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POLIMENTO DE EFLUENTES DE LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO PARA
TRATAMENTO DE DEJETOS SUÍNOS UTILIZANDO FILTROS
José Luiz Rocha Oliveira(1)
Engenheiro Sanitarista e Ambiental pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina (PPGEA-UFSC). Bolsista CT-HIDRO/CNPq-Brasil.
Iria Sartor Araújo.
Engenheira Agrônoma pela Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). Mestre em Ciência e Tecnologia Agroindustrial pela Universidade Federal de Pelotas (UFPel). Doutoranda do PPGEA-UFSC.
Paulo Belli Filho.
Engenheiro Sanitarista pela UFSC. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC- USP/ São Carlos). Doutor em Engenharia Química Industrial e Ambiental – Université de Rennes U.R.I , França. Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental do Centro Tecnológico da Universidade Federal de Santa Catarina (ENS-CTC-UFSC).
Rejane Helena Ribeiro da Costa.
Engenheira Civil pela UFPB. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC- USP/ São Carlos. Doutora pelo INSA – Toulouse, França. Pós-doutorado na Université Montpellier 1, França. Professora Titular do ENS-CTC-UFSC.
Endereço(1): Serv. Cristiano Wanderley Farias, 60, ap. 102 – Trindade – Florianópolis – SC –
CEP: 88040-405 – Brasil – Tel: (48) 9114-9479 – e-mail:zeluizro@yahoo.com.br
RESUMO
O trabalho tem como objetivo estudar o polimento de efluentes de lagoas de estabilização para o tratamento de dejetos de suínos utilizando filtros. O filtro de areia (FA) em escala reduzida recebe o efluente de uma lagoa facultativa aerada e consiste na passagem dos líquidos afluentes em escoamento horizontal de maneira descendente através de leito filtrante em areia grosseira. As dimensões do filtro são: 3 m de largura por 6 m de comprimento e 0,50 m de profundidade com 0,10 m de altura de folga. O volume útil é de 7,2 m3 e o meio filtrante é constituído de seixo rolado, em seu primeiro meio metro inicial e último meio metro final, e areia grosseira. A vazão média do sistema foi de 1,8 m3/d. e a taxa hidráulica aplicada de 0,25 m3/m3.d. O filtro de pedras (FP) em escala real recebe o efluente de uma lagoa de maturação, consiste na passagem dos líquidos afluentes em escoamento horizontal de maneira descendente através de leito filtrante de pedregulhos. Suas dimensões são: 7 m de largura por 20 m de comprimento e 0,60 m de profundidade com 0,20 m de altura de folga. O volume útil é de 56 m3 e o meio filtrante é constituído de seixo rolado (material facilmente encontrado na região de formato elíptico) de granulometria variada (30-300 mm). A vazão média do sistema foi de 7,6 m3/d. e a taxa hidráulica aplicada de 0,14 m3/m3.d. A partir do monitoramento, verificou-se eficiências medianas de remoção para clorofila a da ordem de 25% para o FA e 36% para o FP; SST da ordem de 63% para o FA e 17% para o FP; turbidez da ordem de 26% para o FA e 24% para o FP. Os filtros utilizados para o polimento de lagoas de estabilização para dejetos suínos não atingiram o bom desempenho apresentado por outros trabalhos da literatura utilizando filtros para o polimento de esgotos domésticos;
PALAVRAS-CHAVE: polimento, lagoas de estabilização, filtro de areia, filtro de pedras, dejetos
INTRODUÇÃO
A criação de suínos é uma das principais atividades econômicas de Santa Catarina, Brasil, principalmente no Sul do estado, em Braço do Norte, onde a densidade de animais chega a 696,8 animais/Km2, enquanto que a densidade populacional não passa de 134,8 pessoas/Km2. Devido a grande produção de dejetos e sua elevada concentração (valores na ordem de 20 g/L de sólidos totais, 30 g/L de DQO, 2,5 g/L de nitrogênio total e 0,6 g/L de fósforo total), essa atividade é responsável por grande impacto ambiental.
Com o intuito de reverter o quadro crítico da poluição causada pelos dejetos de suínos foi construído no município de Braço do Norte, SC, cerca de 190 Km de Florianópolis, o primeiro experimento em escala real do Brasil na área de tratamento de dejetos de suínos, constituído de Lagoa Anaeróbia, Reator UASB, Lagoa Facultativa Aerada, Lagoa de Maturação e Filtro de Pedras funcionando em série. Um Filtro de Areia de fluxo contínuo em escala reduzida também foi construído e recebe parte do efluente da Lagoa Facultativa Aerada.
Os sistemas de tratamento de efluentes por lagoas de estabilização caracterizam-se pela alta produção algal medidas indiretamente pelos parâmetros Sólidos Suspensos Totais (SST) e Clorofila a, os quais necessitam serem removidos antes de lançados nos corpos hídricos, uma vez que podem acarretar no aumento do consumo de oxigênio no processo de autodepuração natural e em conseqüência na alteração das condições de vida aquática.
O polimento de efluentes de lagoas de estabilização pode ser empregado na tentativa de minimizar os impactos causados pelo seu lançamento diretamente nos mananciais. Dessa forma, o emprego de filtros, seja de meio granular fino (areia) ou grosseiro (pedras), para polimento de efluentes de lagoas facultativas ou lagoas de maturação constituem-se em técnicas perfeitamente aplicáveis, como solução para essa problemática ambiental associada à utilização de sistemas de lagoas de estabilização.
O trabalho de Melcer et al. (1995), utilizando um sistema em escala real de filtro intermitente de areia para o polimento de lagoa aerada tratando esgoto doméstico, onde a taxa superficial aplicada no filtro foi de 3,24 m3/m2.d e os parâmetros DBOs, SST e NTK, apresentaram concentrações afluentes de 12,16 e 19 mg/L respectivamente, mostrou boa performance com efluente final apresentando valores menores que 2 mg/L para DBOs, SST e NTK.
A performance de filtros intermitentes de areia está diretamente relacionada ao tamanho efetivo da areia e a taxa hidráulica aplicada. Areias com tamanhos efetivos de 0,37 mm ou menores e taxa hidráulicas de 0,2 m3/m2.d, podem obter efluentes de esgotos domésticos com concentrações de DBOs e SST inferiores a 15 mg/L. (Truax e Shindala, 1994).
O polimento dos efluentes das lagoas de estabilização pode ser realizado por filtro de pedras de diferentes configurações hidráulicas e granulometrias dos meios filtrantes (Johnson e Mara, 2002).
Segundo Saidam et al (1995), os filtros de pedras clássicos (escoamento horizontal), aplicados no polimento de efluentes de lagoas para esgotos domésticos, adotam como parâmetros de dimensionamento uma carga aplicada de sólidos em suspensão em torno de 0,044 KgSS/m3.dia e taxas hidráulicas variando de 0,30 a 0,50 m3/m3.dia, podendo atingir reduções de 60% para SS e para a demanda química de oxigênio (DQO).
Outras configurações de filtros de pedras de escoamento vertical – ascendente e descendente – foram estudados na remoção de SS de efluentes de lagoas de estabilização de esgotos domésticos (Kimwaga et al., 2004; Johnson e Mara, 2002; Sezerino et al., 2005).
O presente trabalho tem como objetivo principal estudar o polimento de efluentes de lagoas de estabilização de dejetos suínos utilizando filtros. Como objetivos específicos têm-se:
- Avaliar a eficiência do filtro de areia no polimento de efluentes de lagoa facultativa aerada; - Avaliar a eficiência do filtro de pedras no polimento de efluentes de lagoa de maturação.
MATERIAIS E MÉTODOS
A propriedade suinícola aonde o trabalho foi realizado fica no município de Braço do Norte, SC, mais especificamente na bacia hidrográfica do Rio Cachoeirinhas. O município de Braço do Norte localiza-se na longitude 49,1° (oeste) e latitude 28,2° (sul) e tem uma área de 114 Km2. Segundo dados do IBGE (2002), sua população é estimada em 25 mil habitantes, muito inferior ao número de suínos, que está em torno de 152 mil. É uma das cidades com maior índice de suínos por habitantes do Brasil. A propriedade do estudo tem cerca de 3.000 suínos criados em sistema de confinamento, apresentando relevo bastante acidentado, dificultando a disposição dos dejetos diretamente no solo.
Filtro de Areia
O filtro de areia em escala reduzida recebe o efluente de uma lagoa facultativa aerada e consiste na passagem dos líquidos afluentes em escoamento horizontal de maneira descendente através de leito filtrante em areia grosseira. As dimensões do filtro são: 3 m de largura por 6 m de comprimento e 0,50 m de profundidade com 0,10 m de altura de folga. O volume útil é de 7,2 m3 e o meio filtrante é constituído de seixo rolado, em seu primeiro meio metro inicial e último meio metro final, e areia grosseira. A vazão média do sistema foi de 1,8 m3/d. e a taxa hidráulica aplicada de 0,25 m3/m3.d.
Filtro de Pedras
Esta unidade do sistema de tratamento de dejetos de suínos em escala real recebe o efluente de uma lagoa de maturação, consiste na passagem dos líquidos afluentes em escoamento horizontal de maneira descendente através de leito filtrante de pedregulhos. Suas dimensões são: 7 m de largura por 20 m de comprimento e 0,60 m de profundidade com 0,20 m de altura de folga. O volume útil é de 56 m3 e o meio filtrante é constituído de seixo rolado (material facilmente encontrado na região de formato elíptico) de granulometria variada (30-300 mm). A vazão média do sistema foi de 7,6 m3/d. e a taxa hidráulica aplicada de 0,14 m3/m3.d.
Tanto no filtro de areia (figura 1) como no filtro de pedras (figura 2), o dispositivo de entrada consiste na distribuição dos líquidos por meio de tubo corrugado (perfurado) transversal ao sentido do fluxo instalado no primeiro metro do filtro, de forma sub-superficial. O dispositivo de saída trata-se de tubo corrugado para coleta do percolado, instalado no fundo do último metro do filtro. Existe controle de nível por meio de tubo flexível, instalado na caixa de saída.
Figura 1: Filtro de areia (escala reduzida). Figura 2: Filtro de pedras (escala real)
Monitoramento
Foram realizadas coletas semanais, no período matutino, de amostras na entrada e saída de cada filtro, as quais eram transportadas para o Laboratório Integrado de Meio Ambiente (LIMA) da Universidade Federal de Santa Catarina, em Florianópolis, para posterior série de análises. O
coletas, e o do filtro de pedras de novembro/2005 a agosto/2006, totalizando 33 coletas. Foram realizadas as seguintes análises:
• Medidas em campo de pH, OD e temperatura, utilizando sondas específicas.
• No laboratório LIMA: Demanda Química de Oxigênio Total (DQOt), Sólidos Suspensos Totais (SST) e turbidez, segundo procedimentos do Standard Methods (APHA, AWWA, WEF, 1998); e clorofila a (NUSCH, 1980).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados foram tratados estatisticamente usando o software Statistic 6.0 (StatSoft, Inc., 2001) e são apresentados a seguir, expressos em termos de concentrações medianas da entrada e saída do filtro de areia (EFA e SFA), e entrada e saída do filtro de pedras (EFP e SFP). As figuras 3,4 e 5 referem-se aos resultados de temperatura, pH e OD, respectivamente.
Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median TEMPERATURA °C 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
EFA SFA EFP SFP
Figura 3: Gráfico de temperatura do tipo “boxplot”.
Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median pH 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 7,9 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 8,6 8,7 8,8 8,9 9,0 9,1 9,2
EFA SFA EFP SFP
Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median Outliers Extremes OD mg/ L 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
EFA SFA EFP SFP
Figura 5: Gráfico de OD do tipo “boxplot”.
Verificou-se um comportamento estável dos parâmetros temperatura, pH e OD, onde os filtros não atuam de forma significativa, servindo apenas para ilustrar as condições encontradas durante todo o período monitorado. A menor temperatura (figura 3) encontrada no filtro de areia (FA), comparada ao filtro de pedras (FP), está relacionada com a profundidade (1,20 m) da lagoa facultativa aerada que alimenta o FA, o que diminui a penetração da luz em toda a massa líquida da lagoa e em conseqüência desempenha valores menores de temperatura. Nota-se, pela figura 4, uma maior amplitude nos valores de pH do FP. Pode-se citar um pequeno aumento do oxigênio dissolvido (figura 5) na SFP devido aos espaços vazios do leito filtrante que ocasionam a aeração do sistema.
Os valores da turbidez e clorofila a são apresentados nas figuras 6 e 7, respectivamente.
Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median Outliers TURBIDEZ NTU 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
EFA SFA EFP SFP
Figura 6: Gráfico de turbidez do tipo “boxplot”.
Pela figura 6, nota-se um desempenho semelhante entre o FA e o FP, obtendo eficiências de remoção da turbidez da ordem de 26 e 24%, respectivamente. Os valores medianos das concentrações de saída da turbidez de ambos os filtros foram elevados, 378 NTU para a SFA e 280 NTU para a SFP. Provavelmente, o desempenho dos filtros na remoção de turbidez esteja associado à decomposição das algas, representados indiretamente pela feofitina, que em ambos os filtros apresentou valores medianos de entrada e saída da ordem de 380 e 300 µg/L, respectivamente. Essas concentrações são maiores que as de clorofila a, o que indica que a turbidez remanescente pode ser representada pela decomposição das algas nos filtros.
Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median Outliers Extremes CLOROFILA a µg/L 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
EFA SFA EFP SFP
Figura 7: Gráfico de clorofila a do tipo “boxplot”.
Os resultados apresentados na figura 7 mostram o desempenho dos filtros na remoção de clorofila a, onde as eficiências de remoção atingiram valores da ordem de 25% para o FA, e um pouco maior para o FP, da ordem de 36%. Os valores de clorofila a dentro das lagoas são muito superiores aos que entram nos filtros, tendo a lagoa facultativa aerada, que alimenta o FA, valores de 500-1500 µg/L, e a lagoa de maturação, que alimenta o FP, valores de 1000-2000 µg/L. Devido a aspectos construtivos, grande parte das algas ficam retidas pelo sistema de tubulações da estação experimental, sendo a parcela a ser removida constituída de algas microscópicas, ou seja, partículas dissolvidas, onde tanto o FA quanto o FP não têm a capacidade de remover, ocorrendo a remoção efetiva apenas com técnicas mais avançadas de tratamento.
Os resultados apresentados nas figuras 8 e 9 mostram as concentrações medianas de entrada e de saída dos filtros para avaliação do comportamento da DQOt e dos SST, respectivamente.
Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median Outliers Extremes DQOt mg /L 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
EFA SFA EFP SFP
Figura 8: Gráfico de DQOt do tipo “boxplot”.
Os dois filtros não apresentaram resultados significativos em termos de remoção de DQOt. O FA manteve tanto a concentração de entrada como de saída na faixa de 900-1000 mg/L. Melcer et al (1995), obtiveram valores bem superiores, da ordem de 83%, para a remoção de DBO utilizando filtro intermitente de areia para o polimento de lagoa aerada para esgoto doméstico com concentração afluente ao filtro da ordem de 20 mg/L. O FP obteve maior amplitude de valores de concentração, embora em termos de desempenho de remoção mediana atingiu uma ordem de 4%. Esse valor é bem inferior ao obtido por Saidam et al (1995), que apresentaram remoções de DQO da ordem de 60%, empregando filtro de pedras de escoamento horizontal no polimento de efluentes de lagoas de estabilização de esgotos domésticos. Vale ressaltar que as concentrações afluentes de DQOt dos dejetos suínos são bem superiores as do esgoto doméstico, e que os filtros
estudados não promovem o tratamento biológico, o que fica exemplificado pelos valores de DQOt afluente e efluente. Non-Outlier Max Non-Outlier Min 75% 25% Median Outliers Extremes SST mg /L 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
EFA SFA EFP SFP
Figura 9: Gráfico de SST do tipo “boxplot”.
Em termos de remoção de SST, o FA apresentou desempenho superior ao FP. O desempenho na remoção de SST do FA foi da ordem de 63%, enquanto o do FP da ordem de 17%. Os resultados do FA foram inferiores aos de Melcer et al (1995) que usaram filtro intermitente de areia no polimento de lagoa aerada para esgoto doméstico e obtiveram desempenho de remoção de SST da ordem de 90%. Embora o FA tenha obtido desempenho inferior ao da literatura, pode-se considerar um desempenho satisfatório se comparado com as ordens de grandeza de remoção dos outros parâmetros analisados no presente trabalho. O desempenho do FP foi muito inferior aos obtidos por Johnson e Mara (2002) e Kimwaga et al (2004), todos utilizando filtros de pedras pilotos de escoamento vertical no polimento de lagoas de estabilização para esgotos domésticos, que obtiveram remoções de 54% e 64%, respectivamente.
CONCLUSÕES
A partir do monitoramento dos filtros para o polimento de efluentes de lagoas de estabilização de dejetos de suínos pode-se concluir:
- Os filtros utilizados para o polimento de lagoas de estabilização para dejetos suínos não atingiram o bom desempenho apresentado por outros trabalhos da literatura utilizando filtros para o polimento de esgotos domésticos;
- O filtro de areia obteve resultados satisfatórios na remoção de SST se comparado com o filtro de pedras;
- O filtro de areia cumpriu seu objetivo principal que é de remover os SST, apresentando os melhores resultados se comparados com os demais parâmetros analisados.
- A granulometria do meio filtrante é fator primordial para o bom desempenho do filtro de pedras, sobretudo para um efluente como os dejetos de suínos que apresentam elevadas concentrações.
- O baixo desempenho observado em determinados parâmetros pode estar associado a caminhos preferenciais causados pela granulometria do meio filtrante do filtro de pedras estudado.
- O processo de tratamento nos filtros é exclusivamente físico, não servindo para o tratamento biológico, mas apenas para o polimento de efluentes.
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