UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA SANITÁRIA
DANIEL DANTAS VIANA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NO
TRATAMENTO DE RESÍDUOS ESGOTADOS DE FOSSAS SÉPTICAS
DANIEL DANTAS VIANA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NO TRATAMENTO DE RESÍDUOS ESGOTADOS DE FOSSAS SÉPTICAS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Sanitária.
Orientadora: Profa. Dra. María del Pilar Durante Ingunza
Co-orientador: Prof. Dr. Cícero Onofre de Andrade Neto
Catalogação da publicação na fonte.
Medeiros, Daniel Dantas Viana.
Avaliação da eficiência de lagoas de estabilização no tratamento de resíduos esgotados de fossas sépticas / Daniel Dantas Viana Medeiros. – Natal, 2009.
96 f. : il.
Orientadora: Dra. María del Pilar Durante Ingunza. Co-orientador: Dr. Cícero Onofre de Andrade Neto.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária.
1. Lagoas de estabilização – Dissertação. 2. Esgotos sanitários – Tratamento – Dissertação. 3. Fossas sépticas – Dissertação. 4. Saneamento básico – Dissertação. I. Durante Ingunza, Maria del Pilar. II. Andrade Neto, Cícero Onofre de. III. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. IV. Título.
DANIEL DANTAS VIANA MEDEIROS
AVALIAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO NO TRATAMENTO DE RESÍDUOS ESGOTADOS DE FOSSAS SÉPTICAS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia Sanitária.
Aprovada em 20 de agosto de 2009.
BANCA EXAMINADORA
___________________________________________________________
Dra. María del Pilar Durante Ingunza Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Orientadora
___________________________________________________________
Dr. Cícero Onofre de Andrade Neto Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Co-orientador
____________________________________________________________ Dr. Luiz Pereira de Brito
Universidade Federal do Rio Grande do Norte Examinador Interno
____________________________________________________________ Dr. Rui de Oliveira
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, quero agradecer a Deus pelo Dom da Vida e por me conceder
a graça de cursar um mestrado em harmonia e paz, livrando-me de qualquer
imprevisto ou contratempo que pudesse impedir a conclusão de mais uma etapa em
minha caminhada. Agradeço ainda por me manter persistente em minhas
determinações.
Ao PROSAB pela oportunidade de participação no projeto Caracterização e
Estudo de Alternativas de Tratamento de Lodos de Fossa Séptica da Cidade do
Natal/RN.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
pelo auxílio financeiro concedido.
Ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária da Universidade
Federal do Rio Grande do Norte (PPgES) por disponibilizar instalações adequadas e
um corpo docente de altíssimo nível.
Aos professores do PPgES, em especial os professores María del Pilar,
Cícero Onofre, André Calado, Luiz Pereira, Antônio Righetto, pelo conhecimento
técnico transmitido.
Aos funcionários, Leonor Barbosa, Sandro e Assis, pela ajuda prestada
durante todo o mestrado
Aos meus pais, Rui Medeiros e Silvina Dantas, e meus irmãos, Sarah Dantas
e Rui Medeiros Júnior, pelo amor, carinho, apoio, paciência, bem como toda
confiança depositada em mim.
À minha namorada Márcia Regina que esteve sempre ao meu lado, com
muito carinho, amor e dedicação, orientando-me nas decisões e dando-me forças
nos momentos de fraqueza.
Aos meus amigos do LARHISA, em especial Raulyson Araújo, Araceli Ratis,
Yannice Santos, Fernanda Lima, Dayana Torres, Jaidnara Alves, Carlindo Pereira, e
RESUMO
Por causa da deficiência na elaboração de políticas públicas em atenção ao
atendimento às questões do esgotamento sanitário dos municípios, empresas
conhecidas como “limpa-fossa” surgiram propondo solucionar de forma simples a
coleta e o manejo dos efluentes líquidos produzidos em residências uni ou
multifamiliares, comércio, hospitais, etc. Em se tratando de uma atividade em que
não há preocupações quanto ao destino dos esgotos, surgiram questionamentos
referentes ao grau de segurança sanitária e ambiental nessas empresas.
Tradicionalmente, a maioria delas faz a disposição dos resíduos esgotados no solo
ou em áreas inundáveis, a céu aberto, normalmente localizadas na periferia das
cidades (MENESES, 2001). Por sua vez, o lodo esgotado de fossas sépticas,
disposto sem qualquer critério técnico – no solo, em rios e como adubo na
agricultura –, coloca em risco a saúde da população e a qualidade ambiental. O
presente trabalho, inserido na rede de pesquisa do Edital 5 do Programa de
Pesquisas em Saneamento Básico – PROSAB-5, objetivou o estudo do tema
‘Caracterização e estudo de alternativas de tratamento de lodos de fossa séptica na
cidade do Natal, RN’, propondo a avaliação do desempenho do uso das lagoas de
estabilização como sistema de tratamento dos resíduos esgotados das fossas
sépticas. A série de lagoas estudada pertence a uma das maiores empresas
limpa-fossa da cidade de Natal, composta por duas lagoas anaeróbias, uma facultativa e
uma de maturação, além de um tanque de desinfecção, sendo o efluente final
lançado no Rio Potengi. As coletas foram realizadas entre os meses de outubro de
2007 a outubro de 2008, em seis pontos previamente definidos e julgados como
mais adequados ao que se propôs estudar. Os resultados das análises em campo e
em laboratório apontaram remoções mais significativas de DQO (88,93%), sólidos
suspensos totais (94,87%), nitrogênio orgânico (66,87%) e coliformes
termotolerantes (99,88%). Alguns resultados obtidos não atingiram o esperado, pois
o sistema em estudo apresentou problemas de operação que prejudicaram a
eficiência dos reatores.
ABSTRACT
Because of disability in public policy development in mind to attend issues of
sanitation in the municipalities, companies known as "clean-blue" appeared
proposing to solve a simple collection and management of wastewater produced in
single or multifamily residences, commercial, hospitals, etc. In the case of an activity
in which there are no worries about the fate of sewage, emerged some doubts about
the degree of health and environmental safety in these companies. Traditionally,
most of them makes the provision of waste depleted soil or wetland, open, usually
located on the outskirts of cities (MENESES, 2001). In turn, the sludge from septic
tanks exhausted, provided no technical criteria - in the soil, rivers and as an
agricultural fertilizer – put in risk the health of the population and environmental
quality. This work was entered in the search network 5 of the Notice of the Research
Program in Sanitation - PROSAB-5, aimed to study the theme 'Characterization and
study of alternative ways of treating sludge from septic tanks in the city of Natal, RN',
proposing to evaluate the performance of the use of stabilization ponds as a system
to handle waste from septic tanks exhausted. A series of lakes studied belong to one
of the largest clean-pit of Natal, consisting of two anaerobic ponds, one facultative
and maturation, and a tank disinfection, the wastewater being released in the Potengi
River. Samples were collected between the months of October 2007 to October
2008, at six points previously defined and judged as more appropriate to what is
proposed study. The analysis results in field and laboratory showed the most
significant removal of COD (88.93%), total suspended solids (94.87%), organic
nitrogen (66.87%) and thermotolerant coliforms (99.88%). Some results have not
reached the expected because the system under study had operating problems that
have undermined the efficiency of the reactors.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Tanque séptico de câmara única 09
Figura 2 Tanque séptico de câmaras em série 09
Figura 3 Tanque séptico de câmara sobreposta 10
Figura 4 Desenho esquemático de uma lagoa anaeróbia 20
Figura 5 Desenho esquemático de uma lagoa facultativa 22
Figura 6 Desenho esquemático de uma lagoa maturação 24
Figura 7 Imagem aérea das lagoas de estabilização da Imunizadora Potiguar
29
Figura 8 Dimensões de projeto das lagoas de estabilização da Imunizadora Potiguar
34
Figura 9 Croqui da ETE da Imunizadora Potiguar, destacando os pontos de coleta
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 Distribuição das amostras por sistema de origem 12
Gráfico 2 Resultados do oxigênio dissolvido para a série de lagoas 42
Gráfico 3 Resultados da temperatura para a série de lagoas 43
Gráfico 4 Resultados do pH para a série de lagoas 44
Gráfico 5 Resultados da condutividade para a série de lagoas 45
Gráfico 6 Resultados da DQO para a série de lagoas 46
Gráfico 7 Resultados do nitrogênio orgânico para a série de lagoas 47
Gráfico 8 Resultados da amônia para a série de lagoas 48
Gráfico 9 Resultados do nitrato para a série de lagoas 49
Gráfico 10 Resultados do NTK para a série de lagoas 50
Gráfico 11 Resultados do ortofosfato para a série de lagoas 51
Gráfico 12 Resultados do fósforo para a série de lagoas 52
Gráfico 13 Resultados da clorofila para a série de lagoas 53
Gráfico 14 Resultados dos sólidos totais para a série de lagoas 54
Gráfico 15 Resultados dos sólidos suspensos totais para a série de lagoas 55
Gráfico 16 Resultados dos sólidos sedimentáveis para a série de lagoas 56
Gráfico 17 Resultados dos coliformes fecais para a série de lagoas 57
Gráfico 18 Variação da concentração de DQO ao longo do período de coleta
59
Gráfico 19 Variação da concentração OD ao longo do período de coleta 60
Gráfico 20 Variação da concentração de sólidos totais e sólidos suspensos totais ao longo do período de coleta
61
Gráfico 21 Correlação dos valores de sólidos totais e sólidos suspensos totais ao longo do período de coleta
61
Gráfico 22 Eficiência de remoção de nitrogênio orgânico, amônia e NTK ao longo do período de coleta
63
Gráfico 23 Eficiência de remoção de ortofosfato e fósforo total ao longo do período de coleta
64
Gráfico 24 Concentração de DQO medida ao longo da pesquisa na LF 69
Gráfico 25 Concentração de Sólidos Totais medida ao longo da pesquisa na LF
70
Gráfico 26 Concentração de Fósforo Total medida ao longo da pesquisa na LF
71
Gráfico 27 Concentrações de Nitrogênio orgânico e NTK medidas ao longo da pesquisa na LF
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Fotografia 1 Tratamento Preliminar que antecede a série de lagoa 31
Fotografia 2 Lagoa Anaeróbia 1 (LA 1) 31
Fotografia 3 Lagoa Anaeróbia 2 (LA 2) 32
Fotografia 4 Lagoa Facultativa (LF) 32
Fotografia 5 Lagoa de Maturação (LM) 33
Fotografia 6 Tanque de Contato (TC) 33
Fotografia 7 Sólidos transportados do TP à LA 1 66
Fotografia 8 Ausência da grade de barras no TP 66
Fotografia 9 Excesso de escuma na LA 1 67
Fotografia 10 Limpeza realizada na LA 2 68
Fotografia 11 Lodo presente na superfície da LA 2 68
Fotografia 12 Formação de bancos de lodo na LF 69
Fotografia 13 Ausência de cloração ao efluente da LM 72
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 Tipos de fossas e suas respectivas características 08
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caracterização do lodo de tanque séptico segundo diferentes
autores 12
Tabela 2 Divergências dos resultados obtidos quanto à caracterização do
lodo de tanque séptico 12
Tabela 3 Características físico-químicas e microbiológicas dos resíduos
esgotados de fossas e tanques sépticos 13
Tabela 4 Concentrações médias efluentes e eficiências típicas de remoção dos principais poluentes de interesse nos esgotos 16
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 01
2 OBJETIVOS E HIPÓTESES FORMULADAS 06
3 REVISÃO DE LITERATURA 07
3.1 FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS 07
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS ESGOTADOS DE FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS
10
3.3 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA O TRATAMENTO DOS RESÍDUOS ESGOTADOS
13
4 MATERIAIS E MÉTODOS 28
4.1 LOCALIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DO SISTEMA EXPERIMENTAL 28
4.2 MONITORAMENTO DO SISTEMA EXPERIMENTAL 35
4.2.1 Metodologia de análise 36
4.2.2 Metodologia de tratamento estatístico dos dados 37
5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 39
5.1 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 42
5.1.1 Oxigênio dissolvido 42
5.1.2 Temperatura 43
5.1.3 pH 44
5.1.4 Condutividade 45
5.1.5 DQO 46
5.1.6 Nitrogênio orgânico 47
5.1.7 Amônia 48
5.1.8 Nitrato (NO3-) 49
5.1.9 NTK 50
5.1.10 Ortofosfato 51
5.1.11 Fósforo total 52
5.1.12 Clorofila “a” 53
5.1.13 Sólidos totais 54
5.1.14 Sólidos suspensos totais 55
5.1.15 Sólidos sedimentáveis 56
5.1.16 Coliformes termotolerantes 57
5.2 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 58
5.2.1 Influência do tratamento preliminar no desempenho das lagoas de estabilização
5.2.2 Influência das características do esgoto bruto no desempenho das lagoas de estabilização
58
5.2.3 Análise da eficiência de remoção de nutrientes nas lagoas de estabilização
62
5.2.4 Influência da operação no desempenho das lagoas de estabilização
64
5.2.5 Influência do tanque de contato nas eficiências de remoção do efluente final das lagoas de estabilização
72
6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 74
1 1 INTRODUÇÃO
De acordo com a última contagem populacional realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2007) a população brasileira recenseada e estimada atingiu a marca de 183.987.291 (cento e oitenta e três milhões, novecentos e oitenta e sete mil, duzentos e noventa e um) habitantes, significando um aumento populacional de 7,71%, tendo como base o censo demográfico realizado pelo mesmo Instituto no ano 2000.
No Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto realizado pelo Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (2007), foi apresentado que o índice médio nacional de atendimento urbano, em termos de abastecimento de água, corresponde a 93,1%, ou seja, aproximadamente 10,5 milhões de habitantes não são atendidos por rede de abastecimento de água. Quanto ao acesso a serviço de rede coletora de esgotos sanitários, a Síntese de Indicadores Sociais, publicada em 2007 pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, revelou que 33,2% dos domicílios urbanos brasileiros são desprovidos de tal serviço.
Essas informações trazem consigo as tendências de crescimento da população implicando em uma maior responsabilidade às empresas de saneamento, quer sejam públicas, privadas ou mistas, no tocante ao fornecimento de serviços de saneamento básico. De forma mais específica, o conjunto desses serviços se resume num fornecimento de água de boa qualidade para o suprimento das necessidades de abastecimentos doméstico e industrial, bem como a coleta, tratamento e disposição final ou reúso dos esgotos gerados.
Devido à carência de grande parte das empresas de saneamento quanto à expansão no atendimento e cobertura de novas áreas através de sistemas de redes coletoras, atualmente, segundo dados do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB), cerca de 78 milhões de habitantes fazem a própria gestão dos esgotos gerados, sendo o uso de fossas uma das alternativas técnicas mais utilizadas (PROGRAMA..., 2007).
1
resíduos que gera grande preocupação, pois se dispostos de maneira incorreta, trarão conseqüências negativas para a saúde pública, além de causar possíveis danos aos mananciais. O lançamento de esgotos in natura em corpos aquáticos causa sérios problemas à qualidade de vida e coloca em risco o abastecimento de água da população (CHERNICHARO, 2001b).
Observa-se que nas cidades de médio e grande porte, o manejo da disposição dos efluentes líquidos produzidos em residências uni ou multifamiliares, comércio, hospital, dentre outros ramos de atividade, passou a contar, há algum tempo, com o suporte dos serviços prestados por empresas limpa-fossas. O surgimento destas justifica-se pela deficiência do serviço público de esgotamento sanitário, obrigando grande parte da população à adoção de soluções individuais para destinação final de águas servidas e dejetos. A prática da coleta dos esgotos de diversas origens pelas empresas imunizadoras vem ganhando maiores proporções, tornando-se atualmente, sem sombra de dúvidas, um serviço essencial para a população urbana.
No momento em que se conclui o esgotamento de uma fossa séptica, a imunizadora torna-se responsável pelo material que conduz, ou seja, pelo seu transporte e destinação final adequado, devendo obedecer, para tanto, às legislações civis e ambientais às quais a atividade esteja submetida. Em muitos casos não há a preocupação por parte do usuário que contrata tal serviço em saber qual será o destino daquele efluente, aonde o mesmo será depositado e se a empresa possui licença dos órgãos ambientais municipais para desenvolver a atividade. Perante esta realidade, surgem questionamentos referentes ao grau de segurança sanitária e ambiental quanto ao manejo destes efluentes.
A maioria do lodo transportado pelas imunizadoras é disposto sem qualquer critério técnico – no solo, em rios e, até, como adubo na agricultura –, colocando em risco a saúde da população e a qualidade ambiental (PROGRAMA..., 2007).
Percebe-se, desta forma, que a disposição, de maneira imprópria, dos efluentes líquidos e do lodo, oriundos de fossas sépticas, constitui uma grande problemática vivenciada em todo o Brasil.
1
2008). Araújo, G. et al. (2005) revela ainda que, do total coletado, apenas 40% são tratados, e a metade de forma ineficiente, face ao incremento de ligações sem a correspondente ampliação das unidades, sendo o restante despejado “in natura” no rio Potengi, principal rio do município.
Por causa da deficiência na elaboração de políticas públicas voltadas ao saneamento municipal, 510.720 dos 712.317 habitantes de Natal adotam fossa séptica, o que corresponde a 71,70% da população. Em termos de domicílios, 127.680 dos 177.783 utilizam a fossa, o que equivale a 71,82% das residências da cidade (INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA, 2007).
Como visto, as soluções amplamente adotadas para as áreas sem sistema de esgotamento sanitário são os sistemas individuais do tipo fossa séptica que, muitas vezes, se encontram inadequados ao meio ambiente local, inclusive poluindo os mananciais subterrâneos através de compostos químicos ou por contaminação microbiana.
As primeiras evidências de alteração da qualidade das águas dos mananciais subterrâneos em Natal pela presença do íon nitrato remontam ao ano de 1981, através de um estudo hidrogeológico realizado pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT-SP), mediante contrato com a Secretaria de Planejamento (SEPLAN) do Governo do Estado. A pesquisa indicava que o fenômeno era de abrangência localizada, estando a contaminação relacionada diretamente com deficiências construtivas dos poços tubulares na área do município (COMPANHIA DE ÁGUAS E ESGOTOS DO RIO GRANDE DO NORTE, 2001).
Atualmente, após análise físico-química completa das águas do aqüífero na região de Natal, foi constatado que as mesmas se apresentam contaminadas, principalmente com nitrato resultante da biodegradação de efluentes domésticos. A maioria dos poços, localizados na periferia da cidade, não está afetada, enquanto que em vários setores dos domínios urbanos os poços apresentam teores de nitrato superiores ao permitido pela legislação (INSTITUTO DE GESTÃO DAS ÁGUAS DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE, 2008).
1
obrigadas as empresas imunizadoras que coletam despejos sanitários, residenciais ou comerciais, públicos ou particulares, a manterem sistema próprio de lagoas de estabilização” (NATAL, 1998, p. 364).
Para a realização desta pesquisa contou-se com a parceria de uma das maiores empresas imunizadoras de Natal, quanto ao volume coletado e frota, cujo modelo de tratamento condiz com a legislação vigente no município.
As imunizadoras que dispõem de sistema de tratamento geralmente o gerenciam (manutenção e operação) a partir de critérios intuitivos, não havendo uma permanente preocupação quanto à qualidade do efluente final a ser lançado em corpo receptor, bem como do aspecto estético da área que abriga as unidades de tratamento e adjacências. Esses sistemas privados de lagoas de estabilização, além de atenderem à demanda das empresas proprietárias, contemplam, parcialmente, empresas de terceiros, em geral as de pequeno porte, que através da cobrança de uma taxa por “carrada” ou taxa mensal, tratam os efluentes destas.
Contudo, dificilmente pode-se contar com a ação sanitária dos caminhões limpa-fossa, pois há casos em que os mesmos são descarregados nos principais mananciais de água das cidades, tornando-os impróprios para uso da população.
Desta forma, fica clara a necessidade de um estudo que busque reverter o quadro alarmante da realidade existente, visando não somente a solução da problemática da gestão dos resíduos esgotados pelas imunizadoras, vivenciada em quase todo o país, mas também a necessidade de instituir o conceito da sustentabilidade nesse tipo de atividade.
Para tanto, a pesquisa desenvolvida avaliou o desempenho do uso das lagoas de estabilização como sistema de tratamento dos resíduos esgotados das fossas sépticas.
Esse trabalho faz parte de uma das linhas de pesquisa do Edital 5 do Programa de Pesquisas em Saneamento Básico (PROSAB-5), constituindo uma rede de pesquisa para estudar o tema “Lodo de fossa séptica: caracterização, tecnologias de tratamento, gerenciamento e destino final”.
1
1 2 OBJETIVOS E HIPÓTESES FORMULADAS
A pesquisa desenvolvida teve como foco a avaliação da utilização de lagoas de estabilização para tratamento dos resíduos esgotados de fossas sépticas, observando-se, para tanto, as qualidades física, química e microbiológica dos efluentes nas diversas etapas do tratamento.
Objetivos específicos:
• Monitorar, através de visitas em campo, coleta de amostras e análises laboratoriais, o sistema de lagoas de estabilização da imunizadora em estudo;
• Caracterizar, quanto aos parâmetros de qualidade física, química e microbiológica, os afluentes e efluentes das lagoas monitoradas na pesquisa;
• Verificar e comparar se as eficiências de remoção (matéria orgânica, fração de sólidos, nutrientes, agentes microbiológicos, dentre outros) das lagoas estão condizentes com os resultados apresentados em normas técnicas, bem como com a legislação ambiental vigente;
• Verificar como as condições operacionais podem afetar a eficiência do sistema de lagoas de estabilização.
Hipóteses formuladas:
• O sistema de lagoas de estabilização tratando resíduos esgotados de fossa séptica, quando bem projetado e executado, apresenta considerável eficiência nas remoções de DQO, sólidos suspensos e coliformes;
1 3 REVISÃO DE LITERATURA
3.1 FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS
Dentre os diversos conceitos encontrados na literatura, as fossas podem ser definidas como o local utilizado para detenção dos esgotos domésticos, por período de tempo aleatório, sendo encontradas geralmente na forma cilíndrica ou prismática. De acordo com o Manual de Saneamento (FUNDAÇÃO NACIONAL DE SAÚDE, 2006) há diversas variações de fossas destinadas a receber os esgotos domésticos. No Quadro 1 são apresentadas algumas categorias de fossas bem como suas características.
Apesar de desempenharem funções de decantação dos sólidos e retenção de material graxo, o termo “tratamento” não pode ser associado às fossas, uma vez que sua principal função destas é infiltrar o esgoto no solo.
Já os tanques sépticos (decanto-digestores) são unidades que desempenham funções múltiplas de sedimentação da matéria sólida e de remoção de materiais flutuantes, além de comportar-se como digestor de baixa carga sem mistura e sem aquecimento (MENESES et al., 2001). São amplamente utilizados em todo o mundo, constituindo uma das principais alternativas para tratamento primário de esgotos de residências e pequenas áreas não servidas por redes coletoras (CHERNICHARO, 1997).
1
Quadro 1 – Tipos de fossas e suas respectivas características
Fonte: Andreoli (2009), Fundação Nacional de Saúde (2006, p. 170) e Oliveira e Von Sperling (2006, p. 6)
1
De acordo com a NBR 7229/93 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 1993), o lodo e a escuma acumulados nos tanques sépticos devem ser removidos em intervalos equivalentes ao período de limpeza do projeto, podendo ser encurtado ou alongado desde que sejam verificadas alterações nas vazões efetivas de trabalho com relação às estimadas. Esta norma recomenda uma remoção periódica do lodo acumulado, em intervalos de limpeza que podem variar de 1 a 5 anos, e uma remoção mais freqüente da escuma.
Andrade Neto (1997) expõe algumas disposições estruturais de tanques sépticos, classificando-os em câmara única (Figura 1), em câmaras em série (Figura 2) e em câmaras sobrepostas (Figura 3), além de informar sobre suas formas geométricas cilíndrica ou prismática retangular.
Figura 1 – Tanque séptico de câmara única Fonte: Andrade Neto (1997)
1
A eficiência dos decanto-digestores depende de vários fatores, principalmente: carga orgânica, carga hidráulica, geometria, compartimentos e arranjo das câmaras, dispositivos de entrada e saída, temperatura e condições de operação. Portanto, a eficiência varia bastante em função da qualidade do projeto. Normalmente situa-se entre 40 e 70% na remoção da DBO.
Os dispositivos de entrada e saída (tês, septos, chicanas ou cortinas) são de extrema importância para a eficiência do decanto-digestor, pois ajudam a controlar as condições de mistura e o de saída é fundamental para a retenção de sólidos no reator, propiciando a tomada do efluente no nível em que o líquido é mais clarificado e retendo também a escuma (sólidos flotantes, gorduras, etc). Tanto as condições de mistura e contato biomassa-esgotos, como as de retenção de biomassa e clarificação do efluente dependem bastante dos dispositivos de entrada e saída dos esgotos no reator (ANDRADE NETO, 2004).
3.2 CARACTERIZAÇÃO DOS RESÍDUOS ESGOTADOS DE FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS
O lodo séptico é definido como o material líquido ou sólido removido de tanques sépticos, banheiros químicos ou sistema similar que receba somente esgoto sanitário (ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY, 2002). A composição do
1
lodo séptico é compreendida, na maior parte, por água, esgoto, material inorgânico (areia) e material orgânico fecal (LEITE; INGUNZA; ANDREOLI, 2006).
A heterogeneidade de seus compostos é uma propriedade marcante, função de alguns fatores como clima, hábitos dos usuários, tipo e tamanho do tanque ou escavação, freqüência de limpeza e características do efluente.
Segundo Machado Júnior et al. (2008), os resíduos esgotados de fossas e tanques sépticos possuem odor e aspectos repugnantes, tendência em formar espumas se submetidos à agitação e oferecem resistência à sedimentação e à desidratação. Caracterizam-se por serem pontos disseminadores de microrganismos como vírus, bactérias e parasitas, resultando, portanto, em cuidados especiais no seu manuseio e tratamento.
Rocha e Sant’anna (2005) compilaram dados, de diferentes autores, referentes à caracterização do lodo de tanque séptico, como se observa na Tabela 1. Ratis et al. (2008) afirmam que existe uma grande divergência entre os resultados apresentados pelos pesquisadores de diferentes regiões do país, bem como na literatura estrangeira, conforme apresentado na Tabela 2.
Meneses (2001) caracterizaram físico-química e biologicamente os resíduos de tanques sépticos e sumidouros coletados do descarregamento de caminhões limpa-fossa da cidade de Natal. As amostras foram coletadas com freqüência quinzenal, totalizando 15 (quinze) amostras. Ao final do estudo, os autores constataram que tal efluente apresenta elevado grau de matéria orgânica, com DBO5 média de 2434 mg/L, e DQO média de 6892 mg/L. Quanto aos nutrientes o fósforo total apresentou 18,0 mg/L, o nitrogênio orgânico 34,9 mg/L, o nitrogênio amoniacal com concentração de 80,2 mg/L, o nitrito inexistente, e o nitrato com 1,8 mg/L.
1
Fonte: Adaptado de Ratis et al. (2008, p. 3)
A pesquisadora assegura ainda que o caso de ocorrência mais comum na cidade é o esgotamento em conjunto da fossa + sumidouro ou do tanque séptico +sumidouro, sendo menos comum o esgotamento individual do tanque séptico, da fossa ou do sumidouro (Gráfico 1).
Parâmetros (mg/l) (min-máx)
USEPA (2002)
CASTILHO JR. et.al
(2002)
TACHINI et.al
(2006)
DBO 440-78.600 300-3.600 230-47.200 DQO 1.500-703.000 528-18.410 474-56.000 ST 1.132-130.475 516-31.580 655-162.660 CTT (UFC/100ml) - - -
Helmintos (ovos/L) - - - Fonte: Rocha e Sant’anna (2005, p. 2)
Tabela 1 – Caracterização do lodo de tanque séptico segundo diferentes autores
Tabela 2 – Divergências dos resultados obtidos quanto à caracterização do lodo de tanque séptico
Gráfico 1 - Distribuição das amostras por sistema de origem Fonte: Ratis (2009, p. 73)
Brandes 1978 USEPA 1977 Edeline 1983 Philip 1983 Sabatier 1983 Dérangère 1988
DQO 10383 - 8640 45000 30300 - 32000
-DQO filtrada 1028 - - -
-DBO5 2808 - 2300 5000 - - -
-pH 6,69 6-8 6,5 6-9 - - 8,8 6,9
Alcalinidade 994 - - -
-NH4 116 35 150 532 319 335
Fósforo total 45 150-600 12 150 175 538 338 1221
ST 9550 2000-4000 2800 40000 27900 33400 24000 45600
SV 6172 1500-3000 24150 17200 31000
SST 6896 - - -
-SSV 5019 - - -
-Óleos e Graxas 1588 - - -
-Detergentes 48 - - -
-Parâmetros (mg/L) Cassini
2003
Fiúza Jr. 2003
1
N° de dados Mediana MA MG Mínimo Máximo DP CV (%)
Temperatura (°C) 124 29,3 29,1 29,1 23,2 32,7 1,83 6
pH 125 6,68 6,64 6,59 4,24 8,34 0,81 12
Condutividade 125 964 1.797 1.034 231 37.300 4.307,89 239
DBO (mg/L) 64 973 2.649 1.146 89 18.195 3.871,4 146
DQO (mg/L) 120 3.549 5.056 2.921 211 33.846 6.276,21 124
Fósforo (mgP/L) 68 40,3 71,3 48,7 10,3 414,5 70,58 99
Amônia total (mgN/L) 122 64,6 86,3 63,5 2,9 593,6 82,77 96
NTK (mgN/L) 122 92,6 139,4 103,3 23,1 1.009,1 133,98 96
% Amônia 121 72,5 68,4 ‐ 1,2 99,9 ‐ ‐
Alcalinidade
(mg CaCO3/L) 124 391 528 408 96 3.827 534 101
Óleos e graxas (mg/L) 119 151 755 178 1,7 17.480 1.903,56 252
Sólidos totais (mg/L) 124 3.557 7.034 3.821 399 43.563 8.324,56 118
ST fixos (mg/L) 124 955 2.135 1.060 95 20.395 3.442,85 161
ST voláteis (mg/L) 124 2.480 4765 2.466 233 37.077 5.883,65 123
% STV 124 70,2 67,40 ‐ 6,3 98,6 ‐ ‐
Sólidos suspensos (mg/L) 117 2.264 4.554 2.020 134 33.733 6.376,54 140
SS fixos (mg/L) 116 481 1.399 402 6,6 18.400 2.880,54 206
SS voláteis (mg/L) 116 1.605 3.175 1.431 120 24.640 4.466,19 141
% SSV 116 77,5 73,4 ‐ 17,3 99,3 ‐ ‐
Sólidos sedimentáveis
(mL/L) 125 75 161,2 47,2 0,3 990 222,97 138
Coliformes
termotolerantes (UFC/100) 86 1,38E+07 3,89E+07 1,22E+07 1,01E+02 8,50E+08 1,03E+08 263
Helmintos (ovos/L) 86 7 360 ‐ 0 14.819 1.749,13 486
Helmintos (viabilidade %) 86 0 2,4 ‐ 0 48,83 7,35 300
Na Tabela 3 são apresentados dados referentes às características físico-químicas e microbiológicas dos resíduos esgotados de fossas e tanques sépticos.
Tabela 3 – Características físico-químicas e microbiológicas dos resíduos esgotados de fossas e tanques sépticos
MA - Média Aritmética; MG - Média Geométrica; DP - Desvio Padrão; CV - Coeficiente de Variação; NTK - Nitrogênio Total Kjeldahl; ST - Sólidos Totais; STV - Sólidos Totais Voláteis; SS - Sólidos Suspensos; SSV - Sólidos Suspensos Voláteis. Fonte: Ratis (2009, p. 75)
3.3 LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO COMO ALTERNATIVA PARA O TRATAMENTO DOS RESÍDUOS ESGOTADOS
1
Várias técnicas de tratamento de esgotos vêm sendo utilizadas para promover uma melhor qualidade ao efluente final a ser lançado num corpo receptor, destacando-se: lagoas de estabilização, lagoas aeradas, filtro biológico, lodos ativados, reator anaeróbio de manto de lodo, sistema de tanque séptico seguido de filtro anaeróbio, disposição controlada no solo, dentre outros.
Em decorrência das várias opções e dos inúmeros condicionantes, são muitas as variáveis a serem consideradas na escolha de alternativas tecnológicas mais adequadas ao tratamento dos esgotos sanitários. Devem ser analisadas, avaliadas e comparadas, no mínimo (ANDRADE NETO, 2007):
• a eficiência na remoção de sólidos, matéria orgânica, microrganismos patogênicos e nutrientes eutrofizantes;
• a capacidade de absorver as variações qualitativas e quantitativas do afluente;
• a capacidade do sistema de se restabelecer de perturbações funcionais e a estabilidade do efluente;
• os riscos de maus odores e de proliferação de insetos;
• a facilidade de modulação e expansão;
• a complexidade construtiva;
• as facilidades e dificuldades para manutenção e operação;
• potencial produtivo e os benefícios econômicos diretos e indiretos, inclusive o destino final do dinheiro investido e seu retorno social;
• custos diretos na implantação, manutenção e operação.
Embora não exista uma solução que atenda integralmente a todos os requisitos mencionados anteriormente, Andrade Neto (1997) e Oliveira et al. (2000) consideram que as lagoas de estabilização constituem um sistema de tratamento vantajoso por compor uma série de processos naturais, não necessitando de energia elétrica, apresentam baixo custo de implantação, manutenção e operação. Destacam ainda a simplicidade de construção e de operação, alta relação benefício/custo e inexistência, em geral, de operador especializado e permanente.
1
Essas lagoas são basicamente biorreatores, de águas lênticas, relativamente rasas, construídas para armazenar resíduos específicos, como os domésticos e industriais, devendo garantir elevados tempos de retenção. Isto resultará na estabilização da matéria orgânica através de processos biológicos realizados pela oxidação bacteriana e/ou redução fotossintética das algas (JORDÃO; PESSOA, 2005; PIVELI, 2004; SILVA FILHO, 2007).
Como diz o próprio nome, o objetivo principal de lagoas de estabilização é estabilizar, ou seja, transformar em produtos mineralizados o material orgânico presente na água residuária a ser tratada (CHERNICHARO, 2001a). Para atingir este objetivo, utilizam-se processos de tratamento que se baseiam na atividade metabólica de microrganismos, particularmente bactérias e algas.
Somente sistemas de lagoas de estabilização e de disposição controlada de esgotos no solo, são capazes de propiciar, a baixo custo, o grau de tratamento pretendido a nível terciário – remoção de patogênicos e nutrientes (ANDRADE NETO, 2007).
Na Tabela 4 são apresentadas as características dos principais parâmetros relacionados à eficiência de sistemas de lagoas de estabilização.
Segundo Ramadan e Ponce (2003), as lagoas de estabilização estão tendo prioridade de escolha para o tratamento de esgotos sanitários também em muitas partes do mundo. Na Europa, por exemplo, as lagoas são usadas frequentemente em comunidades rurais pequenas, para populações de até 2000 habitantes, embora maiores sistemas existam na França (quase 3000 lagoas de estabilização), Espanha e Portugal. Nos Estados Unidos, local dos primeiros registros de uso desse tipo de tratamento, um terço de todas as estações de tratamento de esgoto é composto por lagoas de estabilização servindo geralmente a populações de até 5.000 habitantes (VALE, 2007).
1
DBO5 DQO SS Amônia - N P Total N Total CF DBO5 DQO SS Amônia - N P Total N Total CF
(mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) (NMP/100mL) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (unid. Log)
Lagoa facultativa 50 - 80 120 - 200 60 - 90 > 15 > 4 > 20 106- 107 75 - 85 65 - 80 70 - 80 < 50 < 35 < 60 1 - 2
Lagoa anaeróbia +
lagoa facultativa 50 - 80 120 - 200 60 - 90 > 15 > 4 > 20 106 - 107 75 - 85 65 - 80 70 - 80 < 50 < 35 < 60 1 - 2
Lagoa aerada
facultativa 50 - 80 120 - 200 60 - 90 > 20 > 4 > 30 106 - 107 75 - 85 65 - 80 70 - 80 < 30 < 35 < 30 1 - 2
Lagoa aerada de mistura completa + Lagoa de decantação
50 - 80 120 - 200 40 - 60 > 20 > 4 > 30 106 - 107 75 - 85 65 - 80 80 - 87 < 30 < 35 < 30 1 - 2
Lagoa anaeróbia + lagoa facultativa + lagoa de
maturação
40 - 70 100 -180 50 - 80 10 - 15 < 4 15 - 20 102 - 104 80 - 85 70 - 83 73 - 83 50 - 65 > 50 50 - 65 3 - 5 EFICIÊNCIA MÉDIA ESPERADA
QUALIDADE MÉDIA DO EFLUENTE
SISTEMA
A discussão sobre técnicas de tratamento de efluentes tem ressaltado o tratamento de esgoto por meio de lagoas de
estabilização como uma das técnicas mais bem aceitas na maior parte dos estados brasileiros, visto contemplar economia no custo e, acima de tudo, simplicidade na operação e manutenção (SILVA FILHO, 2007).
Tabela 4 – Concentrações médias efluentes e eficiências típicas de remoção dos principais poluentes de interesse nos esgotos
17
De acordo com Von Sperling (2002), as lagoas de estabilização são bastante indicadas para as condições brasileiras, devido aos seguintes aspectos:
• suficiente disponibilidade de área em um grande número de localidades;
• clima favorável (temperatura e insolação elevadas);
• operação simples;
• necessidade de poucos ou de nenhum equipamento.
No estado do Rio Grande do Norte, a introdução do sistema de tratamento de esgoto por meio de lagoas de estabilização iniciou-se na década de 80 do século XX. Com o passar do tempo essa modalidade de tratamento vem mostrando crescimento, passando das 12 Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs), na década de 1980, para 43 em 1990 e 78 em 2006.
Dentre os fatores que possam vir a interferir no conjunto de reações inerentes a essa modalidade de tratamento destacam-se os meteorológicos, também conhecidos como fatores não-controláveis. A ação dos ventos, a temperatura, a insolação e a intensidade de luz solar têm elevada influência na hora de projetar lagoas de estabilização, pois regulam a atividade das algas e das bactérias envolvidas no processo.
O sistema de tratamento composto por lagoas de estabilização resulta na própria simplicidade dos procedimentos de operação e manutenção. Contudo, a máxima eficiência, estimada em projeto, não será alcançada sem operação e manutenção cuidadosas.
Muitas vezes, as etapas de manutenção de um sistema de lagoas de estabilização confundem-se com sua operação, sendo, portanto, adequado definir claramente esses dois termos:
A manutenção do sistema visa conservar adequadamente, tanto o sistema de tratamento como o local de trabalho dos operadores, assegurando conforto e condições funcionais, tais como foram estabelecidas no projeto. A operação tem por objetivo garantir a funcionalidade do sistema como um todo, fornecendo aos operadores e responsáveis pelo sistema dados sobre a eficiência do conjunto, em especial sobre a redução da DBO e de organismos indicadores de patogênicos (KELLNER; PIRES, 1998, p. 147).
83 a) Classificação das lagoas de estabilização
As lagoas de estabilização são classificadas de acordo com a forma na qual a matéria orgânica é estabilizada, bem como a atividade metabólica predominante na degradação da matéria orgânica. Assim, pode-se classifica-las basicamente em anaeróbias, facultativas e de maturação.
→ Lagoas Anaeróbias
As lagoas de estabilização anaeróbias são responsáveis pelo tratamento primário dos esgotos, sendo dimensionadas para receber cargas orgânicas elevadas, da ordem de 100 a 400 g DBO5/m³.dia, impedindo assim a presença de oxigênio dissolvido no meio líquido e garantindo, dessa forma, condições estritamente anaeróbias no interior da lagoa.
Esses reatores não dependem da ação fotossintética das algas e suas condições ótimas ocorrem na ausência de oxigênio, podendo assim ser construídas com maior profundidade, variando de 3,5 a 5,0 m (SILVA FILHO, 2007), e menor área superficial de maneira a promover a condição de anaerobiose. O tempo de detenção hidráulica nunca é inferior a 3 dias (KELLNER; PIRES, 1998). Tem sido observado que lagoas anaeróbias dimensionadas para tempos de detenção maiores que 5 dias funcionam como lagoas facultativas ao invés de anaeróbias (VIEIRA, 2003).
A sedimentação e a digestão anaeróbia são os principais mecanismos envolvidos na remoção de matéria orgânica. A digestão anaeróbia é um processo natural do ciclo do carbono, altamente complexo do ponto de vista microbiológico, pelo qual é possível, na ausência de oxigênio, transformar substâncias orgânicas em biomassa bacteriana e compostos inorgânicos, em sua maioria voláteis: CO2, NH3, H2S, N2 e CH4 (ANDRADE NETO, 2004).
83
Já na segunda fase ocorre o fenômeno de fermentação metanogênica, em que os ácidos orgânicos produzidos anteriormente serão convertidos em metano e dióxido de carbono por bactérias estritamente anaeróbias (VIEIRA, 2003), em especial as archea metanogênicas (ANDRADE NETO, 2004).
Araújo (1993) descreve que as principais reações envolvidas no processo são a conversão de carboidratos em células bacterianas com produção de ácido acético (Equação 01) e a conversão de ácido acético em metano e dióxido de carbono durante o crescimento das bactérias metanogênicas (Equação 02).
5 (CH2O)X (CH2O)X + 2CH3COOH + Energia
5/2 CH3COOH (CH2O)X + 2CH4 + 2CO2 + Energia
A Figura 4 esquematiza a dinâmica do funcionamento de lagoas anaeróbias. A eficiência de remoção da DBO nas lagoas anaeróbias está intimamente relacionada com a qualidade e natureza dos sólidos sedimentáveis presentes no esgoto bruto afluente. Segundo Von Sperling (2002) a eficiência de remoção de DBO nas lagoas anaeróbias é usualmente da ordem de 50% a 70%.
Os principais problemas operacionais observados com maior freqüência em lagoas anaeróbias referem-se à exalação de maus odores, crescimento de vegetação no seu interior e proliferação e presença de insetos.
Por apresentarem efluentes ainda com elevadas concentrações de matéria orgânica e, particularmente, microrganismos, necessitam de tratamento complementar, tratamento a nível secundário, geralmente realizado por lagoas facultativas e de maturação.
→ Lagoas Facultativas
Segundo Silva e Mara (1979), o termo facultativa é designado à dualidade ambiental que caracteriza esse tipo de lagoa, apresentando condição aeróbia na superfície e condição anaeróbia em camadas próximas ao fundo da lagoa. Deste modo, a estabilização da matéria orgânica se dá através da oxidação aeróbia e pela redução fotossintética na camada superior, e na camada inferior através de fenômenos típicos da fermentação anaeróbia (JORDÃO; PESSOA, 2005).
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Na zona aeróbia próxima à superfície da lagoa, a matéria orgânica é degradada por bactérias aeróbias que são supridas de oxigênio por reações fotossintéticas realizadas pelas algas e pela reaeração superficial. Nessa região, a influência da luz solar juntamente com os nutrientes provenientes da mineralização da matéria orgânica pelas bactérias, propicia o desenvolvimento de uma elevada biomassa de algas, responsáveis pela liberação do oxigênio molecular que será utilizado posteriormente pela população bacteriana com formação de novas células (VIEIRA, 2003).
Na zona intermediária prevalecem as bactérias facultativas que possuem os dois mecanismos de respiração, que podem crescer tanto em meio aeróbio quanto em meio anaeróbio (KELLNER; PIRES, 1998).
A zona anaeróbia, no fundo da lagoa, é constituída da matéria orgânica sedimentada formando o lodo, onde se desencadeiam as reações bioquímicas por meio da digestão anaeróbia, produzindo gases como o CO2, CH4 e H2S, os quais se deslocam para a superfície podendo se desprender para a atmosfera.
Grau (1991) afirma que nas lagoas facultativas são encontrados quaisquer tipos de microrganismos, desde os anaeróbios restritos, no lodo de fundo, até os aeróbios restritos, na zona intermediária adjacente da superfície. Entretanto, os seres mais adaptados ao meio são os microrganismos facultativos, que podem sobreviver nas condições de mudança de oxigênio dissolvido, típicas destas lagoas ao longo do dia e do ano.
As lagoas facultativas são dimensionadas com grandes áreas superficiais, pequenas alturas de lâminas de água (entre 1 m e 2 m) e períodos de detenção de aproximadamente 10 dias (lagoas primárias) e 5 dias (lagoas secundárias) (MARA; PEARSON, 1986). Jordão e Pessoa (2005) afirmam que para um melhor desempenho em regiões tropicais são mais indicadas taxas de aplicação superficial variando de 100 a 350 kg DBO5/ha.dia. A Figura 5 esquematiza a dinâmica do funcionamento de lagoas facultativas.
A lagoa é denominada primária quando projetada para operar como única unidade e/ou receber esgoto bruto. Quando projetada para receber efluente de lagoa anaeróbia, aerada ou mesmo após uma estação de tratamento é chamada de lagoa secundária (JORDÃO; PESSOA, 2005).
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virtude de reações fotossintéticas realizadas pelas algas; e, concentrações elevadas de sólidos em suspensão, correspondendo à biomassa algal (VON SPERLING, 2002).
Essas lagoas podem atingir boas eficiências quanto à remoção de carga orgânica, microrganismos patogênicos e sólidos suspensos (RODRIGUES, 2004). Para Mendonça (1990) a redução de DBO5 é da ordem de 70 a 90%. Segundo Von Sperling (2002) as lagoas facultativas têm eficiência nas remoções de DBO variando entre 75 e 85%; coliformes termotolerantes com valores percentuais entre 90 e 99%; nitrogênio inferior a 60% e fósforo inferior a 35%.
→ Lagoas de Maturação
A modalidade de lagoas de estabilização na qual a remoção de microrganismos patogênicos apresenta-se como função principal denomina-se lagoas de maturação e são empregadas como o último passo ou posteriores a qualquer outro sistema convencional de tratamento de águas residuárias (FREITAS et al., 2002).
Para Kellner e Pires (1998) o termo lagoa de maturação é dado àquela lagoa em que a matéria orgânica está praticamente estabilizada e o oxigênio dissolvido se faz presente em toda a massa líquida.
São construídas com menores profundidades, entre 0,60 e 1,50 m (SILVA FILHO, 2007). Gloyna (1971) sugere a adoção de 1,0 m de profundidade.
Considera-se o tempo de detenção hidráulica de 7 dias para o seu dimensionamento (KELLNER; PIRES, 1998). Em lagoas destinadas ao tratamento de efluentes domésticos, o TDH situa-se entre 2 e 4 dias (JORDÃO; PESSOA, 2005).
Os raios ultra violeta da radiação solar apresentam um papel importante nestas lagoas já que as baixas profundidades permitem que atuem em toda a massa de água (RODRÍGUEZ; CABRERA; VILLACRÉS, 2006). Além do mais, favorece a grande produtividade de algas e cianobactérias que, através da fotossíntese, geram alta concentração de oxigênio, garantindo, dessa maneira, a redução de patógenos (ARAÚJO, 1993).
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O pH é o principal responsável pela morte dos organismos patogênicos, acelerando o decaimento de coliformes termotolerantes, bem como da remoção de nutrientes quando atinge valores iguais ou superiores a 9,0 (VON SPERLING, 2002). O fósforo é removido principalmente através do mecanismo da precipitação química na forma de hidroxiapatita desencadeado quando o pH supera valores de 8,2 (ARAÚJO, 1993). A amônia é removida principalmente através da volatilização em faixas de pH superiores a 8,0 (SOARES et al., 1996).
A presença de luz também influencia bastante na eliminação de coliformes termotolerantes. Segundo Curtis et al. (1992 apud KELLNER; PIRES 1998), a existência de substâncias húmicas encontradas em todo o volume do líquido da lagoa provocaria a absorção da luz solar e a utilização da energia para transformar o oxigênio dissolvido em formas tóxicas, como peróxido de hidrogênio ou provavelmente superóxidos e radicais hidroxil, danificando e matando os coliformes fecais presentes na lagoa.
Dependendo das características climáticas do local e de projeto, a taxa de remoção de coliformes termotolerantes, em uma série de lagoas de estabilização, pode alcançar valores da ordem de 99,999%. Todavia, a eficiência de remoção de DBO e DQO é geralmente baixa.
As lagoas apresentam excelente eficiência de tratamento. Em termos de eficiência de remoção de DBO, a faixa típica situa-se entre 75 e 85 mg/L. Em relação à remoção de nutrientes, pode-se encontrar uma razoável remoção de nitrogênio amoniacal nas lagoas de maturação, rasas, através do processo de volatilização da amônia livre (NH3), com pH elevado. É possível no caso de lagoas de maturação rasas obter-se uma remoção de amônia livre da ordem de 70 a 80% (JORDÃO; PESSOA, 2005).
b) Lagoas de estabilização no tratamento de resíduos esgotados de fossas
e tanques sépticos
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Devido ao fato dessas unidades não serem capazes de tratar eficientemente o esgoto disposto nas mesmas, faz-se necessário destinar os efluentes para um sistema de tratamento, capaz de adequá-los aos padrões do corpo receptor que servirá como disposição final, evitando-se a ocorrência de possível degradação ambiental.
As lagoas de estabilização, como opção no tratamento dos resíduos esgotados de fossa séptica, são indicadas para as condições brasileiras, considerando-se a disponibilidade de área em um grande número de localidades, o clima favorável (temperatura e insolação elevadas), a operação simples e a pouca necessidade de equipamento, acarretando uma redução no custo final.
Araújo, A. et al. (2005), estudando o mesmo sistema de tratamento desta pesquisa, ou seja, fazendo uso de sistema de lagoas de estabilização aplicadas ao tratamento de resíduos de tanques-sépticos, composto por duas lagoas anaeróbias, uma facultativa, seguida de uma de maturação e um tanque de desinfecção, obtiveram eficiência em torno de 95% para DBO, 97% para DQO e 99,9% para coliformes termotolerantes.
Naval e Santos (2000) avaliaram um sistema de lagoas de estabilização para tratamento de águas residuárias domésticas, oriundas de rede coletora de esgotos e de fossas sépticas, na cidade de Palmas/TO. Os autores afirmam que o sistema de lagoas apresenta boa eficiência no tratamento, obtendo redução da carga orgânica de 70% e eficiência de 97,7% para remoção de coliformes termotolerantes, haja vista que o sistema havia sido implantado a menos de um (01) ano.
Outros estudos também apontam a eficiência das lagoas de estabilização tratando efluentes com elevada carga orgânica.
Campos et al. (2006), avaliaram o uso de lagoas de estabilização no tratamento de resíduos líquidos de fecularia em Marechal Cândido Rondon/PR. O tratamento dos efluentes da indústria foi realizado por uma seqüência de sete lagoas de estabilização, sendo três anaeróbias e quatro facultativas. Apesar das águas residuárias de fecularia apresentarem elevada carga poluidora, principalmente elevadas concentrações de DQO e DBO, o sistema promoveu redução de 96,3% de DQO e 96,4% de DBO, 93,5% de fósforo total e 67,0%; 58,3% e 72,3% para ST, SF e SV, respectivamente.
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remoção do sistema de tratamento atingiu valores de 95,40%, para DQO bruta, 97,10%, para DBO bruta, 96,2%, para óleos e graxas, 78,23%, para sólidos totais, 57,78%, para nitrogênio total, e 7,89% para fósforo total.
Araújo et al. (2006) estudando o tratamento de dejetos suínos através de lagoa facultativa aerada e lagoa de maturação, em escala real, concluíram que, ao longo do monitoramento, nos diferentes períodos de operação, as faixas de eficiência média de remoção foram de: 64-86% para DQO; 56-73% para P-PO4; 71-90% para NTK e 45-93% para N-NH3.
83 4 MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização da pesquisa foi necessário firmar parceria com uma das empresas imunizadoras operantes em Natal, e esta deveria possuir um sistema privado de tratamento (lagoas de estabilização) dos efluentes coletados das fossas sépticas.
Dentre as empresas que fazem parte do ramo limpa-fossa, a Imunizadora Potiguar foi a escolhida. Alguns fatores foram bastante relevantes nessa decisão, dentre eles:
• Empresa autorizada pelo Instituto de Defesa do Meio Ambiente (IDEMA) para transporte e descarga de efluentes orgânicos, em unidade apropriada ao tratamento, cumprindo a legislação vigente;
• Empresa que há mais tempo atua na cidade do Natal (trinta e um anos);
• Uma das três imunizadoras que possuem sistema de lagoas de estabilização;
• Esgota mais da metade das fossas sépticas da cidade;
Desta forma, a Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) da Imunizadora Potiguar foi utilizada como campo experimental no desenvolvimento desta pesquisa.
4.1 LOCALIZAÇÃO E DESCRIÇÃO DO SISTEMA EXPERIMENTAL
O sistema experimental está localizado no bairro de Felipe Camarão, zona administrativa oeste da cidade de Natal, no Estado do Rio Grande do Norte, às margens da antiga estrada Natal – Macaíba (RN 226) e do Rio Potengi – Jundiaí, nas coordenadas geográficas 5º49’13”S e 35º16’30”O.
A área compreendida pela referida estação de tratamento está inserida na Zona de Proteção Ambiental (ZPA-8) que compreende o Rio Potengi e o manguezal, sendo esta considerada frágil, do ponto de vista ambiental, pois ainda não é regulamentada legalmente (NATAL, 2007).
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Leia-se: TP: tratamento preliminar; LA1: primeira lagoa anaeróbia; LA2: segunda lagoa anaeróbia; LF: lagoa facultativa; LM: lagoa de maturação; TC: tanque de cloração.
Figura 7 – Imagem aérea das lagoas de estabilização da Imunizadora Potiguar Fonte: Torres (2008, p. 29)
TC
TP
LM LF LA 1
LA 2
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O sistema de tratamento de efluentes, em escala real, pesquisado, é composto de uma área de recepção e tratamento preliminar (gradeamento e desarenação simplificados), um conjunto de quatro lagoas de estabilização, sendo duas anaeróbias em série seguidas de uma facultativa secundária e uma lagoa de maturação, e, por fim, um sistema de desinfecção com a utilização de cloro.
O tratamento preliminar é composto por três tanques cuja função é atuar como desarenador, diminuindo os efeitos adversos da areia contida no esgoto, reduzindo impactos quanto à eficiência das instalações a jusante, bem como reduzir impactos negativos ao corpo receptor (estético, assoreamento). Após os tanques, uma grade de barras complementa o tratamento preliminar, retendo os sólidos grosseiros que não decantaram nos mesmos (Fotografia 1). Logo em seguida o efluente segue por gravidade ao início da série de lagoas, passando antes por três caixas de inspeção, as quais deságuam na superfície da primeira lagoa anaeróbia (L1) (Fotografia 2).
Após a L1, o efluente é transferido para a segunda lagoa anaeróbia (L2), que possui a mesma profundidade que sua antecessora porém com o dobro de sua área (Fotografia 3). Dando continuidade à série de lagoas, apresentam-se uma lagoa facultativa (L3) e, logo em seguida, uma de maturação (L4), ilustradas nas Fotografias 4 e 5, respectivamente.
Por fim, o efluente desemboca em um tanque de alvenaria, provido de chicanas, com dimensões de 5,30 x 3,00 m. No início desse tanque é realizada a cloração, através de pastilhas, sendo o efluente, em seguida, encaminhado ao medidor de vazão (calha Parshall) para posterior lançamento no Rio Potengi, conforme Fotografia 6.
De acordo com o projeto de dimensionamento da ETE, as lagoas de estabilização dessa imunizadora foram dimensionadas para receber uma vazão afluente de 300.000 L/dia, o que equivale a 40 caminhões limpa-fossa, cada um com capacidade para 7.500 L. A alimentação das lagoas é realizada com a introdução do material proveniente dos caminhões limpa-fossa que coletam os resíduos sólidos e líquidos gerados de atividades humanas ou industriais.
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Fotografia 1 – Tratamento Preliminar que antecede a série de lagoa
Fotografia 2 – Lagoa Anaeróbia 1 (LA 1)
11/08/08
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Fotografia 3 – Lagoa Anaeróbia 2 (LA 2)
Fotografia 4 – Lagoa Facultativa (LF)
20/03/08
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Fotografia 5 – Lagoa de Maturação (LM)
Fotografia 6 – Tanque de Contato (TC)
20/03/08
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Figura 8 – Dimensões de projeto das lagoas de estabilização da Imunizadora Potiguar
Perímetro (m) Área (m²) Profundidade (m) Volume (m³) Dimensões
3,00 3.807,00
3,00
1.269,00
Lagoa Anaeróbia 2
1.880,04
148,00
Lagoa Facultativa
Lagoa de Maturação Lagoa Anaeróbia 1
14.181,00
279,00 4.727,00 3,00
145,50 855,50 2,00 1.711,00
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4.2 MONITORAMENTO DO SISTEMA EXPERIMENTAL
O período total de amostragem foi de outubro de 2007 a outubro de 2008, totalizando 29 coletas, realizadas com freqüência semanal. As campanhas eram realizadas por volta das 9 horas da manhã, em que alíquotas dos efluentes de cada unidade de tratamento foram coletadas e armazenadas em frascos de 100 mL (volume utilizado na análise de viabilidade de ovos de helmintos) e garrafas plásticas de 3 L (volume utilizado nas demais análises). Foram feitas coletas em seis pontos, demonstrados na Figura 9.
As amostras eram acondicionadas em caixas térmicas (isopor), a uma temperatura aproximada de 4º C, preservando assim a representatividade das mesmas.
Por não haver um sistema de medição de vazão no tratamento preliminar bem como um controle preciso na quantidade de volume coletado pelos caminhões a quantificação do material descarregado na série de lagoas não foi possível ser realizada.
Em campo eram medidos pH, temperatura, condutividade e oxigênio dissolvido. Já as análises laboratoriais foram realizadas nas dependências do Laboratório de Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e do Laboratório de Análise de Águas e Esgotos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN).
Leia-se: Pontos de Coleta (efluente)
83 4.2.1 Metodologia de análise
O quadro 2 apresenta a relação de métodos empregados nas análises das variáveis estudadas.
PARÂMETROS MÉTODOS REFERÊNCIAS
VARIÁVEIS FÍSICAS American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation (1998) . Temperatura (°C) Potenciométrico
pH Potenciométrico Condutividade Elétrica (µS/cm) Condutivimétrico
Sólidos Totais (mg/L) Gravimétrico com secagem a 103 - 105ºC
Sólidos Voláteis e Fixos (mg/L) Gravimétrico com secagem a 103 - 105ºC seguida de ignição a 500 - 550°C
Sólidos Suspensos Totais (mg/L)
Filtração a vácuo com membrana de fibra de vidro 0,45 µm de porosidade – Secagem a 103°C – 105°C
Sólidos Suspensos Voláteis e Fixos (mg/L)
Filtração a vácuo com membrana de fibra de vidro – Secagem a 103°C – 105°C seguida de Ignição a 500 - 550°C
Sólidos Dissolvidos Totais
(mg/L) Cálculo
Sólidos Sedimentáveis (mL/L) Visualização em Cone de Imhoff
VARIÁVEIS QUÍMICAS
Oxigênio dissolvido (mg/l) Eletrométrico
DQO (mgO2/L) Titulométrico - Digestão por refluxação fechada
Ortofosfato (mgP/L) Espectrofotométrico – Cloreto Estanhoso Fósforo Total (mgP/L) Espectrofotométrico – Cloreto Estanhoso
Nitrogênio Orgânico (mgN/L) Espectrofotométrico - Digestão e destilação seguida de Nesslerização
Amônia Total (mgN/L)
Espectrofotométrico - Destilação em Macro-Kjeldahl seguida de Nesslerização
American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation (1992) Nitrato (mgN/L) Espectrofotométrico – Salicilato de Sódio Rodier (1975)
VARIÁVEIS MICROBIOLÓGICAS
Coliformes Termotolerantes
(UFC/100mL) Técnica da Membrana Filtrante com 0,45 µm de poro.
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Como observado, a grande maioria das análises foi realizada utilizando-se as metodologias descritas no Standard Methods for the examination of Water & Wastewaster (AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION; AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION; WATER ENVIRONMENT FEDERATION, 1998). Para a análise do nitrato optou-se pelo uso da metodologia de Rodier (1975) tendo em vista que a do Standard Methods demanda tempo considerável de análise (filtrações e remoção de nitrito) e é mais recomendada para água limpa.
No momento da coleta, os parâmetros pH (potencial hidrogeniônico) e temperatura eram determinados através da sonda sension 156 da Hach, enquanto que o oxigênio dissolvido foi obtido por meio do oxímetro portátil, modelo DM-4P.
Quanto aos equipamentos empregados nos experimentos realizados em laboratório, utilizou-se o destilador da marca Tecnal, modelo TE-036/1, para extrair a amônia e o nitrogênio orgânico e o espectrofotômetro Micronal, modelo B542, para medição da absorbância das amostras submetidas aos ensaios. Este mesmo espectrofotômetro foi utilizado para a quantificação de nitrato, fósforo total, ortofosfato solúvel e Clorofila “a”. Também foi utilizado o aquecedor Quimis, modelo Q-313A, para o nitrogênio orgânico, fósforo total e ortofosfato solúvel.
A filtração das amostras para Clorofila “a” e ortofosfato solúvel foi realizada com um sistema de filtração a vácuo da Tecnal, modelo TE-0581. A centrifugação das amostras para detecção dos níveis de Clorofila “a” foi realizada por meio do equipamento centrifugador da Tecnal, CELM-COMBATE.
A refluxação das provas de DQO foi levada a efeito com o auxílio do digestor Tecnal, modelo TE-021 Dry Block.
Na análise da série de sólidos, foi utilizada mufla da marca Quimis para ignição das cápsulas e cadinhos à temperatura de 500 °C e estufa bacteriológica da marca Marconi, modelo MA 032 para a secagem a 103 – 105 ºC. Para a determinação dos pesos das cápsulas e cadinhos fez-se uso de balança da marca Tecnal, modelo Mark 210A. O banho maria, utilizado em uma das etapas da análise dos sólidos totais, foi o da marca Tecnal, modelo TE – 054.
4.2.2 Metodologia de tratamento estatístico dos dados
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variáveis analisadas em cada amostra para obter as medidas de tendência central (média e mediana) e as medidas de dispersão (desvio padrão, limites de confiança de 95%, quartis, mínimos e máximos). Para determinar se os dados amostrais apresentavam comportamento de distribuição normal foram aplicados os testes de Kolmogorov-Smirnov e de Shapiro-Wilks a um nível de significância 0,05.
As análises de correlação ao nível de 0,05 (matrizes de correlação) foram utilizadas dentro de cada grupo de variáveis medidas em cada amostra com vistas a medir a relação entre duas ou mais variáveis, sendo obtidos como resultados para interpretação as linhas de regressão (linha dos mínimos quadrados), assim como dos seus respectivos coeficientes de correlação “r” (representa a relação linear entre duas variáveis) e determinação “r²” (representa a proporção de variação comum entre as duas variáveis ou a magnitude da relação). Com o objetivo de verificar diferenças significativas ou não entre as médias das variáveis obtidas nas diferentes amostras analisadas foram levadas a efeito análises de variância - ANOVA ao nível de 0,05. Tal análise permite comparar ao mesmo tempo médias de dois (Teste-t) ou mais grupos (Teste-F) analisados para uma mesma variável, ou diferenças significativas entre determinados tipos de tratamentos realizados.
83 5 APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Nesta seção são apresentados e discutidos os resultados gerados no monitoramento das lagoas de estabilização da Imunizadora Potiguar. Todos estes foram obtidos através de análises em campo e em laboratório das 29 coletas realizadas.
A etapa inicial do tratamento dos dados consistiu no uso de estatística básica (estatística descritiva) com vistas à obtenção das medidas de tendência central (médias aritméticas – Média e Mediana) e medidas de dispersão (faixas de variação – Mín e Máx e Desvio Padrão) de todas as variáveis monitoradas no sistema de tratamento composto pela série de lagoas.
Na Tabela 05 são apresentadas as médias e faixas de variação de todas as variáveis analisadas no período de outubro de 2007 a outubro de 2008.
A nomenclatura que se adotou neste trabalho, quanto aos pontos de coleta, segue a mesma metodologia apresentada na seção 3, em que o termo “EB” diz respeito ao afluente, “L1” consiste no efluente da primeira lagoa anaeróbia, “L2” equivale ao efluente da segunda lagoa anaeróbia, “L3” ao efluente da lagoa facultativa, “L4” ao efluente da lagoa de maturação e, por fim, “ET” sendo o efluente tratado (efluente final).
No item 5.1. - “Apresentação dos resultados” são expostos gráficos Box-Plots de cada variável individualmente, para a série dos pontos de coleta das lagoas.
