EFICIÊNCIA DOS FILTROS ANAERÓBIOS TIPO CYNAMON NO TRATAMENTO DE ESGOTOS Autores: Odir Clécio da Cruz Roque, D.Sc. Pesquisador Titular da Escola Nacional de Saúde Pública/Fiocruz Professor Adjunto da Faculdade de Engenharia da Universidade do Estado do Rio de Janeiro Rua São Francisco Xavier, 524/5 0 andar Rio de Janeiro - Brasil CEP 20 550-012 Fax (021) 587 7580 Hélio Andrade de Assis Mello Junior Engenheiro Agrônomo - Mestrando ENSP - Saneamento Ambiental Rua Leopoldo Bulhões, 1480/5 0 andar Rio de Janeiro - Brasil CEP 21 041-210 Fax (021) 2707352 Palavras Chaves: Tratamento de águas residuárias Tratamento de esgotos domésticos Saneamento ambiental I - Introdução 1.1 - A Complexidade da Situação do Saneamento Atual no Brasil Na luta contra as doenças não basta curar os doentes, é necessário cuidar dos sãos. O desenvolvimento do País trouxe, como é sabido, junto com a industrialização, estradas e comércio exterior, entre outros, o crescimento vertiginoso das cidades, acelerando a migração do homem do campo, e daí agravando-se o problema social e ambiental. É importante ter em mente que o êxito das diretrizes de urbanização nos países em desenvolvimento depende muito dos resultados alcançados na modernização da agricultura e na transformação da vida rural, permitindo ao homem do campo condições de trabalho e bem-estar. 1
Nos investimentos em projetos de desenvolvimentos regionais necessita-se levar em consideração ou medir os efeitos sociais que modificam, por sua simples aplicação, os métodos locais de trabalho, os hábitos culturais, a capacidade de aprender e o bem estar da comunidade. Gastam-se milhões de dólares no custeio de assistência médica que poderiam ser reduzidos pela metade se tivéssemos uma infra-estrutura de Saneamento atuando como prevenção. Esta relação entre Saúde e Saneamento foi bastante destacada no 19 0 Congresso de Engenharia Sanitária e Ambiental realizado em Foz do Iguaçu - Paraná pela ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental onde se demonstrou que se fizesse a implantação de 1% na cobertura sanitária da população de 01 a 05 salários mínimos reduziria em 6,1% as mortes na infância. Segundo a OMS, quase 25% de todos os leitos hospitalares do mundo estão ocupados por enfermos portadores de doenças veiculadas pela água facilmente controláveis por ações de Saneamento, sendo que no Brasil este percentual pode chegar a 65%. Nenhuma dúvida persiste de que o Saneamento das populações urbanas e rurais constitui a maior contribuição para a prevenção de enfermidades. Em vista disso e diante da falta de prioridade com que as instituições públicas do País têm tratado a questão, é preocupante a perspectiva do futuro próximo. É evidente que, carente de recursos, não se pode esperar que os problemas de Saneamento se resolvam a curto prazo. Porém, deve-se prever que esse objetivo seja colocado num programa de prioridades, pelo menos nas áreas mais populosas. Assim, o enfrentamento corretivo, mitigador e preventivo dos efeitos econômicos, ambientais e de Saúde Pública decorrentes por exemplo, da seca e da falta de Saneamento exige uma visão estrutural que precisa sobreviver as gestões da política clientelista. 1.2 - O Desafio do Saneamento A população brasileira tem um percentual aproximado de 76% concentrado em áreas urbanas. O restante está disperso nas áreas rurais. Pesquisas realizadas em 1990, pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) possibilitam uma visualização do quadro sanitário do País (REVISTA BI, 1993), evidenciando as condições precárias a que está exposta grande parte da população brasileira. Os dados demonstram como pode ser visto a seguir, a precária situação do Saneamento no Brasil e todas as possíveis ocorrências que podem advir desta situação. Do total da população, menos de 70% dos habitantes são atendidos por sistemas coletivos de abastecimento de água, verificando-se uma significativa variação de cobertura da população entre os estados. Problemas recorrentes os sistemas, não revelados pelas estatísticas, são o não cumprimento dos padrões de potabilidade pela água distribuída e a ocorrência de intermitência no abastecimento, comprometendo a quantidade de água fornecida à população e a sua própria qualidade. As perdas devido a vazamentos e desperdícios chegam a 50% em alguns sistemas mais precários. 2
Cobertura de abastecimento de água por região Pop Abast (%) 100 80 60 40 20 0 88,2 87,5 78,3 81,3 83,3 69,3 75 65,5 66,6 65,8 49,9 42,8 SE SUL CO NE N BRASIL Abastecimento de água ab Pop total Pop urbana A situação do esgotamento sanitário é mais grave. Os dados referentes demonstram que apenas 30% da população brasileira é atendida por redes coletoras. O volume de esgotos tratados é extremamente baixo, com apenas 8% dos municípios apresentando unidades de tratamento. Mesmo nesses não sabese que percentual é tratado e a que nível e condições de tratamento onde problemas operacionais são freqüentes. Situação de esgotamento sanitário e tratamento de esgotos Atend. (%) 60 50 40 30 20 10 0 52,7 59,4 15 28,3 35,2 4 18,4 14 7 10,9 7,3 4 2,2 3,5 SE CO SUL NE N BRASIL Esgotamento sanitário Pop total Pop urbana Cidades c/trat 2 29,5 37,3 8 Com relação ao lixo e de acordo com o IBGE, as deficiências na coleta e a disposição inadequada constituem outro sério problema ambiental e de saúde pública. Talvez um dos maiores problemas com relação ao lixo coletado é que a maior parte é jogado em lixões, sem qualquer cuidado sanitário ou ambiental, contaminando o solo, o ar e a água. 3
Situação do destino de lixo Dest do lixo (%) coleta publ céu aberto área alagada aterro controlado aterro sanitário Compost./recicl. incineração 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Brasil SE SUL CO NE N DESTINO FINAL DE RESÍDUOS SÓLIDOS * Os valores são aproximados ** O valor de coleta pública somente para o território brasileiro Estes valores levam a um perfil do quadro sanitário do País inaceitáveis. O cólera, a esquistossomose, as diarréias infecciosas, a hepatite são alguns exemplos das mais de 50 (cinqüenta) tipos de doenças potencialmente originárias da ausência de Saneamento. Carências graves são também observadas na área de drenagem urbana, submetendo diversos municípios a periódicas enchentes e inundações além de problemas de saúde pública resultantes do escoamento deficiente. No setor de controle de vetores, por sua vez, a descontinuidade dos programas e falta de investimento e de articulação entre as diversas instâncias institucionais vêm provocando o ressurgimento de endemias como o dengue, a leptospirose e a leishmaniose. 1.3 - O Tratamento dos Esgotos Sanitários O alarmante déficit na área de tratamento de esgotos, já observado há décadas, é resultado de uma política inadequada de investimentos em saúde e saneamento. A falta de seriedade e abandono do setor, leva a perda de condições de funcionamento das poucas estações existentes, pelo sucateamento, bem como a implantação de novas estações de tratamento ficam a cargo da boa vontade das autoridades governamentais locais e muitas vezes quando implantadas têm sido superadas pelo próprio crescimento vegetativo da população, aliado a tendência à urbanização (VON SPERLING & CHERNICHARO, 1996). O baixo nível dos recursos destinados para o setor tem sido a justificativa para o quadro sanitário que se apresenta. Se não existe a vontade política de realização para o setor, com investimentos, obras e projetos, ou seja, persistindo o cenário muito pouco ambicioso de atuação concreta em saneamento e por conseqüência, em tratamento de esgotos, algo deverá ser feito para iniciar-se o processo de reversão do déficit. Há caminhos que podem ser trilhados e que, mesmo apresentando um desempenho eventualmente não muito próximo do desejado, pelo menos representam o início de uma recuperação do tempo 4
perdido e representam uma contribuição concreta para um futuro favorável no setor. II - Objetivos O projeto de pesquisa procura avaliar o uso de filtros anaeróbios do tipo CYNAMON (e suas variações criadas por outros projetistas) no tratamento de esgotos, principalmente na remoção de parâmetros sanitários como DBO, DQO, resíduos sólidos, coliformes totais e fecais, nitrogênio total, fósforo total e ph, como também as taxas de cargas aplicadas a fim de proporcionar a ampla divulgação dos resultados, no sentido de se ter mais uma opção de tratamento de esgotos aplicáveis as condições brasileiras. III - Método Para atender o objeto da pesquisa está sendo aplicada o seguinte método: 1 - Pesquisa e revisão bibliográfica sobre os processos de tratamento anaeróbios, centrados em filtros anaeróbios; 2 - Localização, seleção e estudos sobre estações de tratamento de esgotos que utilizem filtros anaeróbios do tipo CYNAMON; 3 - Análise do funcionamento das estações de tratamento sob o aspecto de projeto e construção; 4 - Análise dos dados operacionais: 4.1 - Amostragem para levantamento de dados de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio total, fósforo total, colimetria, resíduos sólidos totais em suspensão e ph; 4.2 - Determinação de vazões, tempos de detenção e perfil hidráulico; 5 - Construção de gráficos e tabelas para efeito de comparação e conclusões. IV - Seleção do Processo Com a crise de energia da década de 70, diversos processos anaeróbios de alta taxa vinham sendo desenvolvidos, apresentando soluções mais simples e econômicas, principalmente para o tratamento de resíduos industriais. Foram estudadas soluções com tecnologia mais apropriada e de custo menor para que pudessem ser aplicadas de acordo com as conveniências sócios culturais e econômicas do país. No Brasil, o uso de filtros anaeróbios para instalações de pequeno porte passou a ser difundido, sobretudo depois que a Associação Brasileira de Normas Técnicas normalizou seu emprego para tratamento de efluentes de tanques sépticos (NBR 7229, 1993 e NBR 13969, 1997). 5
Experimentos realizados com a utilização de filtros anaeróbios apresentaram excelentes resultados quanto à remoção de carga orgânica, demonstrando grande potencial de aproveitamento, embora a redução de indicadores de contaminação (coliformes totais e fecais) não atingia os patamares desejáveis de outros processos de tratamento (YOUNG & MAC CARTY, 1969; PAULA JR., 1983; DENNIS JR. & JENNET, 1974). figura 1 - filtro anaeróbio norma NBR 13969/1997 O filtro anaeróbio (figura 1) é um reator de leito fixo no qual a matéria orgânica é estabilizada através da ação de microrganismos que ficam retidos nos interstícios ou apoiados no material suporte que constitui o leito através do qual as águas residuárias percolam. A maiores taxas de remoção de substrato ocorrem nos níveis mais baixos do leito (quando o fluxo é ascendente), sendo que nessa região existem grandes concentrações de substrato e de sólidos biológicos. Sólidos biológicos que se formam nas camadas mais profundas são arrastados no mesmo sentido do fluxo, mantendo-se disponíveis para remoções adicionais de despejos. Filtros anaeróbios em boas condições de funcionamento podem apresentar elevada remoção de substrato, sendo que os sólidos suspensos remanescentes são constituídos basicamente por células e matérias estáveis. Esses sólidos apresentam aspecto semelhante ao de pequenas partículas de carvão suspensas em líquido bastante clarificado, para a maioria dos despejos líquidos. O interesse pelo filtro anaeróbio deve-se, em princípio, à publicação de YOUNG & MAC CARTY (1969), elaborada com base em dados de pesquisa realizada a partir de 1963, na qual são mostrados resultados obtidos na operação desse tipo de reator alimentado com despejo líquido sintético, verificando-se eficiência na remoção de DBO superior a 80% para tempos de detenção hidráulicos inferiores a 24 horas. Em 1985, PAULA JR. apresentou tese de mestrado avaliando o desempenho de um filtro anaeróbio. 6
Essas pesquisas demonstraram que o filtro anaeróbio possui boas condições inclusive para tratar despejos solúveis em concentrações relativamente baixas. Não há necessidade de se efetuar a decantação do efluente desse reator biológico e também não se torna obrigatória, na maioria dos casos, a recirculação de parcela desse efluente. Como as bactérias anaeróbias, de maneira geral, apresentam baixo coeficiente de síntese celular, o descarte de sólidos, assim como sua disposição final, é operação que resulta muito facilitada em relação a tratamentos convencionais. Na maior parte dos casos estudados o fluxo é ascendente e o leito dos reatores é constituído por pedras de tamanho apropriado (brita n 0 4), porém podem ser utilizados outros materiais suporte, tais como anéis, esferas perfuradas, blocos modulares etc. É interessante destacar que também existem propostas para que o fluxo líquido seja descendente, tais como as de YOUNG & McCARTY (1969) e CYNAMON (1986). Apesar de existirem estudos visando ao conhecimento da cinética do processo que ocorre nos reatores, ainda não existem até o presente critérios definidos para projeto, recomendando-se a instalação de estação piloto para esgotos industriais e os valores da norma NBR-ABNT para esgotos domésticos. Os parâmetros utilizados atualmente para a elaboração do dimensionamento de um filtro anaeróbio são a carga hidráulica, a carga orgânica e o tempo de detenção hidráulico. VIEIRA & SOBRINHO (1983), estudaram a associação de sistemas de fossa séptica mais filtro anaeróbio para o tratamento de esgotos sanitários e chegaram às seguintes conclusões principais: a) o sistema necessita de um tempo de aclimatação de cerca de três meses, ou a partida tem de ser controlada, aumentando-se lentamente a carga do sistema; b) o sistema atingiu bons resultados na remoção de DBO e SS a tempos de detenção mínimos de 4,l horas na câmara de decantação das fossas e 19 horas no filtro anaeróbio, em relação à vazão média; c) a limpeza controlada das fossas e do filtro anaeróbio são de extrema importância para tornar eficiente a remoção de sólidos pelo sistema, pois os sólidos contidos no efluente são de difícil separação, não sendo viável sua remoção por simples sedimentação após serem eliminados junto com o efluente. V - Filtro Anaeróbio para Estudo No sentido de melhorar a qualidade dos efluentes, variações do filtro anaeróbio surgiram no decorrer do tempo. Uma destas variações foi proposta por CYNAMON (1986), na qual o filtro anaeróbio é usado em série de três filtros (ascendente, descendente, ascendente), e um posterior polimento é feito por um filtro de areia. A figura 2 demonstra um filtro tipo CYNAMON já modificado (três fases ascendentes). Os parâmetros de dimensionamento recomendados são de taxa volumétrica de 10-20 m 3 /m 2.d, carga orgânica de 1-2 kg DBO/m 3 de pedra por dia. após passagem dos esgotos pelo tanque séptico. Para o filtro de areia o autor recomenda uma camada de 0,30-0,40m com diâmetro efetivo de 0,5mm e camada suporte de brita # 4 com 0,30m de altura aplicando-se taxa volumétrica de 10-20 m 3 /m 2.d. 7
figura 2 - filtro anaeróbio em série, tipo CYNAMON, 1986 O processo baseia-se nas mesmas propriedades discutidas em filtros biológicos anaeróbios comuns. Apresenta a vantagem de praticamente dividir o tratamento em três fases, dando tempo necessário para uma máxima atuação dos microrganismos anaeróbios que assim se utilizam melhor do substrato. O funcionamento é simples pois os filtros em série possuem o mesmo perfil de construção de filtros comuns, sendo portanto, de fácil operação e manutenção. Em Niterói, Município do Estado do Rio de Janeiro, vem sendo aplicada uma variação do filtro do tipo CYNAMON, que é utilizada para o tratamento de efluentes de um entreposto de pesca. A diferença entre este filtro, e o tipo CYNAMON, é que neste os três fluxos são ascendentes. Em Cabo Frio, também no Município do Estado do Rio de Janeiro, foram localizados 33 (trinta e três) filtros anaeróbios de três estágios, dos quais serão selecionados 2 (dois) para análise mais aprofundada. Estes filtros são usados tanto para o tratamento de esgotos sanitários como para o tratamento de despejos comerciais (bares, lojas e restaurantes). Optamos por estudar os filtros anaeróbios em série, proposto por CYNAMON, já que estes vêm sendo aplicados em vários locais, notadamente no Estado do Rio de Janeiro, e portanto necessitamos conhecer mais profundamente suas principais características técnicas, químicas e biológicas. Os efluentes deste tipo de tratamento são límpidos e inodoros, levando-nos a perspectiva de estarmos diante de um processo de tratamento que poderá ser utilizado para situações próprias das condições encontradas em vários locais do Brasil. 8
9
VI - Resultados Iniciais Local de coleta de amostra: Shopping Miragem do Mar Ltda Tipo de efluente tratado: Resíduos de Beneficiamento de Pescados Endereço: Rua Eng.Fábio Goulart, 605 - Ilha da Conceição-Niterói - Rio de Janeiro DATA LOCAL DBO (mg/l) DQO (mg/l) ph SÓLIDOS TOTAIS (mg/l) NMP COLIFORMES TOTAIS /100 ml ENTRADA - 4845 7,0 26/01/98 SAÍDA 90 263 7,0 EFICIÊNCIA (%) - 95 ENTRADA 3426 4586 7,0 02/02/98 SAÍDA 260 365 7,0 EFICIÊNCIA (%) 93 92 ENTRADA 1389 5201 7,2 564 1,1 X 10 9 16/03/98 SAÍDA 42 169 7,2 88 5,4 X 10 6 EFICIÊNCIA (%) 97 97 84 99,5 ENTRADA 1500 2037 6,5 840 1,1 X 10 8 30/03/98 SAÍDA 60 90 7,0 140 4,7 X 10 4 EFICIÊNCIA (%) 96 96 84 99,9 10
VII - Referências Bibliográficas ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Projeto, construção e operação de tanques sépticos: NBR-7229. Rio de Janeiro, 1993. 15 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Tanques sépticos - unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - projeto, construção e operação, NBR 13969. Rio de Janeiro, 1997. CYNAMON, S.E. Sistema não convencional de esgoto sanitário a custo reduzido, para pequenas coletividades e áreas periféricas. 2 ed. Rio de Janeiro: Fundação Oswaldo Cruz, Escola Nacional de Saúde Pública, 1986. 52 p. DENNIS JR., N.D., JENNET, J.C. Pharmaceutical waste treatment with an anaerobic filter Proc. In: 29 th INDUSTRIAL WASTE CONFERENCE, Pardue. Anais...Pardue University, 1974. p.160-173. PAULA JR., D. R. Desempenho de um filtro anaeróbio piloto no tratamento de águas residuárias de uma indústria de conservas alimentícias. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, jan. 1985. 123 p. REVISTA BI, n. 1, ano V, p. 4-7, jan/fev, 1993. YOUNG, J.C. & MAC CARTY, P.L. The anaerobic filter for waste treatment. Journal WPCF, 41 (5), p 160-173, 1969. VIEIRA, S.M.M., SOBRINHO, P.A. Resultados de operação e recomendações para o projeto de sistema de decanto-digestor e filtro anaeróbio para o tratamento de esgotos sanitários. Revista DAE, n. 135, p.51-7, dez. 1983. VON SPERLING, M., CHERNICHARO, C.A.L. Tendências no tratamento simplificado de águas residuárias. Tópicos de relevância. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL TENDÊNCIAS NO TRATAMENTO SIMPLIFICADO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS. Belo Horizonte. Anais...Belo Horizonte, MG: DESA/UFMG, 1996. p. 3-11. 11