ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DE BRASÍLIA A BUSCA DE TECNOLOGIA APROPRIADA Klaus Dieter Neder Companhia de Água e Esgotos de Brasília S.C.S. ED. CAESB, Q. 04, BL. A, Nº 67/97 BRASÍLIA, DF, CEP 70300 Tel. 061-3257253 Fax. 061-3257104 e-mail - spee@caesb.gov.br Palavras Chave Tecnologia Apropriada, Reator Anaeróbio, Lagoa de Alta Taxa, Disposição no solo, Lodos Ativados por Batelada.
INTRODUÇÃO Em Brasília, capital do Brasil, a Caesb, a companhia responsável pelo abastecimento de água e esgotamento sanitário da cidade, está empenhada na meta de levar o saneamento básico a 100% da população existente, incluindo o tratamento, a nível adequado, de todos esgotos coletados. Em Brasília, como em geral ocorre nas cidades dos países em desenvolvimento, esta meta, principalmente quanto a construção de estações de tratamento de esgotos, representa um desafio muito grande para a sociedade, já que esta tem, a seus olhos, prioridades mais importantes do que a recuperação da qualidade dos recursos hídricos. Em uma localidade em que faltam escolas, hospitais, segurança, meios adequados de transporte etc., muitas vezes é difícil convencer a sociedade, e mesmo o próprio governo, a gastar alguns milhões para recuperar um córrego, já que a maioria das pessoas não vislumbra qualquer beneficio imediato para a comunidade com a obra. Esta situação obriga planejadores e projetistas a buscarem soluções que permitam o menor custo de implantação e operação possíveis, como única forma de sequer tentar viabilizar a construção dos sistemas desejados. A concepção de estações de tratamento de esgotos utilizando tecnologia apropriada a esta realidade é um dos grandes desafios enfrentados pelo setor de saneamento em qualquer país em desenvolvimento. Em Brasília procurou-se processos que tivessem como principal característica, a obtenção do menor custo possível de implantação e operação, não abrindo mão da qualidade de efluente estabelecida pela necessidade da preservação dos recursos hídricos da região. A cidade de Brasília, que conta atualmente com cerca de dois milhões de habitantes, está localizada no alto do planalto central do Brasil, em uma região cuja altitude chega a atingir os 1300 m. A cidade é bastante sensível em relação à questão da água, já que as nascentes da maioria dos cursos de água existentes encontram-se sob influência de sua área urbana. Nesta região os cursos de água possuem alta qualidade em seu estado natural, apresentando vazões ainda reduzidas, principalmente no período de seca. Esta situação faz com que o nível de tratamento dos esgotos produzidos na cidade deva ser bastante elevado, sempre acima de 95% de remoção de DBO 5. A concepção da cidade procurou evitar o desenvolvimento de uma única grande mancha urbana, tendo optado pela implantação de vários núcleos urbanos menores, afastados uns dos outros pôr extensas áreas verdes. Esta disposição faz com que os sistemas de esgotamento sanitário tornem-se naturalmente descentralizados, dando origem a várias bacias de esgotamento com suas respectivas estações de tratamento. O programa de tratamento de esgotos atualmente em andamento em Brasília, engloba a construção de 12 estações, beneficiando a cerca de um milhão de pessoas. Das doze estações previstas, quatro já encontram-se em operação, seis encontram-se em construção e duas aguardam liberação de financiamento, já aprovado pelo BID. O presente trabalho pretende apresentar a filosofia que norteou a concepção destas unidades, apresentando ainda os principais parâmetros de projeto adotados. A TECNOLOGIA DE TRATAMENTO DESEJADA Tecnologia apropriada, a tecnologia desejada pela Caesb, deve empregar os recursos, tecnologia e experiências disponíveis no local de sua utilização. Deve antes de tudo, buscar as características e disponibilidades locais, levando a processos que utilizem estes recursos desde a sua concepção até a sua operação. Observadas estas condições, aumentam as chances de se atingir os objetivos desejados, não apenas de se obter um baixo custo de implantação, mas de se ter um processo confiável e estável, de fácil operação.
De forma a atender a estes objetivos, a Caesb procurou adotar uma série de premissas em seus projetos, que no seu entendimento, formam a base que pode levar à tecnologia apropriada. Estas premissas podem ser assim resumidas: - Utilização de métodos construtivos simples e de domínio geral. Dar preferência a processos que dispensam a necessidade do uso de estruturas de concreto, dando preferência a tanques que possam ser apoiados no solo; - Minimização do uso de equipamentos eletro-mecânicos. A Buscar processos em que o processo se estabelece mais pelo arranjo e lay-out das unidades de tratamento e menos pela dependência do funcionamento de equipamentos eletromecânicos. A mecanização sempre se torna um ponto fraco em qualquer unidade, notadamente quando se pensa que o esgoto é um produto que deve ser tratado 24 horas por dia e 365 dias ao ano; - Automatização da operação dos equipamentos necessários. Automatizar a operação dos equipamento indispensáveis paara o tratamento. A automatização da operação, o controle e o comando a distância, permitem que o funcionamento obedeça a um maior rigor operacional, sem a necessidade de pessoal contínuo na unidade, acarretando em economia nas despesas com mão de obra. Deve ser lembrado que os equipamentos de automação e controle, principalmente os lógicoprogramáveis tem tido uma redução de preços muito significativa, deixando de ser uma sofisticação para ser um fator de economia e qualidade; - Preferência pelo uso de processos naturais de tratamento, que aliam a facilidade de operação à grande estabilidade e confiabilidade operacional. Os processos naturais de tratamento se caracterizam por apresentar um desempenho que até certo ponto, independe da operação e manutenção intensiva da unidade de tratamento. Esta característica é muito importante em países como o Brasil, uma vez que as condições de operação e manutenção das unidades de tratamento estão sujeitas a grandes alterações na sua qualidade e regularidade. - Combinação de processos. Buscar, em uma única unidade, utilizar diversos processos de tratamento, complementares entre si, procurando aproveitar as virtudes de cada processo para obter a eficiência final desejada. Essas premissas formaram a base para a definição dos processos de tratamento de esgotos em desenvolvimento pela CAESB. TECNOLOGIAS ADOTADAS Cada unidade de tratamento foi concebida como uma combinação de etapas de tratamento, onde cada etapa, com sua função específica, é complementar às demais etapas previstas. As características de cada etapa prevista são a seguir descritas: Tratamento preliminar. Por uma questão de higiene, segurança do trabalho e proteção das demais unidades da estação de tratamento, nesta etapa de tratamento sempre optou-se por projetar o tratamento preliminar totalmente mecanizado, automatizado e monitorado a distância. Não se deve economizar no tratamento preliminar, devendo o mesmo possuir todas condições para uma operação eficiente. Em todos os projetos foi previsto o uso de gradeamento e desarenador mecanizado, incluindo esteiras automatizadas para condução dos detritos para caçambas de recolhimento. No tratamento preliminar também está previsto o medidor de vazão afluente bem como um extravasor para as vazões que ultrapassem a vazão máxima de projeto. A experiência operacional da CAESB tem mostrado a necessidade de um dimensionamento criterioso de todo o tratamento preliminar em face ao grande volume de detritos que esta associado ao esgoto, incluindo ainda uma grande parcela de águas pluviais por ocasião das chuvas.
Primeira etapa de tratamento. Logo após o tratamento preliminar, como regra geral, o processo anaeróbio tem sido utilizado como a primeira etapa de tratamento. Este processo permite a um custo muito reduzido, uma grande redução da carga orgânica afluente, sem implicar em maiores dificuldades a nível de operação ou manutenção. A CAESB tem projetado um modelo de reator anaeróbio de fluxo ascendente compartimentado, desenvolvido na própria companhia, que tem apresentado resultados operacionais bastante satisfatórios, com uma virtual ausência de necessidade de qualquer intervenção operacional. O reator anaeróbio compartimentado é projetado de acordo com os princípios básicos de um reator anaeróbio de fluxo ascendente, procurando-se respeitar as taxas e cargas recomendadas na literatura (1). Adotou-se o reator enterrado, apoiado no solo, com paredes laterais taludadas, de maneira a se ter ganhos tanto a nível de processo como a nível construtivo. A grande vantagem desta forma é a utilização do próprio solo como elemento estrutural e delimitador do tanque, dispensando a necessidade de paredes laterais estruturais A escavação do tanque é feita já nas sua forma e dimensão final e o revestimento das paredes é feito de argamassa com tela, moldada manualmente diretamente sobre o solo. Para se evitar grandes vãos internos, o que dificultaria a colocação dos defletores de gás e da distribuição do afluente, optou-se por uma forma onde, para se obter o volume desejado, apenas uma dimensão do tanque é variável. Estruturas de entrada e saída dos esgotos nos tanques sob forma de calhas de distribuição ou vertedores foram descartadas, adotando-se simplesmente tomadas diretas com tubulação afogada. Os defletores de gás foram construídos utilizando telhas de alumínio disponíveis no mercado de construção civil. Com estas características todos os elementos do tanque ficaram bastante simples e leves, demandando uma tecnologia de construção de nível doméstico e de custo bastante reduzido. A forma adotada parece ser a ideal para um reator anaeróbio. O esgoto afluente passa obrigatoriamente por entre o lodo que é gerado e que se acumula no fundo do tanque. O ponto de menor seção horizontal do tanque é justamente o ponto mais fundo do mesmo, onde todo o esgoto afluente é introduzido. Pela pequena seção horizontal na região da entrada do esgoto, cria-se uma área de turbulência que proporciona a mistura do esgoto fresco com o lodo de fundo. Esta turbulência garante uma boa mistura e dificulta o surgimento de curtos-circuitos. A medida que o esgoto afluente vai subindo no tanque, a seção vai aumentando e sua velocidade ascensional vai se reduzindo, fazendo com que a turbulência também se reduza, proporcionando finalmente uma zona de transição onde a velocidade ascensional do líquido é menor que a velocidade de sedimentação do lodo. A seção variável, com diferentes níveis de turbulência no manto de lodo, permite que as funções de mistura, digestão e filtração, possam ocorrer de forma otimizada ao longo de sua altura. Esta forma proporciona uma adaptação natural das diversas funções internas do reator com sua geometria, podendo-se identificar claramente as regiões de mistura do esgoto afluente com o lodo, de digestão, de clarificação e deflexão dos gases e, finalmente, de decantação Considerando que a produção de gás no lodo prejudica a separação de fases conforme descrito, optou-se por compartimentar o reator, de forma a se ter as vantagens do regime "plugflow", aliadas à progressiva redução na produção de gás que se verificará na seqüência de compartimentos, em vista da gradual redução na matéria orgânica remanescente dos tanques de montante, permitindo um ambiente mais tranqüilo na ultima câmara de digestão e consequentemente, um melhor contato, digestão e posterior separação de sólidos. Este esquema permite que o último tanque se torne uma verdadeira câmara de polimento. Para o início da operação dos reatores é utilizado o lodo de um digestor anaeróbio como inoculo, em quantidade suficiente para permitir a partida imediata do reator, já com as vazões de projeto. Apesar deste tipo de reator ter apresentado remoções de DBO da ordem de 70%, nos projetos da CAESB optou-se pela adoção de valores a favor da segurança, utilizando uma remoção esperada de 50% da carga orgânica afluente.
Segunda etapa de tratamento. Após o reator anaeróbio é implantada uma segunda fase de tratamento cujo objetivo principal é complementar o tratamento proporcionado pelo reator anaeróbio, elevando a remoção de matéria orgânica ao nível exigido pelo corpo receptor. Nesta segunda fase tem se procurado adotar processos que ocorram em ambientes predominantemente aeróbios, de forma a complementar o tratamento já iniciado na fase anaeróbia. Para esta fase tem sido projetados basicamente dois tipos de processos, a lagoa de estabilização ou a disposição no solo. As principais caraterísticas destes processos podem ser resumidas no seguinte: - Lagoas de estabilização. As conclusões dos estudos realizados na Caesb tem direcionado à utilização das lagoas de alta taxa como a forma mais eficiente de utilização do processo de tratamento por lagoas. Neste processo, a matéria orgânica efluente do reator anaeróbio é digerida de forma predominantemente aeróbia, através da ação de microorganismos heterotróficos que utilizam o oxigênio dissolvido presente na lagoa. Nas lagoas de alta taxa, além de ser adotado um tempo de detenção reduzido, é introduzida uma contínua agitação na água, de forma a permitir um adequado acesso à luz solar em todo o meio líquido, bem como uma constante mistura do afluente com a biomassa da lagoa. Com a adoção de um tempo de detenção reduzido, permite-se que a manutenção da concentração limite de algas seja obtida em função de uma elevada produtividade, com conseqüente grande produção de oxigênio e correspondente remoção de DBO 5. Como conseqüência destas características, pode-se obter remoções semelhantes a uma lagoa convencional, em unidades cujo tempo de detenção gira em torno de três dias e cuja profundidade é limitada a no máximo 60 cm. Estes parâmetros permitem que a construção das lagoas se realize com movimentos de terra menores que aqueles previstos para uma lagoa convencional, com conseqüente menor custo de implantação. É importante ressaltar que o clima na região do distrito federal é bastante propício ao uso das lagoas de alta taxa, uma vez que ao longo do ano existe um equilíbrio no nível de irradiação, o que permite que a operação se proceda de forma uniforme, sem se tornar necessária a adaptação das condições operacionais ao período do ano como é de se esperar em países de clima temperado. Deve ser ressaltado que nas lagoas de alta taxa a grande produção de oxigênio que se verifica durante o período de insolação, provoca uma significativa elevação do ph, que chega a valores em torno de 9.5, provocando a eliminação dos patogênicos presentes no esgoto.. - Leitos de disposição no solo. A observação do comportamento do efluente de um reator anaeróbio quando lançado ao solo, levou à avaliação da disposição no solo como alternativa a ser considerada para a segunda etapa de tratamento. O que se verifica no efluente do reator é que a matéria em suspensão presente no mesmo é rapidamente imobilizada no terreno quando este efluente é lançado ao solo, resultando em um líquido já bastante clarificado após um pequeno percurso no terreno. Outro fator que sugere o uso deste tipo de tratamento é a condição topográfica que se verifica na região do Distrito Federal, levando naturalmente a se avaliar a disposição no solo como alternativa ao uso de lagoas de estabilização. No DF o relevo predominante é constituído de grandes áreas de topografia suave, dotadas de pequenas declividades, que se apresentam ideais para o escoamento superficial dos esgotos, sem que seja necessário qualquer movimento de terra significativo. A experiência com este tipo de tratamento no Brasil tem sido relatada de forma bastante positiva tendo levado a Caesb a optar por este processo como uma das etapas de tratamento. O dimensionamento das unidades foi efetuado basicamente através dos critérios sugeridos pela EPA, onde também são apresentadas as principais recomendações a nível de projeto e operação das unidades. No caso da Caesb é prevista a operação alternada dos leitos, estabelecendo ciclos de aplicação do efluente e de descanso dos leitos. Este regime operacional permite uma degradação aeróbia da matéria orgânica retida, notadamente durante o período de descanso do leito, quando não é aplicado esgoto sobre o mesmo. O regime operacional previsto é o de ciclos de 24 horas, com doze horas de aplicação e doze de descanso. Apesar da pequena experiência que o Brasil dispõe neste tipo de processo, a Caesb optou por utilizar este processo como uma das etapas de tratamento em função do seu baixo custo de implantação, com baixo nível de risco envolvido.
A opção entre a lagoa ou a disposição no solo é feita em função, principalmente da topografia do local, onde terrenos com relevo que se carateriza por planos ligeiramente inclinados, acabam favorecendo à disposição no solo. - Terceira etapa de tratamento. A etapa final de tratamento visa principalmente o polimento do efluente e a remoção complementar de patogênicos. A definição do processo a ser adotado nesta etapa do tratamento depende do tipo de processo utilizado na segunda etapa. Quando adotada a lagoa de estabilização, o complemento é efetuado através do leito de disposição no solo e ao contrário, quando adotada a disposição no solo, o complemento é feito através de uma lagoa de polimento. As principais funções envolvidas são as seguintes:. - Lagoa de polimento. É projetada notadamente para promover a remoção de patogênicos. Já se verificou que são diversos os processos que provocam a remoção dos patogênicos, sendo a resultante dos mesmos a responsável pela eficiência obtida. Dentre estes processos podemos citar a sedimentação, a predação por microorganismos concorrentes, a morte por inanição, a insolação com exposição aos raios ultra-violeta, condições desfavoráveis de temperatura, variações de ph, presença de elementos tóxicos, etc. As formulas empíricas utilizadas no cálculo da eficiência de remoção são resultantes de resultados práticos e refletem a ação do conjunto de processos citados. O principal parâmetro de projeto que determina a remoção a ser obtida é o tempo de detenção da lagoa, sendo também decisivo o Lay-out da mesma. A utilização de células em regime de plug-flow, ao invés do regime de mistura completa, permite, para o mesmo tempo de detenção, eficiência maior, já que este arranjo evita curtos-circuitos hidráulicos, garantindo um tempo de detenção mais próximo do desejado em projeto. As lagoas de polimento foram projetadas para um tempo de detenção que gira em torno de cinco dias, sendo executadas chicanas para proporcionar uma condição hidráulica o mais próxima possível do plug-flow ideal. A utilização da lagoa de polimento após a disposição do esgoto no solo, objetiva promover as condições ideais de remoção de patogênicos, já que o efluente clarificado e com pequena presença de nutrientes, vai permitir condições ambientais hostis à sobrevivência destes contaminantes. A lagoa de polimento pode também ter a função de remover parte das algas presentes no efluente de células a montante da mesma. O grande aspecto negativo das lagoas de estabilização, é a presença de biomassa em seu efluente. Todo o material em suspensão nas lagoas, sejam as algas ou as bactérias, estão presentes também em seu efluente, provocando uma potencial demanda de oxigênio no corpo receptor. Vários autores, entre eles, Gloyna, defendem que a biomassa efluente de lagoas de estabilização, por ser matéria viva, não deve ser considerada como poluente. Uma alternativa para a redução da biomassa no efluente de lagoas é a utilização de lagoas de polimento, onde pode se verificar certa sedimentação da mesma, notadamente quando se trata de biomassa efluente de lagoas de alta taxa. -Disposição no solo. Uma segunda alternativa de remoção de algas é a disposição do efluente das lagoas no solo. Neste caso o terreno e a vegetação que se forma no mesmo tem o efeito de agir como um filtro, retendo as algas presentes no efluente. O uso deste tipo de tratamento permite, conforme remoções da ordem de 60 a 80 % das algas. Apesar deste nível de remoção variar conforme a concentração efluente, o processo é dos mais econômicos disponíveis para a remoção de algas, motivo que levou a Caesb a sua utilização.este processo, além da remoção de algas, permite a eliminação, em algum grau, dos nutrientes presentes no esgoto. A remoção dos nutrientes ocorre principalmente pelos mecanismos de nitrificação e desnitrificação do nitrogênio presente no esgoto, bem como pela retenção do fósforo no solo e na vegetação que é cultivada nos leitos de disposição.
- Lagoas aeradas. Todos os processos descritos caracterizam-se por uma grande necessidade de área, da ordem de 3 m2 por habitante atendido. Quando a área disponível para o tratamento não permite o uso de sistemas naturais, a opção pela mecanização permite a redução da necessidade de área, sendo o primeiro passo neste sentido a utilização de lagoas aeradas. Só em último caso é feita a opção pelo sistema de lodos ativados convencional, quando a disponibilidade de área não é suficiente sequer para o uso das lagoas aeradas. A lagoa aerada proporciona uma redução significativa na necessidade de área da estação, já que permite o uso de profundidades maiores que as lagoas convencionais, bem como tempos de detenção bem menores para o mesmo nível de tratamento. A grosso modo, pode-se estimar em uma redução de área da ordem de duas vezes em função do aumento de profundidade e de três vezes em função do tempo de detenção, o que permite que lagoas aeradas possam demandar cerca de seis vezes menos área que uma lagoa convencional equivalente. Mesmo com o uso da lagoa aerada, é previsto o pré tratamento com reatores anaeróbios de fluxo ascendente, objetivando, principalmente, a redução na carga orgânica afluente às lagoas, permitindo a redução da demanda de oxigênio nas mesmas. - Lodos ativados. Quando a área disponivel não é suficiente sequer para o uso de lagoas aeradas, é empregado o sistema de lodos ativados. Esta modalidade foi empregada na forma do sistema por batelada, com possibilidade de remoção de nutrientes. Com a vantagem de necessitar de pouca área para sua implantação, apresenta os inconvenientes de requerer elevado grau de mecanização, implicando em altos custos de implantação e operação. PROJETOS DAS ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE BRASÍLIA ETE SAMAMBAIA Unidade a nível secundário, dimensionada para 360.000 Hab, foi implantada a primeira etapa, para 50 % desta população. A unidade foi concebida como uma combinação de lagoas de estabilização (3), com o seguinte arranjo de processo: Tratamento preliminar. Em função da adoção do reator anaeróbio interno à primeira célula da lagoa, é de suma importância que o tratamento preliminar seja de alta eficiência, sob risco da deposição de sólidos inorgânicos no interior do reator provocando seu entupimento. Desta forma foi adotado sistema de gradeamento e remoção de areia automatizados, de forma a garantir uma alta confiabilidade desta fase do processo de tratamento. Célula facultativa com reator anaeróbio de fluxo ascendente. O esgoto afluente, após passar pelo tratamento preliminar, é conduzido através de caixas de distribuição o para os reatores anaeróbios existentes no interior da célula facultativa. A entrada do esgoto pelo fundo do reator, obrigando a passagem do mesmo pelo manto de lodo que se formar com o decorrer do funcionamento da unidade. Os gases produzidos pelo processo de digestão anaeróbia serão coletados através da cobertura do reator podendo em seguida ser queimados. O coletor impede a saída dos sólidos remobilizados pela geração de gás, bem como a saída de odores fétidos para a atmosfera. O esquema da fig.2 mostra o reator anaeróbio no interior da célula facultativa. A região vizinha aos reatores anaeróbios tem profundidade maior que o restante da lagoa de forma a confinar os sólidos que eventualmente venham a se perder do reator. O esgoto após passar pelo reator anaeróbio encontra-se na célula facultativa, dimensionada com um tempo de detenção mínimo para permitir o estabelecimento de algas, que vão oxigenar a camada superficial da lagoa e evitar o surgimento de maus odores em torno do reator anaeróbio. Adotando-se um tempo de detenção reduzido, pode-se permitir uma alta produtividade das algas presentes na lagoa. A unidade tem funcionado muito bem, correspondendo a todas expectativas de projeto.
Célula de alta taxa. Enquanto na primeira célula, a digestão anaeróbia é o principal processo de tratamento, na célula de alta taxa este papel é desempenhado pela degradação por via aeróbia. Na célula de alta taxa são criadas as condições para uma maximização do crescimento das algas de forma a se obter o oxigênio necessário à estabilização da matéria orgânica. Nesta célula é adotada uma pequena profundidade, bem como uma leve agitação da massa liquida, visando permitir o acesso de todas as algas à luz solar. Também nesta célula é obtida significativa remoção dos patogênicos em função da elevação do ph nas horas de maior luminosidade. A unidade tem operado abaixo de suas possibilidades em função de dificuldades que tem surgido no funcionamento dos propulsores que devem manter a massa liquida em movimento Célula de polimento. As algas geradas em lagoas de alta taxa tem a característica de tender a se sedimentar quando colocadas em ambiente sem agitação. Dessa forma foi criada uma célula de polimento após a célula de alta taxa, que visa uma redução na concentração de biomassa do efluente. A célula de polimento não deve ter tempo de detenção muito elevado já que poderiam se desenvolver novas algas na mesma, motivo pelo qual é aconselhável a se adotar maior profundidade, de forma a se reduzir a área de insolação. A ETE encontra-se em operação a mais de dois anos e tem apresentado remoções médias de DBO 5 de 96% ETE PARANOÁ Unidade a nível secundário, dimensionada para 60.000 Hab, foi totalmente implantada. A unidade foi concebida como uma combinação de vários processos (9), com o seguinte arranjo de unidades: Tratamento preliminar. Igual a Samambaia.
Reator Anaeróbio A exemplo de Samambaia, como primeira etapa de tratamento adotou-se o reator UASB, só que como unidade independente da lagoa. Foi adotado o modelo compartimentado, de acordo com um modelo já utilizado em Brasília, que tem apresentado bons resultados operacionais. O reator foi concebido dentro do principio de que a função independe do material e tecnologia construtiva que se vai empregar. Desta foi utilizado um tanque moldado e estruturado no próprio solo, conforme modelo já descrito, representando tecnologia simplificada de construção, custo de instalação e operação extremamente reduzido, alta capacidade de remoção de sólidos e matéria orgânica e operação simples e estável. Este reator trabalha basicamente com a retenção física e posterior digestão da maior parte da matéria orgânica particulada e sólidos em suspensão afluentes. O mesmo permite na primeira etapa de tratamento a remoção em alto grau destes poluentes, apresentando um efluente composto principalmente de matéria orgânica solúvel e sólidos em suspensão. Estes últimos encontram-se em grande parte estabilizados, já que tratam-se de perda de sólidos oriundos da manta de lodo que existe no interior do reator. Apesar dos reatores estarem trabalhando com eficiências dentro do previsto em projeto, variando em torno de 60 a 65% de remoção de DBO 5, tem sido verificada uma produção de escuma acima da prevista, ocorrendo o mesmo com o lodo de descarte. Lagoa de alta taxa - Para a segunda etapa de tratamento utilizou-se um processo cuja principal virtude é a oxidação da matéria orgânica solúvel efluente do reator. Para tanto foi empregada a lagoa de alta taxa, cujo desempenho já foi comprovado em experimentos efetuados em Brasília (2), possuindo as características de custo de instalação menor que o de lagoas convencionais, alta capacidade de remoção de matéria orgânica solúvel, rotina operacional constante ao longo do ano e remoção de patogênicos. A operação da lagoa tem mostrado os mesmos resultados verificados em Samambaia.
Leitos de disposição no solo - A lagoa de alta taxa possui em seu efluente uma grande concentração de sólidos, formados principalmente por algas e demais sólidos em suspensão característicos do processo aeróbio. Nas lagoas de alta taxa estes sólidos são acentuados já que neste tipo de lagoa se introduz energia para conferir movimento à massa líquida, favorecendo a manutenção de parte dos sólidos em suspensão, inclusive daqueles originários do reator anaeróbio. Para a terceira etapa de tratamento buscou-se então um processo que tenha como maior virtude a capacidade de retenção de sólidos. Pelas características do terreno e principalmente do custo envolvido, adotou-se o escoamento no solo como última etapa de tratamento, já que este se adapta naturalmente na declividade da área, possuindo custo de instalação e operação extremamente reduzido, alta capacidade de remoção de sólidos e operação simples e estável. A experiência tem mostrado que este processo tem limitações no que se refere à remoção de algas, apresentando eficiência da ordem de 50 a 60%, o que levaria o efluente a se apresentar dentro dos valores usuais dos efluentes de lagoas convencionais. O uso deste processo com polimento das lagoas de alta taxa deverá apresentar eficiência mais elevadas tendo em vista as algas deste tipo de tratamento se apresentarem mais pesadas que as de lagoas convencionais. A ETE encontra-se em operação a mais de 1 ano e tem apresentado remoções médias de DBO 5 de 81%. Durante este período a unidade não tem apresentado o rendimento esperado em função de dificuldades que tem surgido no funcionamento dos propulsores que devem manter a massa liquida das lagoas de alta taxa em movimento ( O mesmo fornecedor de Samambaia) e na distribuição homogênea do efluente no solo. ETE RIACHO FUNDO Unidade a nível terciário, com remoção de fósforo e nitrogênio, dimensionada para 40.000 Hab, foi totalmente implantada. A unidade foi concebida como o uso do sistema de lodos ativados por batelada (10), com o seguinte arranjo de processo: Gradeamento - O tradicional gradeamento foi substituído por um conjunto de peneiras hidrodinâmicas, com abertura de 1,5 mm. Esta opção foi diretamente relacionada com a decisão de não utilização do decantador primário, de forma a evitar a presença de detritos indesejáveis nos tanques de lodo ativado. Ë de se esperar que se verifique também certa remoção de matéria orgânica na peneira, uma vez que a maioria dos sólidos grosseiros orgânicos serão retidos na mesma. Pelo fato do material retido posssuir um elevado teor de matéria orgânica, foi previsto o confinamento da caçamba que recolhe os detritos retirados pela peneira e posterior tratamento dos gases produzidos, através do uso de um bio-filtro. Deve ser ressaltado que o uso de peneiras hidrodinâmicas depende da disponibilidade de carga hidráulica, o que de certa forma limita o seu uso. Uma característica vantajosa deste tipo de equipamento é o fato das mesmas não disporem de qualquer equipamento mecânico para seu funcionamento. Desarenadores - Depois da peneira foi colocada uma caixa de areia mecanizada com sistema de retirada de areia por parafuso. Por medida de economia o canal reserva foi previsto com limpeza manual. Tanque Fermentador - Está comprovado que para uma boa liberação de fósforo na fase anaeróbia, é necessaria a presença de matéria orgânica facilmente degradável junto ao lodo ativado. Este tipo de matéria orgânica é formada a partir da quebra das moléculas maiores presentes no esgoto fresco, verificando-se em maior quantidade quando o esgoto encontra-se séptico. Como o sistema coletor do Riacho Fundo é relativamente pequeno e de declividade acentuada, a juzante do tratamento preliminar foi previsto um tanque fermentador para permitir um início de geração de matéria orgânica rapidamente biodegradável. Este tanque a montante dos reatores de processo trata-se basicamente de um tanque de retenção dos esgotos, onde se inicia o processo de acidificação da matéria orgânica. Neste tanque existe a opção de se permitir ou não o acumulo de lodo no fundo, através do acionamento de equipamento de mistura. Com o início da degradação da matéria orgânica no tanque fermentador, acelera-se o processo de liberação de fósforo na fase anaeróbia do processo principal. Quanto maior a liberação, maior a posterior assimilação na fase aeróbia
Reatores de lodo ativado - Local onde ocorre o processo principal de tratamento. Em número de três, os reatores incluem: o sistema de retirada de lodo, através de tomadas de fundo; o sistema de coleta de efluente, através de coletores flutuantes; sondas de controle de nível de oxigênio, em número de duas por tanque, uma na zona aerada e uma na zona anóxica; medidor de nível por ultra-som; aeradores mecânicos flutuantes e propulsores para movimentação da massa líquida. No reator estão previstas todas fases relacionadas ao processo de lodos ativados convencional e aquelas complementares relacionadas à remoção biológica de nutrientes. No mesmo tanque ocorre a degradação da matéria orgânica, a liberação e retenção de fósforo no lodo, a nitrificação e desnitrificação do nitrogênio, bem como a sedimentação do lodo e coleta do líquido clarificado como efluente. A dimensão e número dos tanques reatores foi determinada de forma a cobrir o hidrograma de vazão afluente, respeitando todas as etapas do ciclo de tratamento. Todas operaçõe de enchimento e esvaziamento do reator são efetivadas através de válvulas motorizadas, que atuam através de comando efetuado pela central de controle operacional da ETE. Digestor de lodo - Tem a finalidade de estabilizar aerobicamente o lodo em excesso produzido pela estação. Neste tanque foram utilizados aeradores mecânicos flutuantes, uma sonda de oxigênio e um medidor de nível por ultra som. Central de desidratação de lodos - Tem a finalidade de desidratar o lodo digerido produzido pela estação. Na ausência de decantadores, todo lodo da estação se resume ao lodo de descarte dos reatores. Mesmo com a decantação do lodo nos reatores não se espera que o lodo que chega à central de desidratação tenha concentração superior a 0,8%. Desta forma na central foram utilizadas três centrífugas, onde duas em paralelo tem a função de adensamento e a terceira em série com as duas primeiras tem a função da desidratação propriamente dita. Espera-se uma concentração final da ordem de 25% de sólidos.
Central de controle operacional - Tem a finalidade de automatizar o funcionamento da estação. Esta central controla todos os equipamentos da estação, efetuando o gerenciamento de todas as etapas de funcionamento da estação, tanto a nível hidráulico como a nível de processo. Este gerenciamento permite o controle da sequencia de bateladas, em função do regime hidráulico afluente à estação, efetuando a alternância de uso dos três tanques reatores e preservando todos os parâmetros estabelecidos para a rotina operacional. A ETE encontra-se em operação a mais de 1 ano e tem apresentado remoções médias de DQO de 89%. ETE RECANTO DAS EMAS Unidade a nível secundário, dimensionada para 200.000 Hab, com a 1 a etapa em implantação, para 50% da população. A unidade foi concebida com o uso de lagoas aeradas (11), com o seguinte arranjo de processo: Reatores anaeróbios de fluxo ascendente - Os reatores foram projetados de acordo com o modelo já descrito para a ETE Paranoá. Lagoas aeradas - As lagoas aeradas foram projetadas de forma a permitir a complementação da remoção da matéria orgânica até ao nível exigido pelo corpo receptor. Foi adotado um arranjo que utiliza cinco lagoas em série, sendo a primeira uma lagoa aerada de mistura completa, com tempo de detenção de 1,5 dias, e as quatro subsequentes como lagoas aeradas facultativas, com 1 dia de detenção cada. A primeira lagoa, de mistura completa, tem a função de gerar biomassa ativa, mantida em suspensão na lagoa. Tendo em vista a alta demanda de energia necessária para manter o lodo ativado em suspensão, o tempo de retenção foi reduzido ao mínimo considerado necessário para o crescimento da biomassa. Com o tempo de detenção maior que 1/ a biomassa deverá crescer ao ponto de consumir toda matéria orgânica disponível nesta etapa do processo. Deve ser lembrado que as lagoas aeradas de mistura completa tratam-se de um sistema de lodos ativados onde o tempo de detenção hidráulico é igual à idade do lodo do processo. Para complementar a degradação da matéria orgânica não rapidamente degradável, as lagoas subsequentes foram dimensionadas para se atingir uma idade de lodo de aproximadamente 5,5 dias, tempo necessário para se atingir a remoção desejada da DBO afluente à ETE. As lagoas facultativas, ao contrario das de mistura completa, não mantém todo o lodo em suspensão, ocorrendo ao mesmo tempo a geração e decantação de lodo na lagoa. Esta forma permite não só a economia em termos de gasto de energia, como já proporciona a clarificação do efluente. Com adoção das lagoas em série procura-se um acentuado regime em fluxo de pistão, o que proporciona a maior eficiência no tempo de detenção adotado e menor geração de algas. O modelo adotado já foi empregado com sucesso nos EUA.(2) Desidratação de lodos - A estação produz dois tipos de lodo, de características operacionais bem diferentes. O primeiro trata-se do lodo anaeróbio produzido pelos reatores anaeróbios. Este lodo tem maior parcela de inorgânicos, é bem digerido ( idade de lodo de mais de 40 dias) e de fácil desidratação. Seu volume foi calculado através do balanço de massa nos reatores, considerando os sólidos afluentes (orgânicos e inorgânicos), a parcela que é retida nos reatores, a parcela que se volatiza e a parcela que sai pelo efluente. Para efeitos operacionais foi considerado o descarte semanal de lodo, em volume equivalente ao acumulado no período. A retirada de lodo só se inicia após a manta de lodo atingir o volume desejado que corresponde a uma idade de lodo de aproximadamente 40 dias.
O segundo tipo de lodo trata-se do lodo aeróbio produzido pelas lagoas aeradas facultativas. Este lodo tem maior parcela de orgânicos e por tratar-se de lodo bem digerido em função do elevado tempo de retenção nas lagoas ( alguns meses), também é de fácil desidratação. Para efeitos operacionais foi previsto descarte do lodo de excesso, de acordo com a altura da camada de lodo que se acumula no fundo das lagoas facultativas. O descarte é feito drenando a lagoa e retirando o lodo que sobra. Este procedimento, considerando as oito lagoas previstas, deverá ocorrer uma vez a, aproximadamente, cada dois meses ( cada lagoa a cada 16 meses) O sistema de desidratação foi concebido com a adoção de uma lagoa de lodo, que receberá os descartes, em batelada, dos diversos reatores do processo, onde o lodo será armazenado até sua desidratação, efetuada através de centrífuga. ETE SÃO SEBASTIÃO Unidade a nível secundário, dimensionada para 77.000 Hab, em fase de implantação. A unidade foi concebida como uma combinação de vários processos, com o seguinte arranjo de unidades: Reatores anaeróbios de fluxo ascendente - Os reatores foram projetados de acordo com o modelo já descrito para a ETE Paranoá.
Leitos de disposição no solo O reator anaeróbio possui em seu efluente uma grande concentração de sólidos, formados principalmente por sólidos estabilizados oriundos da manta de lodo do reator. Para a segunda etapa de tratamento buscou-se então um processo que tenha como maior virtude a capacidade de retenção de sólidos. Pelas características do terreno e principalmente do custo envolvido, adotou-se o escoamento no solo como a segunda etapa de tratamento, já que este se adapta naturalmente na declividade da área. Célula de polimento. Para elevar a eficiência da estação, principalmente no tocante à eliminação de coliformes, foi concebida uma lagoa de polimento com esta função. Como o efluente da disposição no solo tem baixa concentração de sólidos em suspensão e baixa concentração de nutrientes, a célula de polimento apresentará alta transparência de suas águas e pequena geração de algas, com conseqüente condição ideal para a eliminação dos patogênicos restantes. CONCLUSÕES As características construtivas e de processo utilizadas nas Estações de tratamento de esgotos em Brasília, permitiram construir sistemas completos de tratamento de esgotos, com custos da ordem de 35,00 Reais por habitante atendido, para o nível secundário e 90,00 reais para o nível terciário. O desempenho operacional das unidades tem se situado na faixa desejada em projeto, indicando a adequação destas tecnologias à realidade brasileira.
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