análise da confiabilidade das etes

7/23/2019 Análise da confiabilidade das ETEs

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Eng. sanit. ambient. 389

Confiabilidade de ETEs

Vol.12 - Nº 4 - out/dez 2007, 389-398

A NÁLISE DA CONFIABILIDADE DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO

DE ESGOTOS

R ELIABILITY ANALYSIS OF WASTEWATER TREATMENT PLANTS

S ÍLVIA C ORRÊAO LIVEIRA

Doutora em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pela UFMG. Pesquisadora do Departamento deEngenharia Sanitária e Ambiental (DESA) da UFMG

M ARCOS VON S PERLING

Doutor em Engenharia Ambiental pelo Imperial College, Universidade de Londres. Professor Adjunto doDepartamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (DESA) da UFMG

Recebido: 11/09/06 Aceito: 16/10/07

RESUMOEste artigo apresenta uma análise da confiabilidade de 166estações de tratamento de esgotos em operação no Brasil, con-siderando seis processos de tratamento mais usualmente ado-tados. Foi utilizada uma metodologia desenvolvida por Nikuet al (1979) para determinação de coeficientes de confiabili-dade (CDC), considerando o alcance a metas de lançamentopara concentrações efluentes de DBO, DQO, SST, NT, PTe CF. A partir dos CDC obtidos, foram calculadas as concen-trações de projeto necessárias para o cumprimento das metasde lançamento e os percentuais de atendimento esperados.Os resultados mostraram que poucas ETEs, nas condições de

operação observadas, conseguiriam apresentar desempenhosconfiáveis, em termos de cumprimento dos padrões. Para todosos constituintes e sistemas de tratamento, a variabilidade daqualidade do efluente foi muito grande.

PALAVRAS-CHAVE: Avaliação de desempenho, confiabi-lidade, qualidade de efluente, tecnologias de tratamento deesgotos.

ABSTRACTThis article presents a reliability analysis of 166 full-scalewastewater treatment plants operating in Brazil, comprisingsix different treatment processes usually adopted. A methodologydeveloped by Niku et al (1979) is used for the determination ofthe coefficients of reliability (COR), in terms of the complianceof effluent BOD, COD, TSS, TN, TP and FC to dischargestandards. The design concentrations necessary to meet the

prevailing discharge standards and the expected compliance percentages have been calculated from the coe fficient s ofreliability obtained. The results showed that few plants, under theobserved operating conditions, would be able to present reliable

performances in terms of compliance with the analyzed standards.For all constituents and systems, the variability of the effluentquality was very large.

KEYWORDS : Effluent quality, reliability, performanceevaluation, wastewater treatment technologies.

ARTIGO TÉCNICO

INTRODUÇÃO

A confiabilidade de um sistemapode ser definida como a probabili-dade de se conseguir um desempenho

adequado por um período específico detempo, sob determinadas condições.Em termos de desempenho de

uma estação de tratamento, a confia-bilidade pode ser entendida como aporcentagem de tempo em que se con-seguem as concentrações esperadas noefluente para cumprir com os padrõesde lançamento. Assim, uma ETE serácompletamente confiável se não houverfalha no desempenho, ou seja, se nãohouver violação dos limites preconiza-dos pelas legislações ambientais. A falhado processo de tratamento ocorrerásempre que o padrão de lançamentofor excedido.

Devido às inúmeras incertezaspresentes no projeto e operação deestações de tratamento, existem algunsriscos de falha que são inevitáveis e asETEs devem ser projetadas com base

em uma medida aceitável de risco ouviolação. A probabilidade de falha é ex-

tremamente sensível à função dedistribuição da concentração efluente.Conhecida esta distribuição, uma ex-pressão pode ser utilizada para definira fração do tempo em que uma dadaconcentração foi excedida no passado e,desta forma, predizer o comportamentofuturo de uma ETE, desde que as variá-veis do processo continuem as mesmas(Dean & Forsythe, 1976a).

A exigência mínima de confiabi-lidade deve ser determinada para esta-belecer a magnitude da probabilidade

de falha que poderá ser aceita. Paraesta determinação, Niku et al (1981b)citam uma teoria de decisão estatísti-ca-econômica, que estabelece que oscustos totais de estações de tratamento,

considerando a construção, a operaçãoe o valor do custo de falha multiplicadopela probabilidade de sua ocorrência,devem ser mínimos.

Os custos inicial e operacional doprocesso poderão sofrer grandes alte-rações, dependendo da confiabilidadedesejada. Quando existem grandes ex-pectativas com respeito à qualidade doefluente, poderá haver necessidade demodernos sistemas de controle, mãode obra mais especializada, exigênciade tratamento terciário e/ou expansãofísica da estação. Qualquer uma destasmodificações aumentará o custo inicialde construção e de operação.



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Oliveira, S. C. & von Sperling, M.

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Se, por outro lado, a opção for pelaaceitação de maiores probabilidades defalha, haverá menor necessidade de pro-cedimentos operacionais sofisticados e,conseqüentemente, menor custo. Noentanto, as conseqüências das violações

devem ser consideradas e os custos tan-gíveis e os intangíveis a elas associadosdevem ser avaliados.

A confiabilidade de uma ETE ébaseada no conhecimento do compor-tamento do processo. Devido às varia-ções na qualidade do efluente tratado,a estação de tratamento deve ser natu-ralmente projetada para produzir umaconcentração média efluente abaixodos padrões de lançamento. Para de-terminar uma concentração média quegaranta que a concentração do efluente

estará abaixo de certo valor, com umdeterminado nível de confiabilidade,Niku et al (1979) desenvolveram ummétodo que relaciona a concentraçãomédia do constituinte (valor de projeto) com os valores limites a seremcumpridos, baseando-se em análisesprobabilísticas.

Este método foi utilizado paradeterminação da confiabilidade de seisprocessos de tratamento de esgotos,compreendendo 166 ETEs em opera-ção nos estados de Minas Gerais e SãoPaulo. Estas estações de tratamento já

foram objeto de avaliação em trabalhosanteriores (Oliveira e von Sperling,2005a, 2005b), considerando o desem-penho e a influência de fatores de projetoe operação na qualidade do efluentegerado. Neste trabalho, as concentraçõesde projeto necessárias para alcance de al-gumas metas de lançamento de efluentese o percentual esperado de atendimentoa estas mesmas metas foram determina-dos a partir dos valores de coeficientesde confiabilidade (CDC) calculados.Os seguintes processos de tratamento

foram analisados: fossas-filtro, lagoasfacultativas, lagoas anaeróbias seguidaspor lagoas facultativas, lodos ativados,reatores UASB operando isoladamentee reatores UASB seguidos de pós-tra-tamento.

Antes da utilização do método foiefetuada uma extensa caracterizaçãodas distribuições de probabilidade dosdados efluentes de 32 estações de trata-mento (Oliveira, 2006), uma vez que oestudo de confiabilidade foi desenvolvi-do para dados distribuídos segundo ummodelo lognormal. Desta forma, serão

apresentados alguns resultados relativosà caracterização das distribuições de

probabilidade dos dados efluentes, antesdo estudo de confiabilidade.

A importância do estudo reside nafalta de pesquisas acerca da confiabili-dade destas tecnologias de tratamento, já que Niku et al (1979) se concentra-

ram nos processos de lodos ativados eNiku et al (1982) em filtros biológicospercoladores. Na literatura pesquisada,nenhum estudo efetuou uma análisecomparativa da confiabilidade de dife-rentes tecnologias de tratamento.

METODOLOGIA

Caracterização dasdistribuições deprobabilidade dasconcentrações efluentes de

esgotosEstatísticas preliminares utilizadas para verificação das distribuições dos dados

Os coeficientes de assimetria ecurtose foram utilizados para uma ve-rificação preliminar da normalidade dosdados efluentes das ETEs, como sugeri-do por Pearson et al (1977), D’Agostinoet al (1990), Helsel e Hirsch (1992). Ocoeficiente de assimetria é a medida dedesvio, ou afastamento da simetria, deuma distribuição, tendo valor próximo

de zero quando a distribuição tem umacurva simétrica e tendendo a ser positi-vo quando a distribuição é assimétrica àdireita. O coeficiente de curtose medea curvatura ou o grau de achatamentode uma distribuição, apresentando umvalor próximo a três para uma distri-buição normal.

Testes de aderência a uma distribuição

Para a caracterização da distribui-ção de freqüência dos indicadores DBO

(demanda bioquímica de oxigênio),DQO (demanda química de oxigênio),SST (sólidos suspensos totais), NT(nitrogênio total), PT (fósforo total)e CF (coliformes fecais, ou coliformestermotolerantes) presentes nos esgotostratados, foram aplicados testes de ade-rência às distribuições normal, lognor-mal, gama, exponencial e retangular. Ostestes utilizados para verificar o ajustedestas distribuições candidatas aosdados efluentes foram Qui-quadrado(2), Kolmogorov-Smirnov e Lilliefors.Foram utilizados, ainda, alguns testes

específicos para checar a normalidadedos dados (Kolmogorov-Smirnov,

Lilliefors, Shapiro Wilk) e os testesgráficos “Normal Probability Plot” e“Probability-Probability Plot”, paraauxiliar na seleção da melhor opção. O“software” utilizado para execução dostestes foi o Statistica 6.1.

Estudo de confiabilidadedas estações detratamento de esgotos

Coeficiente de confiabilidade (CDC)

O coeficiente de confiabilidaderelaciona valores das concentraçõesefluentes médias ao padrão a ser alcança-do, em uma base probabilística. Se, porexemplo, um padrão de 60 mg/L deve sercumprido em 90% do tempo, o processo

deve ser projetado e operado para alcan-çar uma concentração média efluente talque, mesmo com a variabilidade presen-te, este percentual seja alcançado. O valormédio do constituinte, m

x , poderá ser

obtido a partir da equação: (1)

Ondem

x = concentração média do consti-

tuinte; X s = meta de qualidade ou padrão fixadopor alguma legislação ou norma;CDC= coeficiente de confiabilidade.

O coeficiente de confiabilidade(CDC) é calculado a partir da seguinteequação:

OndeCV = coeficiente de variação (desviopadrão dividido pela média da distri-buição existente)Z

1 - = variável normal central reduzida

correspondente à probabilidade de nãoexcedência (1-)

Ressalta-se que o CDC é expresso

com base nas propriedades dos dados ori-ginais e não dos logaritmos dos dados.

Concentrações de projeto necessáriaspara o alcance de vários padrões oumetas especificados

Foram calculados os valores doscoeficientes de confiabilidade (CDC)para todas as ETEs analisadas e, com osresultados obtidos, foi possível a deter-minação das concentrações de projetoque seriam necessárias para o alcance devários padrões ou metas especificados. A

equação (1) foi utilizada para o cálculodas concentrações.

(2)



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Percentual esperado de atendimentoa metas de lançamento adotadas

Uma outra etapa consistiu no cálcu-lo do percentual esperado de atendimentoa algumas metas de lançamento adotadas,

partindo dos valores de concentraçãoefluente e CV das diversas ETEs. Paraisto foi utilizada a equação (4) propostapor Niku et al (1979), obtida por meioda integração da função densidade deprobabilidade da distribuição lognormal,mostrada na equação (3):

O percentual esperado de cumpri-

mento de um determinado padrão delançamento é obtido pela determinaçãoda área abaixo da curva fornecida pelafunção (3). Utilizando as relações exis-tentes entre as distribuições normal elognormal e algumas manipulaçõesalgébricas que levam em conta o co-eficiente de variação (CV), os autoreschegaram à equação (4), mais simplese facilmente empregável:

(4)

De posse dos valores de (1-)resultantes foram obtidos os valo-res correspondentes à probabilidadecumulativa da distribuição normalpadronizada (distribuição Z). Estes va-lores foram determinados por meio dafunção DIST.NORMP do Excel, massão facilmente encontrados em livrostexto de estatística (exemplo: Snedecore Cochran, 1989, Lapponi, 2005).Estes valores, correspondentes à áreasubentendida pela curva normal centralreduzida, são equivalentes ao percentualde atendimento alcançado.

RESULTADOS EDISCUSSÃO

Caracterização dasdistribuições deprobabilidade deconcentrações efluentes deesgotos

Estatísticas preliminares utilizadas para verificação das distribuições dos dados

Os dados utilizados neste trabalhoforam obtidos no âmbito do projetoURBAGUA, estudo contratado com

a FINEP, de interesse para a AgênciaNacional de Águas (ANA), conclu-ído em outubro de 2003. Como oprojeto URBAGUA foi desenvolvidoem parceria entre a USP e a UFMG,foram coletados dados de 208 ETEs

em operação nos estados de São Pauloe Minas Gerais.

Neste estudo específico, desen-volvido e descrito detalhadamente porOliveira (2006), foram selecionadas32 ETEs, de 11 diferentes modalida-des, para a verificação da distribuiçãode probabilidade dos dados efluentes,conforme mostrado na Tabela 1. Oestudo procurou verificar o compor-tamento de dados efluentes de ETEsque apresentavam diferentes processosde tratamento e condições diversas de

operação e de monitoramento. Assim,algumas ETEs foram incluídas, aindaque possuíssem um número pequeno

Tabela 1 – Sistemas de tratamento de esgotos utilizados para determinaçãodas distribuições de probabilidade

Modalidade Notação dereferência

No deETEs

(%) deETEs

Escoamento superficial ES 1 3

Filtro biológico percolador FBP 1 3

Fossa séptica + filtro anaeróbio FS + FA 4 11

Lagoa aerada facultativa LAF 1 6Lagoa aerada mistura completa LAMC 1 3

Lagoa anaeróbia + lagoafacultativa

LAN + LF 5 17

Lagoa facultativa LF 7 20

Lagoa facultativa + lagoa dematuração

LF + LM 1 3

Lodos ativados LA 8 26

Reator UASB UASB 1 3

Reator UASB + lagoa facultativa UASB + LF 2 6

Total 11 32 100

Tabela 2 - Freqüência de amostragem de DBO efluente, praticadapelas 32 ETEs investigadas

Freqüência de amostragem Nº de ETEs % de ETEs

Diária 1 3

Semanal 4 13

2 vezes por mês 12 38

Mensal 4 13

Trimestral 1 3

Indefinida 10 31

Total 32 100

de dados e freqüência de monitora-mento não definida. Tentou-se, destaforma, fazer com que grande parte dasmodalidades de tratamento estivesserepresentada no estudo.

A qualidade geral do monitora-

mento foi muito variada, considerandoo número de parâmetros analisados, afreqüência de amostragem, o períodoabrangido e o número de dados dis-ponibilizado pelas diversas ETEs. Estagrande variabilidade foi consideradanas análises, que procuraram verificara sua influência no modelo distributivodos dados. Na Tabela 2 são apresenta-dos os resultados relativos às diversasfreqüências de amostragem praticadas,o número de ETEs inseridas em cadacategoria e o percentual correspon-

dente. Todos estes comentários dizemrespeito à DBO efluente, constituintemais freqüentemente monitorado e pre-

(3)



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sente em todos os registros de operaçãodisponibilizados.

Os coeficientes de assimetria ecurtose foram calculados para as 32ETEs apresentadas na Tabela 1. Estescoeficientes foram utilizados para uma

verificação preliminar das distribuiçõesdos dados e a Figura 1 mostra os resul-tados para as concentrações efluentes deDBO, DQO, SST, NT, PT e CF.

Nota-se que a maioria dos valo-res dos coeficientes de assimetria foidiferente de zero e positiva, indicandodistribuições assimétricas à direita. Domesmo modo, grande parte dos valoresde curtose foi diferente de três, indi-cando que o grau de achatamento dasdistribuições dos dados difere do ob-servado para uma distribuição normal.

Estes resultados confirmam observaçõesteóricas de que assimetrias positivassão esperadas para dados oriundos deprocessos de tratamento de esgotos, jáque não existem valores negativos paraconcentrações afluentes ou efluentese não existem limites superiores paraestes dados.

A Figura 2 mostra um histogramatípico para concentração efluente de

Figura 1 - Coeficientes de assimetria versus curtose das concentrações efluentes dos constituintes

O termo “outra” foi utilizado

quando nenhuma distribuição, entreos modelos propostos, se ajustava aosdados ou quando havia uma indefiniçãoacerca da aderência das distribuiçõescandidatas, considerando os diversostestes aplicados.

A distribuição lognormal podeser adotada como representante docomportamento de todos os consti-tuintes efluentes, por apresentar um

DBO, selecionado dentre os dadosdisponibilizados pelas diversas ETEs,que evidencia o comportamento assi-métrico à direita e o bom ajuste à funçãodensidade de probabilidade (FDP) deuma distribuição lognormal.

Testes de aderência a umadistribuição

Conforme descrito no item “Me-todologia”, nesta etapa, constituídade duas partes, foram aplicados testesestatísticos para verificação da norma-lidade dos dados e de aderência dasdistribuições normal, lognormal, gama,exponencial e retangular aos dadosefluentes. Considerando as duas etapas,foram efetuados cerca de 2000 testes.

Para totalização dos resultados ob-tidos foi necessário efetuar uma análiseconjunta de todos os testes de aderênciae de normalidade, para determinaçãoda distribuição mais representativa dosdados amostrais. Em alguns casos, osresultados foram contraditórios, nãorejeitando a possibilidade de váriasdistribuições candidatas serem adota-das como representantes dos dados. É

DBO Efluente

-4 - 2 0 2 4 6 8 10

Assimetria

-3

0

3

6

9

12

15

18

C u r t o s e

DQO Efluente

-4 -2 0 2 4 6 8 10

Assimetria

-3

0

3

6

9

12

15

18

C u r t o s e

SST Efluente

-4 - 2 0 2 4 6 8 10

Assimetria

-3

0

3

6

9

12

15

18

C u r t o s e

NT Efluente

-4 - 2 0 2 4 6 8 10

Assimetria

-3

0

3

6

9

12

15

18

C u r t o s e

PT Efluente

-4 -2 0 2 4 6 8 10

Assimetria

-3

0

3

6

9

12

15

18

C u r t o s e

CF Efluente

-4 - 2 0 2 4 6 8 10

Assimetria

-3

0

3

6

9

12

15

18

C u r t o s e

MáximoMediana 75%Mínimo 25%

••

r eiltuOr eiltuO

Valores típicos da distribuição normal: coeficientes de assimetria = 0 e curtose = 3

importante ressaltar a pouca precisãomostrada pelos testes Kolmogorov-Smirnov que, em muitas situações,não rejeitavam nenhuma das opçõesdisponíveis. Nesses casos, foi necessáriauma análise dos testes gráficos (“Normal

Probability Plot” e “Probability-ProbabilityPlot”), como uma ferramenta adicionalpara verificação das distribuições maisadequadas.

Para cada constituinte foram com-putados os resultados obtidos por todasas ETEs para verificação do percentualde ajuste a cada distribuição. Aquelasque apresentaram maior percentualforam adotadas como representantesdos constituintes presentes nos esgotostratados, como mostrado na Tabela 3.



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Tabela 3 - Resultados percentuais e distribuição adotada paraos constituintes analisados

Constituintes Distribuições selecionadas como representantesdo comportamento dos dados (% de ETEs)

Distribuiçãoadotada

Normal Lognormal Outra DBO 7 59 34 lognormal

DQO 19 49 32 lognormal

SST 13 55 32 lognormal

NT 27 67 6 lognormal

PT 25 42 33 lognormal

CF 23 54 23 lognormal

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

DBO efluente (mg/L)

0

50

100

150

200

250

300

350

N o d e o b s e r v

a ç õ e s

FDP de uma distribuição lognormal

Histograma observado

Figura 2 – Histograma típico de concentraçõesefluentes de DBO

percentual maior de ajuste entre os con- juntos de dados disponibilizados pelasETEs. Estes resultados corroboram asconstatações de diversos autores queestudaram o comportamento de dadosoriundos de estações de tratamento deesgotos (Dean & Forsythe, 1976a; Nikuet al, 1979, 1981 e 1982, Berthouex eHunter, 1981, 1983, Metcalf & Eddy,2003, Charles et al, 2005). Cabe res-saltar, mais uma vez, que grande parte

destas publicações se reporta apenasao comportamento dos constituintesDBO e SST efluentes de sistemas delodos ativados.

A definição de uma distribuição deprobabilidade que seja mais adequadaa um conjunto de dados extraídosde sistemas de tratamento de esgotosnão parece ter ligação com o tipo deprocesso empregado. O que foi obser-vado é que a qualidade e quantidadede dados disponibilizados parecem terum impacto maior nos resultados ob-tidos do que o tipo de tratamento. Osdados das ETEs que praticavam umafreqüência de monitoramento não de-

finida, disponibilizando dados escassose esparsos, representadas neste estudo,principalmente, pelas modalidades deescoamento superficial (ES) e lagoasde estabilização (tanto as LF quantoas LAN+LF), forneceram informaçõesmenos conclusivas acerca da distribui-ção a ser adotada.

Estudo de confiabilidadedas estações de

tratamento de esgotos A partir dos resultados obtidos na

etapa anterior, foi efetuado o estudo deconfiabilidade de estações de tratamentode esgotos, considerando alguns proces-sos mais usualmente adotados no país,e para os quais havia uma maior dispo-nibilidade de dados. As tecnologias detratamento analisadas foram: fossas-filtro(FS+FA), lagoas facultativas (LF), lagoasanaeróbias seguidas por lagoas faculta-tivas (LAN+LF), lodos ativados (LA),reatores UASB operando isoladamente(UASB) e reatores UASB seguidos depós-tratamento (UASB+POS).

Coeficiente de confiabilidade (CDC)

O número de ETEs avaliadasem cada tecnologia de tratamento,considerando todos os constituintes,é apresentado na Tabela 4. Algumas

estações não monitoravam todos osconstituintes de interesse, o que explicao número diferenciado de unidadesdentro de uma mesma tecnologia detratamento.

O CDC dos constituintes, consi-derando o coeficiente de variação (CV)das ETEs em operação, foi calculadopara as seis tecnologias de tratamento,para um nível de confiabilidade de95%. Os valores médios dos CV e CDCdas diversas ETEs, considerando osconstituintes de interesse, são apresen-

tados na Tabela 5 e na Figura 3.Pela observação da Tabela 5 e daFigura 3, percebe-se que, para todos osconstituintes e todas as modalidades detratamento, foi grande a variabilidadedos coeficientes de variação e de con-fiabilidade. Ficaram evidenciados, tam-bém, os maiores coeficientes de variaçãoe os conseqüentes menores valores deCDC apresentados pela modalidadede LA, já que os valores de CV variaminversamente com os CDC, neste nívelde confiabilidade (95%).

Para uma melhor visualização

desta relação, foram elaborados umatabela e um gráfico de valores de CDCem função do CV, considerando umafaixa ampla de coeficientes de variação,muitos efetivamente observados para asdiversas ETEs, para a maioria dos cons-tituintes. Foram considerados váriosníveis de confiabilidade, o que permiteuma leitura direta do valor de CDCpara um dado CV, conforme mostradona Tabela 6 e na Figura 4.

Como pode ser visto pelas cur-vas traçadas para diferentes níveis de

confiabilidade, o comportamento sealtera à medida que se elevam os grausde confiabilidade desejados. Cabeenfatizar que quanto maior o nível deconfiabilidade desejado, menores deve-rão ser os coeficientes de variação paraa obtenção de elevados coeficientes deconfiabilidade.

Para um melhor entendimentodos valores de CDC constantes naTabela 6 e na Figura 4, tome-se comoexemplo um valor de CV igual a 0,8e um nível de confiabilidade de 95%( = 0,05), o que implicará num valor

de CDC de 0,40. Isto significa que,para cumprir um determinado padrão



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Tabela 5 – Valores médios de CV e CDC das tecnologias de tratamento, por constituinte

Tecnologias detratamento

Coeficientes de variação – CV Coeficientes de confiabilidade - CDC

DBO DQO SST NT PT CF DBO DQO SST NT PT CFFS+FA 0,61 0,53 0,66 0,34 0,47 1,10 0,49 0,52 0,48 0,61 0,56 0,31

LF 0,58 0,38 0,58 0,50 0,44 1,05 0,50 0,63 0,51 0,57 0,58 0,36

LAN+LF 0,55 0,33 0,47 0,38 0,36 1,03 0,52 0,63 0,57 0,6 0,62 0,35

LA 0,96 0,95 1,10 0,78 0,58 3,29 0,40 0,42 0,38 0,49 0,50 0,29

UASB 0,61 0,57 0,71 0,21 0,29 1,86 0,50 0,53 0,44 0,75 0,66 0,37

UASB+POS 0,67 0,58 0,76 - 0,57 1,83 0,45 0,49 0,43 - 0,54 0,29

Tabela 4 - Número de ETEs descritas em cada modalidade, por constituinte

Constituinte Tecnologia de tratamento Total deETEsFS+FA LF LAN+LF LA (1) UASB UASB+POS (2)

DBO 19 73 43 13 10 8 166

DQO 17 68 42 11 8 7 153SST 8 61 36 11 10 8 134

NT 4 21 16 8 4 1 54

PT 6 33 21 7 5 4 76

CF 15 65 40 8 8 6 142(1) LA inclui: lodos ativados convencional e aeração prolongada;(2) UASB + POS inclui os pós-tratamentos: filtro aerado (FAE); filtro anaeróbio (FA); filtro biológico percolador (FBP); flotação(FLOT); lagoas facultativas (LF) e lagoas de polimento (LP).

Figura 3 – Coeficientes de variação e de confiabilidade dasmodalidades de tratamento

DBO efluente

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 60,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0CV CDC

DQO efluente

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

CDCVC

SST efluente

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5 CV CDC

NT efluente

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5 CV CDC

PT efluente

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

CV CDC

CF efluente

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

CV CDC

1 - FS+FA

2 - LF

4 - LA

3 - LAN+LF

5 - UASB

6 - UASB+POS

75%

25%

Max

MinMediana



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Figura 4 - Valores de CDC em função do CV, considerando diferentesníveis de confiabilidade

0,0

0,1

0,20,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

CV (desvio padrão/média)

C D C ( C o e f i c i e n t e d e c o n f i a b i l i d a d e )

90%

95%

99%

de lançamento durante 95% do tempo, aconcentração efluente média de um dadoconstituinte deverá ser, de acordo com aequação (1): m

x

= (CDC).X s

= 0,40 X s

.Para um padrão de 60 mg/L de DBO,por exemplo, isto significa que a con-centração efluente de projeto deverá serm

x = 0,40 x 60 = 24 mg/L. Para uma

avaliação em termos da operação de umaETE existente, pode-se interpretar que aconcentração média efluente deverá serde 24 mg/L. Cálculos similares podemser efetuados para diferentes valores deCV e de .

Deve-se ressaltar que baixos valo-res de CV e, conseqüentemente, altosvalores de CDC, não implicam em bons

desempenhos, mas apenas uma condi-ção mais estável de operação. Pequenosvalores de coeficientes de confiabilidadeimplicam em menores valores de con-centrações efluentes de projeto neces-sárias para o cumprimento de padrõesde lançamento, como será comentadomais detalhadamente a seguir.

Concentrações de projeto necessáriaspara o alcance de vários padrões oumetas especificados

A Fi gur a 5 mo stra gr áfico s“Box-whisker” com as concentraçõesmédias de projeto necessárias para que as

Tabela 6 – Valores de CDC em função do CV, considerando diferentes níveis de confiabilidade

Nível deconfiabilidade

CV

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

90% 1,00 0,79 0,66 0,57 0,52 0,49 0,47 0,45 0,45 0,44 0,44

95% 1,00 0,74 0,57 0,47 0,40 0,36 0,33 0,31 0,30 0,29 0,28

99% 1,00 0,64 0,44 0,32 0,25 0,20 0,17 0,15 0,14 0,13 0,12

ETEs das modalidades de tratamentoem estudo alcancem algumas metas delançamento adotadas para os diversosconstituintes. As metas adotadas cor-respondem, em alguns casos, a padrõeshipotéticos estabelecidos para todosos constituintes, considerando algunsvalores intermediários em relação aosusualmente presentes nas legislaçõesbrasileiras. As metas adotadas foram:60 mg/L para DBO, 60 mg/L para SST,200 mg/L para DQO, 20 mg/L para NT,2 mg/L para PT e 103 NMP/100mLpara CF. As concentrações efluentesmédias de projeto foram calculadaspor meio da equação (1).

Como pode ser visto pelos gráfi-

cos, as menores concentrações médiasde projeto necessárias para alcancedas diversas metas foram observadaspara os processos de lodos ativados,decorrência dos maiores CVs apre-sentados pela modalidade. Deve serressaltado, também, o comportamentorelativamente estável das lagoas anae-róbias seguidas por lagoas facultativas(LAN+LF), quando comparado comas outras modalidades, considerandoquase todos os constituintes. A Figu-ra 6 mostra gráficos “Box-whisker”para as razões entre as concentraçõesde projeto e as concentrações reaisobservadas para as modalidades de

tratamento, que levariam ao alcancedas metas estabelecidas.

Observa-se que para uma razãoigual a 1, a concentração efluente realobservada para a ETE coincidiria com ovalor de projeto necessário para garantirque 95% dos resultados atendessemàs metas de lançamento adotadas. Noentanto, em geral, foram observadasgrandes distâncias entre as concentra-ções necessárias para atendimento dasmetas e aquelas efetivamente observa-das, com maioria absoluta das ETEsapresentando valores bem abaixo de1, para todos os constituintes. Os LAe os reatores UASB+POS mostraramos melhores desempenhos dentre as

tecnologias analisadas e, em algunscasos, algumas ETEs isoladas apresen-taram uma relação bem maior do que1, mostrando que as concentraçõesefluentes reais atenderiam a metas delançamento muito mais restritivas doque as adotadas.

Percentual esperado de atendimentoa metas de lançamento adotadas

Como descrito no item “Metodo-logia”, foram calculados os percentuaisde atendimento que as tecnologias detratamento alcançariam, mantendoos mesmos parâmetros de opera-



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Tomando como exemplo de in-terpretação dos percentis as FS+FA e ameta de 60 mg/L para DBO efluente,percebe-se que 80% das ETEs destamodalidade teriam um percentual de

cumprimento abaixo de 16% (ou seja,80% das ETEs apresentariam um per-

Figura 5 – Concentrações de projeto necessárias para alcance de diversas metas de lançamento deconstituintes efluentes (nível de confiabilidade de 95%)

Meta - 60 mg/L de DBO efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0

10

20

30

40

50

60

C o n c e n t r a

ç ã o d e p r o j e t o ( m g / L )

Meta - 200 mg/L de DQO efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

C o n c e n t r a


Meta - 60 mg/L de SST efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0

10

20

30

40

50

60

C o n c e n t r a


Meta - 20 mg/L de NT efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

C o n c e n t r a ç ã o d e p r o j e t o ( m g / L )

Meta - 2 mg/L de PT efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0


Meta - 103 NMP/100mL de CF efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0

200

400

600

800

1000


Figura 6 – Razão entre concentrações de projeto e concentrações reais observadas para alcance dasdiversas metas de lançamento (nível de confiabilidade de 95%)

DBO efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5DQO efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0SST efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3, 0

3, 5

4,0

4,5

5, 0

NT efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2PT efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8CF efluente

FS+FALF

LAN+LFLA

UASBUASB+POS

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

ção, utilizando-se a equação (4). Sãoapresentados na Figura 7, para cadatecnologia de tratamento, os percentisde atendimento projetado com basenos coeficientes de confiabilidade, acada uma das metas de lançamento deconcentrações efluentes mencionadasanteriormente.

centual de violação a essa meta acimade 84%), no nível de confiabilidadede 95%. Já 80% das ETEs das mo-dalidades LA e reatores UASB+POSapresentariam um percentual de atendi-mento até 95 e 96%, respectivamente,nas condições de operação observadas.Observa-se que os maiores percentuaisforam obtidos por estas duas moda-lidades, considerando todas as metasestipuladas e que os piores desempe-nhos foram apresentados pelas FS+FA,mesmo para padrões menos restritivos.Cabe ressaltar, também, que o percen-tual pouco expressivo de atendimento à

meta de 60 mg/L de SST obtido pelossistemas de lagoas pode ser atribuído àpresença de algas no efluente.

CONCLUSÕES

O estudo sobre a caracterização dadistribuição de probabilidade dos dadosefluentes de estações de tratamento deesgotos mostrou que a distribuiçãolognormal pode ser adotada comorepresentante do comportamento dosconstituintes DBO, DQO, SST, NT,PT e CF. Foi verificado, ainda, que omodelo distributivo que melhor descre-



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Meta de 60 mg/L - DBO

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percentis (%)

A t e n d i m e n t o e s p e r a d o

( % )

Meta de 60 mg/L - SST

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percentis (%)

A t e n d i m e n t o

e s p e r a d o

( %

)

Meta de 200 mg/L - DQO

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percentis (%)


( % )

Meta de 20 mg/L - NT

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percentis (%)


( % )

Meta de 2 mg/L - PT

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percentis (%)


( % )

Meta de 103 NMP/100mL - CF

0

20

40

60

80

100

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Percentis (%)


( % )

FS+FA LF LALAN+LF UASB UASB+POSLegenda:

Figura 7 - Concentrações de projeto necessárias para atendimentodas diversas metas de lançamento

Nota: Não foram disponibilizados dados de NT por nenhum dos reatores UASB seguidos de pós-tratamentoanalisados

ve o comportamento dos dados efluen-tes não parece ter ligação com o tipo deprocesso empregado, mas apenas coma qualidade e quantidade de dados dis-ponibilizados. Os dados das ETEs quepraticavam uma freqüência de monito-ramento não definida, disponibilizandodados escassos e esparsos, forneceraminformações menos conclusivas acercada distribuição a ser adotada.

A par tir do conhecimento docomportamento das concentraçõesefluentes, foi possível calcular os valo-

res dos coeficientes de confiabilidade(CDC) para as 166 ETEs analisadas.Foi observada uma grande variabilidadedos coeficientes de variação (CV) e deconfiabilidade, considerando todos osconstituintes e todas as modalidadesde tratamento. Os menores valores deCDC foram obtidos para a modalidadede lodos ativados (LA), que apresentouelevados valores de CV, fato explicadopelas baixas concentrações efluentes, emmuitos casos, menores que os desviospadrão.

As menores concentrações médiasde projeto necessárias para alcance dasdiversas metas foram observadas para

os lodos ativados (LA), conseqüênciados menores valores de CDC. Apesardas menores concentrações requeridas,o percentual de ETEs da modalidadeLA que apresentaram concentraçõesefluentes médias menores ou iguais àsconcentrações de projeto necessáriaspara assegurar que 95% dos resultadosatenderiam às metas de lançamentofoi mais elevado que o observado paraas outras tecnologias de tratamento,sendo comparável apenas aos reatoresUASB+POS. As FS+FA e LF mostra-

ram, em geral, uma grande distânciaentre as concentrações reais e as ne-cessárias para atendimento às metas delançamento.

A contribuição do estudo sobreconfiabilidade reside na geração deinformações que podem ser usadas porprojetistas e operadores de estações detratamento de esgotos na avaliação epredição de desempenho de processosbiológicos de tratamento, considerandoa qualidade do efluente. E, ainda, podedar subsídios às agências reguladoras

para a elaboração de padrões de lança-mento que sejam razoáveis, efetivos etecnicamente alcançáveis.

AGRADECIMENTOS

USP, FAPEMIG, CNPq, FINEP,SABESP, COPASA, FEAM e prestado-res de serviços municipais.

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Endereço para correspondência:

Sílvia Corrêa Oliveira

Departamento de EngenhariaSanitária e Ambiental (DESA)UFMG Av. Contorno 842 - 7º andar30110-060 - Belo Horizonte - MG- BrasilTel: (031) 3238-1935Fax: (031) 3238-1879E-mail: [email protected]

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