Tabela 8 – Concentrações de Ácidos Graxos Voláteis afluente e efluente.
Fase I Fase II Fase III
AGV Afluente (mg.L-1) 7,43±1,55 18,14±7,26 27,78±7,23 AGV Efluente (mg.L-1) 4,42±0,90 9,67±4,29 16,05±6,77
Na Fase I, onde foi aplicada uma carga orgânica volumétrica de 1,33±0,3 kg.m3.dia, obteve-se valores de ácidos graxos voláteis afluente e efluente de 7,43±1,55 mg/L e 4,42±0,90 mg/L, respectivamente. Já Oliveira Netto, 2006, operando reator combinado anaeróbio-aeróbio tratando esgoto sanitário com carga orgânica volumétrica variando de 0,77 a 0,87 kg m3.dia, obteve valores superiores de ácidos graxos voláteis afluente de 76±10 mg HAc/L e efluente de 20±5 mg HAc/L.
Para desnitrificação, precisa-se de um doador de elétrons, nesse caso, os ácidos produzidos na primeira câmara anaeróbia. Como as concentrações de AGV foram muito baixas, o processo de desnitrificação pode ter sido comprometido.
4.4 Demanda Química de Oxigênio
A remoção de DQO ao longo do período experimental foi satisfatória, atingindo valores médios de remoção de 56±20% (Fase I), 68±11% (Fase II) e 56,28±16,35 (Fase III). A Tabela 9 apresenta os valores médios de DQO afluente e efluente do sistema de tratamento, assim como a eficiência de remoção em cada fase experimental.
44 Tabela 9 – Concentrações de DQO afluente e efluente e eficiência de
remoção para as Fases I, II e III. Fase experimental DQO Afluente (mg.L-1) DQO Efluente (mg.L-1) Eficiência de remoção (%) I 1333±302 568±219 57±20 II 2357±218 742±259 68±11 III 4818±731 2141±859 56±16
A Figura 11 mostra a variação da concentração de DQO afluente e efluente e a eficiência de remoção de DQO em todas as fases testadas.
Figura 11 – Variação da concentração de DQO nas amostras afluente, efluente e a eficiência de remoção de DQO ao longo de todo período
45 Apesar do aumento da carga orgânica volumétrica (COV), a eficiência média em remoção de DQO na Fase II aumentou. Já na Fase III, quando a COV foi aumentada quase que duas vezes, a eficiência caiu um pouco.
Zanella (1999), utilizando um reator compartimentado anaeróbio/aeróbio, obteve valor de remoção média total de DQO de 72±10%.
Silva & Nour (2003), utilizaram reator compartimentado anaeróbio/aeróbio para tratar esgoto em pequenas comunidades, e obtiveram valores médios de eficiência em remoção de DQO de até 74%.
Segundo Parsekiam. (2003), com o intuito de promover equilíbrio entre as vantagens e desvantagens dos sistemas anaeróbios e aeróbios, diversas pesquisas caminham no sentido de se combinar estes processos. Quando se quer obter um efluente com alta qualidade, os processos aeróbios podem ser combinados a um pré-tratamento anaeróbio. Neste caso a maior parcela de remoção caberia ao reator anaeróbio, ficando o remanescente para o reator aeróbio. Assim diminui-se consideravelmente o gasto de energia e a geração de lodo.
4.5 Nitrogênio
Na Fase I, obteve-se uma boa eficiência em remoção de NTK, atingindo valor médio de 69%, onde era aplicada uma carga nitrogenada de 0,35 kg N.m -3.dia-1. No ponto de eficiência máxima (91%), a concentração efluente chegou a 31,75 mg.L-1.
Já nas Fases II e III, onde houve aumento da carga nitrogenada para 0,58 e 0,89 kg N.m-3.dia-1, respectivamente, foi constatada queda na remoção de NTK, passando para 34% na Fase II e 23% na Fase III. Essa queda pode ter sido devida também à quantidade insuficiente de ar no interior do reator, requerida para nitrificação, já que a aeração não foi aumentada nas mudanças de Fase.
46 A Figura 12 retrata a variação da concentração de NTK nas amostras afluente, efluente e a eficiência em remoção de NTK, ao longo de todo período experimental.
Araújo Jr. (2006), operando reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo, tratando água residuária de indústria produtora de lisina, obteve remoção de NTK de 70 e 86%, respectivamente com TDH de 21h no reator anaeróbio e 14h no reator aeróbio.
Figura 12 – Variação da concentração de NTK nas amostras afluente, efluente e eficiência em remoção de NTK ao longo de todo o período experimental.
A parcela de nitrogênio na forma de N-nitrito (N-NO2-) não apresentou variação, sendo a concentração média efluente de 0,12±0,13 mg.L-1 na Fase I, 0,85±2,10 mg.L-1 na Fase II e 0,12±0,13 mg.L-1 na Fase III.
A concentração efluente de N-nitrato (N-NO3-) foi bem significativa na Fase I, chegando atingir valor de 806 mg.L-1 em P3. Os valores médios de concentração de N-nitrato em P2 e P3 encontram-se na Tabela 10.
47 Tabela 10 – Concentrações médias de N-NO3- para P2 e P3.
Fase I Fase II Fase III
P2 (mg.L-1) 335±220 146±142 25±33
P3 (mg.L-1) 330±204 175±158 67±100
As Figuras 13 e 14 retratam o comportamento das concentrações P2 e P3 de N-nitrito e N-nitrato, respectivamente, nas Fases operacionais estudadas neste trabalho. Retratam que a desnitrificação não se estabeleceu em nenhuma Fase operacional, já a nitrificação ocorreu apenas na Fase I.
Figura 13 – Variação da concentração de N-nitrito nas amostras P2 e P3 ao longo de todo o período experimental.
48 Figura 14 – Variação da concentração de N-nitrato nas amostras P2 e P3
ao longo de todo o período experimental.
A remoção de N-NH4+ foi satisfatória na Fase I, chegando a valor máximo de 99,67%. Os valores médios de concentrações de N-NH4+ afluente, efluente e eficiência em remoção encontram-se na Tabela 11.
Tabela 11 – Concentrações médias de N-NH4+ afluente, efluente e eficiência em remoção.
Fase I Fase II Fase III
Afluente (mg.L-1) 237±114 488±102 695±109
Efluente (mg.L-1) 78±73 347±155 523±152
Eficiência em
49 Assim como o N-NTK, o N-NH4+ também apresentou aumento na concentração, aumentando a toxicidade e limitando o crescimento dos microrganismos.
Com elevação do pH, o equilíbrio da reação se desloca para a esquerda, (NH3+ H+ ↔ NH4+), favorecendo a maior presença de NH3. No pH em torno de 7,0 (neutro), praticamente toda amônia está na forma de NH4+ e no pH próximo a 9,5, aproximadamente 50% da amônia encontra-se na forma de NH3 e 50% na forma de NH4+ (Naval, 2013).
A Figura 15 apresenta os valores de concentração de N-NH4+ afluente, efluente e eficiência em remoção.
Figura 15 – Variação da concentração de N-NH4+ nas amostras afluente e efluente ao longo de todo o período experimental.
50 Lopes (2000) estudou um sistema de reatores compartimentados anaeróbio/aeróbio em série e obteve eficiência média de remoção de N-NH4+ de 60%.
Araújo Jr. (2006), operando reator combinado anaeróbio-aeróbio de leito fixo, obteve remoção de N-NH4+ de 70,3 e 93,6%, respectivamente com TDH de 21h no reator anaeróbio e 14h no reator aeróbio.
4.6 Fósforo
A remoção de fósforo ao longo do período experimental foi bastante satisfatória, atingindo valores médios para eficiência em remoção de 28±26% na Fase I, 35±11% na Fase II e 43±15% na Fase III. Na Figura 16 está apresentado os valores de P-PO43- afluentes, efluentes e eficiência em remoção.
Figura 16 – Concentrações de P-PO43- afluentes, efluentes e eficiência em remoção.
51 Apesar de altos níveis de N-NH4+, as bactérias consumidoras de fósforo não foram inibidas. Para este tipo de processo é esperada uma remoção de fósforo de até 36%. Neste trabalho, obteve-se valor máximo de 82% em eficiência de remoção de fósforo. Isto foi devido a recirculação do efluente da câmara aeróbia para a anóxica, pois essa recirculação pode ter carreado microrganismos capazes de acumular fósforo em condições desnitrificantes.
Rahimi et al. (2011) operando um sistema com dois reatores, obtiveram a remoção biológica de fósforo total em reator em bateladas sequenciais de leito fixo, contendo meio suporte de polipropileno para a formação de biofilme, com melhor eficiência (76 a 90%), enquanto que o reator em bateladas sequenciais em sistema convencional obteve uma remoção de fósforo de 20 a 22%.
A remoção biológica de fósforo baseia-se no fato de que as bactérias, ao passarem de um meio anaeróbio para um meio aeróbio, absorvem mais fósforo do que os 2,5% normalmente encontrados em lodos de sistemas convencionais (PARSEKIAN, 2003).
4.7 Análise estatística entre as eficiências em remoção de NTK, N-NH4+ e DQO
Nos itens 4.4 e 4.5, foi realizada uma discussão mais individualizada dos resultados obtidos com relação à remoção de DQO e nitrogênio, respectivamente, em cada uma das Fases experimentais propostas. Nessa etapa, será apresentada uma análise comparativa destes resultados, a fim de proporcionar uma maior compreensão de todo o processo de remoção de matéria carbonácea e nitrogenada estabelecido no sistema.
A seguir, são apresentados gráficos Box-plot, retratando a distribuição das eficiências de remoção de compostos nitrogenados, para cada condição operacional testada (Figuras 17 e 18). Para obtenção de tais gráficos utilizou-se o programa Microsoft Excel (2013).
A ferramenta estatística Box-plot permite a visualização da distribuição dos pontos amostrados, apresentando no box a mediana (50%), o primeiro
52 quartil (25%) e o terceiro quartil (75%). Na zona externa ao box, são discriminados os valores máximos e mínimos da distribuição. Portanto, nesse tipo de representação, quanto maior a altura do box interior, maior é a heterogeneidade da amostra; acarretando diretamente em maior desvio padrão.
Figura 17 – Gráfico Box-plot da distribuição da eficiência de remoção de N-NTK das três Fases operacionais testadas.
53 Figura 18 – Gráfico Box-plot da distribuição da eficiência de remoção de
N-NH4+ das três Fases operacionais testadas.
Nas Figuras 17 e 18 a altura do box na Fase III foi inferior à altura das Fases I e II, indicando maior homogeneidade dos dados. Mesmo assim, as máximas remoções de NTK ocorreram na Fase I, indicando que a carga nitrogenada aplicada influencia na eficiência de remoção de nitrogênio.
O Box-plot representado na Figura 19 mostra a eficiência de remoção de DQO para todas as condições operacionais testadas no experimento.
54 Figura 19 – Gráfico Box-plot da distribuição da eficiência de remoção de
DQO das Fases operacionais testadas.
O sistema se manteve eficiente na remoção de DQO ao longo de todo período experimental, com valores superiores a 70%. Tais resultados indicam a estabilidade do sistema para remoção de matéria orgânica. A altura do box da Fase II é relativamente pequeno, sinalizando a homogeneidade dos dados, além das maiores eficiências.
Além da representação em Box-plot, foi utilizado o software Past e o programa Microsoft EXCEL (2013) para avaliação da existência de diferença estatística entre as eficiências de remoção de N-NTK, N-NH4+ e DQO nas Fases I, II e III. Primeiramente foi verificado se os dados obtidos são paramétricos (distribuição normal) ou não paramétricos por meio do Teste de Shapiro-Wilk W. Em seguida foi aplicada a ferramenta ANOVA: um critério e Teste Tukey (p=0,05), a fim de verificar a existência de diferença estatística entre as eficiências de remoção das Fases testadas. A Tabela 12 ilustra a diferença estatística entre as eficiências de remoção de N-NTK, N-NH4+ e DQO para cada
55 Fase. As Fases sinalizadas com o mesmo símbolo não apresentam diferença estatística entre si.
Tabela 12 – Diferença estatística entre as eficiências de remoção de N-NTK, N-NH4+ e DQO de cada Fase experimental.
Fase I Fase II Fase III
Remoção de DQO a b a
Remoção de N-NTK a b b
Remoção de N-NH4+ a b b
Com relação a eficiência de remoção de nitrogênio, constata-se que o aumento da carga nitrogenada afetou significativamente a eficiência em remoção, uma vez que as Fases II e III não apresentam diferença estatística entre si, mas diferem estatisticamente da Fase I.
A análise estatística comparativa das eficiências de remoção de DQO não mostrou diferença estatística entre as Fases I e III, mas existe diferença na Fase II. Apesar do aumento da carga orgânica volumétrica aplicada, a eficiência em remoção de DQO na Fase II foi superior à da Fase I. Embora na Fase III a COV aplicada seja quatro vezes maior que a da Fase I, obteve-se eficiência em remoção de DQO sem diferenças estatísticas, confirmando que o reator responde bem a variações de COV.
56
5 CONCLUSÕES
A remoção de matéria orgânica pode ser considerada satisfatória em todas as fases operacionais do tratamento proposto. No entanto, o melhor resultado foi obtido na Fase II, com eficiência média de remoção de DQO de 68±110%. Já a melhor eficiência de remoção de NTK e N-NH4+ foi obtida na primeira fase, os valores de eficiências médias foram de 69±16% e 72±25%, respectivamente.
O processo de nitrificação se estabeleceu de forma satisfatória no compartimento aeróbio do reator na primeira fase de operação (N-nitrato médio de 330±204 mg N- NO3-.L-1). No entanto, o aumento de carga orgânica e de carga nitrogenada nas Fases II e III, levou ao declínio da produção de nitrato (valor médio de nitrato efluente nas fases II e III foram de 175±158 e 66±100 mg N- NO3-.L-1), que foi possivelmente causado por deficiência da aeração e/ou por inibição pelo próprio teor de N-amoniacal presente no reator.
A desnitrificação não se estabeleceu em nenhuma das fases operacionais. Isso pode ter sido decorrente da ausência de fonte de carbono de fácil assimilação, já que não se detectou acúmulo de ácidos em nenhuma das fases, inclusive nas de menor eficiência de remoção de DQO.
Apesar dos bons resultados de eficiência, nas Fases I e II, o efluente final não aos padrões de lançamento e reuso, estabelecidos em legislação vigente, necessitando ainda de tratamento adicional.
Apesar disso, a eficiência em remoção de fósforo aumentou de 28±26% na Fase I, para 43±15% na Fase III. Com o aumento da carga orgânica e nitrogenada as bactérias consumidoras de fósforo encontravam-se em um ambiente inóspito, fazendo com que elas consumissem mais fósforo para uma reserva de alimento.
De forma geral, os resultados deste trabalho mostram que é viável o tratamento de efluente com alta concentração de matéria orgânica e nitrogênio, utilizando reator combinado anaeróbio-aeróbio vertical de leito fixo como única unidade de tratamento.
57 Como recomendações para trabalhos futuros, sugere-se ajustar o teor de OD para que não haja deficiência no processo de nitrificação. Verificar se existe doador de elétrons em quantidade suficiente para que ocorra o processo de desnitrificação. Controlar a carga orgânica e nitrogenada do efluente, para se obter um menor desvio padrão. Avaliar o desempenho do reator aplicando outras rotas de remoção de nitrogênio (ANAMMOX, nitrificação e desnitrificação simultânea – NDN).
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