GERAÇÃO DE ODOR EM LAGOAS ANAERÓBIAS: UM ESTUDO DE CASO

GERAÇÃO DE ODOR EM LAGOAS ANAERÓBIAS: UM ESTUDO DE CASO Salomão Anselmo Silva (1) Engenheiro Civil e Mestre em Engenharia Civil pela Universidade Federal da Paraíba. Ph.D em Engenharia Civil pela Universidade de Dundee, Escócia. Professor Titular da Universidade Federal da Paraíba, Campus II. Chefe de Pesquisas da EXTRABES. Fernando J. A. da Silva Engenheiro Civil pela Universidade de Fortaleza - UNIFOR. Mestre em Engenharia Civil, área de Engenharia Sanitária e Ambiental pela Universidade Federal da Paraíba. Professor Assistente do Centro de Ciências Tecnológicas da UNIFOR. Doutorando em Engenharia Civil pela Universidade de Leeds, Inglaterra. Bolsista do CNPq. Endereço (1) : Rua Monsenhor João Luís Santiago, 930 - Fortaleza - CE - CEP: 60821-430 - Brasil - Tel: (085) 278-3027 - Fax: (085) 227-3263 - e-mail: camila@feq.unifor.br RESUMO A lagoa anaeróbia do sistema de tratamento de efluentes de Maracanaú foi monitorada durante 13 meses, focalizando o problema de mal cheiro. Apesar da concentração média de sulfeto (9,16 mg S/L) ter sido próxima das observadas na literatura, para operar sem inconveniente de mal odor, a lagoa estudada teve parte de seu volume útil comprometido por assoreamento. Este fato diminuiu a extensão da coluna líquida da lagoa, notadamente nos primeiros 30 metros, aumentando a taxa de transferência de gases para a atmosfera. A carga orgânica aplicada foi baixa (30 g DBO/m 3.dia) devido a vazão de operação (10.054 m 3 /dia) ter sido cerca de 20% da considerada em projeto. No estudo do perfil da coluna líquida da lagoa as camadas mais profundas (300 e 350 cm) apresentaram concentrações de sulfeto bastante elevadas (83,37 e 164,50 mg S/L, respectivamente). No sedimento da lagoa também foram observadas grandes concentrações de sulfeto (em média 365,50 mg S/L). A remoção de matéria orgânica na lagoa foi de 60%, expressa como DBO e DQO, apesar de condição desfavorável imposta por ph elevado do esgoto bruto afluente. Isto se deveu ao fato de que apesar da massa líquida ter apresentado um ph elevado (7,86), a camada de lodo manteve ph apropriado (em torno de 7,0). PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Esgotos, Lagoas Anaeróbias, Enxofre. INTRODUÇÃO Em séries de lagoas de estabilização o emprego de unidades anaeróbias pode reduzir em até 40-50% o tempo de detenção hidráulica, implicando assim em redução da área total da planta ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 627

de tratamento (Mara et al., 1992). Também, as lagoas anaeróbias atuam como unidades de equalização, podendo operar com tempos de detenção hidráulica de 1 a 7 dias (Silva et al., 1996). O quadro a seguir mostra a importância do uso de lagoas anaeróbias na redução de poluentes e patógenos. Quadro 1 - Remoção de matéria orgânica, metais pesados, parasitos e Vibrio cholerae em lagoas anaeróbias. Parâmetro Remoção (%) Mecanismo Fonte Matéria orgânica 68-76 Sedimentação e digestão Silva et al. (1996) (DBO, DQO, SS) anaeróbia Parasitos 85 Sedimentação e predação Silva et al. (1996) (helmintos e protozoários em geral) Metais pesados 30-96 Precipitação química como Mara (1994) (Fe, Cr, Cd, Cu, Zn, Mn e Pb) sulfetos Vibrio cholerae 94 Toxicidade devido a sulfeto Oragui et al. (1993) RESISTÊNCIA AO USO DE LAGOAS ANAERÓBIAS Infelizmente, boa parte dos projetistas prefere não considerar as vantagens do uso de lagoas anaeróbias, com receio da produção de odor (na forma de H 2 S). No entanto, alguns fatores que contribuem para a produção de mal cheiro não são corretamente considerados, tais como: Construção de unidades de tratamento preliminar, prevendo assoreamento da lagoa; Cargas orgânicas excessivamente baixas ou altas, que aumentam a produção de sulfetos; Locação inconveniente do sistema de tratamento (distância das áreas residenciais menores que 500 metros); Ocorrência de condições desfavoráveis ao tratamento (e.g. elementos tóxicos e ph ácido); Manutenção deficiente, sem limpeza regular do taludes, remoção de escuma e remoção de lodo. O CASO DA LAGOA DO SIDI A lagoa anaeróbia do Sistema Integrado de Tratamento de Esgoto do Distrito Industrial de Maracanaú - SIDI tem sido alvo de muitas críticas e até de ações públicas por causa da produção de odor. Procedeu-se então uma avaliação das reais condições de operação desta unidade, buscando-se elementos para a solução do problema. O trabalho consistiu em medir a camada de lodo presente na lagoa e o sulfeto de hidrogênio produzido, a partir das condições operacionais existentes. MATERIAIS E MÉTODOS A lagoa anaeróbia do sistema de Maracanaú mede 30 x 1055 m, com uma profundidade de 4,0 m. O sistema trata esgotos de cerca de 40 indústrias e sete conjuntos habitacionais, sendo ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 628

constituído por cinco lagoas em série, sendo a primeira anaeróbia, seguida de uma facultativa secundária e três de maturação (primária, secundária e terciária) (CAGECE, 1996). O sistema iniciou operação sem a conclusão das unidades de tratamento preliminar (gradeamento e caixa de areia), funcionando assim por um período de quase cinco anos. Foi feita a medição da altura da camada de lodo da lagoa anaeróbia com o teste da toalha branca, de acordo com o que descrevem Pearson et al. (1987). Foram analisadas amostras de esgoto bruto e efluente da lagoas anaeróbia, coletadas às 9 horas da manhã. As determinações de sulfeto total e sulfato solúvel foram feitas pelos métodos do azul de metileno e turbidimétrico, respectivamente. O ph foi determinado pelo eletrométrico. Foi determinado também o conteúdo orgânico, expresso pelas demandas bioquímica e química de oxigênio (DBO e DQO). Os procedimentos analíticos seguiram os métodos descritos em APHA (1992). A vazão de operação foi determinada com base nas leituras realizadas nos hórimetros de medição de funcionamento dos conjuntos motor-bomba e características dos equipamentos. O estudo teve duração de 13 meses (Junho/1997 - Junho 1998), com coletas de amostras semanalmente. Foram realizados no mês de Junho de 1998, dois estudos com coletas de amostras em níveis diferentes da coluna líquida da lagoa (5, 30, 100, 200, 300 e 350 cm de profundidade) em cinco pontos do perfil longitudinal (30, 100, 500, 700 e 1055 m) (ver Figura 1). Também foram analisadas cinco amostras de sedimento, uma em cada ponto correspondente. Nas amostras de sedimento foram determinados o conteúdo orgânico, expresso como % de Sólidos Totais Voláteis, ph, sulfeto e sulfato solúvel. Figura 1 - Representação esquemática de corte do perfil longitudinal da lagoa anaeróbia. Entrada da lagoa Saída 5 cm 30 cm 100 cm 30 m 100 m 500 m 700 m 1.055 m 200 cm 300 cm 350 cm Camada de lodo da lagoa RESULTADOS E DISCUSSÃO O perfil da camada de lodo determinado pelo teste da toalha branca está representado na Figura 2. Conforme esperado, verificou um acentuado acúmulo de material sólido nos primeiros ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 629

30 metros, caracterizando assoreamento deste trecho da lagoa. Com uma profundidade útil menor, a taxa de transferência de H 2 S para a atmosfera cresceu, ocasionando mal cheiro. Figura 2 - Perfil da camada de lodo na lagoa anaeróbia do SIDI. Camada de lodo (cm) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 40 80 150 125 250 450 900 Comprimento (m) Este argumento é justificável, pois os resultados de sulfeto total nos pontos imediatamente após a área assoreada (35 a 100 m ) foi de 11,01 mg S/L, próximo do valor médio observado no efluente da lagoa (9,16 mg S/L). No entanto, nos pontos onde a camada de sólidos era maior os valores de sulfeto total foram mais elevados, alcançando até 22,00 mg S/L. Mesmo assim, nos pontos iniciais (30 e 100 m) a concentração média de sulfeto nas camadas do primeiro metro da coluna líquida (5, 30 e 100 cm de profundidade) foi de 8,15 mg S/L, valor que não sugere grandes problemas com geração de odor. Além disto, o ph foi elevado (8,63), fazendo com que o sulfeto como H 2 S não fosse maior que 0,82 mg S/L. Entende-se então que a ocorrência do fenômeno de transferência de massa (líquido-atmosfera) colabore mais significativamente para a liberação de gás sulfídrico, uma vez que a profundidade útil da coluna líquida é menor neste trecho. Some-se a isto o fato de que nas camadas mais inferiores da coluna líquida (200, 300 e 350 cm de profundidade) as concentrações sulfeto total foram mais elevadas, com valores médios de 12,22; 83,37 e 164,50 mg S/L, respectivamente. Na coluna líquida da lagoa anaeróbia as concentrações de sulfato foram sempre mais elevadas quando o enxofre reduzido (sulfeto) era menor. As concentrações dos pontos iniciais (até 300 m) diminuíram de 27,33 mg S/L para 18,46 mg S/L, a partir de 700 m da dimensão longitudinal. Mesmo assim, a concentração média de sulfato (28,57 mg S/L) nas amostras monitoradas ao longo de treze meses não foi diferente daquelas observadas nas camadas superficiais das lagoa, independentemente do ponto de coleta. No estudo do perfil da coluna líquida da lagoa foi possível verificar uma correlação razoável entre as concentrações de sulfeto e sulfato (Figura 3). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 630

Figura 3 - Relação entre sulfeto e sulfato no estudo da coluna líquida da lagoa. Sulfato (mg S/L) 70 60 50 40 30 20 10 0 Sulfato (mg S/L) = 220,02 [Sulfeto (mg S/L)] -0,8901 R 2 = 0,8462 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Sulfeto total (mg S/L) Por outro lado, não foi verificada correlação que permitisse um balanço simplificado das formas de enxofre durante a monitoração de rotina. Além da complexidade envolvida na digestão anaeróbia para a produção de sulfeto/sulfato, fatores abióticos e externos (e.g. vento, radiação solar e temperatura) podem ter atuado na dinâmica do enxofre no reator. A remoção de DBO e DQO foi de 60% e as concentrações médias foram de 149 e 454 mg?l, respectivamente. Não foi um resultado ruim considerando que o ph do esgoto bruto afluente era alcalino (8,76), o que com certeza prejudicou a digestão anaeróbia. A carga volumétrica foi baixa, em torno de 30 g DBO/m 3.dia. Segundo Pescado (1996) esta carga apropriada para condições anóxicas, de maneira que a geração de odor não seja inconveniente. No entanto, os reclames públicos contestam esta propositura. Aparentemente, este autor indica uma resposta para a questão, sugerindo que lagoas mais rasas são mais eficientes. Infelizmente, ainda é necessária uma exploração apropriada sobre o assunto. As amostras de lodo apresentaram concentrações elevadas de sulfeto (média de 365,50 mg S/L), no entanto o sulfato solúvel não foi tão baixo quanto se poderia esperar, de acordo com o gráfico da Figura 3, resultante do estudo da coluna líquida. A concentração média foi de 19,95 mg S/L. Apesar do ph médio da lagoa ter sido elevado (7,98) o valor médio verificado nas amostras de sedimento (6,95) justifica a performance razoável da lagoa na remoção de matéria orgânica. O conteúdo orgânico do lodo foi de 42,06% como Sólidos Totais Voláteis, sendo similar aos valores verificados por Gonçalves et al. (1997) quando estudou sedimentos de lagoas tratando esgoto doméstico. CONCLUSÕES O problema de mal cheiro foi conseqüência do assoreamento da área de entrada da lagoa anaeróbia. Com a diminuição da profundidade útil da lagoa, aumentou a transferência de gás sulfídrico para a atmosfera. As concentrações de sulfeto total do efluente final está dentro do ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 631

limite recomendável para o bom funcionamento da lagoa. A fonte geradora de odor está localizada na cabeça do reator, de maneira que a remoção do material sólido acumulado poderá reduzir a produção de odores. O assoreamento de lagoas anaeróbias associados aos equívocos cometidos na locação de estações de tratamento de esgotos podem agravar o problema de mal cheiro. A baixa carga orgânica aplicada à lagoa contribuiu para uma maior produção de sulfeto. O valor verificado (30 g DBO/m 3.dia) é o limite inferior de uma lagoa considerada anóxica, em que mal cheiro não seria problema. Porém, a grande profundidade do reator somado ao elevado tempo de de detenção hidráulica (12,6 dias) podem ter favorecido a transferência de gases para atmosfera. Apesar do ph elevado, a lagoa anaeróbia apresentou performance satisfatória, não sendo sua camada de lodo afetada por este parâmetro. Isto permitiu a atuação microbiana na digestão anaeróbia da matéria orgânica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA (1992). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 18 th Edition. American Public Health Association. Washington, DC. 2. CAGECE (1996). Avaliação Preliminar do Sistema de Lagoas de Estabilização do SIDI e Perspectivas de Reuso. Companhia de Água e Esgoto do Ceará - CAGECE. Fortaleza. 3. GONÇALVES, R. F.; NASCIMENTO, C. G.; FERRARI, G. F. E MULLER, P. S. G. (1997). Lodos de lagoas de estabilização em operação no Espírito Santo: formação e características. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Foz do Iguaçú. 4. MARA, D. D. (1994). Who s afraid of anaerobic ponds? Water Quality International, 2. 34-36. 5. MARA, D. D.; ALABASTER, G. P.; PEARSON, H. W. AND MILLS, S. W. (1992). Waste Stabilisation Ponds: A Design Manual for Eastern Africa. Lagoon International Technology, Leeds. 6. ORAGUI, J. I.; ARRIDGE, H.; MARA, D. D. AND SILVA, S. A. (1993). Vibrio Cholerae 01 (El Tor) removal in waste stabilization ponds in northeast Brazil. Wat. Res. 27, 727-728. 7. PEARSON, H. W.; MARA, D. D. AND BARTONE, C. R. (1987). Guidelines for the minimum evaluation of the performance of full-scale waste stabilisation ponds systems. Wat. Res. 21 (9). 1067-1075. 8. PESCOD, M. B. (1996). The role and limitations os anaerobic ponds systems. Wat. Sci. Tech. 33 (7), 11-21. 9. SILVA, S.A.; DE OLIVEIRA, R. AND MARA, D. D. (1996). Performance of Waste Stabilisation Ponds in Northeast Brazil. Research Monograph No. 9. University of Leeds, UK. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 632