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II
ANTÔNIO HERMES BEZERRA
CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA OPERACIONAL DA
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DA UFRN
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária.
Orientadores:
Prof. Dr. André Luís Calado Araújo Profª. Dra. Josette Lourdes de Sousa Melo
Natal 2004
III
Divisão de Serviços Técnicos
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede
Bezerra, Antônio Hermes.
Caracterização do sistema operacional da Estação de Tratamento de
Esgotos da UFRN / Antônio Hermes Bezerra. – Natal, RN, 2004.
78 p.
Orientadores: André Luís Calado Araújo,
Josette Lourdes de Sousa Melo
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do
Norte. Centro de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil.
Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental – LARHISA.
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária-PPGES.
1. Esgoto – Estação de Tratamento – Tese. 2. Caixas de areia –
Tese. 3. Coliformes fecais – Tese. 4. Nitrogênio – Tese. 5. Estação de
tratamento de esgotos – Universidade Federal do Rio Grande do Norte –
Tese. I. Araújo, André Luís Calado. II. Melo, Josette Lourdes de Sousa.
III. Título.
RN/UF/BCZM CDU 628.32/.35(043.2)
IV
ANTÔNIO HERMES BEZERRA
CARACTERIZAÇÃO DO SISTEMA OPERACIONAL DA
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DA UFRN
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Sanitária.
BANCA EXAMINADORA
____________________________________ Prof. Dr. André Luís Caldo Araújo
Orientador – CEFET/LARHISA
____________________________________ Profª. Dra. Josette Lourdes de Souza Melo
Co-Orientador – UFRN/LARHISA
____________________________________ Prof. Dr. Rui de Oliveira
Examinador Externo – UFCG
____________________________________ Profª. Dra. Maria del Pilar Durante Ingunza
Examinador Externo – UFRN/LARHISA
Natal (RN), 29 de março de 2004.
V
DEDICATÓRIA
Este trabalho é dedicado a Minha Mãe Branca,
a Minha Esposa Madalena e a Meus Filhos:
Breno, Bruno e João Paulo, os quais se
constituem num suporte e exemplo maiores de
minha existência e luta e são o incentivo na
minha constante busca de conhecimentos
necessários à vida em sociedade.
VI
AGRADECIMENTOS
A Deus, por sua bondade infinita e presença constante em minha mente e
meu coração.
Aos Professores: Dr. André Luis Calado Araújo, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da UFRN e Drª. Josette Lourdes de Sousa Melo, do Departamento de Engenharia Química da UFRN, pela orientação deste trabalho, pela confiança em minha capacidade e pelo exemplo de amor à pesquisa e à difusão de conhecimentos.
Aos colegas do laboratório de Controle Ambiental do DEQ/UFRN, novos e antigos, pela amizade, alegria e senso de cooperação desenvolvido ao longo de bons meses de convívio.
À professora Otília Dantas, pela ajuda indispensável na correção das referências bibliográficas.
Em especial, a Graça Gurgel, pela ajuda preciosa na revisão e correção deste trabalho.
Ao colega mestrando Alexandre, pela colaboração na discussão dos resultados estatísticos do referido trabalho.
Aos verdadeiros amigos do curso de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da UFRN: tenham certeza de que cada um de vocês representa muito para mim.
Aos Professores e Funcionários do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária do Departamento de Engenharia Civil da UFRN, os quais sempre me deram apoio.
Aos servidores da ETE/UFRN, pela colaboração durante os trabalhos experimentais.
A toda minha família, pela força e compreensão por minha ausência nos momentos mais difíceis.
VII
SUMÁRIO
Lista de Figuras .................................. ...............................................................
Lista de Tabelas .................................. ...............................................................
Lista de Siglas ................................... .................................................................
X
XII
XIII
Resumo ............................................ ................................................................... XIV
Abstract .......................................... .................................................................... XV
1. INTRODUÇÃO................................................................................................... 01
2. OBJETIVOS ........................................................................................................ 03
2.1 Objetivo Geral .............................................................................................. 03
2.2 Objetivos Específicos ................................................................................. 03
3. REVISÃO DE LITERATURA .................................................................... 05
3.1 Valor de oxidação – Histórico ............................................................ 05
3.1.1 Fundamentos ........................................................................ 08
3.1.2 Finalidade ............................................................................. 11
3.1.3 Características gerais.................................................................. 12
3.1.4 Princípio de funcionamento ................................................... 12
3.1.5 Princípio de remoção de matéria orgânica............................. 15
3.1.6 Princípio de remoção de nutrientes........................................ 20
3.2 Caixa de areia ................................................................................... 22
3.3 Medidor Parshall ...................................................................................... 23
3.4 Decantador ................................................................................................ 23
3.4.1 Tipos de decantadores ............................................................... 24
3.4.2 Considerações sobre decantadores de fluxo radial .............. 25
3.5 Tanque de contato - cloração ................................................................ 25
3.5.1 Objetivos de cloração ................................................................. 26
3.5.2 Condições que afetam a cloração ............................................ 27
VIII
3.6 Leitos de secagem .................................................................................. 28
3.6.1 Tanques de armazenamento de lodo ........................................ 28
3.6.2 Camada drenante.......................................................................... 28
4. SISTEMA OPERACIONAL .................................................................... 30
4.1 Introdução ............................................................................................. 30
4.2 Descrição do Sistema Operacional .................................................. 32
4.2.1 Alimentação da ETE ................................................................... 32
4.3 Unidades operacionais da ETE ......................................................... 32
4.4 Tratamento preliminar ......................................................................... 34
4.4.1 Gradeamento ............................................................................... 34
4.4.2 Caixas de Retenção de areia..................................................... 35
4.4.3 Medidor de vazão (PARSHALL) ............................................... 35
4.4.4 Estação elevatória de esgoto bruto....................................... 36
4.5 Tratamento secundário ................................................................. 37
4.5.1 Valo de Oxidação ................................................................. 37
4.5.2 Decantador secundário ........................................................ 39
4.6 Tratamento terciário ..................................................................... 42
4.6.1 Sistema de desinfecção ...................................................... 42
4.7 Tanque de armazenamento de efluentes tratado......................... 44
4.8 Leitos de secagem........................................................................ 44
5. MATERIAIS E MÉTODOS .............................................................. 46
5.1 Monitoração de rotina.................................................................. 46
5.2 Pontos de coleta........................................................................... 46
5.3 Perfis de oxigênio dissolvido no valo de oxidação....................... 48
5.4 Procedimentos analíticos.............................................................. 48
5.5 Tratamento Estatísticos................................................................ 49
6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ............................. 50
6.1 Caracterização da vazão afluente ............................................... 50
IX
6.2 Caracterização do Esgoto Bruto................................................. 51
6.3 Resultados da monitoração de rotina da ETE.............................. 53
6.3.1 Temperatura.......................................................................... 56
6.3.2 PH ........................................................................................ 56
6.3.3 Oxigênio dissolvido .............................................................. 57
6.3.4 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) ........................... 59
6.3.5 Demanda Química de Oxigênio (DQO) ............................... 60
6.3.6 Coliformes fecais................................................................... 61
6.3.7 Nitrogênio.............................................................................. 63
6.4 Perfis de oxigênio dissolvido no valo de oxidação....................... 65
6.5 Discussão..................................................................................... 69
6.5.1 Sobre a vazão afluente a ETE.............................................. 71
6.5.2 Sobre a concentração de oxigênio ...................................... 72
6.5.3 Sobre a eficiência da ETE .................................................. 72
7. ANÁLISE E DISCUSSÃO ............................................................... 74
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................... 76
X
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1. Relações de produção de lodo e remoção de DBO entre vários
processos de lodos ativados (Adaptado de Jordão e Pessoa, 1995)................. 10
Figura 3.2. Perfil esquemático de OD em um valo de oxidação. Trechos em
mistura completa (zonas aeradas) e em fluxo em pistão (a jusante dos
aeradores) Adaptado de De Korte e Smits, 1985. ............................................. 11
Figura 3.3. Fases de crescimento bacteriano em uma cultura pura (segundo
Monod in Brouzes, 1973).................................................................................... 18
Figura 4.1. Planta de localização da ETE no Campus Universitário da UFRN -
(5º55’ S e 35º12’ W)........................................................................................... 31
Figura 4.2. Fluxograma das unidades operacionais da ETE. ............................ 33
Figura 4.3. Gradeamento, Caixas de Areia e Calha Parshall da Estação de
Tratamento de Esgoto – UFRN.......................................................................... 36
Figura 4.4. Vista do valo de oxidação da ETE – UFRN...................................... 39
Figura 4.5. Decantador Dortmund em corte de limpeza não mecanizada......... 40
Figura 4.6. Decantador Secundário da ETE – UFRN......................................... 41
Figura 4.7. Vista do tanque de contato – cloração da Estação de Tratamento
de Esgoto – UFRN.............................................................................................. 43
Figura 4.8. Células de secagem de lodo digerido da ETE – UFRN................... 45
Figura 5.1. Pontos de coleta na ETE – UFRN ................................................... 47
Figura 6.1. Histograma de freqüência de variação de vazão do esgoto bruto
afluente da ETE-UFRN (out/2001 a out/2002)................................................... 50
Figura 6.2. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de
temperatura obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração de rotina da
ETE..................................................................................................................... 56
Figura 6.3. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de pH
obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração de rotina da ETE............. 57
Figura 6.4. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de
oxigênio dissolvido (OD) obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração
de rotina da ETE................................................................................................. 58
Figura 6.5. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de
demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) obtidas nos pontos de coleta
durante a monitoração de rotina da ETE............................................................ 60
XI
Figura 6.6. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de
demanda química de oxigênio (DQO) obtidas nos pontos de coleta durante a
monitoração de rotina da ETE............................................................................ 61
Figura 6.7. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de
coliformes fecais obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração de
rotina da ETE...................................................................................................... 62
Figura 6.8. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de
nitrogênio amoniacal obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração de
rotina da ETE...................................................................................................... 64
Figura 6.9. Faixas de variação, medianas e medidas de dispersão de nitrito e
nitrato obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração de rotina da ETE.. 64
Figura 6.10. Perfis característicos de variação de oxigênio dissolvido em dois
pontos de coleta no valo de oxidação ao longo de 12 horas de monitoramento
com aeração contínua........................................................................................ 66
Figura 6.11. Perfis característicos de variação de oxigênio dissolvido em dois
pontos de coleta no valo de oxidação ao longo de 12 horas de monitoramento
com aeração semicontínua ................................................................................ 68
XII
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1. Dosagem de cloro para diferentes tipos de efluentes..................... 27
Tabela 4.1. Características dos Rotores de Aeração da Estação de
Tratamento de Esgotos da UFRN...................................................................... 38
Tabela 4.2. Características do Decantador Secundário na ETE da UFRN........ 41
Tabela 4.3. Características do tanque de armazenamento do efluente tratado. 44
Tabela 4.4. Características dos leitos de secagem do lodo ETE - UFRN.......... 45
Tabela 5.1 Métodos de determinação dos parâmetros...................................... 49
Tabela 6.1. Valores das médias diária e mensal da vazão do esgoto bruto
efluente da ETE.................................................................................................. 51
Tabela 6.2 Resultados dos valores mínimos, medianas e máximas, das
variáveis avaliadas durante o monitoramento de rotina do esgoto bruto........... 52
Tabela 6.3 Resultados dos valores mínimos (min), medianas (med) e
máximos (max) obtidos durante o monitoramento de rotina do sistema
experimental da ETE.......................................................................................... 55
XIII
LISTA DE SIGLAS
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO – Demanda Química de Oxigênio
DEC – Decantador
EB – Esgoto Bruto
ET – Esgoto Tratado
ETE-Estação de Tratamento de Esgotos
NO2- - Nitrito
NO3- -Nitrato
OD – Oxigênio Dissolvido
V1 – Valo de Oxidação (Ponto de coleta n°1)
V2 – Valo de Oxidação (Ponto de coleta n°2)
VS – Valo de Oxidação Saída
V3 – Valo de Oxidação (Ponto de coleta n°3)
V4 – Valo de Oxidação (Ponto de coleta n°4)
XIV
RESUMO
Uma estação de tratamento de esgotos domésticos do tipo valo de oxidação é
constituída de grade de barras, caixas de areia, tanques de armazenamento de
esgoto bruto, valo de oxidação, decantador, sistema de cloração a gás e leitos de
secagem de desidratação do lodo digerido. Este trabalho tem como objetivo
apresentar os resultados obtidos na monitoração do sistema operacional de uma
estação de tratamento deste tipo, pertencente à Universidade Federal do Rio
Grande do Norte (UFRN), denominada de ETE e situada no Campus Central da
UFRN em Natal, Brasil. Análises diárias da vazão afluente foram realizadas no
período de outubro de 2001 a outubro de 2002. Após passar pelo tratamento
preliminar o esgoto bruto era conduzido ao valo de oxidação que é o reator de maior
importância do sistema. Foram feitas análises em vários pontos de amostragem e os
parâmetros pesquisados foram temperatura, pH, oxigênio dissolvido (OD), demanda
bioquímica de oxigênio (DBO5), demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio
amoniacal (N-NH3), nitrito (NO-2), nitrato (NO-
3) e coliformes fecais (CF). O esgoto
tratado apresentou características satisfatórias em termos de remoção de carga
orgânica e microbiológica, comportamento normal para condições de reuso, com
DBO5 média de 8 mg/l, DQO média de 65 mg/l, nitrogênio amoniacal médio de 6,4
mg/l, nitrato médio de 4,5 mg/l, nitrito médio de 2,5 mg/l e coliformes fecais médio de
1 ufc/100ml. Os valores de pH observados se situaram próximo à faixa neutra.
Quanto à liberação de odores, não foi observada sua ocorrência. Tais resultados
mostram que o esgoto tratado do sistema em estudo apresentou uma concentração
desejável, não havendo restrições quanto a seu uso na irrigação.
PALAVRAS-CHAVES: Caixas de areia; Coliformes fecais; Decantador; Demanda
Bioquímica de Oxigênio; Demanda Química de Oxigênio; Nitrogênio; Oxigênio
dissolvido; pH; Sistema de cloração; Valo de oxidação.
XV
1. Introdução
Desde os primórdios, o homem vem procurando eliminar os dejetos
provenientes de suas atividades sócio-econômicas e uma de suas principais
preocupações tem sido o afastamento das águas residuárias dos centros
populacionais. Para isso, uma das maneiras por ele encontradas foi o lançamento
dos esgotos brutos nos diferentes corpos d’água (rios, lagos e mares) e nos solos.
Assim, dependendo das circunstâncias, a natureza tem condições de promover o
tratamento dessa carga poluidora, através da evolução, reprodução e crescimento
de microrganismos que decompõem a matéria orgânica. Porém, com o advento da
urbanização e do crescimento desordenado da população, este lançamento in
natura se torna problemático, tanto do ponto de vista ambiental, como do ponto de
vista econômico.
O maior desafio na campanha contra a poluição das águas de superfície e
subterrânea é dotar os efluentes domésticos e industriais de um tratamento correto e
seguro, para que não venham, em curto prazo poluir os mananciais, uma vez que é
cada vez maior a necessidade de utilização dessas referidas águas. A poluição do
lençol freático, devido à infiltração de esgotos sanitários e, conseqüentemente, a
liberação de capacidade devido ao consumo crescente de água pelo
desenvolvimento tecnológico e crescimento demográfico vem exigindo dos cientistas
que lidam com a engenharia sanitária um posicionamento mais rigoroso no controle
da qualidade das águas de superfície e subterrânea.
A necessidade fundamental do controle da poluição das águas em todo o
mundo ocasionou inúmeras pesquisas destinadas ao estabelecimento de processos
biológicos para o tratamento de águas residuárias.
A incessante procura de uma nova técnica de depuração biológica deveu-se
também ao fato de que os processos convencionais utilizados, tais como filtros
biológicos e lodos ativados, não apresentam significações no processo e operação,
à medida que o tamanho das instalações diminuía, tornando o custo das mesmas
freqüentemente proibitivas para pequenas fontes poluidoras (Gondim, 1976).
XVI
Diversos tipos de tratamento de esgotos têm sido desenvolvidos com a
finalidade de minimizar os impactos ambientais e econômicos que estes
lançamentos in natura provocam. Os referidos tratamentos exploram microrganismos
que proliferam naturalmente no solo e na água, procurando, no entanto, otimizar a
eficiência e reduzir os custos.
O sistema de tratamento de esgotos por valo de oxidação tem sido uma
importante alternativa para a remoção das impurezas físicas, químicas e biológicas
contidas nas águas residuárias, quando não há muita disponibilidade de terreno e
quando é desejado um elevado grau de purificação no efluente.
A UFRN, como órgão público de ensino e pesquisa, já vinha se preocupando
com problemas ambientais causados por seus dejetos e procurou elaborar um
projeto hidráulico e sanitário para tratá-los. Seus dejetos eram encaminhados a
fossas sépticas para tratamento com destino final dos efluentes em sumidouros. Tal
prática não era adequada para uma instituição de seu porte. .
Na UFRN, vem sendo usado o processo de tratamento biológico por valo de
oxidação, por se tratar de um sistema que tem um elevado desempenho no
tratamento de águas residuárias domésticas. Este processo, comparado a outros
sistemas de tratamento, apresenta várias vantagens, como elevada taxa de remoção
de DBO e DQO.
Proteger o meio ambiente e, principalmente a água que se bebe, é tão
importante e necessário quanto proteger a própria vida, haja vista os grandes
problemas ambientais decorrentes, tais como a contaminação do aqüífero. Desta
forma, com o objetivo de tratar seus esgotos foi implantada em maio de 1983, no
Campus Central da UFRN, em Natal/Brasil, uma ETE do tipo valo de oxidação.
XVII
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Caracterizar o afluente e efluente da ETE do Campus Central da UFRN com a
finalidade de se otimizar o seu desempenho operacional.
2.2 Objetivo Específico
Analisar a proposta de estudo de monitoramento do sistema operacional da
Estação de Tratamento de Esgotos da UFRN, com a finalidade de determinar a
influência dos parâmetros de controle da eficiência do referido sistema em relação
à remoção de cargas orgânicas, como: DBO e DQO e carga microbiana, como:
coliformes fecais.
Demonstrar que o tratamento de esgoto doméstico na ETE da UFRN, por
valo de oxidação, é um tratamento bem aceito em nossa região de clima tropical,
uma vez que é uma estação de tratamento compacta, localizada em pequena
área, de fácil operação e manutenção.
Descrever a função do efluente da referida Estação, a partir do
reaproveitamento de seu efluente (na irrigação), minimizando os efeitos nocivos
do lançamento dos esgotos in natura no solo.
Caracterizar o sistema operacional da ETE para que se otimize o
tratamento de esgotos, no que se refere à remoção de impurezas físicas,
químicas e biológicas e, principalmente, organismos patogênicos, como também
XVIII
determinar o período de aeração com a variação do oxigênio dissolvido no valo de
oxidação.
Avaliar quantitativamente os parâmetros físico-químicos e bacteriológicos
de controle com a finalidade de verificar a sua influência no funcionamento do
sistema quanto à remoção da carga orgânica e microbiológica.
Determinar o período de aeração com o objetivo de minimizar custos com
energia elétrica e desgastes dos sistemas de aeração.
Demonstrar que o tratamento por valo de oxidação é eficiente na remoção
de matéria orgânica como DBO(5), DQO e microbiológica.
Caracterizar a vazão diária afluente.
4. SISTEMA OPERACIONAL
4.1. Introdução
O sistema monitorado foi Estação de Tratamento de Esgotos - ETE, do
Campus Central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, situada
no bairro de Lagoa Nova, zona sul da Cidade do Natal, capital do Rio Grande do
Norte, Nordeste do Brasil, distante 10 km do centro, localizada a 5º 55’ latitude sul e
35º 12’ longitude oeste. O sistema vem sendo operado desde sua inauguração, em
maio de 1983, sob a coordenação da Prefeitura do Campus até 1998, passando a
ser subordinada a Superintendência de Infra-Estrutura a partir de dezembro de
1999.
A rede pública de esgotos mais próxima existente na época de sua
construção, na década de 80, estava a uma distância de 7,0 km de sua sede. Em
decorrência da distância da rede coletora de esgotos associada a outros aspectos
técnicos e econômicos, foi feita a opção pela construção da ETE, com a finalidade
exclusiva de tratar os esgotos gerados pelas várias atividades ocorridas no Campus.
A Figura 4.1 mostra a planta de localização da ETE no campus universitário.
XIX
ETE
Figura 4.1 - Planta de localização da ETE no CAMPUS UNIVERSITÁRIO
XX
5. MATERIAIS E MÉTODOS
5.1 Monitoração de Rotina
O sistema entrou em operação em maio de 1983, com o monitoramento de
apenas alguns parâmetros como oxigênio dissolvido (OD), temperatura, pH, oxigênio
dissolvido, demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), demanda química de oxigênio
(DQO), coliformes fecais, nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato eram realizados
quinzenalmente. Somente a partir de outubro de 2001, até outubro de 2002, com o
projeto de pesquisa da ETE, as coletas se tornaram mais freqüentes. Durante o
período de monitoramento o sistema de aeração do valo de oxidação operou em
regime semicontinuo funcionando entre as seis e dezoito horas.
5.2 Pontos de coleta
Para isso foram definidos os seguintes pontos de coletas para as análises
mostradas conforme a Figura 5.1.
• Chegada do afluente a ETE logo após a grade no ponto (EB)
• No valo de oxidação 7 m a jusante do sistema de aeração no ponto (V1); a 49
m a montante do sistema de aeração no ponto (V2); na comporta de saída do
valo a 68 m a montante do sistema de aeração no ponto (VS); a 78,50 m a
montante do aerador no ponto (V3) e a 101,50 m do sistema de aeração no
ponto (V4). As coletas foram feitas a uma profundidade de 50 cm.
• Decantador, as coletas foram feitas na saída no ponto (Dec).
• Efluente tratado (ET), todas as coletas foram feitas na entrada do tanque,
após a cloração no ponto denominado (ET).
XXI
Figura 5.1 Pontos de coleta na ETE – UFRN
XXII
6. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
6.1. Caracterização da vazão afluente
A média diária de vazão do esgoto bruto afluente foi obtida com base em
perfis de 24 horas com medidas tomadas a cada hora durante o período de
outubro/2001 a outubro 2002 perfazendo um total de 396 perfis com 9504
resultados. Para verificar o comportamento da vazão ao longo do período estudado,
foram obtidos histogramas de freqüência mensal e total, tendo sido observado, na
maioria dos casos, um comportamento normal. A Figura 6.1, por exemplo, apresenta
o histograma de vazão para todo o período de monitoramento.
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5
Vazão (l/s)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
No d
e ob
serv
açõe
s
Figura 6.1. Histograma de freqüência de variação de vazão do esgoto bruto afluente da ETE-UFRN (out/2001 a out/2002).
Com base na média aritmética foi obtido um volume médio mensal afluente de
6582,61 m3, correspondendo a uma vazão média diária de 2,5 l/s, o que resultou em
um tempo de detenção hidráulica média no valo de oxidação de 4,86 dias.
XXIII
A maior vazão média diária foi de 3,17 l/s ocorrendo no mês junho de 2002 e
a mínima foi de 1,96 l/s verificada em outubro de 2002. Diante dos dados obtidos no
período de monitoramento foi possível observar que tanto a vazão máxima quanto a
vazão mínima encontradas estão bem abaixo quando comparadas com as de
projeto, conforme já citado anteriormente. A Tabela 6.1 apresenta os valores das
médias diária e mensal da vazão do esgoto bruto afluente da ETE.
Tabela 6.1. Valores das médias diária e mensal da v azão do esgoto bruto
efluente da ETE.
MESES
VAZÃO
Diário (m 3/dia) Mensal (l/s) Mensal (m 3/mês)
Outubro 2001 169,60 1,963 5257,70 Novembro 2001 179,63 2,079 5388,77 Dezembro 2001 185,41 2,146 5747,85
Janeiro 2002 181,70 2,103 5632,68 Fevereiro 2002 181,70 2,103 5087,58
Março 2002 202,95 2,349 6291,56 Abril 2002 236,65 2,739 7039,49 Maio 2002 236,04 2,732 7336,14
Junho 2002 273,72 3,168 8211,46 Julho 2002 260,41 3,014 8072,70
Agosto 2002 253,58 2,935 7861,10 Setembro 2002 208,40 2,412 6251,90 Outubro 2002 238,55 2,761 7395,06
Médias 216,03 2,500 6582,61
6.2. Caracterização do Esgoto Bruto.
Com base nos resultados obtidos durante o monitoramento do sistema
operacional da ETE, para cada variável medida no esgoto bruto afluente foram
determinadas suas estimativas de estatística descritiva, sendo aqui apresentados na
Tabela 6.2, seus valores mínimos (min), medianas (med) e máximos (máx). As
coletas das variáveis analisadas foram realizadas em intervalos de 15 dias, entre
outubro de 2001 a outubro de 2002.
Tabela 6.2. Resultados dos valores mínimos, mediana s e máximas, das
variáveis avaliadas durante o monitoramento de roti na do esgoto bruto.
XXIV
Parâmetros Unidade Mínimo Mediana Máximo
Temperatura °C 23 26 28
pH _ 6,28 7,00 7,91
DBO mg/l 14 145 294
DQO mg/l 71 303 960
Coliformes Fecais (CF) (ufc/100ml) 1,0E+05 3,6E+06 2,9E+07
Nitrogênio Amoniacal (NH3) mg /l-N 4,90 19,0 47,00
Nitrato (NO3) mg /l-N 1,79 4,10 9,10
Nitrito (NO2) mg /l-N 0,07 1,60 2,21
A temperatura apresentou pequena variação. A mínima registrada foi de
23°C, mediana de 26°C e a máxima 28°C. Os valores m ínimos observados foram
nos meses de abril e junho de 2001 correspondentes a períodos chuvosos enquanto
os máximos foram registrados nos meses referentes a março e setembro de 2002,
nos períodos de estiagem.
Dentre os principais efeitos causados à água pelo aumento da temperatura
(poluição térmica), destacam–se os seguintes: incremento da toxidez de certos
compostos, redução da capacidade da água de reter gases (inclusive o oxigênio),
variação na concentração de carbonatos e no pH do meio. Outro efeito indireto da
variação da temperatura está relacionado com a viscosidade do meio aquático.
Aumentando a temperatura da água, a viscosidade do meio diminui, trazendo
como conseqüência, prejuízo a uma grande variedade de microrganismos que
necessitam da viscosidade do meio para se manterem em equilíbrio nas
proximidades da superfície da água, com a finalidade de melhor absorção da
energia solar, para a fotossíntese.
O pH mediano obtido foi 7,00 com amplitude variando entre 6,28 e 7,91.
Segundo Metcalf e Eddy (1995), o pH da água residuária bruta deve variar entre 6,0
e 9,0. Logo a água residual com concentrações de íon hidrogênio inadequadas pode
apresentar dificuldades no tratamento por processos biológicos.
XXV
A demanda bioquímica de oxigênio (DBO5) mediana determinada durante os
experimentos foi de 145 mg/L, que permite classificá-la como concentração típica de
esgoto fraco a médio conforme Metcalf e Eddy (1995). As medidas variaram entre 14
e 294 mg/L. É importante destacar que o esgoto é proveniente de uma Instituição de
Ensino onde a ocupação é temporária e as principais contribuições são provenientes
de banheiros públicos, laboratórios, refeitórios, residências universitárias, etc.
A demanda química de oxigênio (DQO) apresentou mediana igual a 303
mg/L, sendo típica de água residuária doméstica bruta segundo Metcalf e Eddy
(1995). Sua concentração teve variação entre 71 e 960 mg/L. A relação DBO/DQO
foi de aproximadamente 0,48. Segundo Metcalf e Eddy (1995), a faixa dessa relação
se acha no intervalo 0,4 a 0,8.
Quanto aos coliformes fecais (CF), foi observada na sua composição, uma
concentração mediana igual a 3,6 x 106 ufc/100 ml, sendo característica de esgoto
doméstico variando de fraco a médio (Metcalf e Eddy, 1995).
O nitrogênio apresentou variação significativa para as três formas analisadas.
As concentrações medianas para o nitrogênio amoniacal, nitrito e nitrato foram 14,0
mg/L, 1,6 mg/L e 4,1 mg/L, respectivamente. Metcalf e Eddy (1995), mencionam que
a composição típica de nitrogênio amoniacal em água residuária doméstica bruta
fraca a média, varia entre 12 e 25 mg/L, as concentrações de nitrito e nitrato são
praticamente nulas. De acordo com Jordão e Pessoa, 1995, o nitrogênio está
presente nos esgotos principalmente na forma de amônia e nitrogênio orgânico, de
forma solúvel ou em suspensão. A parcela sob a forma de nitrito e nitrato é irrisória.
6.3. Resultados da monitoração de rotina da ETE.
Para o tratamento estatístico dos dados coletados foram obtidos os
parâmetros de estatística descritiva tais como: faixa de variação (mínimos e
máximos), medidas de tendência central (médias e medianas) e medidas de
dispersão (desvios padrões e quartís). Também foram realizados estudos para
verificação da normalidade dos dados, o que na grande maioria não foi atestado.
Dessa forma, foi utilizado para caracterizar a tendência central dos grupos de
dados de cada variável o valor da mediana, enquanto que os quartís foram
XXVI
utilizados na caracterização da dispersão dos dados. Conforme mencionado
previamente a ETE foi monitorada com base na coleta de amostras no valo de
oxidação (V1, V2, VS, V3, V4) efluente do decantador (DEC) e esgoto tratado
(ET). A Tabela 6.3 ilustra o resumo do tratamento estatístico dos dados obtidos
durante o estudo do sistema experimental.
Tabela 6.3 Resultados dos valores mínimos (min), me dianas (med) e máximos
(máx) obtidos durante o monitoramento de rotina do sistema experimental da
ETE.
Unidade T pH OD DBO DQO CF NH3 NO2 NO3
°C mg/L mg/L mg/L ufc/100ml mg/L mg/L mg/L
V1
Min 23 5,69 0,4 37 71 N.P N.P N.P N.P
Med 26 6,80 3,1 167 412 N.P N.P N.P N.P
Máx 28 7,33 6,4 370 900 N.P N.P N.P N.P
V2
Min 22 5,68 0,0 36 90 N.P N.P N.P N.P
Med 25 6,80 3,2 134 420 N.P N.P N.P N.P
Máx 28 8,14 5,9 441 960 N.P N.P N.P N.P
VS
Min 22 5,64 0,2 32 83 4,9E+04 1,4 2,5 0,6
Med 26 6,70 3,2 129 357 1,7E+05 6,8 2,8 6,4
Máx 28 7,75 4,9 278 923 5,0E+05 10,1 3,0 9,6
V3
Min 22 5,59 0,6 32 41 N.P N.P N.P N.P
Med 25 6,80 3,1 127 389 N.P N.P N.P N.P
Máx 27 7,69 4,8 392 923 N.P N.P N.P N.P
V4
Min 22 5,60 0,0 70 216 N.P N.P N.P N.P
Med 25 6,80 2,7 146 486 N.P N.P N.P N.P
Máx 29 7,40 4,2 364 923 N.P N.P N.P N.P
DEC
Min 23 6,16 0,7 8 42 1,3E+04 N.P N.P N.P
Med 26 6,90 2,8 46 96 8,5E+04 N.P N.P N.P
Máx 29 8,18 5,4 210 505 6,5E+05 N.P N.P N.P
ET Min 22 3,57 0,2 1 16 1,0E+00 1,1 0,4 1,2
Med 26 6,40 3,5 8 65 1,0E+00 6,4 2,5 4,5
XXVII
Máx 29 7,40 8,5 63 292 9,0E+04 16,7 2,7 8,3
N.P- Parâmetro não determinado no ponto de coleta.
6.3.1. Temperatura
A temperatura apresentou variação entre 22 e 29 °C em todos os pontos
monitorados enquanto que os seus valores medianos variaram na estreita faixa de
25 a 26oC o que para Metcalf e Eddy (1995) é ótima para a atividade bacteriana. A
Figura 6.2 ilustra o comportamento da temperatura durante a monitoração de rotina
da ETE.
Mediana 25%-75% Min-Max
EB VI V2 VS V3 V4 DEC ET
Pontos de monitoramento
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Tem
pera
tura
(o C
)
Figura 6.2 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de
temperatura obtidas nos pontos de coleta durante a monitoração de rotina da
ETE.
6.3.2. pH
XXVIII
Quanto ao pH, foi observada uma uniformidade em sua mediana conforme
mostra a Figura 6.3. Nos pontos V1, V2, V3, e V4 foram observadas medianas iguais
a 6,8, em VS, 6,7, em DEC 6,9 e em ET 6,4. Os valores mínimos e máximos para
os pontos monitorados no valo de oxidação variaram entre 5,6 e 8,1. No decantador
o valor mínimo encontrado foi de 6,2 e o máximo de 8,2. Já no esgoto tratado o pH
variou entre 3,6 e 7,6. Esta ampla faixa de variação pode ser explicada devido a
uma provável falha no sistema de cloração do efluente decantado.
Mediana 25%-75% Min-Max
EB V1 V2 VS V3 V4 DEC ET
Pontos de monitoramento
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
pH
Figura 6.3 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de pH obtidas
nos pontos de coleta durante a monitoração de rotin a da ETE.
6.3.3. Oxigênio dissolvido
O oxigênio dissolvido apresentou variações bem significativas, como pode ser
observado na Figura 6.4. Variou entre os limites de 0,0 e 8,5 mg/L. A concentração
mediana de 3,0 mg/L de oxigênio no valo de oxidação manteve-se praticamente
constante, apresentando apenas, uma leve queda no ponto V4, que estava
localizado a montante do aerador e próximo à entrada do afluente anaeróbio no valo.
XXIX
Em V1, localizado a jusante do aerador foi possível observar as maiores
concentrações de oxigênio atingindo o valor máximo de 6,40 mg/L. Neste ponto do
valo onde ocorre constante agitação e turbulência com introdução de oxigênio na
massa líquida devido a maior proximidade do aerador. Nos demais pontos
analisados foram constatados pequenos descaimentos na concentração máxima de
oxigênio. A concentração recomendada para valo de oxidação, varia entre 1 e 3
mg/L não deixando ultrapassar 4 mg/L a fim de se evitar nitrificação acompanhada
de lodo flutuante no decantador (Metcalf e Eddy, 1995).
Mediana 25%-75% Min-Max
EB V1 V2 VS V3 V4 DEC ET
Pontos de monitoramento
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Oxi
gêni
o di
ssol
vido
(m
g/l)
Figura 6.4 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de oxigênio
dissolvido (OD) obtidas nos pontos de coleta durant e a monitoração de rotina
da ETE.
No decantador, foi possível observar que o oxigênio teve um comportamento
semelhante àquele verificado no valo de oxidação. Isso foi possível, porque os
sólidos em suspensão ricos em microrganismos consumidores de oxigênio vão
sedimentando reduzindo a demanda de oxigênio na superfície. Além disso, as algas
que ocupam a camada mais superficial do decantador, realizam a fotossíntese
liberando oxigênio para a massa líquida.
XXX
A concentração de oxigênio no esgoto tratado apresentou a maior mediana
(3,5 mg/L) com faixa de variação entre 0,2 e 8,5 mg/L. A concentração de OD
próximo à nula ocorreu exatamente no período em que o efluente do decantador
apresentava grande quantidade de sólidos em suspensão, comprometendo a
qualidade do efluente tratado. Por outro lado, os valores mais elevados de oxigênio,
medidos no tanque de armazenamento de efluente tratado, refletem o
desenvolvimento de algas que contribuem com a liberação do oxigênio para a
massa líquida.
6.3.4. Demanda bioquímica de oxigênio (DBO)
No valo de oxidação, a demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), apresentou
comportamento bem homogêneo, como pode ser observado na Figura 6.5, com
variação entre os limites de 32 e 441 mg/L. A concentração mediana de 134 mg/L no
valo de oxidação manteve-se praticamente constante apresentando apenas, um leve
aumento no ponto V1, localizado a jusante do aerador e próximo à entrada do
afluente anaeróbio no valo de oxidação.
Em V2, localizado a jusante do aerador foi possível observar maior
concentração da demanda bioquímica de oxigênio, atingindo o valor máximo de 441
mg/l. Foi neste local onde a turbulência e as agitações são mais visíveis devido à
aproximação com o aerador, que foi observada a maior concentração de sólidos em
suspensão. Nos demais pontos analisados foram observadas discretas variações em
suas medianas.
No decantador, a DBO5 apresentou uma ampla redução comparada com a
concentração afluente, com uma variação bastante significativa, entre os limites 8 e
210 mg/L e mediana de 46 mg/L. Isso foi possível, porque o efluente do decantador
apresentava baixa concentração de sólidos em suspensão e reduzida carga de
matéria orgânica.
No esgoto tratado a DBO5 apresentou a menor mediana (8 mg/L), com faixa
de variação entre 1 e 63 mg/L. O efluente do decantador passa por tratamento
terciário e recebe elevada concentração de cloro gasoso com o objetivo de remover
os microrganismos advindos do decantador.
XXXI
Mediana 25%-75% Min-Max
EB V1 V2 VS V3 V4 DEC ET
Pontos de monitoramento
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
DB
O (
mg/
l)
Figura 6.5 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de demanda
bioquímica de oxigênio (DBO 5) obtidas nos pontos de coleta durante a
monitoração de rotina da ETE .
6.3.5. Demanda Química de Oxigênio (DQO)
A demanda química de oxigênio (DQO) no valo de oxidação apresentou
ampla variação, como pode ser observado na Figura 6.6. Variou entre os limites de
41 e 960 mg/L, durante o monitoramento de rotina, demonstrando que o mesmo
provavelmente recebe contribuições de esgoto industrial. As medianas obtidas nos
cinco pontos de monitoramento no valo de oxidação variaram na faixa de 357 a 486
mg/l. A menor mediana foi observada na saída do valo enquanto que o maior valor
mediano foi verificado em V4, onde foi possível constatar pequenas variações nas
concentrações mínima e mediana, em relação aos demais pontos, possivelmente
por se encontrar a montante do aerador e próximo à entrada do afluente séptico.
O decantador atuou eficientemente na redução da DQO produzindo um
efluente com concentração mediana de 96 mg/l, bem inferior àquela observada na
saída do decantador (357 mg/l).
XXXII
No esgoto tratado a DQO sofreu nova redução apresentando concentração
mediana igual a 65 mg/L com variação entre 16 e 292 mg/L. A relação mediana
DBO/DQO no esgoto tratado foi de aproximadamente 0,12, caracterizando que a
maioria do material biodegradável já foi oxidada nas etapas anteriores, restando um
efluente com compostos de difícil degradação.
Mediana 25%-75% Min-Max
EB V1 V2 VS V3 V4 DEC ET
Pontos de monitoramento
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
DQ
O (
mg/
l)
Figura 6.6 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de demanda
química de oxigênio (DQO) obtidas nos pontos de col eta durante a
monitoração de rotina da ETE .
6.3.6. Coliformes fecais
Os resultados de coliformes fecais analisados no valo de oxidação
apresentaram pequenas variações. Os valores mínimos e máximos variaram nas
faixas 4,9 x 104 a 5,0 x 105 ufc/100ml enquanto que a concentração mediana obtida
foi de 1,7 x 105 ufc/100ml, conforme mostrado na Figura 6.7.
No valo de oxidação foi evidenciado um discreto aumento na concentração de
coliformes fecais em relação ao esgoto bruto afluente, podendo isso ser atribuído à
grande concentração de lodo ativado no seu interior.
No decantador foi possível observar uma pequena redução na mediana e na
concentração mínima de coliformes, enquanto que na concentração máxima foi
XXXIII
observado um discreto aumento comparado àquela observada na saída do valo de
oxidação. Provavelmente, as concentrações mais elevadas de coliformes fecais
verificadas no efluente do decantador podem estar associadas à contribuição de
sólidos sobrenadante que eventualmente flotavam devido à liberação de gases
durante o processo de digestão do lodo sedimentado. É importante destacar que
durante as coletas foi observada, em alguns dias, na superfície do líquido
sobrenadante, uma camada grossa e consistente sendo arrastada juntamente com o
efluente clarificado.
A concentração de coliformes fecais do esgoto tratado apresentou faixas de
variações bastante amplas (Figura 6.7). A mediana obtida no esgoto tratado foi de
1,0 ufc/100ml, sendo, portanto, a menor encontrada nos pontos analisados,
confirmando a elevada eficiência do sistema de cloração. Quanto à máxima
concentração de coliformes fecais registradas no esgoto tratado (9,0 x
104ufc/100ml), pode ser atribuído a quebra do dosador de cloro ocorrido na semana
da coleta.
Mediana 25%-75% Min-Max
EB VS DEC ET
Pontos de monitoramento
5E-01
5E+00
5E+01
5E+02
5E+03
5E+04
5E+05
5E+06
5E+07
Col
iform
es fe
cais
(uf
c/10
0 m
l)
Figura 6.7 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de coliformes
fecais obtidas nos pontos de coleta durante a monit oração de rotina da ETE .
6.3.7. Nitrogênio
XXXIV
O nitrogênio amoniacal determinado na saída do valo de oxidação apresentou
concentração mínima de 1,4 mg/L e máxima igual a 10,1 mg/L. A mediana obtida na
saída do valo de oxidação foi de 6,8 mg/L. Observando os resultados apresentados
nas Figuras 6.8 e 6.9, pode ser afirmado que no valo de oxidação estava ocorrendo
o processo de nitrificação. As concentrações medianas de nitrito e nitrato
encontradas no efluente do valo de oxidação iguais a 2,8 e 6,4 mg/L,
respectivamente, mostram que parte do nitrogênio amoniacal foi oxidado a nitrato
pelo processo de nitrificação, sendo parte deste, posteriormente reduzido a
nitrogênio molecular pelo processo de desnitrificação. A faixa de variação do nitrato
foi ampla, enquanto que no nitrito os resultados indicam uma maior concentração de
valores próximos à sua mediana. É importante ressaltar, que o sistema de valo de
oxidação não foi projetado com a finalidade de remover nitrogênio, porém, pode ser
afirmado que esta modalidade de tratamento possibilitou a remoção de significativas
quantidades de nitrogênio. É evidente que uma ótima eficiência, na remoção de
nitrogênio dependerá de uma boa operação.
No esgoto tratado, o nitrogênio amoniacal ainda apresentou elevada
concentração com faixa de variação entre 1,1 e 16,7 mg/L, sendo, portanto em
algumas coletas, superiores às concentrações apresentadas no efluente do valo de
oxidação. A concentração mediana de 6,4 mg/L de nitrogênio amoniacal no esgoto
tratado manteve-se praticamente estável, apresentando apenas, uma leve redução
em relação à encontrada no efluente do valo de oxidação (6,8 mg/L).
Quanto às concentrações do nitrito e nitrato, foi possível observar que no
esgoto tratado uma parcela do nitrito era transformada em nitrato. O nitrito
apresentou variação entre os limites 0,40 e 2,7 mg/L enquanto que o nitrato variou
entre os limites 1,2 e 8,3 mg/L. As medianas do nitrito e do nitrato apresentaram
valores 2,5 e 4,5 mg/L, respectivamente. Segundo alguns autores, como Metcalf e
Eddy (1995) e Jordão e Pessoa (1995), as concentrações medianas são
consideradas elevadas, podendo ser atribuídos esses valores aos sólidos em
suspensão arrastados junto com o efluente do decantador.
XXXV
Mediana 25%-75% Min-Max
EB VS ET
Pontos de monitoramento
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Am
ônia
(m
gN/l)
Figura 6.8 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de nitrogênio
amoniacal obtidas nos pontos de coleta durante a mo nitoração de rotina da
ETE.
Mediana 25%-75% Min-Max
EB-NO3 EB-NO2 VS-NO3 VS-NO2 ET-NO3 ET-NO2
Pontos de monitoramento
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Nitr
ito e
Nitr
ato
(mgN
/l)
Figura 6.9 Faixas de variação, medianas e medidas d e dispersão de nitrito e
nitrato obtidas nos pontos de coleta durante a moni toração de rotina da ETE .
XXXVI
A eficiência na remoção de matéria orgânica como DBO5 e DQO no esgoto
bruto afluente e esgoto tratado efluente foi considerada ótima. As remoções
medianas de DBO5 no decantador e esgoto tratado com relação ao esgoto bruto
foram: 68,30% e 94,50%. Para a DQO foram obtidas as remoções medianas de
(68,30%) e (78,5%) respectivamente. Os resultados das remoções da DBO5 e da
DQO, não foram melhores devido, provavelmente, à grande massa de sólidos em
suspensão transportados junto ao efluente do decantador, como também à
influência de despejos originados nos laboratórios reduzindo assim sua eficiência.
Com relação à remoção de coliformes fecais no esgoto bruto afluente e
esgoto tratado efluente, depois de clorado foi observada uma redução bem
significativa, resultando numa eficiência de (99,99%). Para o nitrogênio amoniacal
(NH3) foi obtida uma remoção de 66,30%. Para o nitrito (NO2) e nitrato (NO3) foram
observados no esgoto tratado aumento nas suas concentrações de 56,30% e 9,80%
respectivamente.
6.4. Perfis de Oxigênio Dissolvido no Valo de Oxida ção.
A seguir são apresentados os resultados característicos de quatro
experimentos, sendo dois com aeração contínua e dois com aeração semicontínua.
Através da Figura 6.10 é possível verificar o sistema funcionando com
aeração contínua a concentração de oxigênio no valo de oxidação raramente
superou 3,0 mg/l, em dias ensolarados, sendo reduzida drasticamente para valores
inferiores a 1,5 mg/l, em dias nublados. De acordo com a literatura o valo deve
operar com concentrações de oxigênio dissolvido na faixa de 0,5 a 3,5 mg/l. Devido
às suas posições no valo de oxidação em relação ao aerador, as concentrações de
oxigênio foram levemente inferiores no ponto V4 quando comparadas ao ponto V2,
indicando o consumo de oxigênio ao longo do percurso, devido à degradação da
matéria orgânica.
XXXVII
V2 (11/4) V4 (11/4) obs: dia ensolarado
7:008:00
9:0010:00
11:0012:00
13:0014:00
15:0016:00
17:0018:00
Hora de coleta
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Oxi
gêni
o di
ssol
vido
(m
g/l)
Aerador ligado
V2 (16/5) V4 (16/5) obs: dia nublado com chuva
7:008:00
9:0010:00
11:0012:00
13:0014:00
15:0016:00
17:0018:00
Hora de coleta
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Oxi
gêni
o di
ssol
vido
(m
g/l)
Aerador ligado
Figura 6.10. Perfis característicos de variação de oxigênio dissolvido em
dois pontos de coleta no valo de oxidação ao longo de 12 horas de
monitoramento com aeração contínua.
XXXVIII
Por outro lado, nos experimentos realizados com aeração semicontínua, foi
constatado que as concentrações de oxigênio dissolvido apresentavam variações
bem mais significativas conforme se pode observar através da Figura 6.11.
Durante os períodos de aeração as concentrações de oxigênio se assemelharam
àquelas verificadas quando o sistema operava intermitentemente (Figura 6.10),
geralmente com valores inferiores a 3,0 mg/l. No entanto, durante os intervalos
sem aeração foi constatado um acentuado aumento nas concentrações de
oxigênio dissolvido evidenciando uma significativa contribuição da biomassa de
algas na oxigenação da massa líquida. Essa biomassa provavelmente se
desenvolve no valo de oxidação devido à baixa DBO do esgoto bruto afluente
aliado à baixa vazão do mesmo, fazendo com que o valo apresente um tempo de
detenção hidráulica bem superior àquele de projeto.
V2 (21/3) V4 (21/3) obs: dia nublado
8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00
Hora de coleta
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Oxi
gêni
o di
ssol
vido
(m
g/l)
Aerador desligado
Aerador ligado
XXXIX
V2 (28/3) V4 (28/3) obs: sol forte o dia todo
8:009:00
10:0011:00
12:0013:00
14:0015:00
16:0017:00
18:00
Hora de coleta
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
Oxi
gêni
o di
ssol
vido
(m
g/l)
Aerador desligadoAerador ligado
Figura 6.11. Perfis característicos de variação de oxigênio dissolvido em
dois pontos de coleta no valo de oxidação ao longo de 12 horas de
monitoramento com aeração semicontínua.
6.5. Discussão
Os valos de oxidação são unidades compactas de tratamento com o mesmo
princípio básico da aeração prolongada dos lodos ativados, diferindo apenas no
formato do tanque de aeração e nos rotores de aeração que são de eixo horizontal.
O tanque de aeração tem formato de fluxo orbital, com velocidade média de
circulação entre 0,3 e 0,6 m/s. O esgoto é submetido a um processo de aeração
onde ocorre a oxidação biológica promovendo o crescimento de flocos biológicos
reduzindo a demanda bioquímica de oxigênio.
O sistema de lodos ativados não exige grandes requisitos de áreas como as
utilizadas em construções de lagoas. No entanto há um alto grau de mecanização e
um elevado consumo de energia elétrica. O tanque de aeração ou reator, o tanque
XL
de decantação e a recirculação de lodo são partes integrantes deste sistema. O
efluente passa pelo reator e depois pelo decantador, de onde sai clarificado após a
sedimentação dos sólidos (biomassa) que formam o lodo de fundo. Este é formado
por bactérias ainda ávidas por matéria orgânica que são enviadas novamente para o
reator (através da recirculação de lodo). Com isso há um aumento da concentração
de bactérias em suspensão no tanque de aeração.
Apesar de haveres atualmente no Brasil poucas unidades de valo de oxidação
em operação, ainda são possíveis adotar o tratamento de esgotos doméstico através
desta concepção de projeto. A Companhia de Saneamento Básico de Santa
Catarina – CASAN utiliza sistemas de valo de oxidação em várias localidades. Em
Florianópolis é utilizado um sistema composto de três valos de oxidação. Adotou–se
esse tipo de tratamento para as localidades de Cansvieiras que atende a uma
população de 20.160 habitantes com uma vazão de 68,33 l/s. Em Santo Amaro da
Imperatriz um sistema de dois valos atende a uma população de 11.820 habitantes
com uma vazão de 17,44 l/s. Os dois valos de oxidação são seguidos de decantador
Dortmund, lagoa de estabilização e leitos de secagem. Em Lagoa da Conceição,
com população atendida de 3.880 habitantes e uma vazão de 5,72 l/s, foi adotados
no sistema de tratamento secundário dois valos de oxidação, decantador
secundário, leitos de secagem e infiltração no solo. Em 1971 foi construída a
estação de tratamento de esgotos tipo valo de oxidação no conjunto residencial de
Tabapuá no município de Caucaia (Ceará). O valo foi projetado para atender a
contribuição correspondente a 500 unidades habitacionais.
Em Natal (RN), existem duas unidades de tratamento de esgotos doméstico
tipo valo de oxidação. Uma para atender os efluentes da fábrica de calçados
Alpargatas localizada no conjunto Neópolis projetada para atender a uma população
de 1.200 pessoas. A segunda unidade de tratamento é a estação de tratamento de
esgotos da UFRN projetada e construída na década de 80 para atender uma
população de 20.000 habitantes com uma vazão máxima de 24,3 l/s.
O sistema de valo de oxidação com decantação secundária foi uma das
soluções mais recomendadas na época, principalmente devido a limitação da área
destinada a sua construção. Pensou-se inicialmente em sistemas de lagoas de
estabilização, porém o espaço era limitado para tal fim.
XLI
O valo em questão trata os esgotos domésticos do Campus Central da UFRN
com mais de 20.000 usuários. O processo de tratamento recebe a maior parte de
sua carga orgânica de 7:00 às 22:00 h, sendo que aos sábados, domingos e
feriados a carga torna-se bastante reduzida, devido a UFRN funcionar apenas 5 dias
por semana.
O esgoto bruto chega a ETE por gravidade é bombeado para o valo através
de uma elevatória e lançado a montante de um dos rotores de aeração. A mistura
líquida vai por gravidade do valo para o decantador, e o retorno do lodo bem como a
descarga do seu excesso para os leitos de secagem é feitos através de
bombeamento e gravidade. Do decantador o efluente vai para o tanque de contato
onde é clorado e em seguida conduzido através de um duto para o tanque de esgoto
tratado.
A estação é equipada com um pequeno laboratório capaz de realizar os
testes de sólidos sedimentáveis, sólidos totais, fixos e voláteis, OD, DBO, DQO, pH,
coliformes e vazão.
O sistema de tratamento por valo de oxidação da ETE/UFRN vem operando
satisfatoriamente até o momento, apesar de existirem outros processos com
tecnologias mais modernas e de fáceis operacionalização em nosso país.
6.5.1. Sobre a vazão afluente a ETE
Para o cálculo da vazão afluente, o projetista utilizou as informações obtidas
dos diversos setores da UFRN como também fez uso de dados propostos pela
literatura. Para fins de cálculos do consumo diário foi estimado para os residentes
em 200 litros per capita e os não residentes em 50 litros per capita. No início da
operação foi estimada uma vazão de 700 m3/dia equivalente a 8,1 l/s. No período de
monitoramento foi possível observar que a vazão sempre se manteve bem inferior à
mínima projetada. Após vários perfis de vazão realizados durante a pesquisa, foi
encontrada uma vazão média de 2,5 l/s caracterizando que a ETE foi super
dimensionada ou poderia estar existindo perdas de afluente por infiltrações pelos
dutos de escoamento ou algumas instalações prediais não se encontrarem ainda
ligadas a ETE. Como conseqüência foi possível observar diversos problemas no
sistema operacional todos relacionados possivelmente a reduzida vazão:
XLII
a) Tempos de detenção hidráulica (TDH). O tempo de detenção hidráulica, do valo
de oxidação e decantador foram bem superiores àqueles previstos em projeto,
fazendo com que o lodo permanecesse por um período mais longo no valo e no
decantador. O tempo de detenção hidráulica aproximado, baseado na vazão média
diária, de 216 m³ e volume médio do valo de 1050 m³ correspondente a altura da
lâmina líquida de 1,l2 m, foi de 4,86 dias;
b) Sólidos em suspensão - Os sólidos em suspensão formados no valo de aeração,
não atingiram a faixa de concentração recomendada pela literatura (3000 a 6000
mg/l), mesmo sendo realizada à recirculação de todo lodo armazenado diariamente
no decantador, caracterizando um esgoto fraco a médio. A concentração dos sólidos
em suspensão está abaixo da desejável, não devendo, portanto, ser feita ainda
descarga para os leitos de secagem;
c) Idade do lodo – Elevadas idades do lodo implicam na produção de um lodo em
excesso com características que permitem sua disposição final sem a necessidade
de qualquer tratamento adicional, salvo a eventual remoção da umidade. A
recirculação do lodo também ocasiona com que os sólidos permaneçam mais tempo
no sistema que a massa líquida. Este tempo de permanência da biomassa no
sistema é chamado de idade do lodo;
d) Recirculação do lodo - a recirculação do lodo realizada continuamente por um
período de tempo longo (lodo velho) poderá trazer problemas no tratamento
reduzindo a remoção de cargas orgânicas como DBO e DQO;
6.5.2. Sobre as concentrações de oxigênio
O sistema de aeração para valo de oxidação deve ser contínuo para
possibilitar a formação de flocos biológicos em condições aeróbia. Acontece que
desde o início do tratamento o sistema vinha sendo operado em regime
descontínuo. No período do monitoramento experimental foram feitos diversos perfis
com o sistema operando em regimes contínuo e semicontinuo com o objetivo de se
observar o comportamento na variação da concentração de oxigênio dissolvido com
o tempo de aeração. Foi observada que a concentração aumentava gradativamente
quando o sistema de aeração se encontrava desativado, onde era esperado que a
concentração de oxigênio dissolvido fosse reduzindo. O aumento da concentração
XLIII
de oxigênio dissolvido se dava possivelmente devido à elevada concentração de
biomassa de algas presente no valo. O valo operando em regime semicontinuo,
desligado principalmente no período noturno mesmo com a vazão praticamente nula
poderá comprometer a eficiência do reator, ocasionada pela redução do oxigênio
dissolvido. Os flocos biológicos formados durante o dia com o sistema em aeração
podem ser destruídos por falta de oxigênio dissolvido e o sistema poderá se tornar
anóxicas ou mesmo anaeróbio. Por outro lado, o valo quando operado em regime
continuo irá reduzir a concentração da biomassa de algas que se formam no reator
quando o mesmo encontra-se com os aeradores desligados.
6.5.3 Sobre a eficiência da ETE
A eficiência da estação foi muito boa em termos de remoção de DBO (acima
de 90%), sendo a DBO do efluente aproximadamente constante,
independentemente do afluente. Para a DQO foi observada uma remoção de
68,30%. Os valores obtidos são similares aos encontrados na literatura. Vale
destacar que durante o monitoramento foi observada perda de eficiência de remoção
de DBO e DQO em algumas semanas. Tal fato deveu-se provavelmente a presença
de esgotos industrial advindos dos laboratórios e do Núcleo de Pesquisa em
Alimentos e Medicamentos – NUPLAM.
Nestas semanas o sistema entrava em colapso devido à toxidez do afluente,
comprometendo a biomassa do valo. Após estes choques de toxidade a biomassa
do sistema (lodo ativado) tinha que ser formada novamente. Com relação à remoção
de coliformes fecais no esgoto bruto e esgoto tratado, após cloração foi possível
obter uma redução bem significativa, resultando numa eficiência de 99,99%. A
cloração do efluente é importante para garantir a destruição das bactérias do grupo
coliforme.
XLIV
3. REVISÃO DE LITERATURA
3.1. Valo de oxidação - Histórico
A problemática com a poluição das águas no mundo moderno através de
fontes poluidoras como esgotos domésticos e industriais vem trazendo
preocupações aos organismos responsáveis pelos controles ambientais.
O Instituto de Pesquisas de Engenharia e Saúde Pública (TNO) e o Instituto
Governamental de Tratamento de Esgotos (RIZZA) na Holanda realizaram extensos
estudos em pequenas estações de tratamento de esgotos, para a obtenção de um
processo econômico e eficiente, compatível com a qualidade desejada nos corpos
receptores. Por essa razão, foi selecionado o processo de lodos ativados, pois os
demais, como fossas sépticas, tanques imhoff ou mesmo filtros biológicos, não
garantiriam o grau de depuração exigido.
O Engenheiro Aale Pasveer, estudando o fenômeno de autodepuração que
ocorre nos rios não encachoeirados, com velocidades inferiores a 50 cm/s, verificou
que o tempo de recuperação das águas, após recebimento das cargas poluidoras,
estava compreendido entre 2 a 3 dias (Gondim, 1976).
Fundamentado em que os processos biológicos de tratamento nada mais são
que cópia de autodepuração feita pela natureza, de maneira concentrada e
acelerada, criou um tanque em circuito fechado, no qual o líquido residuário era
impulsionado pela escova Kessener. Em pesquisas de transferência de oxigênio à
massa líquida, em função de parâmetros como profundidade de imersão e
velocidade de rotação, desenvolveu um redutor de aeração análogo às escovas
Kessener, possuindo, no entanto, palhetas rígidas, que garantiam uma maior
eficiência no fornecimento de oxigênio. A aeração e a turbulência são provocadas
por escovas cilíndricas horizontais, produzindo movimento rápido de rotação,
disposta ao longo de uma das bordas longitudinais do tanque.
No rio artificial que Pasveer chamou de “OXIDATION DITCH” e que no Brasil
chamamos de “VALO DE OXIDAÇÃO ”, os fenômenos de autodepuração são
causados pelo contato íntimo entre o esgoto bruto, o oxigênio dissolvido e a massa
XLV
biológica mantida em suspensão, fazendo assim uma correspondência com o
processo de lodos ativados, sendo sua eficiência ligada à quantidade de matéria
orgânica metabolizada por unidade de volume na unidade de tempo, valor este
expresso em kg DBO/m3/dia (Gondim 1976, Jordão e Pessoa, 1995).
Os valos de oxidação são unidades compactas de tratamento com os
mesmos princípios básicos de aeração prolongada e constituem estações de
tratamento completo de nível secundário. Suas instalações, com o mínimo possível
de unidades de tratamento concentra processos físicos, químicos e biológicos.
Pode-se também definir o valo de oxidação como um processo de depuração
biológica chamado de lodos ativados modificados. Os valos de oxidação, geralmente
têm fluxo orbital equipado com dois aeradores mecânicos, de eixo horizontal,
apoiados em plataformas de concreto. A quantidade de oxigênio introduzido na
mistura através dos aeradores propicia o desenvolvimento de bactérias aeróbias que
oxidam a matéria orgânica carbonácea e a nitrificação do nitrogênio orgânico total
remanescente do afluente bruto.
Há cinqüenta anos, aproximadamente, iniciaram-se na Holanda as primeiras
tentativas de estabilização aeróbia, em valos de oxidação, do lodo oriundo dos
resíduos não decantados previamente.
Essas primeiras estações de tratamento basearam-se principalmente no
trabalho desenvolvido pelo Dr. Pasveer, um cientista holandês que se propôs a
encontrar um tratamento biológico, de baixo custo, aplicável a pequenas
comunidades. O lodo retirado desses valos constitui um material altamente
estabilizado e com excelentes condições para secagem adequada.
O líquido no valo de oxidação é mantido em contínua movimentação através
de aeradores mecânicos de eixo horizontal comumente denominado “escovas de
aeração” (Jansen e Gallegos, 1976),
Em 1956, Pasveer construiu o primeiro valo de oxidação na Holanda, em um
distrito residencial da municipalidade de Voorschotem com 300 habitantes, e em
1957, Dr. Josef Muskat construiu, em Nittenau, o primeiro valo de oxidação alemão.
XLVI
Em 1962, havia mais de 100 dessas instalações em funcionamento na Alemanha e
Holanda.
No Brasil, surgiu a primeira referência sobre valos, em 1959, através do
Engenheiro Max Lothar Hess, no V Seminário de Professores de Matérias
Relacionadas com Engenharia Sanitária.
Em 1961, foi construído o primeiro valo de oxidação brasileiro, projetado pelo
Engenheiro Constantino Arruda Pessoa, sob a orientação do Engenheiro Max Lothar
Hess. O processo era de tal simplicidade que a sua aceitação se difundiu
rapidamente, pois em 1964 já existiam, no estado de São Paulo, 13 instalações para
tratamento de despejos de fábrica de beneficiamento de mandioca.
Em março de 1963, uma planta piloto foi posta em operação no Canadá. Em
setembro do mesmo ano, uma estação em escala real foi posta em serviço no
vilarejo Montrose B.C e, em novembro, no vilarejo de Williams Lake, B.C.
Em setembro de 1964, entrou em operação o primeiro valo de oxidação
Norte-.Americano, com capacidade para 4300 habitantes, na cidade de Glenwood,
Minnessota. Em 1966, já se anunciava a construção do valo de oxidação da cidade
de Walsenburg, Colorado (Gondim, 1976).
Em maio de 1983, foi posta em operação a Estação de Tratamento de
Esgotos (ETE) do Campus Central da Universidade Federal do Rio Grande do Norte
(UFRN), com capacidade para atender, inicialmente, a 550 pessoas residentes e
9450 pessoas não residentes, e uma população final de 1100 residentes e 18900
não residentes.
Os valos de oxidação hoje usados em vários países constituem uma variante
simplificada do processo de lodos ativados.
As experiências com aeração têm demonstrado, que não é possível tratar
esgotos por simples aeração, mas há necessidade de provocar também a atividade
dos microrganismos. Originou-se daí o processo de lodos ativados. Hoje sabemos
XLVII
que a atividade não provém do lodo, e, sim, do próprio esgoto, através da formação
de novos flocos. Estes flocos, após decantação, são denominados de lodo ativado.
Sob esta denominação compreende-se então a depuração dos esgotos por
meio de flocos ativados. De certa maneira, o processo pode ser assimilado a uma
autodepuração artificialmente acelerada. Os fenômenos envolvidos são exatamente
os mesmos observados em rios e lagos, com a diferença que os microrganismos
responsáveis pela depuração se encontram em quantidade elevada, concentrada
em um espaço restrito. Por meio de aeração artificial é possível introduzir oxigênio
em quantidade suficiente para que os microrganismos possam oxidar a matéria
orgânica.
O valo de oxidação assemelha-se ao processo anterior, sobretudo, por não
conterem cascalhos ou quaisquer outros substratos sólidos para a fixação dos
flocos, os quais se encontram dispersos no meio em constante agitação, produzida
por aeradores superficiais constituídos por escovas rotativas. Entretanto, diferem do
princípio anterior ou, pelo menos, do modelo clássico, por não haver lodo de retorno,
bem como por ser a aeração mecânica superficial, produzida sobre os esgotos
brutos. Os processos biológicos que se verificam são os mesmos, assim como os
microrganismos que tomam parte na depuração do esgoto. No entanto, como há
deposição permanente de lodo no fundo dos valos, haverá, posteriormente, maior
atividade de organismos no fundo, tais como vermes, larvas de insetos e outros que
não apresentam grande importância do processo clássico de lodos ativados (Branco,
1986).
3.1.1 Fundamentos
A transferência de oxigênio se caracteriza como o parâmetro de maior
importância para o processo. Somente a concepção de rotores especificamente
projetados tornou possível e viável o emprego de valos de oxidação. A transferência
de oxigênio está condicionada ao grau mais eficiente em relação ao contato do
oxigênio com a massa líquida em agitação. No valo em seu dispositivo de saída, foi
construída uma comporta que regula o nível de esgoto em seu interior, como
também a imersão das lâminas do sistema de aeração.
XLVIII
O funcionamento do valo de aeração está, como já foi dito, condicionado aos
mesmos fenômenos que ocorrem nos lodos ativados, caracterizando-se como uma
modalidade de aeração prolongada. O comportamento da aeração prolongada é
função da grande massa de sólidos mantidas no sistema e do elevado tempo de
retenção desses sólidos no sistema (Von Sperling, 1992). As pesquisas para os
valos de aeração partiram para uma tendência de realizar toda oxidação da matéria
orgânica em um único compartimento. O esgoto submetido ao processo de aeração
promove um crescimento do lodo (flocos biológicos), de acordo com a curva ABCD
e, conseqüentemente, uma redução da DBO, como mostra a curva EFC na Figura
3.1.
Os processos convencionais de lodos ativados operam numa faixa BC, na
qual para um período de tempo (t1), ocorre uma acumulação de lodo S1. Na
modalidade dos valos de aeração prolonga-se além de (t1) e o lodo produzido pela
síntese é consumido pela auto-oxidação durante um período total igual a (t3), que
corresponde à faixa B-D, na qual o valor do lodo acumulado S é teoricamente nulo,
vinda daí a denominação de oxidação total. Teoricamente, é como se todo o
acréscimo de lodo gerado na faixa correspondente ao processo de lodos ativados
convencionais B-C fosse totalmente consumido pela auto-oxidação proveniente do
acréscimo do período de aeração correspondente à faixa C-D. Na realidade, a auto-
oxidação do lodo biológico não ocorre a ponto de tornar nulo o acréscimo de lodo. A
taxa de oxidação decresce com o tempo ou concentração, pois várias substâncias
celulares oxidam diferentemente. Uma parcela do material celular é altamente
resistente à oxidação e resulta numa acumulação deste material no processo. A
quantidade deste material foi estimada em 25% do lodo formado. Esse excesso de
lodo, o qual, devido ao alto grau de estabilização, pode ser submetido aos processos
convencionais de secagem de lodo (Jordão e Pessoa, 1995).
XLIX
Figura 3.1. Relações de produção de lodo e remoção de DBO entre vários processos de lodos ativados (Adaptado de Jordão e P essoa, 1995).
O regime hidráulico nos valos de oxidação tipo Carrossel ou Pasveer é único,
no sentido de que o reator se comporta como mistura completa para variáveis de
dinâmica lenta, como DBO, Nitrogênio, Sólidos em Suspensão, e como fluxo em
pistão para variáveis de dinâmica rápida, como OD. Assim, no caso de oxigênio
dissolvido, devido à rápida taxa de consumo, há um gradiente de concentração na
medida em que o líquido se afasta do aerador, podendo atingir condições anóxicas.
Devido a esta variação, para o OD, o processo nas zonas não aeradas é
predominantemente em fluxo em pistão. No entanto, nas zonas aeradas, a elevada
energia introduzida de forma localizada, pelo aerador, proporciona condições de
mistura completa, caracterizando-se também por uma turbulência e promovendo
L
uma completa agitação em toda a massa líquida. Além de ocorrer à introdução de
oxigênio, origina-se o impulso do líquido por meio dos aeradores, tendo-se assim,
uma zona rica em oxigênio dissolvido (De Korte e Smits, 1985).
Um perfil de oxigênio, ao longo de um tanque de aeração tipo carrossel, pode
ser representado como na Figura 3.2 (De Korte e Smits, 1985). Já com relação à
taxa de consumo de oxigênio, devido à rápida velocidade horizontal de percurso e
ao reduzido tempo de circuito, a taxa é aproximadamente a mesma em todo o
tanque.
Perfil do OD - Valo de oxidação
0 2 4 6 8 10 12
Regime hidráulico
02
02
03
03
04
04
05
05
06
06
07
Oxi
gêni
o di
ssol
vido
(m
g/l)
Fluxo pistão Fluxo pistãoMistura completa
Figura 3.2. Perfil esquemático de OD em um valo de oxidação. Trechos em
mistura completa (zonas aeradas) e em fluxo em pist ão (a jusante dos
aeradores). Adaptado de De Korte e Smits, 1985.
3.1.2. Finalidade
Os valos de oxidação têm a finalidade de concentrar os fenômenos físicos,
químicos e biológicos em um número mínimo de unidades de tratamento, sem
prejuízo do elevado nível de eficiência que caracteriza o processo no que se refere à
remoção de DBO e possível nitrificação e desnitrificação.
LI
3.1.3 Características gerais
Os valos de oxidação são unidades compactas de tratamento por meio de
aeração prolongada. O valo de oxidação geralmente tem as seguintes
características:
• Dispositivo de entrada;
• Tanque de aeração;
• Rotores de aeração;
• Dispositivo de saída;
• Comporta de regulagem do nível de esgoto no valo.
O dispositivo de entrada do valo de oxidação não tem qualquer condição
especial, tanto em posição como em nível. No entanto, recomenda-se quando as
condições permitirem, a entrada livre, 5 cm acima do nível máximo do líquido no
valo. O dispositivo de entrada deverá está localizado a montante do sistema de
aeração, para garantir uma perfeita homogeneização rápida do afluente com o lodo
ou flocos formados no tanque de aeração (Jordão e Pessoa, 1995).
3.1.4. Princípio de funcionamento
No valo de oxidação, os fatores que controlam sua operação são oxigênio
introduzido e o retorno de lodo. O oxigênio introduzido no processo é controlado
através da imersão das palhetas do rotor, fator este que pode ser regulado através
da variação do nível do valo, aumentando-se ou diminuindo-se, respectivamente, o
fornecimento de oxigênio pelo rotor. No retorno do lodo tem que se considerar dois
casos: a operação descontínua e a operação contínua.
No primeiro caso, o sistema é caracterizado pela não existência de um
decantador secundário como componente da estação, utilizando-se o próprio valo
como câmara de sedimentação, não existindo, portanto, a operação recirculação de
lodo. Para que a sedimentação ocorra, o rotor é interrompido durante 20 a 30
minutos aproximadamente. Neste período, a velocidade do fluxo diminui e os sólidos
sedimentáveis vão ao fundo do valo, deixando na parte superior uma camada
transparente que é descarregada por um dispositivo apropriado, que pode ser um
LII
sifão ou uma comporta ligada a um canal para outra unidade. O rotor começa a
funcionar novamente quando já existe alguma submergência. O ciclo é reiniciado
quando o nível do líquido chega ao máximo, através do esgoto afluente ao valo. É
necessária a ocorrência de um movimento na água, a fim de evitar a deposição dos
flocos no fundo do valo, onde os microrganismos aeróbios iriam morrer devido à falta
de oxigênio.
Segundo a maioria dos autores, o excesso de lodo deve ser retirado para os
leitos de secagem, quando se atingir a concentração de 8000 mg/l de sólidos em
suspensão no interior do valo. Rin e Nascimento (1975) apud Gondim (1976),
verificaram que os níveis de sólidos em suspensão (3000 a 6000 mg/l) encontrados
na literatura são praticamente inatingíveis em unidades de operação intermitente,
desde que se queira obter um certo grau de clarificação no efluente.
No segundo caso, ou seja, a operação contínua, é muito mais simples, mas
requer um dispositivo de sedimentação. Todo o lodo ativado, contendo normalmente
uma concentração de 1,0 a 2,0% de sólidos deve ser retornado o mais breve
possível, para que obtenha uma concentração de sólidos em suspensão na mistura
líquida da ordem de 3000 a 6000 mg/l (Gondim, 1976).
A taxa de retorno do lodo poderá ser verificada observando-se o decantador
secundário, pois quando este retorno está sendo realizado adequadamente, o nível
do manto de lodo no início está perto do fundo do clarificador e seu crescimento é
lento durante o período de 1 a 4 semanas, tempo este necessário para que a
quantidade de sólidos aumente. O nível do manto de lodo deve crescer até a geratriz
inferior do tubo efluente do decantador, aproximadamente no mesmo tempo em que
se chegue à concentração de 8000 mg/l de sólidos em suspensão no interior do valo
(Parker, 1972). Neste ponto, é necessário se fazer descargas do lodo de excesso.
Caso não haja um controle rigoroso na remoção do excesso de lodo, a ETE
perde sua eficiência e o efluente final apresentará uma DBO relativamente alta e
assim como maior concentração de sólidos em suspensão. Para se obter um
efluente altamente clarificado, é necessário a remoção do excesso de lodo quando a
ETE estiver em plena carga.
LIII
A taxa de retorno de lodo vai depender dos sólidos inertes do esgoto bruto e
da DBO removidos diariamente, fatores estes determinantes no crescimento dos
sólidos em suspensão da mistura líquida. Normalmente, quando os sólidos
decantáveis atingirem o valor de 550 a 650 ml/l, a concentração de sólidos em
suspensão chegar a 8000 mg/l e o nível de OD atingir valor inferior a 0,5 mg/l no
valo, o excesso deverá ser removido para que a qualidade do efluente não seja
afetada. Este excesso será então encaminhado para os leitos de secagem, devendo
a concentração de lodo ser reduzida em cerca de 35 a 50% em um único dia, para
que possibilite o rápido crescimento dos sólidos. A remoção de apenas uma
pequena parte resultará num rápido retorno das condições anteriores, necessitando,
portanto, que esta operação seja mais freqüente. A experiência indica que com um
lodo denso, esta remoção poderá ser feita em intervalo de 1 a 4 semanas (Gondim,
1976).
Marais (1975) apud Gondim (1976), recomenda que um sistema de
recirculação permita uma razão de até 2:1, para que seja evitado o fenômeno da
desnitrificação no decantador secundário, com o aparecimento de lodos
ascendentes, que serão carreados com o efluente prejudicando, portanto, a
qualidade do tratamento. Com este procedimento, o lodo permanecerá menor tempo
no decantador, evitando condições anóxicas (microrganismos aeróbios em
ambientes sem oxigênio), fator este preponderante para que a desnitrificação ocorra.
Quando tem lugar a nitrificação, o decantador não pode ser usado como dispositivo
para adensar lodo porque o nitrogênio gasoso produzido causa a flotação do lodo
(Marais, 1976).
O valo de oxidação, quando bem operado, não apresenta odor característico
de ovo podre, sendo comum o cheiro de terra molhada (oxigênio). Se algum mau
cheiro aparecer, deve-se inicialmente tentar localizar a causa, pois poderá ser
proveniente da falta de limpeza da estação. O mau cheiro persistindo, com
características de ovo podre (H2S), acompanhado de uma cor escura na mistura
líquida no valo, significa que o processo passou de aeróbio para anaeróbio, portanto
com déficit de oxigênio dissolvido para oxidação da matéria orgânica afluente.
LIV
3.1.5. Princípio de remoção de matéria orgânica
Segundo Mckinney (1962) apud Povinelli e Petrucelli (1993), o aspecto mais
importante da microbiologia sanitária é o entendimento e controle do crescimento de
microrganismos. A sobrevivência de microrganismos, tal como na estabilização de
resíduos, é relativa ao crescimento ou à necessidade de crescimento.
Conforme citado por Kato (1982) apud Povinelli e Petrucelli (1993), os
princípios e conceitos básicos de crescimento biológico são de suma importância, já
que estão intimamente relacionados com a degradação de resíduos com remoção
de cargas orgânicas e também para projetar os processos biológicos de tratamento.
Monod (1949) apud Povinelli e Petrucelli (1993), cita que no tratamento
biológico de resíduos orgânicos, desenvolve-se uma população mista de
microrganismos em meio a um substrato diversificado, muito embora os princípios
de crescimento estejam baseados na presença de uma cultura pura e em meio a um
único substrato.
As bactérias têm grande importância nos tratamentos biológicos; haja vista
que elas são as principais responsáveis pela remoção de substrato na forma solúvel
ou coloidal, através de seu metabolismo, utilizando-o para a produção de energia e
síntese de novo material celular. Em geral, as bactérias se reproduzem
assexuadamente e se multiplicam por fissão binária ou cissiparidade, que podem
durar de 20 minutos até dias e, o que é muito importante, cada célula se divide em
outras duas novas de igual habilidade metabólica. O metabolismo das bactérias
heterótrofas aeróbias (as quais dependem de alimento na forma de matéria
orgânica), por exemplo, consiste, basicamente, na remoção da matéria orgânica do
meio através do processo de nutrição; por sua vez, o substrato será posteriormente
utilizado, através de processos bioquímicos complexos, parte para a síntese e parte,
oxidado, para a produção de energia e ao mesmo tempo se forma nova matéria
celular. Em uma segunda fase, as bactérias se aglomeram em flocos facilmente
sedimentáveis. A floculação biológica só é possível quando termina a fase de
crescimento bacteriano. Os flocos do lodo ativado se compõem de uma substância
básica gelatinosa no interior da qual vivem bactérias e protozoários. Quando da
LV
escassez da matéria orgânica no meio, a princípio as bactérias obtêm energia pela
oxidação do substrato armazenado em seu interior (uma espécie de estoque de
substrato), e depois pela oxidação do próprio material celular sintetizado por si
mesmo ou por outras células presentes no meio. Isso ocorrendo, tem-se o fenômeno
de ruptura ou dissolução da membrana celular ou parede bacteriana, levando à
morte da célula e a liberação do seu conteúdo. O processo de utilização do próprio
material celular caracteriza a fase respiração endógena. A massa total de
microrganismos formada durante o metabolismo varia com a concentração do
substrato no período de tempo constante de crescimento.
Inicialmente, a massa total de microorganismos produzidos é diretamente
proporcional à concentração do substrato. Eventualmente, o período de tempo não é
suficiente para completar o metabolismo, e a massa produzida por unidade de tempo
se aproxima de um nível constante. A maior parte dos pesquisadores opera na faixa
da inicial, onde o metabolismo é completo.
No processo de crescimento de microrganismos em sistema descontínuo, o
substrato (matéria orgânica) vai sendo removido ao ser utilizado para síntese celular
e fonte de energia. No caso de sistemas aeróbios, existe uma demanda de oxigênio
para a respiração dos microrganismos. Durante a oxidação bacteriana, segundo
Metcalf e Eddy (1972), há conversão de matéria orgânica em gases e produtos finais
e o encadeamento de células pode ser completado aerobiamente, anaerobiamente
ou facultativamente, utilizando um sistema de suspensão de microrganismos. A
conversão aeróbia de matéria orgânica num sistema descontínuo pode ser explicada
conforme mostra a equação (1), onde a porção de material orgânica é oxidada para
produtos finais. Observa-se que esse processo é executado para a obtenção da
energia necessária para síntese de novas células. Na ausência da matéria orgânica,
as células estarão submetidas à respiração endógena, transformando-se em gases e
produtos finais, e a energia residual será utilizada para manutenção celular.
Na maioria dos sistemas de tratamento, as três etapas (oxidação, síntese e
respiração endógena), do processo ocorrem simultaneamente.
(E) + (S) ⇒ (E) (S) ⇒ (P) + (E) Eq. (1)
LVI
Onde:
E → enzima S → substrato P → produtos finais E S→ complexo enzima substrato
Esquematicamente, as três etapas do processo podem ser representadas
como indicado nas equações simplificadas 2 e 3 (Metcalf e Eddy, 1995).
Oxidação e síntese: Eq. (2)
Bactérias COHNS +O2 + NUTRIENTES CO2 + NH3+C5H7NO2+OUTROS PRODUTOS
Respiração endógena:
C5H7NO2 + 5 O2 5CO2 + 2H2O + NH3 + ENERGIA Eq. (3)
Foi observado que, no material floculado, as bactérias se apresentam imóveis
e com o metabolismo reduzido ao mínimo. Por outro lado, nunca se produz
floculação quando as bactérias se acham em fase logarítmica de crescimento que é
a curva de proliferação que se observa quando o meio é extremamente rico em
nutrientes, ou mesmo fase de declínio, em que o meio sendo mais pobre, a
proliferação é apenas proporcional à quantidade de matéria nutritiva; apenas são
floculadas as bactérias em fase endógena, quando esgotados os nutrientes, as
quais passam a viver, principalmente, das suas próprias reservas nutritivas, caindo a
curva de reprodução. Assim sendo, a floculação está condicionada, além dos fatores
coloidais, à capacidade energética do meio em que vivem.
Quando se observa o crescimento de microrganismos em um meio de cultura,
verifica-se que esse crescimento se dá segundo uma curva em que se reconhece
uma fase de adaptação, de crescimento lento; uma fase de ascensão rápida ou fase
de crescimento logarítmico, uma vez que cada organismo forma dois descendentes,
por divisão, e assim sucessivamente; uma fase de declínio do crescimento, em que
LVII
a reprodução atinge um limite, para começar a regredir; uma fase endógena, em que
a curva de crescimento cai sensivelmente como mostra a Figura 3.3.
- FASE ENDÓGENA
- FASE DE DECLÍNIO
- FASE LOGARÍTIMA
- FASE ESTACIONÁRIA
TEMPO (M INUTO)
D
C
B
A
A
D
CB
DC
B
A
1 09876543210
( +
)(
- )
TAXA
DE
CR
ESC
IMEN
TOLO
G.
DO
NÚ
MER
O
Figura 3.3. Fases de crescimento bacteriano em uma cultura pura (segundo Brouzes, 1973).
O declínio e, especificamente a fase endógena, em que os microrganismos
passam a viver de suas próprias reservas, ou se alimentando dos compostos
resultantes da morte e decomposição dos demais se deve, principalmente, à
escassez de uma ou mais substâncias nutritivas no meio.
Através da respiração aeróbia, os organismos formadores de flocos oxidam a
matéria orgânica que retiram do esgoto. O oxigênio necessário deve estar no próprio
esgoto constituindo o oxigênio dissolvido (OD), que pode ser enriquecido pela
atividade de microrganismos fotossintetizantes, por contato direto com o ar ambiente
ou por introdução mecânica, conforme o tipo de tratamento aeróbio.
As bactérias e outros microrganismos aeróbios, ao consumirem a matéria
orgânica do esgoto, comportam-se como os animais superiores ao se nutrirem
introduzem esse alimento, após transformá-los em compostos orgânicos solúveis e
assimiláveis que ficam armazenados em suas células, constituindo reserva que,
posteriormente, será utilizada na composição de novas células (reprodução) ou no
fornecimento de energia. Assim, o esgoto, ao ser intensamente aerado, na fase
LVIII
inicial do tratamento, sofre grande redução de sua DBO e, portanto, do seu conteúdo
de matéria orgânica porque praticamente toda ela foi consumida. Mas essa matéria
orgânica, inicialmente armazenada nas células, principalmente sob a forma de
polissacarídeo existente como substância de reserva [(C6H10O5)n], não é
imediatamente metabolizada. Só posteriormente, com a continuação do processo de
tratamento, é que será transformada em material para construção de novos
microrganismos ou oxidada para a produção de energia necessária a essa mesma
síntese ou atividades locomotoras (Branco, 1986).
De acordo com Eckenfelder e Weston (1956) apud Branco (1986), os
seguintes fatos podem ser observados nesse processo: no esgoto em oxidação
biológica, assim como nos meios de cultura, os microrganismos se reproduzem,
segundo uma curva que compreende uma fase logarítmica de crescimento, ou fase
de máxima reprodução das células da massa biológica; uma fase de declínio,
causada pela extinção de alimentos no meio, o que determina uma diminuição da
freqüência das divisões celulares, esta fase termina por um estacionamento da
curva, antes de iniciar a descida, em virtude da morte de grande número de células
que começa a ocorrer em número igual ao de formação de novas células;
finalmente, uma fase de regressão e morte das células, ou fase de respiração
endógena, em que morrem mais células do se formam por novas divisões. A maior
oxidação biológica do esgoto (redução da DBO) se verifica quando os
microrganismos se encontram na primeira fase, isto é, no início da oxidação, quando
as quantidades de matéria orgânica no meio são muito elevadas; nesta fase, as
células armazenam matéria orgânica sob a forma de glicogênio. Com o
prosseguimento da aeração e diminuição da matéria orgânica, as células passam a
se multiplicar, transformando glicogênio em material para a formação de novas
células (síntese) e a oxidar ativamente parte desse glicogênio na produção de
energia (respiração), até que, não possuindo mais reservas, entram em fase de
declínio. Neste momento, é que a DBO é realmente consumida, e a matéria orgânica
oxidada. Finalmente, se faltar suprimento em matéria orgânica, prosseguindo o
fornecimento de oxigênio, as células passam a respirar endogenamente, isto é,
oxidar seu próprio material sintetizado, morrendo em grande número, umas células
alimentando-se dos restos das outras.
LIX
O objetivo da introdução de ar é suprir o meio em oxigênio o suficiente para
que os microrganismos possam respirar, oxidando suas reservas de polissacarídeo
(as bactérias) ou outros compostos (os protozoários e outros). Um fornecimento
excessivo de oxigênio, em relação à quantidade de matéria orgânica, leva ao
estabelecimento da fase endógena, em que a massa biológica passa a se
autodestruir, transformando o material sintetizado em gás carbônico, água e amônia
(Branco, 1986).
Os tanques de aeração destinam-se a fornecer oxigênio necessário à
atividade biológica. Sua função se completa com a retenção da mistura de esgoto e
lodo durante o tempo necessário às reações envolvidas na estabilização da matéria
orgânica. Além disso, é necessário que o lodo adquira alta concentração e se
mantenha sedimentável.
3.1.6. Princípio de remoção de nutrientes
A matéria orgânica lançada em excesso nas águas superficiais gera poluição.
Os mecanismos de autodepuração do corpo receptor envolvem transformações
físicas, químicas e biológicas sobre a matéria orgânica, de sorte que, na presença
de oxigênio dissolvido (OD), ocorre oxidação parcial de seus constituintes. O
carbono é oxidado a dióxido de carbono, o hidrogênio a água, o nitrogênio a nitratos,
o fósforo a fosfatos e o enxofre a sulfatos. Parte da matéria orgânica é utilizada para
construir as células dos microrganismos que se desenvolvem em virtude do excesso
de alimento no corpo receptor. Nos sistemas tradicionais para tratamento de
efluentes líquidos ocorrem os mesmos fenômenos, sob condições aceleradas e
controladas.
Um exame das características dos compostos, formados durante a oxidação
da matéria orgânica poluente, indica que ocorre efetiva redução na quantidade de
carbono presente pela liberação do dióxido de carbono para a atmosfera e, também,
redução da quantidade de hidrogênio pela formação de água. Compostos como sais
de nitrogênio, fósforo e enxofre, apenas são alterados ao nível de forma e não de
quantidade, permanecendo no meio aquático.
LX
Certos microrganismos aquáticos com metabolismo autotrófico podem, na
presença de fatores de crescimento adequado, utilizar formas inorgânicas de
carbono (carbonatos e bicarbonatos), presentes na água e em equilíbrio com o
dióxido de carbono na atmosfera, através da fotossíntese. Entre os fatores de
crescimento, os mais importantes são o nitrogênio e o fósforo, usualmente
denominados nutrientes. A ocorrência deste tipo de crescimento de microrganismos
aquáticos re-introduz matéria orgânica no meio aquático, levando ao aumento do
número destes microrganismos e, conseqüentemente, à poluição orgânica, com
prejuízo da qualidade da água. Este processo é, geralmente, denominado
eutrofização. Portanto, para não se produzir a eutrofização é necessária a redução
da entrada de nitrogênio e fósforo no meio aquático.
Em lago, onde a poluição é pequena, em comparação à massa envolvida, o
rompimento do balanço nutricional leva a mudanças na cadeia trófica e ao acumulo
de material vegetal morto. Em água corrente, a velocidade de escoamento tende a
limitar o desenvolvimento e acúmulos localizados de microrganismos e, nesta
situação, a eutrofização passa a ser caracterizada pela quantidade de nutrientes
presentes. Portanto, concentrações de nutrientes que não possibilitem crescimento
de algas em água corrente, num determinado local, podem provocar efeito danoso
na qualidade da água a jusante, especialmente se esta for represada em
reservatório e lagos (Além Sobrinho e Garcia Jr., 1993).
Os efeitos indesejáveis da eutrofização sobre a vida aquática e na utilização
das águas, especialmente para fins mais nobres, são amplamente conhecidos.
Deve ser lembrado que nitrogênio e fósforo podem chegar à água por outros
meios que não o lançamento de efluentes. Por exemplo, a erosão pode carrear
nutrientes, juntamente com partículas de solo; chuvas podem solubilizar sais de
nitrogênio em solos recentemente adubados (o fósforo apresenta maior capacidade
de fixação no solo, sendo menos solubilizado); certas algas cianophyceae possuem
capacidade de utilizar nitrogênio gasoso para seu crescimento.
Há limitações legais quanto à presença de nitrogênio em águas destinadas a
abastecimento (concentrações de nitratos inferiores a 10,0 mg-N/l e nitritos inferiores
LXI
a 1,0mg-N/l ), diretamente ligadas a problemas de saúde pública segundo a
Resolução nº 20 de 18 de junho de 1986 do CONAMA e Portaria nº 1469, de 29 de
dezembro de 2000 do Ministério da Saúde, não havendo limitações sob este aspecto
com relação ao fósforo.
Os tratamentos mais utilizados para se obter remoção de nitrogênio de águas
residuárias implicam na necessidade de se promover uma nitrificação e a posterior
desnitrificação das formas nitrogenadas presentes. Tais sistemas tendem a ser
complexos demandando maiores cuidados operacionais que os tratamentos
convencionais para remoção apenas da matéria orgânica.
Para a remoção do fósforo, têm sido empregados os processos envolvendo
sua precipitação química ou tratamentos biológicos específicos, que estão sendo
mais desenvolvidos atualmente, por possibilitarem a remoção simultânea da matéria
orgânica e, eventualmente, poderem utilizar sistemas de tratamento já existente com
modificações adequadas. Conclui-se então, que o elemento que é possível ser
eficientemente limitado para controlar a eutrofização de águas superficiais é,
preferivelmente, o fósforo. Para se conseguir um grau adequado de remoção dos
lançamentos de fósforo proveniente de atividades humanas, suficiente para reduzir o
crescimento de algas em corpos de água a níveis aceitáveis, é necessário controlar
as emissões de fósforo da agricultura, das indústrias e das populações (Além
Sobrinho e Garcia Jr, 1993).
3.2. Caixa de areia
O dispositivo usado para remoção de areia em uma ETE é denominado de
caixa de areia ou desarenador. A finalidade da caixa de areia é de reter areia e
outras substâncias minerais que possam interferir com o bom funcionamento das
demais instalações.
Nas estações de tratamento de esgotos que recebem águas pluviais é
necessária a instalação de caixas de areia. É aconselhável a retirada da areia após
uma lavagem, isto é, com mínimo de matéria orgânica, a fim de que ela não adquira
mau cheiro.
LXII
3.2.1. Características
As caixas de areia são projetadas para realizar as seguintes operações:
(Jordão e Pessoa, 1995).
• Retenção de areia com características, qualitativa e quantitativa,
indesejáveis ao tratamento biológico e ao corpo receptor;
• Armazenamento do material retido durante o período entre limpeza e
manutenção;
• Remoção e transferência do material retido e armazenado para
dispositivos de transporte para destino final, dotando de condições
adequadas o efluente líquido para as unidades subseqüentes.
• Deverá ter a forma de um canal com velocidade de escoamento de 0,3
m/s.
3.3. Medidor Parshall
A calha ou medidor Parshall é considerado o mais importante nos
processos de tratamento, pela sua simplicidade de construção, modelos
previamente fabricados em concreto, fibra e metal, dimensões padronizadas e
largamente conhecido como medidor em que vazão é conhecida pela altura de
lâmina d’água.
É um medidor que se inclui entre os de regime crítico, tendo sido idealizado
por R.L.Parshall, engenheiro do Serviço de Irrigação do Departamento de Agricultura
dos Estados Unidos. Consiste de uma seção convergente, uma seção
estranguladora ou garganta e uma seção divergente. Está localizada a jusante das
caixas de areia. Tem, como finalidade, controlar a chegada do afluente e o nível da
água nas caixas de areia e grade (Azevedo Neto, 1973).
3.4. Decantador
Segundo Imhoff (1995), os decantadores de esgotos urbanos podem ser
dimensionados com base no tempo de detenção ou na taxa de escoamento
superficial.
LXIII
Para o IWPC (1980), o critério de projeto para tanque de sedimentação é
baseado na vazão máxima afluente. A taxa de escoamento superficial ou carga
superficial é expressa em termos da vazão máxima a ser tratada por dia em m3/m2
de superfície do tanque, ou seja:
CS = Qmáx / As Eq. (4)
Onde: CS = Carga superficial (m3/m2dia)
Qmáx = Vazão máxima (m3/dia)
As = Área superficial (m2)
Hespanhol (1977) afirma que taxas de escoamento superficial, acima de 40
m3/m2dia, não permitem redução razoável de DBO e reduzem a remoção de sólidos
suspensos. O tempo nominal de detenção é baseado na vazão máxima a ser tratada
em m3/dia e é dado em horas, podendo ser expresso por:
Período de detenção (h) = 24 x Vmax (m3) / Qmax (m3/dia) Eq. (5)
Onde: Vmax (capacidade máxima do tanque)
Qmax (vazão máxima).
O período de detenção deverá ser longo o bastante para favorecer o grau de
sedimentação desejado, floculação e mudanças biológicas satisfatórias.
3.4.1. Tipos de decantadores
Para Jordão e Pessoa (1995), os decantadores podem ser classificados
quanto:
• À forma: retangular, quadrado e circular;
• Ao fundo: pouco inclinado ou chato e inclinado com poços de lodo;
• Ao sistema de remoção de lodos: mecanizado e carga hidráulica;
• Ao sistema de fluxo: horizontal e vertical.
LXIV
3.4.2. Considerações sobre decantadores de fluxo ra dial
Com o tratamento de esgoto pelo processo de lodos ativados, os
decantadores de fluxo radial começaram a ser usados na sedimentação. Os
principais parâmetros de projeto são a carga superficial e o tempo de detenção. A
carga superficial não deve exceder o valor de 45 m3/m2dia, na vazão máxima. O
tempo de detenção é normalmente de cerca de 2 h, para vazão máxima, podendo
ser reduzido para 1,5 h, quando a vazão exceder três vezes a vazão mínima. A
profundidade útil não deve ser menor que 1,5 m, sendo usual considerar a
profundidade entre 1/6 e 1/10 do diâmetro (Jordão e Pessoa, 1995).
Para que o valo de oxidação tenha uma operação contínua, normalmente é
utilizado o decantador secundário, devendo todos os sólidos formados retornarem
ao processo, caracterizando assim um sistema fechado.
O esgoto bruto, bem como o lodo formado no decantador, deve ser lançado à
montante do rotor para que se consiga uma mistura imediata com o líquido do valo.
3.5. Tanque de contato – cloração
A cloração é uma forma de desinfecção, isto é, de destruição de
microrganismos patogênicos. O cloro penetra nas células destruindo as enzimas. As
enzimas são um complexo de proteínas funcionando como catalizadores orgânicos
em reações químicas dos microrganismos. Como são essenciais aos processos
metabólicos das células vivas, estas, sem a ação das enzimas, morrem (Jordão e
Pessoa, 1995).
A cloração tem sido a principal forma de desinfecção praticada nas estações
de tratamento. Recentemente se tem dado particular atenção aos efeitos da
cloração sobre a matéria orgânica presente no esgoto, à formação de compostos
organoclorados e trihalometanos e a eventuais conseqüências carcinogênicas.
Quando se deseja apenas remover o gás sulfídrico dissolvido nos esgotos ou
no sobrenadante de digestores, com a finalidade de eliminação do mau cheiro ou da
agressividade sobre o concreto, podemos empregar o cloreto férrico em lugar do
LXV
cloro, combinando-se, então, enxofre com ferro, com a formação de sulfeto de ferro.
O cloro aumenta o teor de gás carbônico livre nas águas; como conseqüência estas
se tornam mais agressivas aos materiais de construção. O cloro forma
hidrocarbonetos clorados com a matéria orgânica; estes considerados nocivos.
3.5.1. Objetivos da cloração
Além da finalidade de desinfecção, a cloração pode ser praticada com vários objetivos:
• Controlar o odor;
• Promover o extermínio e o controle de organismos patogênicos;
• Como elemento auxiliar e corretivo nos processos de lodos ativados;
• Como elemento auxiliar ou de controle no tratamento e disposição do
lodo.
A quantidade necessária de cloro, para controle de odor, está relacionada à
produção de H2S e à demanda de cloro do esgoto, de tal modo que se tenha 3 a 5
mg/l de cloro para cada mg/l de H2S.
Para o extermínio e controle de organismos patogênicos, a cloração tem sido
aplicada com muita eficiência. Como seria materialmente impossível controlar por
análises todos os organismos patogênicos e potencialmente transmissores de
doenças de veiculação hídrica, o controle é concentrado sobre as bactérias do grupo
coliformes, uma vez que estas apresentam características favoráveis de
determinação, reprodutibilidade, e são típicas de excrementos humanos (Jordão e
Pessoa, 1995).
O cloro tem-se mostrado um agente eficaz de desinfecção, dependendo esta
eficiência do estado do esgoto a ser clorado. A Tabela 1 resume as quantidades a
serem aplicadas para as várias possibilidades.
LXVI
Tabela 3.1. Dosagem de cloro para diferentes tipos de efluentes.
Tipo de Esgoto (Doméstico) Dosagem (ppm) Esgoto bruto 6 a 12 Esgoto bruto séptico 12 a 25 Esgoto decantado 5 a 10 Efluente de precipitação química 3 a 10 Efluente de filtração biológica 3 a 10 Efluentes de processo de lodos ativados 2 a 8 Efluentes de filtros após tratamento secundário 1 a 5 Fonte: Adaptado de Jordão e Pessoa (1995)
Em algumas estações de tratamento, o espessamento de lodo antes de sua
digestão e disposição em leitos de secagem, ou em sistemas mecanizados de
filtração, tem sido melhorado com prévia aplicação de cloro.
3.5.2. Condições que afetam a cloração
Para Jordão e Pessoa (1995), são várias as condições em que a cloração
poderá ser afetada. Foram destacadas as principais:
• A natureza dos organismos a serem destruídos: alguns organismos
resistem mais que outros; o grupo coli é dos mais resistentes (daí ser usado
para controle de desinfecção);
• A natureza do desinfetante a ser usado (em termos de produto final
após ser colocado na água): Os compostos do cloro agem com eficiência
diferente, de acordo com o composto final formado;
• A concentração aplicada: Quanto maior a concentração aplicada maior
a eficiência do tratamento;
• A natureza do esgoto a ser tratado: As substâncias presentes no meio
podem agir com o desinfetante, usando sua capacidade de oxidação e
diminuindo sua ação bactericida. O pH favorecerá ou dificultará esta ação; a
temperatura mais elevada favorecerá a desinfecção;
• O tempo de contato do desinfetante com o esgoto: Quanto maior o
tempo, maior a capacidade de destruição de microrganismos.
LXVII
3.6. Leitos de secagem
São unidades de tratamento destinadas a receber o lodo digerido em excesso
dos decantadores, onde é processada a redução de umidade com drenagem e
evaporação da água liberada durante o período de secagem.
Os leitos de secagem podem ser caracterizados pelos seguintes componentes:
• Tanque de armazenamento;
• Camada drenante;
• Lastro de cobertura.
3.6.1. Tanques de armazenamento de lodo digerido
São células em formatos retangulares, sendo geralmente construídas com as
seguintes características:
• Material utilizado para as paredes: alvenaria, concreto e terra (diques);
• Cobertura: ao ar livre e coberto (geralmente com telhas transparentes).
3.6.2. Camada drenante
A camada drenante, também chamada de filtrante é composta de: camada
suporte, meio filtrante e sistema de drenagem.
A camada suporte tem o seguinte objetivo:
• Manter a espessura do lodo uniforme;
• Evitar que o lodo digerido lançado no leito de secagem venha a se
misturar com a areia do meio filtrante;
• Facilitar a remoção manual do lodo seco;
• Evitar a formação de buracos devido à operação de remoção do lodo.
A camada suporte, geralmente é constituída de tijolos maciços e recozidos,
assentados e nivelados com juntas de 2 a 3 cm preenchidas com areia grossa isenta
de material orgânico
LXVIII
O assentamento dos tijolos é muito importante durante as fases de
construção e operação dos leitos. Além da arrumação é necessário também que os
tijolos estejam no mesmo nível para garantir uma carga de lodo digerido uniforme ao
longo da camada suporte.
O meio filtrante é constituído por britas de diferentes granulometrias,
arrumadas de modo que a camada inferior tenha uma granolometria maior do que a
camada superior.
Para evitar que o lodo percole através das camadas de britas e para facilitar o
assentamento em nível dos tijolos da camada suporte como também evitar uma
possível colmatação usa-se recobrir a camada superior com areia grossa.
O leito de secagem, também tem sistemas de drenagens constituídos de
tubos cerâmicos (manilhas), ou de PVC, distribuídos uniformemente abaixo do meio
filtrante, de modo a recolher o líquido removido do lodo, em fase de secagem e
percolado através das camadas superiores (areia e brita). O tubo tem diâmetro
mínimo de 100 mm e afastamento máximo entre os mesmos de 3 m.
As tubulações devem ser projetadas de modo a atender às seguintes
características:
• Boa ventilação para o meio filtrante;
• Escoamento rápido para o líquido drenado;
• Fácil acesso para manutenção (Jordão e Pessoa, 1995).
LXIX
7. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de caracterizar o sistema
operacional da ETE. Durante o período em que o sistema foi pesquisado, foram
feitos diversos levantamentos e análises de informações referentes aos parâmetros
de maior importância na caracterização e eficiência do controle operacional da ETE.
As análises dos resultados do monitoramento da estação de tratamento de
esgotos da Universidade Federal do Rio Grande do Norte permitiram concluir:
• O esgoto bruto apresentou concentrações características de esgoto doméstico
fraco a médio;
• Foram realizados 396 perfís diários da vazão afluente resultando numa vazão
média de 2,50l/s;
• Apesar do sistema ter sido projetado para operar em regime contínuo, o modo de
operação com um aerador funcionando em regime semicontínuo operando das
06:00 às 18:00h, apresentou bons resultados e uma economia de 50% no
consumo de energia elétrica;
• As eficiências de remoção da ETE para os parâmetros DBO5, DQO, coliformes
fecais, e nitrogênio amoniacal foram, de um modo geral, compatíveis com as
faixas citadas na literatura para o processo de lodos ativados;
• Para os parâmetros nitrito, nitrato o sistema não se mostrou eficiente
possivelmente pela presença de elevada concentração de sólidos em suspensão
advinda do decantador;
• O esgoto tratado da ETE apresentou uma concentração mínima de coliformes
fecais podendo ser atribuída ao sistema de cloração, podendo ser reusado na
irrigação de jardins minimizando o consumo de água potável para fins menos
nobres como também possibilitando o retorno da água com melhor qualidade ao
meio;
LXX
SUGESTÕES
• Avaliar a contribuição dos aerossóis dos sistemas de aeração e de irrigação;
• Avaliar a contribuição de metais pesados no lodo digerido do sistema de
decantação;
• Construir um filtro biológico na saída do decantador para remoção dos sólidos
em suspensão gerados no efluente do decantador;
• Propor um estudo mais aprofundado na aplicação do efluente tratado no
reuso na irrigação de jardins;
• Recuperar o sistema de drenagem dos leitos de secagem.
LXXI
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALÉM SOBRINHO, P. e GARCIA JÚNIOR, A.D. Estudos com Sistemas de Lodos Ativados Modificados para Remoção de Fósforo: Efeitos Sobre as Características de Sedimentação do Lodo. Anais do XVII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Natal-RN: ABES, 1993.
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AZEVEDO NETO, J.M. Manual de Hidráulica. 6.ed., v.2. São Paulo. Editora Edgard Blücher, 1973.
BRANCO, S.M. Hidrobiologia Aplicada à Engenharia Sanitária. 3.ed. São Paulo: CETESB/ASCETESB, 1986.
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