TRATAMENTO DO EFLUENTE DE UMA INDÚSTRIA QUÍMICA PELO

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T ^RATAMENTO ^DO ÊFLUENTE ^DE ÛMA ÎNDÚSTRIA ^QUÍMICA ^PELO

PROCESSO DE LODOS ATIVADOS CONVENCIONAL E COMBINADO COM CARVÃO ATIVADO

T ^REATMENT ÔF Â ^CHEMICAL ÎNDUSTRY ^WASTEWATER ^BY CONVENTIONAL ACTIVATED SLUDGE PROCESS AND ASSOCIATED WITH ACTIVATED CARBON

F

^LÁVIA

C

^AVALEIRO

C

^OSTA

Engª Química, M. Sc. (COPPE/UFRJ)

F

^ERNANDO

A

^LTINO

M

^EDEIROS

R

^ODRIGUES

Eng. Químico, M.Sc. (COPPE/UFRJ), Professor Assistente do Instituto de Química (UERJ)

G

^ERALDO

A

^NDRÉ

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^HURLER

F

^ONTOURA

Químico Industrial, M.Sc. (COPPE/UFRJ), BAYER S.A

J

^UACYARA

C

^ARBONELLI

C

^AMPOS

Engª Química, D. Sc. (COPPE/UFRJ), Professora Visitante do Departamento de Engª Sanitária e do Meio Ambiente (UERJ)

G

^ERALDO

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^IPPEL

S

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^NNA

J

^R

.

Engº Químico, D. Ing. (Toulouse-França), Professor Titular do Programa de Engª Química (COPPE/UFRJ)

M

^ÁRCIA

D

^EZOTTI

Química, D. Sc. (UNICAMP), Professora Adjunta do Programa de Engª Química (COPPE/UFRJ) Recebido: 18/02/03 Aceito: 10/10/03

RESUMO

No presente trabalho foi estudado o tratamento do efluente de uma indústria química que se caracteriza pela composição quími- ca complexa, alta salinidade, elevada temperatura e toxicidade.

Numa primeira etapa, dois biorreatores foram operados em regime contínuo a 25^oC e 35^oC, com TRH de 20h, atingindo-se uma remoção de Carbono Orgânico Dissolvido (COD) de 70%.

Posteriormente, o TRH de ambas unidades foi aumentado para 56 h, constatando-se um aumento na remoção de COD (85%) e apreciável remoção de N-NH₄⁺(95%). O teor de cloreto no efluente teve um efeito seletivo na população microbiana presente, interferindo na diversidade de protozoários. Por fim, o processo “PACT”(Powdered Activated Carbon Treatment) foi investigado num dos reatores (TRH de 20h a 35^oC), alcançan- do elevadas remoções de COD e DQO (85%) e de N-NH₄⁺ (90%).

PALAVRAS-CHAVE: Indústria química, lodos ativados, carvão ativado, toxicidade.

ABSTRACT

In the present work the treatment of a chemical industry wastewater was investigated. The industrial effluent presents high salinity, high temperature and occasional toxicity. Firstly, the performance of two continuous bioreactors operated at different temperatures (25°C and 35°C) was assessed. The reactors were operated under a hydraulic retention time (HRT) of 20h, attained an average DOC (Dissolved Organic Carbon) removal of 70%. In a second stage, the HRT of both reactors was increased to 56 h. An improvement on DOC removal (85%) and an appreciable level of N-NH₄⁺ removal (95%) were observed. The chloride concentration in the wastewater showed to be a selective factor for the microbial population present in the bioreactors, affecting floc structure and protozoa abundance. In the last step, an investigation of the “PACT” (Powdered Activated Carbon Treatment) was performed in one of the bioreactors (HRT of 20h, 35 ^oC) in order to improve the stability of the biological process to shock loads. DOC and COD removals averaged 85% and N-NH₄⁺ removal was around 90%.

KEYWORDS: Chemical industry, activated sludge, activated carbon, toxicity.

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INTRODUÇÃO

Os ecossistemas aquáticos possuem funções ambientais de indiscutível valor.

Neles, os nutrientes são reciclados, a água é purificada, as enchentes são atenuadas, os fluxos das águas são conservados e ampliados, os lençóis freáticos são recarregados. Enfim, eles asseguram o abastecimento de água para a vida vege- tal, animal e humana. Porém, o rápido aumento populacional e o intenso desenvolvimento industrial, comercial e agrí- cola resultaram na poluição dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos por fertilizantes, pesticidas, inseticidas, óleos, percolados tóxicos de aterros sanitários, enfim, por uma enorme variedade de efluentes industriais e domésticos (Vazoller, 1999).

As indústrias químicas respondem por uma grande parte da carga de poluentes lançada no meio ambiente. Os efluentes dessas indústrias variam quanti- tativamente e qualitativamente, depen- dendo dos tipos de produtos fabricados, dos processos utilizados e das matérias- primas empregadas. Essas indústrias ge- ram efluentes altamente complexos, que apresentam dificuldades para o seu ade- quado tratamento. Há, portanto, necessidade de se buscar técnicas de tratamen- to bastante eficientes, que assegurem que os efluentes tratados não provoquem im- pactos ambientais severos no curso d’água receptor. Sabe-se que o processo de lodos ativados é extremamente eficiente para a remoção da matéria orgânica biodegra- dável presente nesses despejos. No entanto, o lodo biológico pode ser afetado de modo deletério por choques de carga orgânica e por variações abruptas nos teores de alguns poluentes, como sais inorgânicos e substâncias orgânicas tóxi- cas. O uso de carvão ativado combinado com o processo de lodos ativados tem sido proposto (Sher et al., 2000; Meidl, 1997;

Dalmacija et al., 1996; Belkin et al.,1994) para incrementar a eficiência do tratamen- to de efluentes industriais complexos, que, ademais, apresentam composição re- lativamente variável.

O presente trabalho foi realizado com a finalidade de investigar a influên- cia de algumas variáveis operacionais no desempenho do processo de lodos ativados aplicado ao tratamento do efluente de uma indústria química. O efluente em questão apresenta quantida- des significativas de diversas substâncias orgânicas solúveis de lenta ou difícil de- gradação, tais como: compostos fenólicos,

pesticidas e hidrocarbonetos poliaromá- ticos entre outros. Além de sua natureza orgânica complexa, o efluente apresenta alta salinidade, alta temperatura e por vezes, toxicidade.

No presente estudo, a temperatura e o tempo de retenção hidráulica (TRH) foram variados em dois níveis em dois reatores (25 e 35^oC; 20 e 56 h) e o desempenho do processo foi avaliado, acom- panhando-se a remoção da matéria orgâ- nica e do nitrogênio amoniacal e as altera- ções na microbiologia dos consórcios microbianos presentes nos biorreatores.

Além disso, foi estudada a aplicação de carvão ativo no processo de lodos ativados (Powdered Activated Carbon Treatment - PACT), visando tornar o processo mais eficiente e estável aos choques de carga, bem como obter alguma redução da toxicidade, por vezes presente no efluente industrial.

METODOLOGIA Efluente Industrial

O efluente utilizado foi proveniente da Estação de Tratamento de Efluentes In- dustriais (ETDI) da Bayer, Belford Roxo, RJ. As amostras foram coletadas semanal- mente (amostras simples) a jusante do decantador primário, encaminhadas para o laboratório e preservadas a 4°C até utiliza- ção conforme recomendado pela literatura pertinente (APHA/AWWA/WEF, 1998).

A dinâmica da operação industrial leva à geração de um efluente com caracte- rísticas de alta variabilidade. A Tabela 1 apresenta a faixa de variação de alguns parâmetros do efluente fornecido para estudo (efluente do decantador primário).

Tratamento pelo processo de lodos ativados

Primeira etapa

Durante esta fase experimental, foi acompanhado o desempenho de dois reatores de bancada, alimentados continuamente, um operado a 25°C e o outro a 35°C. Os reatores utilizados, construídos em acrílico, seguem o modelo convencional (Ramalho, 1991), sendo constituí- dos de uma câmara de aeração de volume útil de 2,24 L e de outra câmara adjacen- te, para sedimentação do lodo, de cerca de 0,56 L. A recirculação do lodo foi as- segurada pelo movimento do fluido atra- vés da fenda situada na parte inferior da parede divisória das duas câmaras, que é passível de deslocamento. A aeração e a agitação do conteúdo dos reatores foram realizadas por suprimento de ar através de difusor poroso. A temperatura de 35°C foi mantida num dos reatores, por meio de resistência elétrica submersa, controla- da por termostato. O efluente, estocado em câmara fria foi continuamente alimentado aos reatores com auxílio de uma bomba peristáltica. A vazão da bomba de duplo canal foi ajustada de modo que o tempo de retenção hidráulico (TRH) fosse de 20 h. Esse TRH foi escolhido, por ser este o valor operacional da unidade de tratamento industrial. O lodo biológico inoculado nos reatores, proveniente de uma Estação de Tratamento de Esgotos, foi gradualmente adaptado ao efluente industrial num intervalo de tempo de três semanas. A primeira etapa do trabalho teve duração de 85 dias.

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ÉCNICOÉCNICOÉCNICOÉCNICOÉCNICO

Tabela 1 - Valores médios dos principais parâmetros do efluente.

Parâmetros Faixa de

Valores COD - Carbono Orgânico Dissolvido (mg/L) 100 - 400 DQO - Demanda Química de Oxigênio (mg/L) 900 - 2100 DBO₅ - Demanda Bioquímica de Oxigênio (mg/L) 90 - 370

N-NH₄⁺ - Nitrogênio Amoniacal (mg/L) 15 - 60 Fenóis Totais (mg/L) 0,5 - 6,5

Cloreto (mg/L) 12.000 - 23.000

pH 6,0 - 9,0

T (°C) 30 - 40

Coloração Amarelo escuro

CE50(%) - (Microtox) 12,5 - >50

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Segunda etapa

Nesta etapa do trabalho, empregou- se o mesmo sistema experimental anteri- ormente descrito, alterando-se apenas o TRH para 56 h, em ambas as unidades.

Esse valor de TRH pode ser atingido na unidade industrial com a operação em paralelo e em plena capacidade dos dois tanques de aeração (um dos tanques não está sendo usado atualmente e o outro não está sendo operado a plena capacidade). O lodo biológico presente nos reatores sofreu uma adaptação gradual às no- vas condições operacionais por um perío- do de duas semanas. Posteriormente, os reatores foram operados continuamente por um período de 35 dias.

Tratamento combinado (PACT)

O carvão ativado em pó (CAP) em- pregado nos experimentos foi fornecido pela BRASILAC, com nome comercial Carboflok. Na realidade esse produto consiste de uma mistura de CAP (80%) com bauxita e cal viva. O produto foi adi- cionado na câmara de aeração da unidade operada a 35°C. O reator operado a 25°C foi mantido em funcionamento como uma unidade convencional de lodos ativados (sem adição de CAP). Ambos reatores foram operados com TRH de 20 horas, que corresponde ao TRH da unidade de lodos ativados da ETDI da empresa.

A concentração de produto, empre- gada nos reatores, foi determinada previa- mente em ensaios de adsorção conduzidos em mesa de agitação (shaker). Esses ensaios revelaram que a concentração mais ade- quada de Carboflok no reator, em fun- ção dos resultados de remoção de matéria orgânica, cor e toxicidade, foi de 2,0 g/L.

Métodos Analíticos

As análises de COD (Carbono Or- gânico Dissolvido) foram realizadas em um analisador de COT Shimadzu, modelo 5000 A. A concentração de N-NH₄⁺ (Nitrogênio Amoniacal) foi determinada por eletrodo de íon seletivo (Orion, modelo 720). O teor de fenóis totais e as análises de SST (Sólidos Suspensos To- tais), SSV (Sólidos Suspensos Voláteis), IVL (Índice Volumétrico de Lodo), DBO₅ (Demanda Bioquímica de Oxigê- nio), SOUR (Taxa Específica de Consumo de Oxigênio) e Fósforo Total foram realizadas de acordo com APHA/AWWA/WEF (1998). Para a análise de DQO (Deman- da Química de Oxigênio), foi utilizada

uma modificação do método de refluxo fechado (APHA/AWWA/WEF,1998) proposta por Freire & Sant’AAnna Jr.

(1998), que minimiza a interferência do cloreto. As análises de metais foram realizadas por espectrometria de absorção atô- mica (APHA/AWWA/WEF,1998).

As observações microscópicas do lodo a fresco foram realizadas em microscópio ótico com iluminação com contraste de fases Hund – Wetzlar, modelo H - 500.

A análise qualitativa de polímeros extracelulares, conforme mencionado em Jenkins et al (1993), foi feita colocando- se sobre uma lâmina, uma gota da amostra retirada do conteúdo do reator, uma gota de nanquim, cobrindo-se em segui- da com uma lamínula. A lâmina, assim preparada, foi observada no microscópio com aumento de 100 vezes.

A toxicidade aguda das amostras de efluente foi determinada no analisador Microtox, modelos M500 e 2055. O organismo teste foi uma bactéria selecio- nada do consórcio microbiano de lodos ativados, que foi geneticamente modificada para emitir fluorescência (cepa K-70 PDB 101) por pesquisadores da Bayer (Alemanha). Os resultados do teste foram expressos em termos da concentração de contaminante que afeta 50% dos organismos testes (CE50(%)). Com base na experiência de operação da unidade industrial, estabele- ceu-se que uma amostra que apresenta valor de CE50>50% é considerada não-tó- xica para o lodo biológico dessa indústria química, no entanto, quanto menor essa percentagem, mais tóxica é a amostra.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Resultados do Tratamento Biológico (Primeira Etapa) Desempenho do Processo

A Figura 1 apresenta os valores de COD nas correntes de alimentação e de saída dos reatores durante o período de operação em regime contínuo. Observou- se que os reatores operados a diferentes temperaturas apresentaram comporta- mentos semelhantes. A remoção média de COD ficou em torno de 70%. As va- riações de carga orgânica na alimentação, durante os primeiros 40 dias, causaram um maior efeito na alteração do teor de COD da corrente de saída dos reatores, que a operação das unidades experimentais com afluente apresentando toxicidade, como foi verificado nas últimas semanas

de operação das unidades, nas quais o efluente industrial apresentava-se tóxico (CE50 da ordem de 12,5-20%) e, no entanto, a eficiência do processo manti- nha-se inalterada. Esse resultado sugere que o lodo biológico adaptou-se gradualmente à toxicidade do efluente.

A Figura 2 ilustra a variação dos teores de nitrogênio amoniacal na alimen- tação e na saída dos reatores durante o período de operação. Observou-se que a remoção de N-NH₄⁺ foi baixa, apresentando-se um pouco maior no reator operado a 35°C, provavelmente devido ao maior arraste da amônia nessa temperatura. As remoções médias no período foram de aproximadamente 25% e 60% nos reatores operados a 25°C e a 35°C, respectivamente. Durante um certo período, a concentração de N-NH₄⁺ no reator operado a 35°C encontrou-se abaixo do limite imposto pela legislação ambiental vigente (5,0 mg/L – FEEMA, Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente - RJ).

A Figura 3 apresenta a variação dos teores de fenóis totais na alimentação e na saída dos reatores. Como se pode observar, o processo biológico, operado a 25 ou 35°C, apresentou boa capacidade de re- dução dessa classe de poluentes, cujos teores ficaram, na maior parte do tempo, in- feriores ao limite de lançamento estabelecido pela legislação ambiental vigente (0,2 mg/L – FEEMA). A remoção média de fenóis totais, no período, foi de 90%.

A remoção de DBO₅ foi maior que 95% em ambos os reatores, encontran- do-se no efluente para descarte valores na faixa de 5 a 10 mg/L. Este desempenho atende às exigências ambientais oficiais.

A Tabela 2 sumariza os resultados dos teores de poluentes no efluente tratado, para aqueles parâmetros monitorados.

As faixas de variação no período são apresentadas, para ambos reatores, bem como os limites de descarte definidos pelo ór- gão ambiental estadual.

Observou-se grande variação nos teores desses poluentes nos efluentes de ambos reatores, no entanto o parâmetro fenóis totais esteve enquadrado praticamente durante todo o período de opera- ção. O processo biológico teve dificuldade em assimilar os choques de carga orgânica, na primeira metade do período operacional (40 dias).

Caracterização da Biomassa Presente nos Reatores

O lodo dos dois reatores apresentou comportamento distinto, durante a pri-

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Figura 2 - Monitoramento do teor de amônia durante a primeira etapa de operação em regime contínuo (TRH = 20 h).

Figura 1 - Monitoramento do teor de COD durante a primeira etapa de operação em regime contínuo (TRH = 20 h).

Figura 3 - Monitoramento do teor de fenóis totais durante a primeira etapa de operação em regime contínuo (TRH = 20 h).

* NT202/86 e DZ205/91 (FEEMA)

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Tabela 2 - Faixa de variação dos parâmetros monitorados e padrões de descarte da legislação.

Parâmetros Legislação* Efluente final

Atendimento aos Padrões Legais (%) R. 25°C R. 35°C R. 25°C R. 35°C

COD (mg/L) *** 25 - 180 30 - 180 *** ***

N-NH₄⁺ (mg/L) 5,0 6,0 - 50 0,8 - 45 0 44,4

Fenóis Totais (mg/L) 0,2 0,03 - 0,5 0,05 - 0,7 88,2 70,6

DBO₅ > 90% > 95% > 95% 100 100

Tratamento de Efluente Industrial por Lodo Ativado e Carvão Ativado

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Figura 4 - Aspecto do lodo nos reatores operados a 25°C e a 35°C, com TRH de 20 h

Figura 5 - Monitoramento do IVL durante a primeira etapa de operação.

lodo de excesso, no 75º dia de operação das unidades. Esse fato é positivo, pois quanto menor a produção de lodo exce- dente, menor é a quantidade de lodo en- viada ao sistema de tratamento de lodo.

Segundo van Haandel & Marais (1999), quanto mais elevada a temperatura de operação, mais rápido é o decaimento ce- lular e, portanto, menor será a produção de lodo em excesso. Por outro lado, maior será o consumo de oxigênio para suprir as necessidades da respiração endógena.

Cabe frisar, no entanto, que o teor de só- lidos na corrente de saída do reator ope-

rado a 35 ^oC, embora pequeno, era mai- or do que o do efluente de saída do reator operado a 25 ^oC

A Tabela 3 apresenta os valores mé- dios, no período de operação, das taxas de consumo de oxigênio (OUR), taxas específicas de consumo de oxigênio (SOUR) e taxas específicas de consumo de substrato (U), para ambos os reatores.

Os resultados mostram que os lodos dos reatores apresentaram valores similares de OUR, porém o reator operado na temperatura mais elevada (35°C) apresentou valores superiores de SOUR e U, o

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Figura 6 - Monitoramento dos teores de SSV e SST nos reatores durante a primeira etapa de operação em regime contínuo.

meira etapa de operação em regime con- tínuo. O lodo do reator operado a temperatura mais elevada (35°C), apresentou-se sob a forma de “grãos”, diferente- mente do lodo do reator operado a 25°C, que se apresentou sob a forma de “flocos”, como mostra a Figura 4.

Além dos microrganismos, os flocos de lodo ativado contêm partículas orgâ- nicas e inorgânicas presentes no efluente e polímeros extracelulares, os quais con- tribuem para a biofloculação do lodo.

Esses polímeros microbianos extracelulares formam uma cápsula gelatinosa en- volvendo células individuais ou grupos de células (Jenkins et al., 1993). Os protozoários podem contribuir para a floculação da biomassa através da produ- ção de grãos fecais e muco e podem atuar na desfloculação de flocos grandes (Richard, 1989, Jenkins et al.,1993). É possível que a formação dos aglomerados microbianos na forma de “grãos”, encon- trados no reator operado a 35°C, tenha alguma relação com o número excessivo de protozoários ciliados livre-natantes presentes nesse reator, ao contrário do observado no reator operado a 25°C.

A sedimentabilidade do lodo, durante os experimentos, foi avaliada pelo índice volumétrico de lodo (IVL). Um valor desse índice compreendido entre 50 e 150 mL/g é tomado como indicativo de uma sedimentação adequada do lodo biológico, proporcionando um efluente com baixa turbidez e, conseqüentemen- te, com baixo teor de sólidos em suspen- são (Bitton, 1994). A Figura 5 apresenta o acompanhamento do IVL durante o período operacional dos reatores. Pode-se observar que o reator operado a 25°C apresentou um lodo com boa sedimentabilidade, com IVL na faixa recomenda- da pela literatura. Porém, verifica-se que o lodo do reator operado a 35°C apresentou uma sedimentabilidade ainda melhor, provavelmente devido ao tamanho dos flocos (grãos), o que proporcionou maior velocidade de sedimentação e maior grau de compactação do lodo. Além disso, observa-se que o IVL do lodo do reator operado a 35°C apresentou-se mais estável.

A Figura 6 apresenta o acompanhamento dos teores de SST e SSV nas unidades experimentais durante o período operacional. No reator operado a 25°C houve necessidade periódica de descarte do lodo produzido em excesso, enquan- to que no reator operado a 35°C, o valor de SSV manteve-se, em grande parte do tempo, na faixa de 2.400 - 2.850 mg/L, sendo realizada apenas uma retirada do

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que parece indicar uma maior atividade biológica específica do lodo mantido nessa temperatura, expressa tanto em termos de consumo específico de oxigênio como de substrato. Cabe ressaltar, que o reator operado a 35 ^oC, embora apresentando menor teor de SSV, conduziu ao mesmo nível de remoção de carbono orgânico dissolvido e à mesma OUR, que o reator operado a 25 ^oC.

Na literatura encontram-se valores mui- to díspares de SOUR, com certa confluência para valores na faixa de 6 a 12 mg O₂/h.gSSV, para a operação de sistemas de lodos ativados por aeração prolongada e valores na faixa de 12 a 20 mg O₂/h.gSSV para a operação de sistemas de lodos ativados convencionais (Schuyler et al.,1996). Esses autores afirmam que esses valores podem variar muito de uma planta industrial para outra, sendo necessário que cada unidade de tratamento de efluentes industriais estabeleça as suas faixas e os seus valores de referência.

O emprego prático da avaliação dos tipos de protozoários e micrometazoários presentes no biorreator é de extremo valor, uma vez que análises microscópicas bastante simples podem indicar as con- dições de operação do sistema (Vazoller, 1999). Durante o período de acompanhamento dos reatores, observou-se a pre- sença de protozoários ciliados livre- natantes, do gênero Paramecium, em quantidade excessiva no reator operado a 35°C, e em número consideravelmente menor no reator operado a 25°C. No úl- timo, também foi observada, constante- mente, a presença, em pequeno número, de protozoário ciliado pedunculado, do genêro Suctorian, não aparecendo o mes- mo no reator operado na maior temperatura. Provavelmente, neste reator havia mais bactérias livres em suspensão, o que favorecia o desenvolvimento de proto- zoários livre-natantes. Isso pode ser con- firmado pelo fato de que após as determi- nações do IVL, o sobrenadante do reator operado a 35ºC sempre apresentou mai- or turbidez do que o sobrenadante do reator operado a 25 ^oC. Um outro fato que pode ser considerado é que a temperatura pode ter interferido na composi- ção da microfauna. Os microrganismos presentes nos reatores foram identifica- dos com auxílio das ilustrações apresentadas em Patterson & Hedley (1992).

Nas Figuras 7A, B, C, D e E estão ilustradas algumas microfotografias do lodo biológico presente nos reatores operados a 25 e 35°C. Comparando-se as Figuras 7A e B é possível observar a grande diferença existente no tamanho dos

flocos do lodo dos dois reatores, para o mesmo aumento de 100 vezes. Nota-se também que organismos filamentosos estão praticamente ausentes nos flocos do lodo dos dois reatores. A Figura 7C ilustra a presença do ciliado pedunculado do gênero Suctorian no reator operado a 25°C. Conforme mencionado por Jenkins et al.(1993), os protozoários ciliados pendun- culados são indicadores de lodo em boas condições. A Figura 7D ilustra o apreciável número de proto- zoários ciliados livre-natantes, presentes no reator operado a 35°C. Na Figura 7E está apresentada uma micro- fotografia do protozoário ciliado livre- natante Paramecium, que foi encontrado em ambos reatores.

Com o intuito de investigar a dife- rença no tamanho dos flocos nos dois reatores, fez-se um teste qualitativo, utilizan- do nanquim, que indica a proporção de material extracelular presente nos flocos, conforme descrito em Jenkins et al. (1993).

As Figuras 8A e B apresentam as microfotografias do teste, obtidas com o lodo proveniente dos reatores operados a 25 e a 35°C. As manchas brancas ilustradas nessas figuras dão uma noção da pro- porção de material extracelular presente no floco. Como pode ser observado nas Figu- ras 8 A e B, o floco do lodo presente no reator operado a 35°C apresenta uma quantidade muito grande de material extracelular em relação ao floco do lodo do reator operado a 25°C. Com isso, pode-se inferir que os polímeros extracelulares deram uma grande contribuição ao tamanho dos flocos do lodo do reator operado a temperatura mais elevada. Esses polímeros extracelulares, com característica gelatinosa, facilitam a aderência de outros microrganismos e de particulados, favo- recendo a biofloculação.

Resultados do tratamento biológico com o aumento do TRH dos reatores

(Segunda etapa)

Desempenho do Processo

A fim de avaliar a possibilidade de

melhorar a eficiência do processo bioló- gico de tratamento, o TRH nos dois reatores (25°C e 35°C) foi aumentado para 56h. Os resultados obtidos durante esse período operacional (35 dias) encontram-se na Tabela 4.

Os resultados mostram que, como esperado, o aumento do TRH levou a um incremento da remoção de COD, que atingiu valores médios de 85% em ambos os reatores. Provavelmente, com esse elevado TRH, o limite de degrada- ção biológica foi atingido e os teores de COD residuais (da ordem de 27 a 46 mg/L) correspondem ao material orgânico de natureza recalcitrante presente no efluente industrial.

Também, como esperado, foi observado um aumento da remoção de amônia, atingindo-se níveis superiores a 90% nos dois reatores. O efluente tratado apresentou teores baixos de N-NH₄⁺, atendendo com folga os limites impostos pela legislação durante todo o período de operação. Certamen- te, o aumento do TRH permitiu, mesmo para níveis elevados de salinidade, o desenvolvimento das bactérias nitrificantes.

Caracterização da biomassa presente nos reatores

O lodo dos diferentes reatores con- tinuou apresentando uma boa sedmen- tabilidade e a produção de lodo em excesso foi considerada muito pequena.

Durante essa etapa do trabalho, houve um período que o efluente apresentou uma baixa concentração de cloreto (300 – 1500 ppm). Nesse caso, foi pron- tamente observada uma alteração na popu- lação microbiana, com o aparecimento de mais de um gênero de ciliados pedunculados em ambos reatores, porém com maior abun- dância no reator operado a 25°C. A maior diversidade de protozoários sugere que a operação do processo de lodos ativados estava sendo conduzida sob condição menos estressante e mais estável. Ao mes- Valores Médios Reator 25°C Reator 35°C

OUR (mg O₂/L.h) 16,6 16,7

SOUR (mg O₂/h.gSSV) 4,1 5,9

U (mg COD/h.gSSV) 2,1 3,0

Tabela 3 - Valores médios das taxas de consumo de oxigênio (OUR) e taxas específicas de consumo de oxigênio (SOUR) e substrato (U)

para os reatores operados a 25 e a 35°C.

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Figura 8 - Microfotografias das lâminas preparadas com o lodo dos reatores e corados com nanquim, na primeira etapa de operação em regime contínuo: (A) lodo do reator operado a 25°C, aumento de 100 vezes; (B)

lodo do reator operado a 35°C, aumento de 100 vezes.

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Figura 7. Microfotografias do lodo biológico dos reatores durante a primeira etapa de operação em regime contínuo: (A) lodo biológico presente no reator operado a 25°C, aumento de 100 vezes; (B) lodo biológico no reator operado a 35°C, aumento de 100 vezes; (C) presença do protozoário ciliado pedunculado no reator operado

a 25°C, aumento de 1000 vezes; (D) excesso de protozoários ciliados livre-natantes presentes no reator operado a 35°C, aumento de 100 vezes; (E) presença do ciliado livre-natante do gênero Paramecium

no reator operado a 35°C, aumento de 1000 vezes.

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mo tempo constatou-se que diminuiu a abundância de ciliados livrenatantes e observou-se que os flocos do lodo (“grãos”) no reator a 35°C, foram desfeitos. Isso sugere que a peculiar formação de aglomerados granulares foi o resultado de uma interação sinérgica da alta temperatura (35°C) e do alto teor de cloretos. Esse tipo de aglomeração pode ser uma res- posta microbiana às condições estressan- tes do meio. As Figuras 9A e B apresentam as microfotografias da biomassa em suspensão presente no reator operado a 25°C, no período de operação com baixa concentração de cloreto. Observa-se em ambas figuras a presença dos protozoários ciliados pedunculados, para diferentes aumentos.

Durante o período de operação das unidades com o efluente apresentando alta concentração de cloreto e toxicidade, os protozoários ciliados pedunculados, até então presentes, desapareceram, ressaltan- do que esses microrganismos apresentam uma elevada sensibilidade a substâncias tóxicas. Além disso, parece que o cloreto, em elevadas concentrações, agiu como um fator seletivo da biomassa presente nos biorreatores, interferindo negativamente na mesma. Os protozoários ciliados livre- natantes (Paramecium) voltaram a pre-

dominar, provavelmente devido a mu- danças nas características da alimentação, como o aumento no teor do COD e, con- seqüentemente, da razão F/M (razão ali- mento-microrganismos). Foi observado que os flocos de lodo ativado presentes em ambos reatores apresentaram uma ten- dência de se tornarem irregulares. Essa tendência foi mais evidente no reator operado a 35°C.

Tratamento Biológico Auxiliado com Carvão Ativado em Pó (“PACT”) Desempenho do Processo

A Tabela 5 apresenta um sumário dos resultados obtidos em relação ao desempenho dos reatores operados com e sem CAP, fornecendo os valores médios e as respectivas faixas de variação para os poluentes monitorados, assim como as remoções médias e os padrões de descarte da legislação ambiental vigente. O perío- do de operação desta etapa foi de 50 dias.

Com base nesses resultados, observa-se que as unidades apresentaram com- portamentos semelhantes para a DQO, DBO₅ e COD, apesar de o reator auxiliado com CAP ter apresentado uma mai-

or estabilidade para o parâmetro COD, conforme mostra a Figura 10.

O emprego do CAP no processo biológico mostrou-se eficiente na remo- ção de N-NH₄⁺, permitindo alcançar re- moção superior a 90% e obter teor de N-NH₄⁺ abaixo do limite de descarte, durante todo o período de operação. A re- moção de fenóis totais foi 5 pontos percentuais superior no reator auxiliado com CAP. Porém, analisando-se a faixa de variação desse parâmetro no efluente tratado, observa-se que a unidade auxili- ada com CAP conseguiu atingir teores de fenóis bem mais baixos do que o sistema sem CAP. Ademais, essa última apresentou um teor médio de fenóis totais que praticamente coincide com o limite estabelecido para descarte. Com isso, perce- be-se que o CAP teve efeito positivo na remoção de fenóis. A remoção de fósforo total no reator operado com CAP foi maior (cerca de 10 pontos percentuais) do que a obtida no reator controle.

Quanto à remoção de metais, observa-se que os dois sistemas não foram eficientes para remover o Cd presente no efluente. O sistema auxiliado com CAP apresentou um ótimo desempenho na re- moção de Zn, e foi efetivo na remoção de Cu e Ni. No tocante à remoção de Cr, não

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Parâmetros Alimentação

Efluente final

(Faixa de Valores e Remoção (%) Reator 25°C Reator 35°C COD (mg/L) 260 - 310 27 - 42 (87%) 34 - 46 (85%) N-NH₄⁺ (mg/L) 22,4 - 26,6 0,8 - 1,6 (95%) 0,8 - 1,1 (96%)

IVL (mL/g) *** 49 53

Tabela 6 - Principais parâmetros monitorados na segunda etapa do trabalho.

Figura 9 - Microfotografias do lodo biológico presente no reator operado a 25°C, no período de baixa concentração de cloreto: (A) aumento de 100 vezes; (B) protozoário ciliado pedunculado

do gênero Epistylus, aumento de 400 vezes.

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Figura 10 - Remoção de COD (%) durante o tempo de operação.

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Tabela 5 - Resumo dos resultados obtidos para COD, DQO, amônia, fenóis, fósforo, DBO

5

e metais pesados nos reatores operados com e sem CAP.

Parâmetros

NT202/86 e DZ205/91

(FEEMA)

Efluente final Valores Médios e Remoções

(%)

Efluente final (Faixa de Variação)

R. s/CAP R. c/CAP R. s/CAP R. c/CAP

COD (mg/L) *** 28 (84,3%) 27 (85,4%) 14 - 47 12 - 51

DQO (mg/L) 250 84 (86,8%) 82 (87,1%) 45 - 110 40 - 120 N-NH₄⁺ (mg/L) 5,0 6,0 (71,7%) 1,8 (91,6%) 3,7 - 8,6 1,2 - 2,5

Fenóis Totais (mg/L)

0,2 0,2

(85%)

0,13 (90%)

0,035 - 0,78 0,015 - 0,46

Fósforo Total (mg/L)

*** 7,4

(42%)

6,1 (51,8%)

5,8 - 8,9 4,8 - 7,4

DBO₅ (mg/L) Remoção

> 90%

7 (> 98%)

< 5 (> 98%)

< 5 - 9 < 5

Cd (mg/L) 0,1 0,1 (--) 0,1 (--) < 0,03 - 0,15 < 0,03 - 0,15 Cu (mg/L) 0,5 0,069 (35%) 0,056 (52%) < 0,04 - 0,10 < 0,04 - 0,09 Cr (mg/L) 0,5 0,03 (55%) 0,03 (58%) < 0,02 - 0,06 < 0,02 - 0,06 Pb (mg/L) 0,5 <0,26 (--) <0,26 (--) < 0,26 < 0,26 Zn (mg/L) 1,0 0,14 (69%) 0,054 (88%) 0,06 - 0,24 < 0,03 - 0,08 Ni (mg/L) 1,0 0,49 (6%) 0,44 (14%) 0,27 - 1,0 0,27 - 0,86

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se observou diferença entre as unidades operadas com e sem CAP. O teor de Pb na alimentação esteve abaixo do limite de detecção do método (< 0,26 mg/L), e desse modo não foi possível avaliar a contri- buição do CAP para a sua remoção.

Características da Biomassa Presente nos Reatores

As medidas de IVL mostraram que os lodos biológicos de ambos os reatores apresentaram boa sedimentabilidade (≅ 50 mL/g), com valores próximos aos recomendados na literatura. Ademais, mostraram-se bastante estáveis durante todo o período operacional. Durante a realização dos testes para determinação do IVL foi observado que o sobrenadante do reator auxiliado com CAP apresentava-se mais clari- ficado.

Quando os reatores foram alimentados com efluente que apresentava toxicidade, observou-se a cessação ou a diminuição do movimento dos cílios em alguns dos protozoários ciliados livre- natantes (Paramecium). Também se ob- servou uma apreciável desagregação dos flocos biológicos, sendo esse efeito muito mais pronunciado no biorreator operado sem CAP. Isso sugere que o CAP auxiliou na remoção dos compostos tóxicos presentes no efluente e, desse modo, o lodo ativado presente no reator com CAP sofreu um menor impacto dessas substân- cias. As Figuras 11 A e B ilustram as microfotografias do lodo biológico presente nos reatores operados sem CAP e com CAP, respectivamente, durante ope- ração com efluente tóxico. Pode ser observada uma grande quantidade de pedaços de flocos no biorreator operado sem CAP, ao contrário do reator auxiliado com CAP.

CONCLUSÕES

Com base no trabalho realizado, pode-se concluir que:

No estudo da operação dos reatores em regime contínuo a diferentes temperaturas (25 e 35°C) e TRH de 20 h, ve- rificou-se que os reatores apresentaram desempenhos similares e que o processo biológico foi efetivo na remoção de COD, DBO₅ e fenóis totais. O efluente tratado atendeu os limites legais de descarte para os dois últimos parâmetros na maior parte do período investigado. As remoções médias de COD, DBO₅ e fenóis totais foram de 70%, > 95% e 90%, respectivamente. O teor de N-NH₄⁺esteve a

maior parte do tempo acima do limite permitido para descarte (5,0 mg/L), en- contrando-se enquadrado na legislação, apenas no reator operado a 35°C e por um pequeno período, provavelmente devido ao “arraste” da amônia. Pode-se concluir que a temperatura não influen- ciou a eficiência de remoção de matéria orgânica, porém interferiu na diversidade da população microbiana presente nos reatores e no aspecto macroscópico dos flocos do lodo.

Não foi observada alteração na efi- ciência de remoção de poluentes quando as unidades foram operadas com efluente tóxico. Porém, o efeito da toxicidade foi notado através de indicadores, tais como a desagregação dos flocos, a alteração na população microbiana e no comportamento dos protozoários presentes, tais como a cessação ou diminuição do movimento dos cílios nos protozoários ciliados livre-natantes.

A influência mais significativa da temperatura foi observada nas diferentes características apresentadas pelo lodo dos reatores. O reator operado a 35°C apresentou flocos de tamanho exagerado

(“grãos”), com teores de exopolissacarídeos bem maiores do que os dos flocos do reator operado a 25°C. Esse efeito foi, provavelmente, causado pela ação combina- da da alta temperatura e da alta concen- tração de cloreto. No reator operado a 25°C, foi observada, para TRH de 20h, maior diversidade de microrganismos (protozoários), o que sugere a existência de uma melhor condição para a operação da planta de tratamento.

Com o aumento do TRH para 56h, observou-se um aumento da remoção de amônia, ficando o N-NH₄⁺ enquadrado dentro dos limites legais de descarte. O aumento do TRH para 56 h pode ser uma opção adequada para a operação da unidade industrial de tratamento. O cloreto, normalmente presente em altas concentrações, tem efeito notável na microfauna presente nos reatores e, por conseqüência, no desempenho do processo biológico.

O emprego do processo PACT não conduziu a um aumento significativo na remoção de matéria orgânica. Houve uma melhora na estabilidade do processo, que pode ser vantajosa para o tratamento de Figura 11 - Microfotografias do lodo biológico presente nos reatores operados durante essa etapa do estudo com efluente tóxico: (A) lodo biológico presente no reator operado sem CAP, aumento de 100 vezes; (B) lodo biológico presente no reator auxiliado com CAP, aumento de 100 vezes.

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um efluente complexo e variável, como é o caso do efluente de indústria química.

O processo mostrou-se eficiente na re- moção de N-NH₄⁺, conseguindo redu- zir o teor desse poluente a níveis inferio- res ao estabelecido pela legislação estadual (5,0 mg/L). A remoção de fósforo tam- bém foi favorecida no processo PACT.

Uma das grandes vantagens observada no sistema PACT foi a melhora na quali- dade do lodo, o qual mostrou-se muito menos sensível aos compostos tóxicos presentes no efluente. O lodo do reator controle (sem carvão ativado) apresentou flocos quebradiços e desagregados quando o reator foi alimentado com efluente que apresentava toxicidade.

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Endereço para correspondência:

Márcia Dezotti COPPE/UFRJ Caixa Postal 68502 CEP: 21945-000 Rio de Janeiro - RJ

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