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20o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 3529

20o CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

EFICIÊNCIA DOS FILTROS ANAERÓBIOS TIPO CYNAMON NOTRATAMENTO DE ESGOTOS - PARTE I

Odir Clécio da Cruz Roque(1)

Engenheiro Químico, D.Sc. Professor Adjunto da FEUERJ. PesquisadorTitular da ENSP / Fiocruz.Hélio Andrade de Assis Mello JuniorEngenheiro Agrônomo. Mestrando da Escola Nacional de SaúdePública / Fiocruz.

Endereço(1): Rua São Francisco Xavier, 524 - 5o andar - Maracanã - Rio deJaneiro - RJ - CEP 20550-012 - Brasil - Tel: (021) 587-7580 - Fax: (021)587-7379 - e-mail: [email protected]

RESUMO

Os filtros anaeróbios estão normalizados e são largamente empregados no Brasil. Aprincipal crítica que se faz ao filtro está na sua pouca eficiência na redução de nutrientes eindicadores de contaminação, embora com bons resultados na redução de carga orgânica.No Brasil o filtro anaeróbio é utilizado logo após o tanque séptico sendo seu efluentelançado diretamente nos corpos receptores ou nas linhas de esgotamento sanitário oudrenagem pluvial.

No sentido de melhorar a qualidade dos efluentes, variações do filtro anaeróbio surgiramno decorrer do tempo. Uma destas variações foi proposta por CYNAMON (1986), na qualo filtro anaeróbio é usado em série de três filtros (ascendente, descendente, ascendente), eum posterior polimento do efluente realizado por um filtro de areia.

Em Niterói, Município do Estado do Rio de Janeiro, vem sendo aplicada uma variação dofiltro tipo CYNAMON, que é utilizada para o tratamento de efluentes de um entrepostode pesca. Neste caso os fluxos são todos ascendentes. Em Cabo Frio, também Municípiodo Estado do Rio de Janeiro, foram localizados 33 (trinta e três) filtros anaeróbios de trêsestágios, dos quais foram selecionados 2 (dois) para análise mais aprofundada. Estesfiltros são usados tanta para o tratamento de esgotos sanitários como para o tratamento dedespejos comerciais (bares, lojas e restaurantes). Optamos por estudar os filtrosanaeróbios em série, proposto por CYNAMON, já que vêm sendo aplicados em várioslocais, notadamente no Rio de Janeiro e portanto, necessitamos conhecer maisprofundamente suas principais características técnicas, químicas e biológicas. Osefluentes deste tipo de tratamento apresentam-se límpidos e inodoros, levando-nos aperspectiva de estarmos diante de um processo de tratamento que poderá ser utilizadopara situações próprias das condições encontradas em vários locais do Brasil.

PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Esgotos, Filtros Anaeróbios, Tratamento de ÁguasResiduárias.

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INTRODUÇÃO

O alarmante déficit na área de tratamento de esgotos, já observado há décadas no Brasil, éresultado de uma política inadequada de investimentos em saúde e saneamento. A falta deseriedade e abandono do setor, leva a perda de condições de funcionamento das poucasestações existentes, pelo sucateamento, bem como a implantação de novas estações detratamento ficam a cargo da boa vontade das autoridades governamentais locais e muitas vezesquando implantadas têm sido superadas pelo próprio crescimento vegetativo da população,aliado a tendência à urbanização (VON SPERLING & CHERNICHARO, 1996).

O baixo nível dos recursos destinados para o setor tem sido a justificativa para o quadrosanitário que se apresenta. Se não existe a vontade política de realização para o setor, cominvestimentos, obras e projetos, ou seja, persistindo o cenário muito pouco ambicioso deatuação concreta em saneamento e por conseqüência, em tratamento de esgotos, algodeverá ser feito para iniciar-se o processo de reversão do déficit. Há caminhos que podemser trilhados e que, mesmo apresentando um desempenho eventualmente não muitopróximo do desejado, pelo menos representam o início de uma recuperação do tempoperdido e representam uma contribuição concreta para um futuro favorável no setor.

OBJETIVOS

O projeto de pesquisa procura avaliar o uso de filtros anaeróbios do tipo CYNAMON (esuas variações criadas por outros projetistas) no tratamento de esgotos, principalmente naremoção de parâmetros sanitários como DBO, DQO, resíduos sólidos, coliformes totais efecais, nitrogênio total, fósforo total e pH, como também as taxas de cargas aplicadas afim de proporcionar a ampla divulgação dos resultados, no sentido de se ter mais umaopção de tratamento de esgotos aplicáveis as condições brasileiras.

MÉTODO

Para atender o objeto da pesquisa está sendo aplicada o seguinte método:

1. Pesquisa e revisão bibliográfica sobre os processos de tratamento anaeróbios,centrados em filtros anaeróbios;

2. Localização, seleção e estudos sobre estações de tratamento de esgotos que utilizemfiltros anaeróbios do tipo CYNAMON;

3. Análise do funcionamento das estações de tratamento sob o aspecto de projeto econstrução;

4. Análise dos dados operacionais:

Amostragem para levantamento de dados de demanda bioquímica de oxigênio (DBO),demanda química de oxigênio (DQO), nitrogênio total, fósforo total, colimetria, resíduossólidos totais em suspensão e pH;

4.1 - Determinação de vazões, tempos de detenção e perfil hidráulico;

5. Construção de gráficos e tabelas para efeito de comparação e conclusões .

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SELEÇÃO DO PROCESSO

Com a crise de energia da década de 70, diversos processos anaeróbios de alta taxavinham sendo desenvolvidos, apresentando soluções mais simples e econômicas,principalmente para o tratamento de resíduos industriais. Foram estudadas soluções comtecnologia mais apropriada e de custo menor para que pudessem ser aplicadas de acordocom as conveniências sócios culturais e econômicas do país.

No Brasil, o uso de filtros anaeróbios para instalações de pequeno porte passou a serdifundido, sobretudo depois que a Associação Brasileira de Normas Técnicas normalizouseu emprego para tratamento de efluentes de tanques sépticos (NBR 7229, 1993 e NBR13969, 1997).

Experimentos realizados com a utilização de filtros anaeróbios apresentaram excelentesresultados quanto à remoção de carga orgânica, demonstrando grande potencial deaproveitamento, embora a redução de indicadores de contaminação (coliformes totais efecais) não atingia os patamares desejáveis de outros processos de tratamento (YOUNG &MAC CARTY, 1969; PAULA JR., 1983; DENNIS JR. & JENNET, 1974).

Figura 1 - Filtro anaeróbio norma NBR 13969/1997.

O filtro anaeróbio (figura 1) é um reator de leito fixo no qual a matéria orgânica éestabilizada através da ação de microrganismos que ficam retidos nos interstícios ouapoiados no material suporte que constitui o leito através do qual as águas residuáriaspercolam.

A maiores taxas de remoção de substrato ocorrem nos níveis mais baixos do leito (quandoo fluxo é ascendente), sendo que nessa região existem grandes concentrações de substratoe de sólidos biológicos.

Sólidos biológicos que se formam nas camadas mais profundas são arrastados no mesmosentido do fluxo, mantendo-se disponíveis para remoções adicionais de despejos. Filtrosanaeróbios em boas condições de funcionamento podem apresentar elevada remoção desubstrato, sendo que os sólidos suspensos remanescentes são constituídos basicamente porcélulas e matérias estáveis. Esses sólidos apresentam aspecto semelhante ao de pequenaspartículas de carvão suspensas em líquido bastante clarificado, para a maioria dosdespejos líquidos.

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O interesse pelo filtro anaeróbio deve-se, em princípio, à publicação de YOUNG & MACCARTY (1969), elaborada com base em dados de pesquisa realizada a partir de 1963, naqual são mostrados resultados obtidos na operação desse tipo de reator alimentado comdespejo líquido sintético, verificando-se eficiência na remoção de DBO superior a 80%para tempos de detenção hidráulicos inferiores a 24 horas. Em 1985, PAULA JR.apresentou tese de mestrado avaliando o desempenho de um filtro anaeróbio.

Essas pesquisas demonstraram que o filtro anaeróbio possui boas condições inclusive paratratar despejos solúveis em concentrações relativamente baixas.

Não há necessidade de se efetuar a decantação do efluente desse reator biológico etambém não se torna obrigatória, na maioria dos casos, a recirculação de parcela desseefluente. Como as bactérias anaeróbias, de maneira geral, apresentam baixo coeficiente desíntese celular, o descarte de sólidos, assim como sua disposição final, é operação queresulta muito facilitada em relação a tratamentos convencionais.

Na maior parte dos casos estudados o fluxo é ascendente e o leito dos reatores éconstituído por pedras de tamanho apropriado (brita n04), porém podem ser utilizadosoutros materiais suporte, tais como anéis, esferas perfuradas, blocos modulares etc.

É interessante destacar que também existem propostas para que o fluxo líquido sejadescendente, tais como as de YOUNG & McCARTY (1969) e CYNAMON (1986).

Apesar de existirem estudos visando ao conhecimento da cinética do processo que ocorrenos reatores, ainda não existem até o presente critérios definidos para projeto,recomendando-se a instalação de estação piloto para esgotos industriais e os valores danorma NBR-ABNT para esgotos domésticos. Os parâmetros utilizados atualmente para aelaboração do dimensionamento de um filtro anaeróbio são a carga hidráulica, a cargaorgânica e o tempo de detenção hidráulico.

VIEIRA & SOBRINHO (1983), estudaram a associação de sistemas de fossa séptica maisfiltro anaeróbio para o tratamento de esgotos sanitários e chegaram às seguintesconclusões principais: a) o sistema necessita de um tempo de aclimatação de cerca de trêsmeses, ou a partida tem de ser controlada, aumentando-se lentamente a carga do sistema;b) o sistema atingiu bons resultados na remoção de DBO e SS a tempos de detençãomínimos de 4,l horas na câmara de decantação das fossas e 19 horas no filtro anaeróbio,em relação à vazão média; c) a limpeza controlada das fossas e do filtro anaeróbio são deextrema importância para tornar eficiente a remoção de sólidos pelo sistema, pois ossólidos contidos no efluente são de difícil separação, não sendo viável sua remoção porsimples sedimentação após serem eliminados junto com o efluente.

FILTRO ANAERÓBIO PARA ESTUDO

No sentido de melhorar a qualidade dos efluentes, variações do filtro anaeróbio surgiramno decorrer do tempo. Uma destas variações foi proposta por CYNAMON (1986), na qualo filtro anaeróbio é usado em série de três filtros (ascendente, descendente, ascendente), eum posterior polimento é feito por um filtro de areia. A figura 2 demonstra um filtro tipoCYNAMON já modificado (três fases ascendentes).

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Os parâmetros de dimensionamento recomendados são de taxa volumétrica de 10-20m3/m2.d, carga orgânica de 1-2 kg DBO/m3 de pedra por dia. após passagem dos esgotospelo tanque séptico. Para o filtro de areia o autor recomenda uma camada de 0,30-0,40mcom diâmetro efetivo de 0,5mm e camada suporte de brita #4 com 0,30m de alturaaplicando-se taxa volumétrica de 10-20 m3/m2.d.

Figura 2 - Filtro anaeróbio em série, tipo CYNAMON, 1986.

O processo baseia-se nas mesmas propriedades discutidas em filtros biológicosanaeróbios comuns. Apresenta a vantagem de praticamente dividir o tratamento em trêsfases, dando tempo necessário para uma máxima atuação dos microrganismos anaeróbiosque assim se utilizam melhor do substrato.

O funcionamento é simples pois os filtros em série possuem o mesmo perfil de construçãode filtros comuns, sendo portanto, de fácil operação e manutenção.

Em Niterói, Município do Estado do Rio de Janeiro, vem sendo aplicada uma variação dofiltro do tipo CYNAMON, que é utilizada para o tratamento de efluentes de umentreposto de pesca. A diferença entre este filtro, e o tipo CYNAMON, é que neste os trêsfluxos são ascendentes.

Em Cabo Frio, também no Município do Estado do Rio de Janeiro, foram localizados 33(trinta e três) filtros anaeróbios de três estágios, dos quais serão selecionados 2 (dois) paraanálise mais aprofundada. Estes filtros são usados tanto para o tratamento de esgotossanitários como para o tratamento de despejos comerciais (bares, lojas e restaurantes).

Optamos por estudar os filtros anaeróbios em série, proposto por CYNAMON, já queestes vêm sendo aplicados em vários locais, notadamente no Estado do Rio de Janeiro, eportanto necessitamos conhecer mais profundamente suas principais característicastécnicas, químicas e biológicas. Os efluentes deste tipo de tratamento são límpidos einodoros, levando-nos a perspectiva de estarmos diante de um processo de tratamento quepoderá ser utilizado para situações próprias das condições encontradas em vários locais doBrasil.

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COLETA DE AMOSTRAS

As amostras são coletadas nos afluentes e efluentes das ETE. Os pontos de coleta foramselecionados de maneira a se avaliar três pontos específicos do processo de tratamentoconforme a figura 3.

Figura 3 - Pontos de coleta de amostras.

Ponto 1 - AfluentePonto 2 - Efluente após a passagem pelo 1o FiltroPonto 3 - Efluente Tratado

CARACTERIZAÇÃO DOS EFLUENTES

Local de Coleta: Shopping Miragem do Mar

Médias dos Resultados

Pontos de Coleta EficiênciaParâmetros Ponto Ponto Ponto de Remoção

1 2 3DQO (mg/L) 4028 647 205 94,91DBO (mg/L) * 2175 367 107 95,06pH (mg/L) 6,9 6,9 7,1Sólidos (mg/L) 805 632 74 90,81Nitrogênio Total (mg/L) 378 145 72 80,95Fósforo Total (mg/L) 38 17 13 65,79Coliformes Totais (NMP) 2,7 x 103 6,6 x 10 2,5 99,91

Para uma melhor visualização, mostramos, a seguir, gráfico com as eficiências deremoção em cada fase do tratamento:

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Local de Coleta: Shopping Miragem do Mar Local de Coleta: Shopping Miragem do MaData de Coleta: 26/01/98 Médias dos Resultados

Pontos de Coleta Eficiência Pontos de ColetaParâmetros Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 de Remoção (%) Parâmetros Ponto Ponto PontoDQO (mg/L) 4845 593 263 94,57 1 2 3DBO (mg/L) * - 320 90 71,88 DQO (mg/L) 4028 647 205pH (mg/L) 7,0 6,9 7,0 DBO (mg/L) * 2175 367 107Sólidos (mg/L) - - - pH (mg/L) 6,9 6,9 7,1Nitrogênio Total (mg/L) - - - Sólidos (mg/L) 805 632 74Fósforo Total (mg/L) - - - Nitrogênio Total (mg/L) 378 145 72Coliformes Totais (NMP) - - - Fósforo Total (mg/L) 38 17 13

Coliformes Totais (NMP) 2,7E+03 6,6E+01 2,5E+00* Eficiência entre os pontos 02 e 03 (a DBO do ponto 01 não foi encontrada).

Data de Coleta: 02/02/98

Pontos de Coleta EficiênciaParâmetros Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 de Remoção (%)DQO (mg/L) 4586 724 365 92,04DBO (mg/L) * 3426 343 260 92,41

Eficiência de Remoção

4000

4500

Parâmetros

CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES INICIAIS

A associação do tanque séptico com o filtro anaeróbio para tratamento de esgotossanitários é de conhecimento geral e vem sendo aplicado principalmente paraatendimento das áreas desprovidas de redes coletoras.

O filtro anaeróbio de percolação ascendente/descendente, proposto pelo ProfessorCYNAMON, objetiva dar um tratamento a nível secundário ao efluente do tanqueséptico, reduzindo a carga orgânica e a concentração dos demais parâmetros, gerandoum efluente que atenda aos padrões estabelecidos pelos órgãos ambientais.

A caixa de brita, utilizada no sistema de tratamento tem como objetivo removerquaisquer sólidos que sejam carreados com o efluente do sistema, ou seja, funcionaapenas como um polimento do tratamento.

Como na maioria dos sistemas de tratamento biológicos, a redução de fósforo enitrogênio não é satisfatória, não atingindo os limites da lançamento estabelecidos pelalegislação ambiental.

A eficiência do filtro anaeróbio depende do teor de carga orgânica. Quanto maior acarga orgânica, melhor é a taxa de remoção.

O sistema de tratamento em estudo requer poucos cuidados operacionais, necessitandoapenas de uma descarga anual.

Deverá ser realizada uma análise da DBO, efluente do tanque séptico para se possamelhor dimensionar o sistema de filtros.

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O sistema deve ser localizado em local de fácil acesso a caminhões ou máquinasnecessárias para sua manutenção.

O sistema deverá se situar em local onde seja possível minimizar, se houver, odores quepossam ser desagradáveis à comunidade.

Localizar o sistema de modo que o efluente possa escoar por gravidade até o corporeceptor.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Projeto, construção eoperação de tanques sépticos: NBR-7229. Rio de Janeiro, 1993. 15 p.

2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Rio de Janeiro. Tanques sépticos -unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos - projeto, construção eoperação, NBR 13969. Rio de Janeiro, 1997.

3. CYNAMON, S.E. Sistema não convencional de esgoto sanitário a custo reduzido, para pequenascoletividades e áreas periféricas. 2 ed. Rio de Janeiro: Fundação Oswaldo Cruz, Escola Nacional deSaúde Pública, 1986. 52 p.

4. DENNIS JR., N.D., JENNET, J.C. Pharmaceutical waste treatment with an anaerobic filter Proc. In:29th INDUSTRIAL WASTE CONFERENCE, Pardue. Anais...Pardue University, 1974. p.160-173.

5. PAULA JR., D. R. Desempenho de um filtro anaeróbio piloto no tratamento de águas residuáriasde uma indústria de conservas alimentícias. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola deEngenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, jan. 1985. 123 p.

6. YOUNG, J.C. & MAC CARTY, P.L. The anaerobic filter for waste treatment. Journal WPCF, 41(5), p 160-173, 1969.

7. VIEIRA, S.M.M., SOBRINHO, P.A. Resultados de operação e recomendações para o projeto desistema de decanto-digestor e filtro anaeróbio para o tratamento de esgotos sanitários. Revista DAE, n.135, p.51-7, dez. 1983.

8. VON SPERLING, M., CHERNICHARO, C.A.L. Tendências no tratamento simplificado de águasresiduárias. Tópicos de relevância. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL TENDÊNCIAS NOTRATAMENTO SIMPLIFICADO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS. Belo Horizonte. Anais...BeloHorizonte, MG: DESA/UFMG, 1996. p. 3-11.

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