AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA EM DIVERSOS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO OPERANDO EM ESCALA REAL

Transcrição

1 AVALIAÇÃO DA REMOÇÃO DE MATÉRIA ORGÂNICA EM DIVERSOS SISTEMAS DE TRATAMENTO DE ESGOTO OPERANDO EM ESCALA REAL Liliana Pena Naval * Doutorada pela Universidad Complutense de Madrid em Engenharia Química, Professora Titular do Curso de Engenharia Ambiental da Universidade do Tocantins. Carlos Danger Ferreira e Silva Universidade do Tocantins Gustavo Bonatto Universidade do Tocantins Sérgio Carlos Bernardo Queiroz Universidade do Tocantins Endereço(*): Arse 12 QI 48 Lt. 11 Al. 19, Palmas TO. CEP: Brasil - Tel: (63) ou liliana@unitins.br RESUMO Palmas é uma das poucas capitais que tem o privilégio de destinar a estações de tratamento de esgoto (ETEs) toda água residuária coletada. Isto deve-se ao fato de ser uma cidade nova, planejada e com uma grande extensão de área disponível para a implantação de unidades de tratamento. Considerando-se também como fatores favoráveis; às condições climáticas tropicais, onde principalmente as altas temperaturas favorecem o metabolismo microbiano, acelerando assim o processo de decomposição da matéria orgânica; e a tecnologia aplicada para a depuração controlada dos resíduos coletados, neste contexto, operam quatro sistemas distintos, sendo três estações compostas por reator UASB, sendo dois dos reatores são seguidos de filtros anaeróbios e o outro de uma lagoa facultativa, um sistema de três lagoas de estabilização em série. Nota-se também uma gradual ampliação da rede local de coleta de esgoto doméstico, substituindo as antigas fossas negras, as quais não proporcionam condições sanitárias adequadas a população. Com isso, provavelmente será necessário a implantação de novas ETEs, já que o volume coletado aumentará proporcionalmente à ampliação da rede, por tanto o presente estudo teve como objetivo avaliar entre os sistemas já existentes aquele que mais se adequa a região. Palavras-Chaves: lagoas de estabilização, UASB, Filtro Anaeróbio, remoção. INTRODUÇÃO Atualmente são utilizadas diversas tecnologias para o tratamento de águas residuárias domésticas, sendo que podemos considerar como os tipos de sistemas mais usualmente empregados em regiões de clima tropical os compostos por reatores anaeróbios e lagoas de estabilização, sendo que para estes verifica-se uma grande variedade de alternativas para pós-tratamentos e até mesmo a combinação dos mesmos. Pode-se justificar esta ampla aplicação de reatores anaeróbios e lagoas de estabilização por possuir um custo de implantação e de operação relativamente baixos e uma alta eficiência nas regiões de clima tropical. Conforme VON SPERLING (1996)., nas estações de tratamento biológico de esgotos objetiva-se reproduzir o fenômeno da autodepuração. Com a introdução de técnicas apropriadas, além de controlar os fatores limitantes, é possível determinar previamente o tempo necessário para que o tratamento ocorra com um determinado grau de 1

2 eficiência. Essa tecnologia visa estabelecer uma população de microrganismos, em número e espécies, satisfatória ao tratamento, afinal, são os microrganismos, especialmente as bactérias, os principais responsáveis pela estabilização da matéria orgânica presente nos esgotos. Para selecionar-se um processo correto, é importante conhecer-se bem as características dos despejos, as facilidades para o seu tratamento e o nível de remoção exigido pela legislação. Também devem ser consideradas as mudanças sazonais. A escolha do método de tratamento dependerá das exigências da qualidade do final, flexibilidade de operação e custos (COSTA, 1997) As lagoas de estabilização são grandes reservatórios de pequena profundidade, geralmente delimitados por diques de terra, paredes de alvenaria ou escavados no próprio terreno, nos quais águas residuárias brutas ou pré-tratadas são estabilizadas por processos naturais que envolvem principalmente bactérias e algas (MARA, 1976; SILVA, 1982). Para alguns autores (MARA, 1976; SILVA, 1982; OLIVEIRA, 199), o sistema de lagoas é o método mais adequado aos países em desenvolvimento em regiões tropicais e subtropicais, pois há disponibilidade de área próxima às cidades e a ação natural do calor e da luz solar aceleram o crescimento de microorganismos, favorecendo a degradação biológica da matéria orgânica. No Brasil, as condições meteorológicas e climáticas são extremamente favoráveis a este processo de tratamento, contribuindo também para isto a disponibilidade de grandes extensões de áreas na maioria das cidades, que favorecem a adoção dos sistemas de lagoas para o tratamento de esgoto sanitário (VON SPERLING, 1996) Dentre as lagoas de estabilização, pode-se encontrar variações, caracterizando lagoas de propriedades diferentes, esta alternância dá-se principalmente pelo tipo de processo de degradação e da carga orgânica aplicada. As subdivisões encontradas são: lagoas anaeróbias, lagoas facultativas, lagoas aeróbias ou de maturação. Para OLIVEIRA (1999), as desvantagens em lagoas de estabilização são: - Área de ocupação - o longo do tempo requerido para a estabilização do esgoto faz com que maiores áreas de terras sejam necessárias para a construção do sistema de lagoas. - Sólidos suspensos - sua concentração é relativamente alta devida à presença de algas. O tratamento de esgotos utilizando reator UASB constitui um método eficiente e relativamente de baixo custo para se removerem matéria orgânica e sólidos em suspensão, diminuindo consideravelmente o potencial poluidor dos esgotos após o tratamento (BEZERRA et al,1998). À primeira vista, a grande vantagem de um UASB, relacionando com a sua eficiência de remoção de DBO e de sólidos, é o seu curto tempo de detenção hidráulica, em torno de 6 horas para remoção de cerca de 8 por cento da DBO e 75 por cento dos sólidos em suspensão. Em sistemas de lodo ativado e em lagoas de estabilização o tempo de permanência é da ordem de 12 a 24 h e de 2 a 3 dias respectivamente, alem de, segundo VAN HAANDEL e CAVALCANTI (1995), requerem menor área de construção (aproximadamente,1 m 2 por habitante (lagoas de estabilização necessitam de 3 ou 4 m 2 por habitante). O UASB não causa transtornos para a população beneficiada: O sistema é "invisível" (enterrado), não espalha odores e não causa proliferação de insetos (4) a produção de lodo biológico é pequena e o lodo de excesso já sai estabilizado e com concentração elevada, podendo ser secado diretamente em leitos de secagem. operação e manutenção são extremamente simples podendo ser feito por pessoal não especializado: precisa-se reter areia e desentupir tubulações obstruídas. A construção do UASB é simples podendo ser usados materiais e mão de obra locais. O custo de construção e de operação tendem a ser bem menores que os de outros sistemas de tratamento de esgoto (VAN HAANDEL e CAVALCANTI, 1996). Porém, é de conhecimento geral que uma significativa desvantagem do UASB seria sua baixa eficiência quanto à remoção de patógenos e nutrientes, sendo isto bastante compreensível, considerando-se o baixo tempo de detenção hidráulica deste tipo de reator. Entretanto, já foi demonstrado que este tipo de reator pode ser usado, por exemplo, em combinação com lagoas de estabilização, podendo-se obter um de boa qualidade higiênica em um sistema que ocupa menos que metade da área necessária para um sistema de lagoas convencionais (DIXO et., 1995). O estudo em questão foi realizado no município de Palmas TO, o qual é uma das poucas capitais que tem o privilégio de destinar a estações de tratamento de esgoto (ETEs) toda água residuária coletada. Isto deve-se ao fato de ser uma cidade nova, planejada e com uma grande extensão de área disponível para a implantação de unidades de tratamento. A cidade localiza-se em uma região onde prevalecem as altas temperaturas, fato que favorece a operacionalidade das estações já instaladas, as quais correspondem quatro sistemas distintos, sendo três estações compostas por reator UASB, onde dois dos reatores são seguidos de filtros anaeróbios e o outro de uma lagoa facultativa, além de um sistema de três lagoas de estabilização em série. Tendo em vista a rápida ampliação da rede de esgoto local, que consecutivamente resultará no incremento do volume destinado as ETEs, que provavelmente não suportarão as novas cargas hidráulicas, que acarretará na redução do 2

3 tempo de detenção e consecutivamente na eficiência de tratamento. Por tanto será necessária a implementação de novos sistemas, visando um constante e regular tratamento do esgoto coletado. Este estudo, que objetivou avaliar dentre os sistemas já existentes aquele que mais se adequa a região em relação a remoção de matéria orgânica. METODOLOGIA Para a realização do trabalho foi estabelecido um programa de monitoramento para as ETEs, que consiste na realização de coletas e análises físico-químicas das amostras. Quanto a amostragem, foram feitas coletas no esgoto bruto e no tratado, todas realizadas de acordo com o determinado pela CETESB (1987). A seguir listam-se as análises realizadas e sua respectiva técnica na Tabela 1. TABELA 1 - Parâmetros físico químicos utilizados no monitoramento Parâmetro Local Freqüência Técnica Referência DQO A., E. S Refluxo de dicromato APHA (1995) ST A., E. S Secagem a 15 C APHA (1995) STV A., E. S Calcinação a 5 C APHA (1995) STF A., E. S Calcinação a 5 C APHA (1995) STD A., E. S Emersão direta APHA (1995) Condutividade A., E. S Emersão direta APHA (1995) DQOf= Demanda Química de Oxigênio (filtrada); ST= Sólidos Totais; STV= Sólidos Totais Voláteis; STF= Sólidos Totais Fixos; STD= Sólidos Totais Dissolvidos; A. = Afluente; E. = Efluente; S= Semanal TABELA 2 ETEs de Palmas Tipo de Sistema Reator UASB seguido de Filtro Anaeróbio Reator UASB seguido de Lagoa Facultativa Lagoas em Série ETEs Brejo Comprido (UASB1+F1) e Prata (UASB2+F2) Vila União (UASB+LF) Aureny (LS) RESULTADOS Os resultados a seguir referem-se as medias dos valores obtidos no monitoramento do sistema, os quais serviram como base para avaliar que tipo de sistema obteve maior índice de eficiência a remoção de matéria orgânica Figura 1 Comportamento da DQOf nas ETEs de Palmas. Observando a Figura 1, pode-se dizer que as concentrações de DQO para o se encontram na faixa média descrita na literatura, sendo que o maior teor se encontra na ETE Prata (UASB2+F2) e o menor na ETE Aureny 3

4 (LS), esta pequena variação deve-se as características das quadras que são interligadas com cada sistema, já que algumas são somente comerciais, outras somente residenciais, ou mistas. Como comerciais temos a ETE Brejo (UASB + F1), como residenciais as ETES Prata (UASB + F2) e a ETE Vila (UASB + LF), e como mista a ETE Aureny (LS), cabe ressaltar que as quadras estritamente residenciais apresentaram os s com maiores concentrações de matéria orgânica. Já para o dos sistemas, temos a maior concentração na ETE Vila (UASB+LF) e a menor na ETE Brejo (UASB1+F1) Figura 2 Comportamento dos Sólidos Totais nas ETEs de Palmas Figura 3 Comportamento do Sólidos Totais Voláteis nas ETEs de Palmas Figura 4 Comportamento dos Sólidos Totais Fixos nas ETEs de Palmas. 4

5 Figura 5 Comportamento dos Sólidos Totais Dissolvidos nas ETEs de Palmas. Quanto todas as formas de sólidos totais, que estão representadas nas Figuras 2, 3, 4, 5, pode-se observar que a ETE Prata (UASB2+F2) recebe em seu as maiores concentrações, sendo seguida respectivamente pelas ETEs Aureny (LS), Brejo (UASB1+F1) e Vila (UASB+LF), exceto para a fração fixa, onde a ETE Aureny (LS) apresentou concentração inferior aos demais sistemas, que possuem valores semelhantes. Quanto a composição percentual da totalidade sólida dos s nota-se que cerca de 65% corresponde a material orgânico e cerca de 35% a matéria inorgânica, exceto para a ETE Aureny (LS), onde 82% corresponde a fração orgânica e 18% a fração inorgânica. Quanto a fração solúvel as estações Prata (UASB2+F2) e Aureny (LS) encontram-se na casa de 52% e nas outras duas percentuais a cerca de 72%. Já para os s os sistemas apresentaram teores de ST que permanecem dentro de uma faixa que varia entre 22 e 313 mg/l, podendo ser considerado relativamente satisfatória. Pode-se dizer que apenas a ETE Brejo (UASB1+F1) apresentou uma grande fração de sólidos orgânicos remanescentes (82%), enquanto que os outros sistemas apresentaram uma porcentagem média de 56% para este parâmetro. Em relação a fração dissolvida de sólidos para o apenas a ETE Prata (UASB2+F2) apresentou um valor mais elevado Figura 6 Comportamento da Condutividade nas ETEs de Palmas. Avaliando a figura 6 observa-se que os valores de condutividade elétrica, tanto para os s e s, se encontraram mais elevados nas ETEs Aureny (LS) e Vila (UASB+LF), sendo que as ETEs Brejo(UASB1+F1) e Prata (UASB2+F2) apresentam concentrações inferiores. 5

6 TABELA 4 Percentuais de Remoção dos Sistemas Vila (UASB+LF) Aureny (LS) Remoção (%) Prata (UASB2+F2) Brejo (UASB1+F1) DQOf 56,7 67,4 4,1 47,6 Condutividade 31,8 24,8 31,9 45,7 ST 7,3 47,4 44,1 7,2 STV 77,2 27,9 49,6 78,5 STF 56,8 69,5 33,1 3,4 STD 27,4 35,2 2 28,8 Os valores de remoção apresentados na Tabela 4 apresentam para certos parâmetros coeficientes satisfatórios, porém apresentam também valores de remoção que não atingem índices necessários e serão o ponto de referência para a comparação da eficiência dos sistemas. A ETE Prata (UASB2+F2), com valores de remoção insatisfatórios quanto a condutividade e STD se apresentou com taxa de remoção satisfatória em relação aos demais parâmetros que determinam a remoção da matéria orgânica. A ETE Brejo (UASB1+F1) sendo semelhante a ETE Prata (UASB2+F2), merece atenção ao baixo índice de remoção para STV, pode ser explicado pelo fato de constituir um sistema com tempo de operação maior que a ETE Prata (UASB2+F2), que ocasiona um maior volume da comunidade microbiana, a qual também é quantificada como fração volátil, outro fator que pode contribuir para a baixa remoção deste parâmetro é a quantidade de lodo presente dentro do reator, o qual ainda não foi descartado, e pode estar sendo expelido. Os demais parâmetros tem valores satisfatórios, sendo que esta ETE apresenta a maior remoção de DQO. Os padrões de remoção existentes na ETE Vila (UASB+LF), encontram-se com médias relativamente baixas, com máximas de 49% e mínimas de 32%. O sistema de tratamento da Aureny (LS) apresenta valores de remoção satisfatórios para remoção de sólidos totais e STV - 7 e 78% -, seus demais parâmetros demonstram um baixo índice de remoção. Cabe salientar que o baixo rendimento dos sistemas Vila (UASB+LF) e Aureny (LS), os quais possuem lagoas de estabilização deve-se a problemas já identificados em outros estudos, tais como os relacionados ao comportamento hidrodinâmico, além de serem caracterizados por sistemas diretamente expostos as condições climáticas, se tornando susceptíveis a maiores variações de comportamento do que sistemas fechados. CONCLUSÃO Tendo em vista a efetivação do presente estudo, possibilitou-se obter as seguintes conclusões: Dentre os sistemas implantados em Palmas, aqueles compostos por reator UASB seguidos de filtro anaeróbio, possuíram maior rendimento para remoção de matéria orgânica. Devido fatores externos e problemas já identificados as lagoas de estabilização não vem operando satisfatoriamente em relação a remoção de matéria orgânica, mas mesmo assim não podem ser descartadas, visto sistemas estritamente anaeróbios não removem nutrientes e patógenos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AWWA/APHA/WEF (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19 th edition. Washington. BEZERRA, S.M.C. (1998). Influência do Tempo de Detenção Hidráulica sobre a Auto-Inoculação na Partida de um Reator UASB Tratando Esgoto Sanitário. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal da Paraíba, Campina Grande - Pb. 143 p. CETESB (1987).Manual de Coleta e Preservação de Amostras. 2ª Ed. São Paulo. 15p COSTA, R. H. R.; BAVARESCO, A. S. L.; MEDRI, W (1997). Lagoas de aguapés para dejetos de suínos. SIDISA SIMPOSIO INTERNAZIONALE DE INGEGNERIA SANITARIA AMBIENTALE. (1997a Ravello, Italia). Ravello: ANDIS/ABES/AIDIS, p DIXON, N. G. H., GAMBRILl, M. P., CATUNDA, P. F., VAN HAANDEL, A. C. (1995). Removal of pathogenic organisms from the effluent of na upflow anaerobic digester using waste stabilization ponds, Water Science Tech., 31, MARA, D. D. (1976). Sewage Treatment in Hot Climates Chichester: John Wiley & Sons. OLIVEIRA, R. (199). The Performance of Deep waste Stabilization Ponds in Northeast Brazil. PhD Thesis, University of Leeds U.K. 6

7 SILVA, S. A. (1982). On the Treatment of Domestic Sewage in Waste Stabilization Ponds in Northeast Brazil. Ph.D. thesis, University of Dundee, UK. VAN HAANDEL, A. C., CAVALCANTI, P. F. F. (1995). Melhoramento do desempenho e aumento da aplicabilidade de lagoas de estabilização através de pré-tratamento anaeróbio em um DAFA, Dept. of Civil Engineering - UFPB, Campina Grande - Brazil, Rel. Int. n/publicado. VAN HAANDEL, A. C., CAVALCANTI, P. F. F. (1996). Uma solução prática para sistemas de lodo ativado sobrecarregados usando-se o digestor de lodo como unidade de pré-tratamento, Dep. de Engenharia Civil - CCT - UFPB, Campina Grande - Brasil, Rel. Int. n/publicado. VON SPERLING, M. (1996). Lagoas de Estabilização: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental. Belo Horizonte. v p. 7