ESTUDO ESTATÍSTICO DA DISTRIBUIÇÃO DO TEOR DE ÓLEOS E GRAXAS EM ESGOTOS DOMÉSTICO E EFLUENTES DE FILTROS ANAERÓBIOS Henio Normando de Souza Melo* Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Josette Lourdes de Sousa Melo Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN Cícero Onofre de Andrade Neto Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN Adriana Karla Virgolino Guimarães *Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Engenheiro Químico, UFPE. Especialização em Segurança do Trabalho, UFPE. Mestre em Química Ambiental, UFPE. Doutor em Engenharia Ambiental, INSA, Toulouse/França. Professor Adjunto IV do DEQ e PPGEQ da UFRN. Vice-Chefe do Laboratório de Eng. Ambiental do DEQ/UFRN. Coordenador do PROSAB/UFRN. Coordenador do PRONEX/UFRN. (*) Rua Maxaranguape, 9, aptoº 9, Tirol, Natal/RN, CEP: 59-6. Tel.: (xx84) -497, 5-3757 Ramal 3. Fax: (xx84) 5-3769 Ramal 3. E-mail: henio@eq.ufrn.br RESUMO Problemas relacionados às agressões ao meio ambiente são temas frequentemente discutidos na comunidade científica, principalmente no tocante ao controle de qualidade das águas subterrâneas, com relação a poluição causada pelos despejos domésticos e industriais. Este trabalho teve como objetivo desenvolver um estudo estatístico, da variação do teor de óleos e graxas (TOG) no esgoto bruto e tratado, verificando a sua tendência à distribuição normal durante o período de dois anos e seis meses, bem como investigar se este se encontra dentro dos padrões exigidos para disposição no solo. A metodologia adotada na determinação do TOG foi a preconizada pelo APHA, 99. O método utilizado foi o da extração por solvente em soxhlet. O sistema estudado é constituído de um decanto-digestor de câmaras em série, seguido de um filtro anaeróbio ascendente e filtros descendentes afogados. O ponto de amostragem foi a entrada (E) do esgoto bruto e a saída dos filtros anaeróbios (S). Como resultados, obteve-se valores médios de TOG para E e S de 58,8 e 8, mg/l. A eficiência média de remoção foi de 7,46%, e para as duas etapas de configurações do sistema a remoção foi de 6% e 66,%. Para o ponto E, o desvio padrão foi de 5,3, os limites de tolerância natural superior (LSTN) e inferior (LITN) foram de 74,7 e 4,9 mg/l, enquanto para S, o desvio padrão foi 3,88, os limites de controle superior (LSC) e inferior (LIC) foram 3,36 mg/l e 9,3 mg/l e os limites tolerância natural 6,36 mg/l (LSTN) e 6,5 mg/l (LITN). Nesse contexto, conforme preconiza a metodologia (Lourenço Filho, 97), novos limites foram recalculados, expurgando os pontos que extrapolaram os respectivos limites. Os valores recalculados foram: para E, 56,39 mg/l (média), 4, (desvio padrão), 68,77mg/L (LSTN), 43,99mg/L (LITN) e para S, 4,7 mg/l (média), 4,7 (desvio padrão), 3,57 mg/l (LSC), 5,87 mg/l (LIC), 7,4 mg/l (LSTN) e,9 mg/l (LITN). Contudo pode-se concluir, que os dados estatísticos se mostraram confiáveis com probabilidade de 99,7%, dos resultados obtidos estarem dentro dos limites de tolerância natural para E e 96,6% referente aos limites superior e inferior de controle e 99,74% referente aos limites de tolerância para a saída dos filtros. O sistema mostrou-se eficiente também na remoção do TOG em todas as etapas de configurações. Palavras Chaves: Controle Estatístico, Filtros anaeróbios, Óleos e graxas.
INTRODUÇÃO Atualmente, problemas relacionados à agressão ao meio ambiente tem gerado grandes discussões na comunidade científica, principalmente no tocante a qualidade das águas subterrâneas, que vem apresentando grau de poluição preocupante ocasionado por despejos domésticos e industriais in natura. Haja visto, que os esgotos sanitários podem provocar os mais sérios problemas de poluição ambiental e da saúde pública, quando não são convenientemente tratados. No Brasil, são conhecidas várias técnicas de tratamento de esgotos, desde sofisticados sistemas convencionais até os processos mais simples. A preferência aos processos anaeróbios deve-se ao fato destes proporcionarem maior remoção da matéria orgânica e sólidos suspensos, além de apresentarem grandes vantagens como a de ocupar pequenas áreas, produzirem pouco lodo estabilizado, produzirem energia a partir da digestão anaeróbia. Nos óleos e graxas estão contido um grupo de substâncias, como óleos, graxas, ceras, ácidos graxos, provenientes de resíduos alimentares como a manteiga, margarina, gorduras de origem vegetal e animal, óleos vegetais, além da matéria oleosa devido à presença de lubrificantes utilizados nos estabelecimentos industriais, principalmente refeitórios industriais, lanchonetes e restaurantes. O teor de óleos e graxas (TOG) é um importante parâmetro a ser analisado, uma vez que, quando este se encontra em quantidades elevadas pode ocasionar problemas nas estações de tratamentos de efluentes. Altos teores de TOG, dificultam o tratamento biológico devido a formação de um filme na camada superficial impossibilitando a aeração. Na digestão anaeróbia, os óleos e graxas contribuem para o acúmulo indesejado de material flotante, comprometendo o funcionamento operacional do sistema de tratamento. Desse modo, é útil conhecer a quantidade de óleos e graxas presentes em um efluente, para que o desenvolvimento e funcionamento adequado do sistema de tratamento das águas residuárias alertem às possíveis dificuldades de operação ocasionadas por quantidades excessivas dos óleos e graxas. Estas substâncias podem ser extraídas utilizando-se métodos experimentais através de solventes. Vários métodos citados pelo Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater possibilitam a determinação do TOG. Um dos método de extração com solvente que possibilita a separação dos óleos e graxas da fase sólida e líquida do efluente através do processo de evaporação é o da extração em soxhlet. Segundo o APHA (99), uma quantidade excessiva de óleos e graxas presente em um efluente de tratamento primário pode interferir no tratamento biológico, promovendo a formação de um filme sobre a superfície líquida, impedindo a entrada de luz e dificultando a aeração. No tratamento das águas residuárias, os óleos e graxas costumam ser resistentes à digestão anaeróbica, causando acúmulo de espumas nos digestores, provocando odores desagradáveis, e, quando em quantidade elevada, impossibilita a utilização do lodo como fertilizante. Jordão e Pessoa (995), ressaltam que em altas concentrações, os óleos e graxas ainda provocam perturbações no funcionamento dos dispositivos de tratamento. A faixa de TOG normalmente encontrada para os esgotos doméstico é de 55 a 7 mg de óleos e graxas/l, com valor médio de mg/l, conforme menciona Metcalf e Eddy (99), Jordão e Pessôa (995) apud von Sperling (995). O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) estabeleceu através da resolução n, com vigência a partir de 8/6/86, que a faixa de concentração de óleos e graxas para os efluentes tratados com destino à disposição controlada em solo, não deve ultrapar dos mg/l. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver um estudo de controle de estatístico de qualidade, acompanhando a variação do teor de óleos e graxas no esgoto bruto e tratado, verificando a sua tendência à distribuição normal durante o período de dois anos e seis meses. Isso permitiu a observação do comportamento do TOG durante duas etapas de configurações do sistema de tratamento de esgotos sanitários constituído de um decanto-digestor seguido de filtros anaeróbios descendente afogados. O estudo do TOG teve como propósito, também, verificar se este se encontra dentro do padrão estabelecido pela Resolução nº de 8/6/86 (CONAMA), no tocante aos limites permitidos para disposição no solo, tendo em vista ser este um reuso vislumbrado no projeto.
METODOLOGIA A metodologia adotada para a determinação do TOG foi a preconizada pelo Standard Methods for Examination of Water and Wasterwater (99). O método utilizado foi o da extração por solvente em Soxhlet. Para obtenção da análise experimental fez uso de um equipamento extrator de gordura da marca Tecnal, modelo TE-44-8/5. O instrumento utilizado mostrou-se bastante eficiente no que diz respeito a extração dos óleos e graxas bem como na economia do solvente, tendo em vista que o equipamento oferece condições simples de controle de temperatura viabilizando o maior aproveitamento na recuperação do solvente, cerca de 6% do consumido, durante duas horas e quarenta e cinco minutos da análise no bloco digestor. O sistema estudado é constituído de um decanto-digestor de câmaras em série, seguido de um filtro anaeróbio ascendente e filtros descendentes afogados, conforme ilustra a Figura. O ponto de amostragem foi a entrada do esgoto bruto (E) e a saída dos filtros anaeróbios (S). Figura : Sistema Experimental Localizado na Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) do Campus Central da UFRN O efluente em estudo é oriundo do Campus Central da UFRN, proveniente de uma derivação das Residências Universitária I e II, Ginásio de Esporte, Departamento de Educação Física, Restaurante e Pouso Universitário.As coletas foram realizadas com freqüências semanais durante todo o período estudado. As do ponto E tiveram início em Agosto de e as do ponto S em Abril de. As amostras foram coletadas em recipientes de vidro, posteriormente conduzidas para o laboratório e mantidas sob refrigeração a temperatura de, aproximadamente, 4º C até o momento de determinação da análise. As mesmas ainda foram acidificadas a ph igual ou inferior a dois, o correspondente a cinco ml de ácido clorídrico P.A. conforme recomendação do APHA (99). O sistema de extração consistiu em submergir o cartucho de celulose que contém as amostras filtradas, com a solução auxiliar de suspensão, retidas no papel de filtro, por h3min, em éter de petróleo (extratante). Os cartuchos foram colocados em berços metálicos, suspensos por uma haste e preso a parte superior do equipamento. O solvente utilizado para a extração foi colocado em tubos de vidros de junta esmerilhadas e previamente tarados. Juntamente aos tubos cilíndricos, acoplaram-se as cornetas do soxhlet, que também tem junta esmerilhada para evitar o escape do solvente e permitir uma boa vedação. Após a extração, os cartuchos de celulose foram retirados do solvente e 3
colocados em suspensão, por 3 minutos, para posterior lavagem, a fim de carrear o restante dos óleos e graxas que possam ter ficado nas paredes do cartucho de celulose. Em seguida, fez-se a recuperação do solvente condensado, em aproximadamente 45 minutos, interrompendo-se a passagem do refluxo contínuo do solvente. Por fim, conduziuse os tubos com os resíduos de óleos e graxas a estufa a º C por meia hora, depois por 4 minutos no dessecador e por último pesou-se os tubos. O cálculo do TOG é obtido através da equação : TOG = ( P P ) t + r V amostra t 6 ( mg / L) Equação () onde: P + Peso do tubo tarado contendo óleos e graxas, g; t t r P Peso do tubo tarado, g; V amostra Volume da amostra aferido na filtração, ml. Para obtenção dos dados estatísticos, fez-se uso da teoria aplicada ao controle de variáveis mencionada em Lourenço Filho (97). Foram construídos gráficos de controle de qualidade da média onde, a estimativa do desvio padrão populacional (σ) foi obtida pela amplitude média amostral ( R )e a média populacional (µ) pela média amostral ( X ) conforme mostra a equação. R σ = Equação () d onde d é um fator de correção, tabelado em função do tamanho n da amostra e R é a média das amplitudes amostrais das k amostras. Para o estabelecimento do gráfico da média, utilizou-se o sistema norte americano em que os limites de controle superior (LSC) e inferior (LIC) foram determinados para as amostragens referentes a saída dos filtros anaeróbios. Os limites de controle superior e inferior foram calculados a partir das equações 3 e 4, respectivamente. LSC = µ + A. R Equação (3) LIC = µ A. R Equação (4) em que A é tabelado podendo também ser calculado por A 3 =. d n Para as amostras do esgoto bruto, os limites obtidos foram os de tolerância natural, LSTN e LITN, através das equações 5 e 6. LSTN = µ + 3.σ Equação (5) LITN = µ 3.σ Equação (6) Os parâmetros referentes à distribuição normal dos dados obtidos para os pontos E e S foram estimados a partir dos valores de µ e σ calculados. O valor de z (variável normal reduzida ou padronizada) pode ser obtido também em tabelas de distribuição normal. 4
Com o valor de z encontrado fez-se uso dos recursos do programa Statistica para construção dos gráficos da distribuição normal. RESULTADOS E DISCUSSÕES Através das análises desenvolvidas no laboratório obteve-se como resultados valores médios de TOG para o esgoto bruto (E) e tratado (S) de 58,8 e 8, mg de óleos e graxas/l, respectivamente. A eficiência média de remoção foi de 7,46%. Durante o período de avaliação do teor de óleos e graxas, o sistema passou por duas etapas de configurações, as quais se referem ao tipo de enchimento, efluente a ser distribuído nos filtros anaeróbios (bruto e tratado) e a vazão de alimentação de cada um deles. Obteve-se para a primeira configuração, uma eficiência média de remoção de 6% e na segunda de 66,%. Quanto a análise estatística, obteve-se para o total de 48 amostragens do ponto E (esgoto bruto), o desvio padrão de 5,3, limite de tolerância natural superior (LSTN) e inferior (LITN) de 74,7 e 4,9 mg/l. Para as 8 amostragens do ponto S (efluente tratado), o desvio padrão foi 3,38, o limite de controle superior (LSC) foi de 3,36 mg/l, o limite de controle inferior (LIC) foi de 9,3 mg/l e os limites de tolerância natural da ordem de 6,33 mg/l (LSTN) e 6,5 mg/l (LITN). Entretanto, para os dois pontos em estudo, foi feito um expurgo dos valores que se encontraram na faixa de anormalidade. Com isso, novos limites de tolerância e desvios padrões foram recalculados através da amplitude amostral obtendo-se para o esgoto bruto os valores de 68,77 mg/l (LSTN), 43,99 mg/l (LITN), desvio padrão equivalente a 4,, e para o efluente tratado, 3,57 mg/l (LSC), 5,87 mg/l (LIC), 7,4 mg/l (LSTN),,9 mg/l (LITN) e desvio padrão 4,7. Os novos valores médios para o esgoto bruto e tratado foram respectivamente 56,39 e 4,7 mg/l. As figuras e 3 mostram o comportamento dos TOG ao longo do tempo para os limites de tolerância e controle recalculados. LSTN Média LITN 7, 65, TOG (mg/l) 6, 55, 5, 45, 4, 3 3 Período (mês) Figura : Representação gráfica dos limites de tolerância recalculados aplicado ao esgoto bruto durante o período estudado. 5
TOG (mg/l) LSC Média LIC LES (CONAMA) 3 5 5 5 Período (mês) Figura 3: Representação gráfica dos limites de controle recalculados aplicado ao efluente tratado durante o período estudado. LSTN Média LITN 3 5 TOG (mg/l) 5 5 7 6 6 4 9 3 8 3 7 8 Período (mês) Figura 4: Representação gráfica dos limites de tolerância recalculados aplicado ao efluente tratado durante o período estudado. Através dos gráficos, verificou-se que o comportamento do TOG apresentou distribuição aproximadamente eqüidistante em torno da linha média, indicando baixa dispersão. Esse fato foi observado tanto para o esgoto bruto quanto para o efluente tratado. Entretanto, ainda foi observado na figura 3, que a extrapolação de um ponto referente ao limite de especificação superior (LES) do CONAMA, entretanto vale ressaltar que o valor obtido, encontra-se dentro do limite de tolerância natural do processo, evidenciado na figura 4. Com relação, ainda, ao estudo estatístico, foi constatado através dos princípios da distribuição normal, que a probabilidade dos pontos se encontrarem fora dos limites de tolerância natural para o esgoto bruto foi de,8%. Para o efluente tratado, a probabilidade dos pontos encontrarem-se fora foi 3,4% para os limites de controle, no entanto referindo-se aos limites de tolerância esse valor foi de,6%. As Figuras 5 e 6 ilustram as distribuições de freqüências para o esgoto bruto, referente a entrada e ao efluente tratado referente a saída dos filtros anaeróbios, respectivamente. 6
,6 LITN Distribuição normal para o esgoto bruto (E) LSTN,45 Função de probabilidade,3,5, -3,5-3, -,5 -, -,5 -, -,5,,5,,5,,5 3, 3,5 z Figura 5: Distribuição normal do ponto E,6 LIC Distribuição normal para o efluente tratado (S) LSC,45 Função de Probabilidade,3,5, -3,5-3, -,5 -, -,5 -, -,5,,5,,5,,5 3, 3,5 Figura 6: Distribuição normal do ponto S para os limites de controle. z,6 LITN Distribuição normal para o efluente tratado (S) LSTN,45,3,5, -3,5-3, -,5 -, -,5 -, -,5,,5,,5,,5 3, 3,5 Figura 7: Distribuição normal do ponto S para os limites de tolerância. z 7
CONCLUSÕES Face aos resultados obtidos, pode-se concluir que os valores médios determinados para o TOG no ponto E (58,8 mg/l) e S (8, mg/l), encontram-se dentro dos limites característicos de esgotos domésticos (55 a 7 mg/l) e estabelecidos pelo CONAMA ( mg/l) para disposição no solo. Os resultados obtidos permitiram constatar, que o sistema TS-FAN também se mostrou eficiente na remoção do teor de óleos e graxas indicando que o valor médio obtido para a saída dos filtros anaeróbios, 8, mg/l, é aceitável para a disposição controlada em solo sem causar preocupação quanto ao comprometimento do mesmo. Com base nas configurações, notou-se que o comportamento do TOG mostrou-se eficiente também, em todas as etapas, sendo a maior eficiência observada na segunda configuração (66,%), ocorrida no período de Julho/ a Janeiro/. Isto pode ser justificado, pelo tipo de material utilizado no enchimento de um dos filtros descendentes que antes foi constituído de eletroduto flexível φ ¾ e posteriormente, recebeu uma nova configuração com tampas de garrafa PET. Neste período, alguns filtros anaeróbios foram alimentados com efluentes bruto e tratado, enquanto na primeira etapa apenas efluente tratado os alimentavam. No que se refere aos dados estatísticos, estes apresentaram baixa dispersão, com probabilidade de 99,7% dos resultados obtidos estarem dentro dos limites de tolerância natural para o esgoto bruto. Para a saída dos filtros, esse percentual foi de 99,74%. Agradecimentos- Os autores agradecem ao Conselho nacional de Pesquisa (CNPq) pelo apoio financeiro cedido para realização deste trabalho. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS APHA, AWWA E WEF (99) American Public Health Association. Standard Methods for the Examinacion of Water And Wasterwater. 8 th ed, Washigton, D.C. Jordão, E. P. & Pessôa, C. A. (995) Tratamento de Esgotos Domésticos. 3ª ed, Rio de Janeiro: ABES. Lourenço Filho, Rui de C. B. (985) Controle Estatístico de Qualidade. ª ed. Rio de Janeiro: LTC- Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Metcalf & Eddy. Wasterwater Engeneering. Treatment, Desposal and Reuse. (99) 3ª ed. New York: McGraw-Hill. von Sperling, Marcos. Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos. (995) Belo Horizonte: DESA- UFMG, vol.. http://www.lei.adv.br/conama.htm - Conselho Nacional do Meio Ambiente 8