POLIMENTO DE EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO UTILIZANDO
Eichhornia crassipes (AGUAPÉS) EM ESCALA REAL
Klaus Dieter Neder (*)
Especialista em Engenharia Sanitária pela Universidade de Aachen na Alemanha. Engenheiro Civil pela Universidade de Brasília-UnB.
Superintendente de Expansão do Sistema de Esgotos da Companhia de Saneamento do Distrito Federal – CAESB.
Tarcísio dos Reis Queiroz
Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade
de Brasília-UnB. Engenheiro civil pela Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP/MG.
Coordenador de Expansão do Sistema de Esgotos da Companhia de Saneamento do Distrito Federal - CAESB. Vice-Presidente da ABES/DF.
Adalete Figueiredo Machado
Especialista em Engenharia Sanitária pela Universidade Federal de Minas Gerais-UFMG. Engenheira Química pela Universidade Federal de Minas Gerais-UFMG. Coordenadora Operacional Centro Norte da Companhia de Saneamento do Distrito Federal – CAESB.
Maurício Leite Luduvice
PhD em Engenharia pela University of Newcastle – Inglaterra (1992), MSc em Engenharia Ambiental pela mesma universidade (1988), Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Sergipe (1982). Possui diversos cursos sobre tratamento de efluentes domésticos, industriais e água para abastecimento público. Atualmente é engenheiro da Diretoria de Sistemas de Esgotos da Companhia de Saneamento do Distrito Federal - CAESB.
Marco Antonio Almeida de Souza
PhD pela Universidade de Birmingham na Inglaterra. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo - EESC/USP. Engenheiro Químico pela Universidade Federal do Paraná– UFPr. Professor Adjunto da Universidade de Brasília, junto aos cursos de graduação em Engenharia Civil e de Mestrado em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos (UnB).
Endereço (*): Setor Comercial Sul - SCS – Quadra 04 Conjunto A – Número 67/97 – Edifício CAESB CEP 70300-904 Brasília – DF – Brasil Tel.: + 55(61)3257253 – Fax: +55(61)3257306. e-mail: kneder@wom.com.br
RESUMO
A presença de algas nos efluentes de lagoas de estabilização tem levado à busca de processos de polimento que permitam sua remoção, sem que seja necessária a mecanização excessiva do processo, de forma a manter as características de simplicidade e facilidade operacional que torna as lagoas atrativas como solução de tratamento de esgotos. A Caesb em Brasília tem efetuado pesquisas na busca de processos naturais de polimento de efluentes de lagoas de estabilização, tendo concluído pela utilização do Aguapé – Eichhornia Crassipes – como uma das alternativas mais atraentes para este fim (Neder et al., 2001). Tradicionalmente a utilização de aguapés no tratamento de esgotos tem esbarrado na dificuldade de sua remoção dos tanques em que são cultivados, motivo pelo qual a Caesb optou por testar uma modalidade em que não se efetua a sua retirada, permitindo que o mesmo passe por todos os ciclos de seu desenvolvimento, chegando mesmo a sua morte e renascimento. No modelo proposto a retirada dos aguapés somente se daria por ocasião de uma significativa perda de qualidade do efluente, mediante o esvaziamento da lagoa e retirada da biomassa por meios convencionais, após sua secagem natural. O presente trabalho apresenta os resultados da utilização, em escala real, de uma célula com aguapés como unidade de polimento de uma lagoa de alta taxa, com o objetivo de avaliar a remoção das algas do efluente, medida como sólidos em suspensão, bem como os efeitos resultantes nos parâmetros DBO, TKN e SS. Os resultados de 10 meses de operação da unidade indicaram que é possível utilizar o aguapé como polimento de lagoas, sem que seja necessária sua constante retirada do processo. Neste período, utilizando uma taxa de aplicação de 0,013 m3/m2.dia , as eficiência obtida foram de 56,92%, 64,23%, 1,25% e 8,64%, respectivamente, para SS, DBO, NTK e Pt.
O processo de plantas aquáticas flutuantes, em escala real, mostrou-se, como em escala piloto, bastante eficiente na remoção de SS e DBO5, não tendo apresentado desempenho elevado em relação à remoção de NTK e Pt.
Palavras-Chave: Polimento de efluentes, Efluentes de lagoas, Lagoas de estabilização, Polimento com aguapés,
Polimento com Eichhornia crassipes.
INTRODUÇÃO
O Distrito Federal (Brasil) possui seis unidades de tratamento de esgotos domésticos utilizando o processo de lagoas de estabilização, que atendem atualmente a uma população da ordem de 370.000 habitantes. Estas unidades apresentam grande quantidade de algas em seu efluente, causando grande impacto visual nos corpos receptores em que são lançados, dando uma coloração esverdeada aos mesmos. Das lagoas em operação, três dispõe de sistemas de disposição no solo como unidades de polimento de efluentes, implantadas como uma tentativa de melhorar a qualidade do efluente destas unidades. Como os resultados alcaçados não foram muito expressivos, com remoções da ordem de 50% dos sólidos afluentes, a Caesb desenvolveu um processo de pesquisa, com apoio da Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal, visando o desenvolvimento de um processo de tratamento de efluentes de lagoas, que atendesse às características citadas, foram avaliados em escala piloto, na Etapa I, 05 (cinco) processos naturais de tratamento, escolhidos entre os que têm se mostrado especialmente promissores na capacidade de remoção de SS. Os processos avaliados foram filtro intermitente de areia, filtro de pedra, escoamento superficial (aplicação no solo), terras alagadas construídas de fluxo subsuperficial (cultivadas com Typha sp.) e plantas aquáticas flutuantes (cultivadas com Eichhornia crassipes) (Queiroz, 2001). Os processos que se mostraram mais promissores, em escala piloto, foram o filtro de pedra e as plantas aquáticas flutuantes (cultivadas com Eichhornia
crassipes) (Queiroz, 2001). Numa Etapa II, em face aos resultados obtidos em escala piloto, passou-se a avaliar, em
escala real, o processo de plantas aquáticas flutuantes (cultivadas com Eichhornia crassipes), que apresentou a melhor avaliação técnico operacional dos processos testados.
A utilização de aguapés como polimento de lagoas já foi objeto de vários experimentos anteriores, sempre apresentando como uma das principais dificuldades do processo, a questão da remoção das plantas dos tanques utilizados. A preocupação da remoção das plantas sempre se baseou no principio de procurar manter as mesmas em sua fase de crescimento, de forma a maximizar o potencial de absorção dos poluentes presentes nos efluentes. Como o emprego de lagoas se dá geralmente em áreas que não possuem exigências elevadas em termos de remoção de nutrientes, se procurou focar a pesquisa na remoção de sólidos em suspensão apenas, aceitando baixos níveis de remoção de nutrientes. Este enfoque sugere a possibilidade de manter a planta por mais tempo no processo, mesmo que por mais de uma geração, já que as plantas que morrem poderão vir a formar uma biomassa que vai atuar como um filtro às algas afluentes. Se objetiva verificar a possibilidade de formar um processo de tratamento que vai entrar em uma espécie de equilíbrio natural, formando com o tempo uma espécie de “wetland” que digere as plantas retidas e que morrem, incluindo aí as algas filtradas. Na avaliação se pretende evitar a necessidade de retirada das plantas. Este procedimento só se efetuaria quando se verificasse uma grande queda na qualidade do efluente. Para tanto se prevê o esvaziamento da célula de polimento, sua secagem natural e a retirada da massa restante por meios mecânicos convencionais. Este procedimento permite a secagem do aguapé na própria célula, dispensando sua retirada ainda com grandes volumes de água. A possibilidade de sua retirada com trator e caminhão também simplifica o processo, já que este tipo de equipamento encontra-se disponível na maioria das localidades onde existe uma lagoa de estabilização. O presente trabalho apresenta o resultado dos dez primeiros meses de operação da unidade de polimento com aguapés, sem que se tenha retirado qualquer planta durante este período.
OBJETIVO DO TRABALHO
O objetivo deste trabalho é o de estudar em escala real, o desempenho das plantas aquáticas flutuantes ( Eichhornia
METODOLOGIA EMPREGADA
A pesquisa, na Etapa II, foi efetuada através de uma avaliação experimental em escala real, utilizando, para tal, a Estação de Tratamento de Esgotos da Cidade do Paranoá (ETE - Paranoá), que é operada pela CAESB – Companhia de Saneamento do Distrito Federal. O projeto da ETE-Paranoá foi concebido de forma a possibilitar o tratamento do esgoto afluente a nível secundário, com a combinação de processos de tratamento que atendessem ao binômio eficiência e baixo custo de implantação e operação. A ETE – Paranoá foi construída em 1997, para atender a uma população de projeto de 60 mil habitantes. Atualmente está recebendo uma vazão de 3.000 m3/d, correspondendo a aproximadamente 30% da vazão de projeto, relativa a cerca de 75% da população de projeto, ou seja, aproximadamente 45 mil residentes daquela cidade (Luduvice et al., 2000). Os principais parâmetros de projeto da ETE-Paranoá são apresentados na Tabela 1, com os valores concebidos à época de projeto e os valores operacionais verificados atualmente. As eficiências globais de remoção e as principais características médias do afluente e efluente da ETE Paranoá, para o período de janeiro a dezembro de 2000, são mostradas na Tabela 2.
Tabela 1- Principais parâmetros de projeto da ETE Paranoá (Luduvice et al., 2000; Neder e Harada, 1997). Parâmetro Unidade Valor de projeto Valor verificado na operação
População contribuinte Hab. 60.000,00 45.498,00
Per capita de DBO g/hab.dia 54,00 66,88
Per capita de esgoto l/hab.dia 120,00 66,00
Vazão média m3/d 8.752,00 3.000,00
Carga de DBO Kg/dia 3.240,00 3.043,00
Carga de SS Kg/dia 2.520,00 1.648,94
Tabela 2- Eficiências de remoção e as principais características médias do afluente e efluente da ETE – Paranoá (Caesb, 2000a).
Característica Afluente (mg/l) Efluente (mg/l) Remoção (%)
DQO 1.825,80 566 69
SS 620,00 186 70
Pt 15,79 10,74 32
NTK 93,60 46,8 50
DBO 1.023,53 174 83
Os esgotos sanitários da cidade são coletados e encaminhados por gravidade a um tratamento preliminar mecanizado, onde são retirados o material grosseiro e areia. A primeira etapa do tratamento consiste de três reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB), compartimentados, em paralelo. Já a segunda etapa de tratamento consiste de nove lagoas de alta taxa, sendo o efluente de cada reator dividido para um grupo de três lagoas em paralelo. Finalmente, na terceira etapa de tratamento os efluentes das lagoas de alta taxa são conduzidos para patamares de escoamento superficial no solo. Na Figura 1, é apresentado o fluxograma da ETE-Paranoá.
Figura 1- Fluxograma da ETE-Paranoá.
Dos resultados alcançados na estação, cabe ressaltar a elevada eficiência dos reatores anaeróbios de fluxo ascendente, que durante o período da experiência, apresentaram uma eficiência da ordem de 90% em termos de remoção de DBO. Já na etapa seguinte de tratamento, através da utilização de lagoas rasas, denominadas de lagoas de alta taxa, a DBO teve uma ligeira alta, apesar da intensa coloração esverdeada do efluente e da boa remoção de nitrogênio verificada indicarem que as lagoas tinham bom funcionamento no período. A Figura 2 apresenta os resultados da DBO afluente à estação e efluente dos reatores anaeróbios (UASB) e lagoas de alta taxa (LAT) durante o período do experimento.
Figura 2- Resultados de concentrações de DBO afluentes e efluentes no período do experimento.
Valores de DBO
0 500 1000 1500 2000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Análise D B O ( m g /l) DBO Afluente DBOefluenteUASB DBOefluenteLATDESENVOLVIMENTO DO TRABALHO EXPERIMENTAL
O desenvolvimento do trabalho de pesquisa na Etapa II, em larga escala, a exemplo da Etapa I, em escala piloto, iniciou-se quando a superfície da lagoa de alta taxa “A3” estava totalmente ocupada pelas plantas aquáticas flutuantes, estendendo–se de 27/09/2001 a 25/07/2002. Nessa etapa de experimentos, ao contrário da Etapa I, optou-se por não efetuar a colheita rotineira das plantas aquáticas flutuantes, deixando para optou-se efetuar a remoção das mesmas e do lodo de fundo, de forma mecanizada, ao final dos experimentos.
A taxa de aplicação utilizada, de 0,013 m3/m2.d, foi estabelecida levando-se em consideração a vazão total afluente à Estação de Tratamentode Esgotos do Paranoá – ETE Paranoá, profundidades possíveis de operação das lagoas de alta taxa e o intervalo de taxas de aplicação utilizado na Etapa I em escala piloto, 0,024 m3/m2.d a 0,096 m3/m2.d. A altura de lâmina d’água adotada, de 0,60m, foi o dobro da utilizada em escala piloto, porém atendeu a literatura, a qual recomenda menor que 0,90m. O tempo de detenção, de 4,8 d-1, também, por sua vez, atendeu a literatura, que recomenda menor que 6 d-1. Por outro lado, a carga orgânica aplicada, de 205,50 Kg/ha.d, foi bem superior ao recomendado, menor que 50 Kg/ha.d.
MÉTODOS DE ANÁLISE E EQUIPAMENTOS
Na Tabela 3 são apresentadas as características de qualidade da água analisadas em laboratório, bem como os métodos e equipamentos utilizados.
Tabela 3- Métodos e equipamentos utilizados para as análises das características de qualidade da água. Característica Método/Equipamentos
DBO Manométrico/Sistema respirométrico da HACH e incubadora
SS Seco a 103-105 ºC/Balança analítica, forno de secagem e bomba de vácuo
NTK Macro Kjeldahl/Chapa de aquecimento, Balão Kjeldahl, aparelho para digestão Kjeldahl e aparelho para destilação de Kjeldahl
Pt Cloreto estanoso/Recipiente para digestão, autoclave e espectrofotômetro HACH, modelo DR-4000U
RESULTADOS OBTIDOS
Na Tabela 4, são apresentados os resultados de desempenho na Etapa II, em larga escala, no período de 27/09/2001 a 25/07/2002, em termos de DBO5, SS, NTK e Pt, bem como as concentrações médias afluente e efluentes.
Tabela 4: Resultados de desempenho e concentrações médias afluente e efluentes na Etapa II, em escala real. Característica Concentração afluente
(mg/l) Concentração efluente (mg/l) Remoção (%)
SS 182,00 76,00 58,14
DBO5 202,54 76,57 62,19
NTK 56,92 56,21 1,25
Pt 11,00 10,05 8,64
As médias apresentadas na tabela 4 não retratam a influência que o ciclo de vida dos aguapés teve na qualidade do efluente. Na Figura 3 são apresentados os valores de Sólidos em suspensão afluente e efluente à unidade de polimento ao longo do período do experimento. Pode-se verificar uma acentuada melhora de qualidade do efluente na primeira fase de crescimento dos aguapés, que segue até o momento que os mesmos começam a morrer. Isto ocorre após cerca de 7 meses após iniciado o experimento. Depois de uma redução na eficiência, se nota uma melhora da mesma nos últimos meses do experimento, ocasião em que as plantas já apresentavam nova fase de crescimento.
Figura 3- Resultados de desempenho e concentrações médias afluente e efluentes de SS ao longo do tempo.
A Figura 4 apresenta as remoções obtidas no período para os parâmetros Sólidos em Suspensão e Fósforo. Pode-se verificar que a remoção de Sólidos é positiva durante todo o período e que a remoção de fósforo varia muito, apresentando mesmo períodos em que houve aumento na concentração de saída do conjunto. O gráfico demonstra que o processo, nas taxas de aplicação utilizadas não pode ser utilizado com o objetivo de remover fósforo do efluente.
Figura 4- Resultados de remoção verificada na célula com aguapés para os parâmetros sólidos em suspensão e fósforo total.
CONCLUSÕES
A não retirada das plantas durante o experimento resultou em dois períodos distintos de desempenho na remoção de Sólidos em suspensão, vinculados à condição de desenvolvimento das plantas. Nos três primeiros meses (setembro, outubro e novembro de 2001) as plantas apresentavam-se em fase de crescimento e, consequentemente, foram
SS efluente
0 50 100 150 200 250 300 350 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Análise S S e flu e n te ( m g /l) Efluente LAT Efluente PolimentoRemoções obtidas - %
-40,00 -20,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Análises % d e r e m o çã o Remoção de SS Remoção de PTuma tendência de melhora na remoção de sólidos em suspensão. Em termos de SS e DBO5, não foram observadas mudanças tão acentuadas na eficiência de remoção em função do desenvolvimento das plantas. Se conclui que para localidades em que não é necessária a remoção de nutrientes dos efluentes, a alternativa de se utilizar uma célula de polimento com aguapés, sem que se retire rotineiramente as plantas da unidade, pode levar a uma significativa melhoria do efluente da unidade. O manejo do processo, com mais unidades em paralelo, pode permitir que na ocasião da morte das plantas em uma determinada célula, se mantenha a unidade fora de carga, até que a natural recuperação das plantas volte a ocorrer, ocasião em que o processo volta a apresentar elevados níveis de eficiência.
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