22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
II-178 - REMOÇÃO DE OVOS DE HELMINTOS E COLIFORMES FECAIS DE LODOS DE ESGOTO ATRAVÉS DA HIDRÓLISE QUÍMICA
Tercio Almeida de Abreu
Biólogo graduado pela Universidade Estadual do Norte Fluminense (2001), Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo (2003).
Ricardo Franci Gonçalves (1)
Engenheiro Civil e Sanitarista – UERJ (1984), Pós-graduado em Enga de Saúde Pública - ENSP/RJ (1985), DEA - Ciências do Meio Ambiente - Univ. Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Água – INSA de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES.
Alan Vasco Penha Teixeira
Graduando em Química pela Universidade Federal do Espírito Santo, Bolsista de Iniciação Científica - UFES.
Maria Letícia de Abreu Faria Rocha
Engenheira Química pela Universidade Federal de Minas Gerais (1992), Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo (2000).
Maria Carolina Franco Emerich Andrade
Bióloga pela Universidade Federal do Espírito Santo (2000), Pesquisadora do PROSAB 3, Tema 4, bolsista de Apoio Técnico de Nível Superior – CNPq – UFES.
Estatística pela Universidade Federal do Espírito Santo. Mestre em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Doutora em Estatística pela
Universidade Estadual de São Paulo. Professora Adjunta do Departamento de Estatística da UFES.
Sérvio Túlio Alves Cassini
Biólogo pela Universidade Federal de Minas Gerais (1975). PhD Microbiologia pela Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU) – EUA – 1988. Pós-Doutorado em Microbiologia Ambiental na Universidade do Tennessee – EUA – 1997. Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES.
Endereço (1): Departamento de Hidráulica e Saneamento – Universidade Federal do Espírito Santo – Agência FCAA – Vitória – ES – CEP.: 29060-970 – Brasil – Tel.: (027) 3335-2857 Fax: (027) 3335-2165 e-mail: franci@npd.ufes.br
RESUMO
Os tratamentos ácido (H2SO4) e alcalino (NaOH) de lodo anaeróbio, proveniente de um reator UASB, e lodo aeróbio, coletado durante as lavagens de um biofiltro aerado submerso, foram avaliados quanto à redução de coliformes fecais e ovos de helmintos desses lodos. Os ensaios foram realizados em reatores de 2000 ml à temperatura ambiente (25± 3 oC), sendo avaliadas diferentes concentrações (0; 20; 40; 60; 80 e 100 meq/L) de NaOH ou H2SO4. A amostra de lodo (1% ST) foi mantida sob agitação (150 ± 2 rpm) durante todo o teste, que teve seis horas de duração. O NaOH foi mais eficiente na remoção de coliformes fecais do lodo anaeróbio, enquanto a adição do ácido removeu mais
coliformes do lodo aeróbio. A remoção de ovos de helmintos (totais e viáveis) no lodo aeróbio foi proporcional à dosagem de NaOH adicionada (eficiência máxima de remoção de 93%, utilizando uma dosagem de 100 meq/L). Já o tratamento ácido foi menos eficiente que o tratamento alcalino na remoção de ovos de helmintos totais, com eficiências máximas de 61% (lodo aeróbio, 80 meq/L do ácido) e 62% (lodo anaeróbio, 20 meq/L de H2SO4). PALAVRAS-CHAVE: lodo de esgoto, hidrólise ácida, hidrólise alcalina, coliformes fecais, ovos de helmintos.
Os processos de tratamento de esgoto concentram no lodo a maior carga de microrganismos contidos inicialmente no afluente. Na fase de separação, os microrganismos se aderem a partículas sólidas dos sedimentos, ocorrendo assim uma concentração de agentes
patogênicos. Outro fator a ser considerado é o percentual de patógenos inviáveis, pois os processos de tratamento são capazes de desnatura-los, diminuindo assim a sua infectividade (SILVA et al., 2001).
Normalmente, os esgotos podem conter vírus, bactérias, protozoários, helmintos e
leveduras e, nestas circunstâncias, não existe um único organismo que possa ser utilizado como indicador de todos os grupos (ANDRAUS et al., 1999). Geralmente, nos trabalhos realizados na área sanitária e ambiental, tem-se realizado a contagem e viabilidade de ovos de helmintos, bactérias patogênicas e coliformes fecais.
Embora todos os pré-tratamentos do lodo promovam a desinfeccão, pelo menos
parcialmente, poucos trabalhos concernentes à hidrólise química enfatizam esse aspecto. Os melhores resultados são obtidos pelo tratamento térmico, enquanto a desintegração
mecânica reduz a concentração de patógenos em apenas uma ou duas ordens de magnitude (LEE & MÜLLER, 2001).
A estabilização química utilizando um álcali, principalmente o CaO, é uma alternativa muito utilizada no processamento de lodo. Esse processo é eficaz na remoção de patógenos, possibilitando que o lodo tratado com cal seja disposto em aterros ou aplicado no solo de maneira segura (COURTS & CHAKRA, 1975). O alto pH da mistura lodo/cal é o principal fator envolvido na redução de parasitas (USEPA, 1979; RAMIREZ & MALINA, 1980). PASSAMANI (2001) realizou um estudo a fim de verificar qual seria o melhor processo de eliminação de coliformes fecais e ovos de helmintos no lodo descartado de um reator UASB, utilizando-se como processo químico a caleagem e como processo térmico a pasteurização. A autora concluiu que, na higienização com cal hidratada, é necessário a utilização de dosagens elevadas (acima de 50%) para prevenir o recrescimento de
coliformes fecais. Com relação aos ovos de helmintos, o estudo mostrou que 24 horas de contato com cal hidratada ou virgem são suficientes para inviabilizar 100% desses organismos. No processo de pasteurização, a temperatura de 70oC foi responsável pela redução de 100% da viabilidade dos ovos de helmintos presentes no lodo.
O objetivo desse estudo foi avaliar a hidrólise química de lodo, um tratamento geralmente utilizado para solubilizar a matéria orgânica particulada, como uma opção para se promover a remoção de ovos de helmintos e coliformes fecais.
MATERIAL E MÉTODOS
a) Generalidades: Essa pesquisa foi desenvolvida no Laboratório de Saneamento
(LABSAN), localizado no Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo, sendo realizada no âmbito do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB), no
seu 3o Edital (Tema 4 – Continuidade). Todo o programa experimental foi realizado entre novembro de 2001 à março de 2003.
b) Localização: Os experimentos foram realizados na ETE Experimental da UFES (Figura 1), localizada no campus da Universidade Federal do Espírito Santo, em Vitória/ES, próximo ao Laboratório de Saneamento (LABSAN). A ETE opera com uma vazão média de 1,0 l/s, e é composta por uma elevatória, um reator UASB, 3 biofiltros aerados
submersos (BFs) operando no tratamento secundário e um filtro terciário. A ETE recebe, por bombeamento, esgoto sanitário de origem doméstica de características médias, proveniente do bairro de Jardim da Penha.
c) Coleta dos lodos:
- Lodo aeróbio - coletado durante as lavagens do biofiltro 1 (BF1), que são feitas através de 6 descartes consecutivos, intercalados por 3 minutos de aeração forçada no BF.
- Lodo anaeróbio - coletado na 1o torneira (0,25m) do reator UASB. Parâmetros analisados - pH, SV e ST.
d) Preparo das amostras: Os lodos coletados foram concentrados, quando necessário, por meio de filtração grosseira e diluídos até a concentração fixada para o ensaio (1% ST). Após o preparo, as amostras foram mantidas à temperatura ambiente, por 24 horas, para posterior utilização nos ensaios.
Figura 1: Vista geral e fluxograma da ETE UFES.
e) Ensaios de hidrólise: A amostra de lodo foi mantida sob agitação (150 ± 2 rpm) durante todo o teste, que teve seis horas de duração. Os ensaios foram realizados em reatores de 2000 ml à temperatura ambiente (25± 3 oC), sendo avaliadas diferentes concentrações (0; 20; 40; 60; 80 e 100 meq/L) de NaOH ou H2SO4.
f) Monitoramento microbiológico: A determinação da densidade de coliformes fecais foi realizada através da técnica de tubos múltiplos, em conformidade com o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1995), sendo os resultados
expressos em NMP/gMS (número mais provável/g matéria seca). Para a detecção dos ovos de helmintos nas amostras de lodo a técnica utilizada foi a de Meyer (MEYER et al.,1978).
RESULTADOS Hidrólise Alcalina Coliformes fecais
A densidade média (n=36) de coliformes fecais no lodo aeróbio 1% ST foi de 3,59 x 106 NMP/gMS. No lodo anaeróbio com 1% ST, a média (n=36) da concentração desse indicador de contaminação fecal foi 6,35 x 106 NMP/gMS.
A análise da concentração de coliformes fecais antes da adição do NaOH e seis horas após o início do tratamento permite concluir que a hidrólise alcalina é um eficiente mecanismo de remoção de bactérias patogênicas do lodo (Figura 2).
Pode-se verificar que esse tratamento foi mais eficiente no lodo anaeróbio, onde uma dose de 40 meq/L de NaOH foi suficiente para remover 100% dos coliformes fecais (Figura 2b). Essa mesma dose de NaOH removeu apenas 52% dos coliformes fecais do lodo aeróbio, e uma remoção máxima de 88% foi alcançada (Figura .2a).
Figura 2: Coliformes fecais (logNMP/gMS) nos lodos aeróbio (a) e anaeróbio (b) antes (t=0) e seis horas após a adição do NaOH (t=6).
Ovos de Helmintos
Os resultados de ovos de helmintos apresentaram grande variabilidade. A provável explicação para essa grande variedade é que os lodos utilizados nos ensaios foram coletados em períodos diferentes (às vezes com intervalos de meses entre duas coletas), incluindo períodos em que a ETE passava por problemas operacionais. Apesar da densidade média (n=36) de ovos totais ser maior no lodo aeróbio (57,6 ± 23,2 ovos totais/gMS) em relação ao anaeróbio (17,6 ± 8,2 ovos totais/gMS), esse último apresenta uma maior quantidade de ovos viáveis (8,4 ± 4,6 ovos viáveis/gMS no lodo anaeróbio contra 5,9 ± 4,5 ovos viáveis/gMS no aeróbio).
Pode-se verificar que a redução do número de ovos totais na hidrólise alcalina do lodo aeróbio foi proporcional à concentração de NaOH adicionada, sendo que uma eficiência máxima de 93% foi alcançada, para uma dosagem de 100 meq/L do álcali (Figura 3a). A redução de ovos totais no lodo anaeróbio não foi proporcional à dosagem de NaOH, obtendo-se uma remoção máxima de 70% com a adição de 80 meq/L do álcali (Figura 3b).
Figura 3: Densidade de ovos de helmintos totais nos lodos aeróbio (a) e anaeróbio (b) antes (t=0) e seis horas após a adição do NaOH (t=6).
A redução de ovos de helmintos viáveis foi praticamente proporcional à dose de NaOH adicionada nos lodos aeróbio e anaeróbio. No primeiro, a maior porcentagem de
inviabilização de ovos (93%) ocorreu com a adição de 100 meq/L (Figura 4a). No lodo anaeróbio, a dosagem de 80 meq/L inviabilizou 80% dos ovos de helmintos (Figura 4b).
Figura 4: Densidade de ovos de helmintos viáveis nos lodos aeróbio (a) e anaeróbio (b) antes (t=0) e seis horas após a adição do NaOH (t=6).
Hidrólise Ácida Coliformes fecais
Ao contrário do tratamento alcalino, a hidrólise ácida foi mais eficiente na remoção de coliformes fecais do lodo aeróbio, sendo que a adição de 40 meq/L de H2SO4 eliminou 100% dessas bactérias (Figura 5a). Essa mesma dose de ácido removeu 74% dos coliformes no lodo anaeróbio (Figura 5b).
Figura 5: Coliformes fecais (logNMP/gMS) nos lodos aeróbio (a) e anaeróbio (b) antes (t=0) e seis horas após a adição do H2SO4 (t=6).
Ovos de helmintos
Durante os ensaios de hidrólise ácida dos lodos aeróbio e anaeróbio, ocorreu a maior variação do número de ovos de helmintos. Isso contribuiu para que não houvesse uma
relação entre a eficiência de remoção e as dosagens de ácido adicionadas. Na verdade, o controle chegou a apresentar eficiência de remoção maior que algumas doses de H2SO4. Verifica-se que o tratamento ácido foi menos eficiente que o tratamento alcalino na
remoção de ovos de helmintos totais. As eficiências máximas alcançadas foram de 61% no lodo aeróbio, com a adição de 80 meq/L do ácido (Figura 6a), e 62% no lodo anaeróbio, seis horas após a adição de 20 meq/L de H2SO4 (Figura 6b).
Quanto aos ovos viáveis, a dose de 80 meq/L de H2SO4 inviabilizou até 100% destes no lodo aeróbio (Figura 7a). Já no lodo anaeróbio, a eficiência máxima alcançada foi de 67%, para as doses de 20 e 100 meq/L do ácido (Figura 7b).
Figura 6: Densidade de ovos de helmintos totais nos lodos aeróbio (a) e anaeróbio (b) antes (t=0) e seis horas após a adição do H2SO4 (t=6).
Figura 7: Densidade de ovos de helmintos viáveis nos lodos aeróbio (a) e anaeróbio (b) antes (t=0) e seis horas após a adição do H2SO4 (t=6).
DISCUSSÃO Coliformes fecais
De acordo com os resultados descritos, pode-se concluir que os tratamentos ácido e alcalino reduziram drasticamente o número de coliformes fecais presentes nos lodos aeróbio e anaeróbio. Com exceção da hidrólise alcalina do lodo aeróbio, uma dosagem máxima de 60 meq/L de NaOH ou H2SO4 foi suficiente para eliminar 100% dos coliformes fecais nesses lodos. Apesar de se mostrarem eficientes na promoção da higienização do lodo, esse aspecto geralmente não é abordado nos estudos concernentes à hidrólise química. A Tabela 1 resume os resultados de eliminação de coliformes seis horas após a adição de 40 meq/L de NaOH.
Tabela 1: Número de coliformes fecais (NMP/gMS) nos lodos aeróbio e anaeróbio antes (t =0) e seis horas após (t = 6) a adição de 40 meq/L de NaOH ou H2SO4.
lodo hidrólise meq/L (NaOH/ H2SO4) Controle (t = 0) após hidrólise (t = 6) aeróbio alcalina 0 4,7 x 106 2,0 x 106 40 2,4 x 106 3,1 x 103 ácida 0 3,9 x 106 3,6 x 106 40 2,2 x 106 0
anaeróbio alcalina 0 4,2 x 106 2,9 x 106 40 4,8 x 106 0 ácida 0 3,4 x 106 2,7 x 106 40 1,6 x 107 2,4 x 102
A adição de produtos alcalinos, principalmente a cal, num processo denominado caleagem, é uma pratica comum no gerenciamento de lodos, e vários estudos abordam esse tema (PASSAMANI, 2001; BOOST & POON, 1998). A adição de CaO (cal virgem) ou
Ca(OH)2 (cal hidratada) promove uma elevação do pH do lodo (que deve ser de no mínimo 12), tendo como uma de suas conseqüências a destruição de microrganismos patogênicos. Diferentemente do tratamento alcalino, a adição de ácido no lodo não é uma prática rotineira nas ETES, embora a redução extrema do pH também promova a destruição de bactérias, conforme verificado nesse estudo.
Ovos de helmintos
A remoção de ovos de helmintos no reator UASB ocorre principalmente pelo processo de retenção física, com esses ovos se acumulando na manta e, principalmente, no leito desse reator. Os ovos que conseguem "escapar" do decantador do UASB saem com o efluente, e são retidos por adsorção no biofilme do BF, fato que explica a quase ausência de ovos no
efluente desses reatores, quando dispostos em série. Nesse estudo, a quantidade de ovos totais encontrados no BF foi maior que no leito do UASB. Embora alguns trabalhos tenham encontrado números maiores de ovos no reator anaeróbio (BOF, 1999; PASSAMANI, 2001), esses autores expressam seus resultados em ovos/L, dificultando a comparação. De maneira geral, os tratamentos alcalino e ácido também se mostraram eficientes na redução do número de ovos de helmintos totais e viáveis. A Tabela 2 resume os melhores desempenhos obtidos em cada tratamento, indicando quais foram as dosagens de álcali ou ácido que resultaram em maior remoção desses contaminantes.
O tratamento alcalino foi mais eficiente que o ácido na remoção de ovos totais,
principalmente no lodo aeróbio, onde 93% desses parasitas foram eliminados. Em relação aos ovos viáveis, o tratamento ácido do lodo aeróbio foi o que apresentou melhor
desempenho, com eliminação de 100% para a dosagem de 80 meq/L.
Tabela 2: Número de ovos de helmintos (ovos/gMS) totais e viáveis nos lodos aeróbio e anaeróbio antes e seis horas após a adição de NaOH ou H2SO4.
ovos Lodo aeróbio Lodo anaeróbio Hidrólise alcalina 100 meq/L Hidrólise ácida 80 meq/L Hidrólise alcalina 80 meq/L Hidrólise ácida 20 meq/L t = 0 t = 6 t = 0 t = 6
t = 0 t = 6 t = 0 t = 6 totais 57,54 3,96 67,06 26,05 18,55 5,52 16,48 6,22 viáveis 6,94 0,49 3,54 0 9,33 1,89 7,64 2,51
CONCLUSÕES
O NaOH foi mais eficiente na remoção de coliformes fecais do lodo anaeróbio, enquanto a adição do ácido removeu mais coliformes do lodo aeróbio;
A remoção de ovos de helmintos (totais e viáveis) no lodo aeróbio foi proporcional à dosagem de NaOH adicionada, sendo que a eficiência máxima de remoção foi de 93%, utilizando uma dosagem de 100 meq/L;
O tratamento ácido foi menos eficiente que o tratamento alcalino na remoção de ovos de helmintos totais. As eficiências máximas alcançadas foram de 61% no lodo aeróbio, com a adição de 80 meq/L do ácido e 62% no lodo anaeróbio, após a adição de 20 meq/L de H2SO4.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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