM ELEVADA CONTRIBUIÇÃO DE DESPEJOS INDUSTRIAIS Manuel Romero de la Iglesia (1) Engenheiro Químico pela Escola de Engenharia Mauá. Mestre em Engenharia Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. manuel.romero@itelefonica.com.br Roque Passos Piveli Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Mestre em Engenharia pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Professor Doutor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. rppiveli@usp.br Pedro Alem Sobrinho Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo. Doutor em Engenharia pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Professor Titular do Departamento de Engenharia Hidráulica e Saneamento da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. palem@usp.br Endereço (1) : Av. Domingos de Moraes, nº 2747 cj.31 Vila Mariana. CEP: São Paulo SP. RESUMO Os esgotos sanitários da cidade de Jundiaí/SP apresentam cerca de 50% da sua carga orgânica devida a despejos industriais, sendo a Duratex (produção de chapas duras de madeira) e a Kraft Foods (produção de fermento biológico) responsáveis por cerca de 80% da carga orgânica afluente. Estes esgotos, que apresentam características bem diversas das normalmente encontradas em esgotos tipicamente domésticos, são tratados em uma Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) composta por lagoas aeradas aeróbias seguidas de lagoas de decantação. Estudos em escala piloto dessa concepção de sistema mostraram ser esta uma alternativa tecnicamente segura, resultando em uma eficiência de remoção de DBO de 95%, de DQO acima de 80% e de sólidos suspensos acima de 90% (Alem Sobrinho, 1993a). Visando a futura ampliação da ETE resolveu-se pesquisar em escala piloto uma alternativa de tratamento, que pudesse produzir um efluente de qualidade equivalente ao do sistema hoje empregado, porém com menor necessidade de área e menor consumo de energia. Nesse sentido foi avaliado um sistema composto por reator UASB seguido de lagoa aerada aeróbia e lagoa de decantação. O sistema avaliado mostrou-se uma alternativa viável para o tratamento dos esgotos afluentes a ETE Jundiaí, apresentando uma eficiência de remoção de DBO entre 92% e 96%, resultando em um efluente com DBO total entre 30 e 60 mg/l, para um tempo de detenção hidráulica variando entre 1,5 e 3,5 dias na lagoa aerada aeróbia. O reator UASB foi responsável pela remoção de cerca de 60% da DBO afluente, operando com um tempo de detenção hidráulica de 8 horas. PALAVRAS-CHAVE: Esgoto sanitário, tratamento anaeróbio, reator UASB, pós-tratamento, lagoa aerada. INTRODUÇÃO A crescente concientização de que os despejos devem ser tratados para reduzir a poluição do meio ambiente em que vivemos levou ao desenvolvimento de processos que apresentassem, tanto uma elevada eficiência de tratamento, quanto baixos custos de construção e manutenção. Por outro lado a crise energética dos anos 70 reduziu o interesse pelos processos aeróbios aumentado as pesquisas com processos de tratamento de baixo consumo de energia como os que empregam a digestão anaeróbia na remoção da matéria orgânica. O resultado dessas pesquisas levaram ao desenvolvimento, nas últimas décadas, de diversos processos de tratamento anaeróbio de alto desempenho. Entre estes merece destaque o que emprega o reator UASB, que apresenta elevada eficiência de remoção de matéria orgânica, tanto de despejos industriais, quanto de esgotos domésticos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 O reator UASB é eficiente na remoção de matéria orgânica e sólidos em suspensão, produz pouco excesso de lodo que já sai estabilizado e ocupa pouca área. Entretanto o efluente não apresenta uma DBO compatível com a requerida para lançamento nos corpos receptores. Também o tratamento anaeróbio praticamente não afeta as concentrações de nitrogênio, fósforo e patogênicos. Desse modo, o pós-tratamento do efluente do reator UASB torna-se portanto, de grande importância para adequá-lo às limitações impostas pela legislação ambiental. Em relação a matéria orgânica remanescente no efluente existe hoje grande tendência na utilização da concepção reator UASB seguido de processo biológico aeróbio, com destaque para os que empregam a lagoa aerada aeróbia seguida de lagoa de decantação pelas vantagens que tal combinação pode trazer, especialmente menor consumo de energia, menor necessidade de área e redução da quantidade de lodo a ser descartado. Para avaliar essa concepção de tratamento foi desenvolvida a pesquisa em escala piloto que é apresentada neste trabalho. MATERIAIS E MÉTODOS 1. Descrição do sistema O trabalho experimental foi desenvolvido em uma instalação piloto já existente na ETE. A figura 1 apresenta um diagrama da instalação piloto. O esgoto após o vertedor de saída da caixa de areia da ETE era bombeado para um tanque dotado de um agitador lento. Desse tanque era bombeado para uma caixa divisória de vazão de onde uma parte da vazão seguia por gravidade para o reator UASB e o excedente era descartado. O efluente do reator UASB seguia por gravidade para a entrada da lagoa aerada aeróbia e o efluente dessa seguia por gravidade para outra caixa G E 2 L 7 E 0 (3) L 5 (4) (1) (2) L 3 E 1 E 3 E 4 L 1 (5) Ar S 1: Tanque pulmão com agitador 2: Bomba tipo parafuso 3: Reator UASB 4: Lagoa aerada aeróbia 5: Lagoa de decantação E 0 : Esgoto após caixa de areia E 1 : Afluente E 2 : Efluente do reator UASB L 1 L 7 : Pontos de amostragem do reator UASB E 3 : Efluente da lagoa aerada aeróbia E 4 : Efluente da lagoa de decantação G: Saída de biogás S: Saída de lodo Figura 1: Diagrama da instalação piloto. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 divisória de vazão de onde uma parte da vazão era encaminhada por gravidade para a lagoa de decantação e o excedente descartado. O reator UASB é um tanque cilíndrico construído em aço carbono, isolado com lã de vidro e protegido externamente com chapa de alumínio corrugado. O diâmetro interno é de 0,90 m e a altura de 4,78 m, encerrando um volume total de 3,0 m 3. Esse volume inclui o volume do decantador localizado na parte superior do reator que é de 0,23 m 3. O reator é dotado de sete pontos de amostragem distribuídos ao longo da altura, duas entradas de afluente, uma saída de efluente, uma saída de gás e dois poços para termômetro. A lagoa aerada aeróbia é um tanque cilíndrico construído em fibra de vidro com um diâmetro interno de 2,5 m e altura útil de 4,8 m (volume total: 23,8 m 3 ) e dotado de cinco saídas ao longo da altura que permitem trabalhar com os seguintes volumes de reação: 7,2; 10,8; 14,4; 21,6 e 23,8 m 3. O ar é introduzido no fundo do tanque por 14 difusores de bolha pequena com 9 polegadas de diâmetro cada um. A lagoa de decantação é um tanque cilíndrico construído em fibra de vidro com um diâmetro interno de 1,2 m e altura total de 2,4 m, sendo 1,8 m na parte cilíndrica (volume de 2,0 m 3 ) e 0,60 m na cônica (volume de 0,23 m 3 ). 2. Descrição do ensaio O experimento foi dividido em quatro fases em função do tempo de detenção hidráulica aplicado na lagoa aerada aeróbia. No reator UASB e na lagoa de decantação este foi mantido constante. A tabela 1 apresenta as condições de operação programadas em cada fase operacional. Tabela 1: Condições de operação programadas em cada fase operacional. Reator UASB Lagoa Aerada Aeróbia Lagoa de Decantação Fase Tempo de Detenção Tempo de Detenção Tempo de Detenção Volume Hidráulica Hidráulica Hidráulica 1 8,0 horas 2,5 dias 21,6 m 3 1,8 dia 2 8,0 horas 1,5 dia 14,4 m 3 1,8 dia 3 8,0 horas 1,0 dia 7,2 m 3 1,8 dia 4 8,0 horas 3,5 dias 21,6 m 3 1,8 dia O reator UASB foi inoculado com lodo do reator UASB da ETE-Piracicamirim que está em operação na cidade de Piracicaba/SP. A partida do reator UASB foi realizada com um tempo de detenção hidráulica de 20 horas e a operação durante a partida consistiu basicamente em aumentar, em degraus, a vazão de alimentação até alcançar o tempo de detenção hidráulica de 8 horas. Após os aumentos foi observado o efeito sobre o ph, a concentração de ácidos orgânicos voláteis e a alcalinidade total do efluente. Novos aumentos foram aplicados à medida que o reator se acomodava às condições impostas. Quando o reator UASB atingiu a condição final acima citada (TDH = 8 horas) foi realizada a partida da lagoa aerada aeróbia e da lagoa de decantação, e assim iniciava-se a operação do que se convencionou chamar de sistema completo. A lagoa aerada aeróbia foi previamente inoculada com um volume de 21,6 m 3 do líquido de uma das lagoas aeradas aeróbias da ETE-Jundiaí e em seguida iniciou-se, tanto a aeração, quanto a alimentação com o efluente do reator UASB. A operação do sistema completo consistiu em manter o reator UASB e a lagoa de decantação em tempo de detenção hidráulica médio de 8,0 horas (vazão = 9000 L/dia) e 1,8 dia (vazão = 1110 L/dia), respectivamente e variar o volume da lagoa aerada aeróbia de acordo com o apresentado na tabela 1. A redução no volume foi feita pelo descarte do volume correspondente. Para aplicar o tempo de detenção hidráulica de 3,5 dias trabalhou-se com o volume de 21,6 m 3 na lagoa aerada aeróbia e descartou-se uma parte da vazão efluente do reator UASB. 3. Amostragem e análises efetuadas O acompanhamento analítico do experimento consistiu em submeter o afluente e os efluentes do reator UASB, lagoa aerada aeróbia e lagoa de decantação a uma série de análises químicas. Também foram realizadas determinações em amostras de alguns pontos de amostragem ao longo da altura do reator UASB. As amostras ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 para determinação de DQO e DBO 5 dos pontos E 1, E 2, E 3 e E 4 foram compostas por quatro alíquotas, uniformemente distribuídas ao longo das 24 horas do dia. Estas foram conservadas sob refrigeração até o momento da análise. As demais determinações foram realizadas em amostras instantâneas. As análises de DQO e DBO 5 filtradas, foram realizadas em amostras filtradas em papel GF-52C. A tabela 2 apresenta os parâmetros analisados, a identificação das amostras (ver figura 1) e a freqüência das análises. Diariamente foram anotadas as temperaturas ambiente, do afluente (E 1 ), do reator UASB e da lagoa aerada aeróbia e também medida a vazão do afluente e a produção de gás do reator UASB. Duas vezes por semana foi medida a vazão da lagoa de decantação. Todas as determinações analíticas foram realizadas de acordo com as recomendações do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20ª edição. Tabela 2: Programa de acompanhamento analítico. Parâmetro Amostra Freqüência DQO total E 1 e E 4 1/semana E 2 e E 3 2/semana DQO filtrada E 2, E 3 e E 4 1/semana DBO 5 total E 1, E 2 e E 4 1/semana DBO 5 filtrada E 2, E 3 e E 4 1/semana ST e SV L 1, L 3, L 5 e L 6 1/semana ST, SV, SST e SSV E 3 E 1, E 2 e E 4 1/semana 2/semana ph E 1, E 3, E 4, L 1, L 3, L 5 e L 6 1/semana E 2 2/semana Alcalinidade Total E 1, E 2 e E 4 1/semana Ácidos Orgânicos Voláteis E 1 1/semana E 2 2/semana Nitrogênio Total e Amoniacal E 1, E 2 e E 4 1/15 dias Fósforo Total E 1, E 2 e E 4 1/15 dias Cor Verdadeira E 1, E 2 e E 4 1/15 dias Oxigênio Dissolvido E 3 1/dia RESULTADOS E DISCUSSÃO O experimento teve inicio no dia 16/05/2002 com a partida do reator UASB. Após 282 dias de operação houve um acidente com o reator UASB que resultou no encerramento do experimento. Nesse período foram realizadas a partida e operação do reator UASB em tempo de detenção hidráulica de 8,0 horas, que duraram respectivamente 173 dias e 55 dias, bem como a operação do sistema completo por 54 dias, com a lagoa aerada aeróbia na condição de 2,5 dias de tempo de detenção hidráulica. Face a limitação de espaço tais resultados não serão apresentados aqui. Estes foram apresentados no trabalho de IGLESIA, et al., O experimento foi reiniciado com a partida do reator UASB, previamente reinoculado, em 12/03/2003 e durou ao todo 252 dias. A partida foi concluída em pouco mais de 30 dias e a seguir teve inicio a operação do sistema completo. A tabela 3 apresenta a data, o período e a duração de cada fase operacional. Tabela 3: Data, período e duração de cada fase operacional. Fase Data Período Duração 1 14/04/2003 a 12/06/ º 92º 60 dias 2 13/06/2003 a 25/08/ º 166º 74 dias 3 26/08/2003 a 09/10/ º 211º 45 dias 4 10/10/2003 a 19/11/ º 252º 41 dias 1. Características do afluente O afluente foi o esgoto após o vertedor da caixa de areia sem a adição de nutrientes e sem correção do ph. O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação (entre parênteses) dos parâmetros que caracterizam a sua composição durante os 252 dias de ensaio estão listados a seguir: ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 DQO total = 1430 mg/l ± 445 mg/l ( ) DBO 5 total = 760 mg/l ± 197 mg/l ( ) Relação DQO/DBO 5 = 1,9 SST = 240 mg/l ± 57 mg/l ( ) SSV = 210 mg/l ± 49 mg/l ( ) Nitrogênio total = 57 mg N/L ± 16 mg N/L (30 90) Nitrogênio amonical = 25 mg NH 3 /L ± 5,7 mg NH 3 /L (15 35) Fósforo total = 12 mg P/L ± 3,7 mg P/L (7,5 19,5) Cor verdadeira = 1030 mg Pt/L ± 360 mg Pt/L ( ) Ácidos orgânicos voláteis = 195 mg HAc/L ± 123 mg HAc/L (30 455) Alcalinidade total = 160 mg CaCO 3 /L ± 30 mg CaCO 3 /L (65 210) ph = 6,5 ± 0,4 (5,3 7,4) Temperatura = 23,8 C ± 1,7 C (20 28) Os resultados acima mostram que a contribuição industrial conferiu ao afluente características bem diferentes das normalmente observadas em esgoto tipicamente doméstico com destaque para as relacionadas com a concentração de matéria orgânica. O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação dos parâmetros que caracterizam o afluente que foi empregado em cada fase operacional é apresentado nas tabelas dos itens a seguir. A relação DQO:N:P sempre foi superior a mínima requerida para os processos biológicos. 2. Condições de operação no reator UASB A tabela 4 apresenta o valor médio ± desvio padrão do tempo de detenção hidráulica, taxa orgânica aplicada e taxa orgânica específica do reator UASB em cada fase operacional. Tabela 4: Valor médio ± desvio padrão do tempo de detenção hidráulica, taxa orgânica aplicada e taxa orgânica específica do reator UASB em cada fase operacional. Fase Tempo de Detenção Hidráulica Taxa Orgânica Aplicada Taxa Orgânica Específica (horas) (kg DQO/m 3.dia) (kg DQO/kg SV.dia) 1 (2,5 dias) 8,8 ± 1,2 3,3 ± 0,8 0,34 ± 0,04 2 (1,5 dia) 8,3 ± 1,3 4,5 ± 1,3 0,46 ± 0,08 3 (1,0 dia) 8,6 ± 1,4 4,1 ± 0,8 0,39 ± 0,07 4 (3,5 dias) 8,2 ± 1,3 4,8 ± 1,6 0,50 ± 0,16 A variação observada no valor do tempo de detenção hidráulica no reator UASB é resultado da dificuldade em manter a vazão constante em função de entupimentos nos tubos de entrada da alimentação no reator. Na média por fase operacional observa-se que nas fases 2, 3 e 4 a taxa orgânica aplicada não apresentou grandes variações. A fase 1 operou com uma taxa relativamente menor que as outras devido a que a concentração de DQO do afluente foi menor, fruto da variabilidade típica do esgoto. 3. Temperatura O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da temperatura ambiente, afluente, reator UASB e lagoa aerada aeróbia, em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia, é apresentado na tabela 5. Em valores médios observa-se na tabela 5 que por fase operacional não houve muita variação na temperatura ao longo do sistema de completo. A temperatura do reator UASB manteve-se muito próxima a do afluente, devido ao isolamento térmico do reator. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 5: Valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da temperatura ambiente, afluente, reator UASB e lagoa aerada aeróbia em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Fase Temperatura ( C) Ambiente Afluente Reator UASB Lagoa Aerada Aeróbia 1 (2,5 dias) 26,1 ±3,2 (21 33) 24,4 ± 1,1 (23 26) 23,9 ± 1,5 (22 28) 25,2 ± 1,6 (23 28) 2 (1,5 dia) 24,8 ± 3,5 (14 32) 22,5 ± 1,1 (21 25) 22,2 ± 1,2 (18 25) 21,7 ± 1,7 (17 25) 3 (1,0 dia) 27,3 ± 5,4 (15 35) 23,2 ± 1,6 (20 26) 23,4 ± 2,1 (20 29) 22,0 ± 1,9 (18 25) 4 (3,5 dias) 27,4 ± 4,0 (19 35) 24,4 ± 1,3 (21 26) 24,3 ± 1,0 (22 26) 24,1 ± 1,9 (21 28) A variação de temperatura observada na lagoa aerada aeróbia não apresentou influência sensível no desempenho do processo biológico. 4. ph, ácidos orgânicos voláteis e alcalinidade total O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação do ph, concentração de ácidos orgânicos voláteis e alcalinidade total do afluente e dos efluentes do reator UASB, lagoa aerada aeróbia e lagoa de decantação, em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia, é apresentado na tabela de 6. Tabela 6: Valor médio ± desvio padrão e faixa de variação do ph, concentração de ácidos orgânicos voláteis e alcalinidade total do afluente e dos efluentes do reator UASB e das lagoas aerada aeróbia e de decantação em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Efluente Fase Parâmetro Afluente Lagoa Aerada Lagoa de UASB Aeróbia Decantação 1 (2,5 dias) 2 (1,5 dia) 3 (1,0 dia) ph Ácidos Orgânicos Voláteis (mg HAc/L) Alcalinidade Total (mg CaCO 3 /L) ph Ácidos Orgânicos Voláteis (mg HAc/L) Alcalinidade Total (mg CaCO 3 /L) ph Ácidos Orgânicos Voláteis (mg HAc/L) Alcalinidade Total (mg CaCO 3 /L) ph 4 (3,5 dias) Alcalinidade Total (mg CaCO 3 /L) 6,9 ± 0,3 (6,5 7,4) 108 ± 96 (30 246) 161 ± 28 ( ) 6,5 ± 0,2 (6,1 6,9) 200 ± 53 (11 258) 172 ± 18 ( ) 6,2 ± 0,5 (5,3 6,7) 154 ± 36 ( ) 6,4 ± 0,4 (5,8 7,0) 143 ± 34 (93 189) 6,7 ± 0,2 (6,5 7,1) 181 ± 153 (19 338) 274 ± 61 ( ) 6,6 ± 0,2 (6,4 7,1) 91 ± 67 (30 230) 335 ± 61 ( ) 6,8 ± 0,3 (6,5 7,4) 106 ± 111 (30 277) 296 ± 38 ( ) 6,6 ± 0,2 (6,4 6,9) 329 ± 82 ( ) 7,2 ± 0,2 (6,9 7,4) 7,4 ± 0,2 (7,0 7,6) 7,5 ± 0,1 (7,4 7,8) 7,2 ± 0,2 (7,0 7,4) 7,5 ± 0,2 (7,3 7,7) 144 ± 42 ( ) 7,5 ± 0,1 (7,4 7,7) 239 ± 36 ( ) 7,4 ± 0,2 (7,1 7,7) 285 ± 46 ( ) 7,3 ± 0,1 (7,2 7,5) 230 ± 71 ( ) O afluente apresentou-se levemente ácido em todas as fases operacionais. Não foi utilizado nenhum produto químico para a correção do ph do afluente. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 No efluente do reator UASB o ph variou entre 6,6 e 6,8 e provavelmente não se aproximou mais de 7,0 devido a presença no efluente de um residual de ácidos orgânicos voláteis não degradados. As concentrações de ácidos observadas em todas as fases não foram prejudiciais para o processo. A alcalinidade total no efluente do reator UASB foi sempre superior a medida no afluente, porém não foi suficiente para manter o ph em torno de 7,0. O ph no efluente final manteve-se na faixa 7,3 a 7,5, ligeiramente superior ao da lagoa aerada, provavelmente devido a presença de pequena quantidade de algas na superfície da lagoa de decantação. 5. Remoção de nitrogênio total, fósforo total e cor verdadeira O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da concentração de nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, fósforo total e cor verdadeira do afluente e dos efluentes do reator UASB, e lagoa de decantação, em cada fase operacional, é apresentado na tabela 7. Tabela 7: Valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da concentração de nitrogênio total, nitrogênio amoniacal, fósforo total e cor verdadeira do afluente e dos efluentes do reator UASB e da lagoa de decantação em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Fase Parâmetro Afluente Efluente UASB Lagoa de Decantação Nitrogênio Total (mg N/L) 51 ± 10 (38 68 ) 42 ± 6 (34 50) 24 ± 2 (22 26) Nitrogênio Amoniacal 1 (mg NH 3 /L) (2,5 dias) Fósforo Total (mg P/L) Cor Verdadeira (mg Pt/L) Nitrogênio Total (mg N/L) Nitrogênio Amoniacal 2 (mg NH 3 /L) (1,5 dia) Fósforo Total (mg P/L) Cor Verdadeira (mg Pt/L) Nitrogênio Total (mg N/L) Nitrogênio Amoniacal 3 (mg NH 3 /L) (1,0 dia) Fósforo Total (mg P/L) Cor Verdadeira (mg Pt/L) Nitrogênio Total (mg N/L) Nitrogênio Amoniacal 4 (mg NH 3 /L) (3,5 dias) Fósforo Total (mg P/L) Cor Verdadeira (mg Pt/L) (1) média de três resultados 28,7 ± 5,0 (22,4 36,0) 9,5 ± 1,2 (7,7 11,1) 836 ± 215 ( ) 62 ± 16 (44 84 ) 23,1 ± 5,9 (16,3 32,4) 14,3 ± 3,9 (10,7 17,9) 1337 (1) ( ) 53 ± 5 (48 60 ) 20,7 ± 2,7 (17,7 24,0) 9,2 ± 1,7 (6,7 10,4) 1019 (1) ( ) 61 ± 24 (30 92 ) 26,0 ± 6,3 (15,6 34,2) 13,6 ± 4,1 (9,1 19,5) 1002 ± 156 ( ) 30,4 ± 4,2 (26,0 35,2) 7,9 ± 2,2 (4,4 10,5) 513 ± 95 ( ) 44 ± 7 (32 50) 32,6 ± 6,9 (27,3 43,1) 9,1 ± 2,9 (6,9 13,3) 852 (1) ( ) 48 ± 7 (40 56) 30,7 (1) (28,9 32,3) 9,0 ± 1,9 (7,1 11,5) 704 (1) ( ) 41 ± 4 (34 46) 27,1 ±3,6 (22,1 30,9) 5,2 ± 1,0 (4,6 7,0) 601 ± 130 ( ) 5,1 ± 4,9 (4,1 12,2) 3,4 ± 1,6 (1,7 5,5) 375 (1) ( ) 25 ± 3 (22 28) 10,6 ± 4,4 (4,4 15,7) 5,5 ± 1,0 (4,1 6,6) 597 (1) ( ) 38 ± 6 (32 44) 18,9 (1) (17,4 20,0) 6,4 ± 1,8 (5,1 8,5) 577 (1) ( ) 28 ± 14 (12 48) 15,6 ± 9,2 (6,6 28,3) 4,3 ± 2,4 (1,9 8,2) 383 ± 56 ( ) Na tabela 8 são apresentados as eficiências médias de remoção de nitrogênio total, fósforo total e cor verdadeira em cada fase operacional ao longo do sistema completo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Tabela 8: Eficiências médias de remoção de nitrogênio total, fósforo total e cor verdadeira em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia e ao longo do sistema completo. Fase Parâmetro Nitrogênio Total Fósforo Total Cor Verdadeira Parte do Sistema 1 (2,5 dias) 2 (1,5 dia) 3 (1,0 dia) 4 (3,5 dias) Reator UASB 30% 26% 16% (1) 33% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 46% 42% 27% 52% (1) Sistema Completo 52% 58% 28% (2) 55% Reator UASB 37% (1) 37% 11% (2) 58% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 56% 36% 36% (1) 41% (1) Sistema Completo 64% 60% 39% 72% Reator UASB 36% 30% (1) 40% (2) 39% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 26% 42% (2) 23% (2) 30% Sistema Completo 56% 49% 42% (1) 60% (1) médias de três resultados (2) média de dois resultados No reator UASB, como é típico em processos anaeróbios, a concentração de nitrogênio foi pouco afetada. Parte do nitrogênio orgânico presente no afluente foi convertido em nitrogênio amoniacal, após passar pelo reator UASB. A concentração de fósforo no efluente em relação ao afluente foi menor provavelmente devido a incorporação ao lodo via crescimento. A concentração média de nitrogênio total no efluente final, excluindo-se a fase 3, não apresentou muita variação por fase operacional. A maior concentração média (39 mg N/L) coincidiu com o menor tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia (fase 3). A remoção de nitrogênio total no sistema completo, considerando a faixa de tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia entre 1,5 e 3,5 dias, ficou na média em 55%, resultando em um efluente final com uma concentração média de nitrogênio total de 25 mg N/L. O reator UASB foi responsável em média pela remoção de cerca de 30% da concentração de nitrogênio total do afluente. Com relação ao fósforo total, a concentração no efluente final apresentou-se bastante variável na média por fase operacional. Novamente a maior concentração foi observada com o tempo de detenção hidráulica de 1,0 dia na lagoa aerada aeróbia. A remoção média de fósforo total foi de cerca de 60% quando o tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia foi de 1,5 e 2,5 dias. Com o aumento do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada para 3,5 dias a remoção ficou em média em 72%. Esses resultados produziram um efluente final com uma concentração média de fósforo total entre 3,5 e 5,5 mg P/L. O reator UASB, excluindo-se a fase 3 (1,0 dia), removeu entre 37% e 58% do fósforo total presente no afluente. A remoção de cor verdadeira no sistema completo não se mostrou muito eficiente, ficando na média entre 50% e 60% quando o tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia variou entre 1,5 e 3,5 dias. O reator UASB removeu entre 30% e 40% da cor verdadeira do afluente. 6. Remoção de sólidos suspensos O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da concentração de SST e SSV do afluente e efluentes do reator UASB, da lagoa aerada aeróbia e da lagoa de decantação, em cada fase operacional, é apresentado na tabela 9. O comportamento da concentração de SST no afluente, efluente do reator UASB e efluente final é apresentado na figura 2. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 Tabela 9: Valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da concentração de SST e SSV do afluente e efluentes do reator UASB e das lagoas aerada aeróbia e de decantação em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Efluente Fase Parâmetro Afluente UASB Lagoa Aerada Aeróbia Lagoa de Decantação 1 (2,5 dias) 2 (1,5 dia) 3 (1,0 dia) 4 (3,5 dias) SST (mg/l) SSV (mg/l) SST (mg/l) SSV (mg/l) SST (mg/l) SSV (mg/l) SST (mg/l) SSV (mg/l) 204 ± 36 ( ) 171 ± 28 ( ) 234 ± 70 ( ) 212 ± 64 ( ) 264 ± 32 ( ) 232 ± 29 ( ) 278 ± 57 ( ) 224 ± 42 ( ) 267 ± 143 ( ) 175 ± 100 (86 364) 221 ± 124 ( ) 167 ± 76 (96 296) 595 ± 309 ( ) 444 ± 224 ( ) 330 ± 140 ( ) 257 ± 84 ( ) 350 ± 179 ( ) 238 ± 122 ( ) 410 ± 158 ( ) 310 ± 118 ( ) 302 ± 107 ( ) 236 ± 79 ( ) 541 ± 358 ( ) 379 ± 245 (77 760) 29 ± 21 (12 71) 24 ± 16 (10 56) 39 ± 22 (20 92) 38 ± 18 (18 78) 54 ± 18 (38 87) 50 ± 14 (41 75) 45 ± 18 (28 65) 39 ± 16 (23 55) Afluente Efluente UASB Efluente Final SST ( mg/l ) ,5 dias 1,5 dia 1,0 dia 3,5 dias DIAS Figura 2: Comportamento da concentração de SST ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. A concentração de SST e SSV no afluente apresentou muita variação. O reator UASB foi pouco eficiente na remoção de sólidos suspensos devido a presença praticamente constante de sólidos no efluente. Em média a remoção de SST ficou entre 40% e 60%, exceto na fase 4 que ficou em média em cerca de 20%. A relação SSV/SST variou em média entre 0,68 e,078 na lagoa aerada aeróbia e entre 0,83 e 0,97 no efluente final. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9

10 Na tabela 10 apresentam-se as eficiências médias de remoção de SST e SSV ao longo do sistema completo. Os resultados de SST da tabela 10 são apresentados graficamente na figura 3. Tabela 10: Eficiências médias de remoção de SST e SSV em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia e ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Fase Parâmetro SST SSV Parte do Sistema 1 (2,5 dias) 2 (1,5 dia) 3 (1,0 dia) 4 (3,5 dias) Reator UASB 39% 57% 20% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 86% 77% 86% 84% Sistema Completo 87% 81% 79% 84% Reator UASB 46% 59% % 22% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 82% 75% 82% 84% Sistema Completo 87% 80% 78% 83% Na fase 3 (1,0 dia) não foi possível determinar a eficiência de remoção de sólidos no reator UASB porque a concentração no efluente foi maior que a do afluente em todos os resultados disponíveis nesse período. Eficiência Média de Remoção de SST (%) Reator UASB Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação Sistema Completo 1 1,5 2,5 3,5 Tempo de Detenção na Lagoa Aerada Aeróbia (dias) Figura 3: Eficiências médias de remoção de SST ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Os resultados obtidos mostram um bom desempenho do sistema completo na remoção dos sólidos suspensos, apresentando uma eficiência média de remoção de SST entre 79% e 87% e produzindo um efluente final com uma concentração media de SST entre 29 mg/l e 54 mg/l. A avaliação da influência da concentração de SSV no efluente final não pôde ser obtida porque as determinações de SSV e DQO foram realizadas em amostras coletadas em dias diferentes. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 10

11 7. Remoção de matéria orgânica O valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da DQO total e filtrada e DBO 5 total e filtrada do afluente e dos efluentes do reator UASB, da lagoa aerada aeróbia e da lagoa de decantação, em cada fase operacional, é apresentado na tabela 11. O comportamento da DQO total e DBO 5 total no afluente, efluente do reator UASB e efluente final é apresentado nas figuras 4 e 5, respectivamente. Na tabela 12 são apresentados as eficiências médias de remoção de DQO total e DBO 5 total ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Os resultados da tabela 12 são apresentados graficamente nas figuras 6 e 7. Tabela 11: Valor médio ± desvio padrão e faixa de variação da DQO total e filtrada e da DBO 5 total e filtrada do afluente e dos efluentes do reator UASB e das lagoas aerada aeróbia e de decantação em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Efluente Fase Parâmetro Afluente Lagoa Aerada Lagoa de UASB Aeróbia Decantação 1136 ± ± ± ± 53 DQO total (mg/l) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 (2,5 dias) 2 (1,5 dia) 3 (1,0 dia) 4 (3,5 dias) DQO filtrada (mg/l) DBO 5 total (mg/l) DBO 5 filtrada (mg/l) DQO total (mg/l) DQO filtrada (mg/l) DBO 5 total (mg/l) DBO 5 filtrada (mg/l) DQO total (mg/l) DQO filtrada (mg/l) DBO 5 total (mg/l) DBO 5 filtrada (mg/l) DQO total (mg/l) DQO filtrada (mg/l) DBO 5 total (mg/l) DBO 5 filtrada (mg/l) 611 ± 76 ( ) 1541 ± 504 ( ) 888 ± 231 ( ) 1507 ± 239 ( ) 757 ± 185 ( ) 1584 ± 581 ( ) 751 ± 165 ( ) 552 ± 74 ( ) 337 ± 99 ( ) 975 ± 346 ( ) 579 ± 140 ( ) 434 ± 182 ( ) 779 ± 205 ( ) 439 ± 77 ( ) 272 ± 74 ( ) 498 ± 168 ( ) 363 ± 71 ( ) 217 ± 70 ( ) 210 ± 67 ( ) 39 ± 20 (17 72) 662 ± 240 ( ) 262 ± 40 ( ) 80 ± 29 (47 139) 552 ± 190 ( ) 238 ± 39 ( ) 59 ± 17 (47 87) 572 ± 236 ( ) 162 ± 21 ( ) 41 ± 13 (26 54) 165 ± 57 (88 269) 28 ± 18 (13 57) 23 ± 16 (9 49) 229 ± 45 ( ) 213 ± 39 ( ) 57 ± 21 (33 97) 53 ± 18 (33 86) 265 ± 39 ( ) 237 ± 10 ( ) 83 ± 64 (50 132) 52 ± 13 (41 69) 183 ± 45 ( ) 167 ± 30 ( ) 64 ± 26 (24 94) 48 ± 17 (24 70) Os resultados apresentados acima mostram que o reator UASB teve um bom desempenho na remoção de matéria orgânica biodegradável. O reator apresentou uma eficiência média de remoção de DQO total em torno de 50%, exceto na fase 4, quando obteve-se em media 67%, provavelmente devido a associação entre uma DQO afluente em média mais elevada e uma baixa saída de lodo, resultando assim um efluente com uma DQO mais baixa em relação as outras fases. Com relação a DBO 5 total, a eficiência do reator UASB variou em média entre 45% e 63%, alcançando 72% na fase 4, pelo já exposto acima. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 11

12 3000 Afluente Efluente UASB Efluente Final 2500 DQO total ( mg/l ) ,5 dias 1,5 dia 1,0 dia 3,5 dias DIAS Figura 4: Comportamento da DQO total ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia Afluente Efluente UASB Efluente Final DBO 5 total ( mg/l ) ,5 dias 1,5 dia 1,0 dia 3,5 dias DIAS Figura 5: Comportamento da DBO 5 total ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 12

13 Tabela 12: Eficiências médias de remoção de DQO total, DBO 5 total e ao longo do sistema completo e em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Fase Parâmetro DQO Total DBO 5 total Parte do Sistema 1 (2,5 dias) 2 (1,5 dia) 3 (1,0 dia) 4 (3,5 dias) Reator UASB 43% 50% 51% 67% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 78% 73% 61% 59% Sistema Completo 85% 86% 82% 88% Reator UASB 45% 55% 63% 72% Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação 92% 86% 67% 70% Sistema Completo 96% 93% 87% 92% Eficiência Média de Remoção de DQO Total ( % ) Reator UASB Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação Sistema Completo 1 1,5 2,5 3,5 Tempo de Detenção na Lagoa Aerada Aeróbia ( dias ) Figura 6: Eficiências médias de remoção de DQO total ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. A concentração de DQO total no efluente do reator UASB foi elevada na média por fase operacional, devido a saída de lodo com o efluente, conseqüência do curto período de partida. A presença de lodo no efluente representou de 30 a 45% do valor da DQO total. A lagoa aerada aeróbia seguida de lagoa de decantação mostrou-se um conjunto adequado para complementar a remoção da matéria orgânica biodegradável do efluente do reator UASB. A eficiência média de remoção, tanto de DQO total, quanto de DBO 5 total diminuiu com a redução do tempo de detenção hidráulica de 2,5 dias (fase 1) para 1,5 dia (fase 2). Com a mudança do tempo de detenção hidráulica de 1,0 dia (fase 3) para 3,5 dias (fase 4) a eficiência do conjunto praticamente não se alterou. Considerando que nessas duas fases as concentrações de DQO e DBO afluentes foram praticamente iguais, esse comportamento pode ser explicado pelo melhor desempenho do reator UASB na fase 4, o que produziu um efluente com menos matéria orgânica biodegradável para o conjunto lagoa aerada aeróbia + lagoa de decantação e possivelmente de mais difícil degradação. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 13

14 Eficiência Média de Remoção de DBO 5 Total (%) Reator UASB Lagoa Aerada Aeróbia + Lagoa de Decantação Sistema Completo 1 1,5 2,5 3,5 Tempo de Detenção na Lagoa Aerada Aeróbia ( dias ) Figura 7: Eficiências médias de remoção de DBO 5 total ao longo do sistema completo em função do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. Nas condições de tempo de detenção hidráulica estudadas o conjunto lagoa aerada aeróbia + lagoa de decantação mostrou uma eficiência média de remoção de DQO total e DBO 5 total variando entre 60% e 78% e 67% e 92%, respectivamente. O sistema completo mostrou se bem eficiente na de remoção de matéria orgânica do esgoto afluente com uma eficiência de remoção de DQO total variando entre 85% e 88%, quando o tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia variou entre 1,5 e 3,5 dias. Com relação a DBO 5 total a eficiência de remoção do sistema completo variou entre 92% a 96%, produzindo um efluente final com concentração média de DBO 5 total de 28 mg/l (DBO 5 filtrada média de 23 mg/l) na fase 1 (2,5 dias) e variou entre 57 mg/l - 64 mg/l (DBO 5 filtrada média entre 48 mg/l 53 mg/l) nas fases 2 e 3. Para 1,0 dia de tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia (fase 3) as eficiências médias de remoção de DQO total e DBO 5 total no sistema completo foram de 82% e 87%, respectivamente. O efluente final apresentou uma concentração média de DBO 5 total de 83 mg/l e (DBO 5 filtrada média de 52 mg/l). A matéria orgânica presente no efluente final encontra-se praticamente toda dissolvida. Quando o tempo de detenção hidráulica variou entre 1,5 e 3,5 dias a relação DBO 5 filtrada /DBO 5 total variou em média entre 75% e 93%. Para 1,0 dia de tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia a relação foi em média de 63%. CONCLUSÕES Com base nos resultados dos experimentos pode-se concluir que: a elevada contribuição de despejos industriais confere ao esgoto afluente a ETE-Jundiaí características bem diferentes das normalmente encontradas no esgoto tipicamente doméstico, especialmente as relacionadas com a da matéria orgânica. sistema composto por reator UASB seguido de lagoa aerada aeróbia e lagoa de decantação mostrou-se uma alternativa viável para o tratamento dos esgotos afluentes a ETE Jundiaí. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 14

15 O sistema completo apresentou uma eficiência de remoção de matéria orgânica de 85% a 88% de DQO total e de 92% a 96% de DBO 5 total, quando o tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia variou entre 1,5 e 3,5 dias. O reator UASB foi responsável pela remoção em média de até 67% da DQO total e 72% da DBO 5 total operando com um tempo de detenção hidráulica de 8,0 horas em média. a partida do reator UASB é um fator decisivo para o bom desempenho do reator. A seleção de um inóculo de boa qualidade é muito importante no sentido de tornar a partida mas rápida. para evitar a exalação de maus odores, tanto o gás deve ser canalizado e queimado quanto, o efluente líquido deve passar por degaseificador para remoção do gás sulfídrico solúvel. não há a necessidade de adicionar nutrientes ao afluente e nem corrigir o ph. os problemas de arraste de lodo com o efluente podem ser contornados através de uma programação correta da retirada do excesso de lodo biológico. a relação SSV/SST na lagoa aerada aeróbia variou entre 0,70 e 0,80. a lagoa de decantação se mostrou viável para a separação dos sólidos do efluente da lagoa aerada aeróbia, operando com um tempo de detenção hidráulica de 1,8 dia. na superfície da lagoa de decantação observou-se a formação de algas. desempenho do sistema completo melhorou com a elevação do tempo de detenção hidráulica na lagoa aerada aeróbia. a remoção de DBO 5 mostrou-se mais eficiente que a remoção de DQO. não houve alteração significativa de matéria orgânica no efluente filtrado da lagoa de decantação. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Companhia Saneamento de Jundiaí pelo apoio ao longo do desenvolvimento dos trabalhos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ALEM SOBRINHO, P.; PEREIRA, P.C.G. e GASI, T.M.T. Tratamento de esgoto sanitário com elevada parcela de carga industrial por lagoa aerada e lagoa de decantação determinação de parâmetros de projeto para a ETE Jundiaí em escala piloto. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 17º, 1993a. Natal. Anais. Rio de Janeiro, ABES. p v.2, t.i. 2. ALEM SOBRINHO, P.; GASI, T.M.T. e SILVA, S.J.A. Desenvolvimento de uma nova concepção de sistema de tratamento (reator UASB e lagoa aerada) para esgotos sanitários com elevada parcela de carga orgânica industrial. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 17º, 1993b. Natal. Anais. Rio de Janeiro, ABES. p v.2, t.i. 3. EATON, A.D.; CLESCERI, L.S. and GREENBERG, A.E. (Editores). Standard methods for the examination of water and wastewater. 20º ed. Washington: AWWA, WEF, APHA, 4. IGLESIA, M.R., PIVELI, R.P. e ALEM SOBRINHO, P. Tratamento de esgoto sanitário com elevada contribuição industrial por reator UASB seguido de lagoa aerada e decantação. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 22º, Joinvile. Anais. Rio de Janeiro, ABES. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 15