Microbiology evaluation as operational support for optimization of textiles effluent treatment plants for activated sludge
C.A.A. Lima*, J. A. C. Santos**, S. C. Santos*, S. Fassino***
* Departamento de Ciências Exatas, Universidade Federal de Alfenas, Rua Gabriel Monteiro da Silva, 714 Centro, Alfenas, MG – Brazil (claudio@unifal-mg.edu.br)
** Departamento de Hidráulica e Saneamento, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo/EESC/USP, av trabalhador são carlene,400 SP- Brazil
***Sinterama S.p.A, Via Gramsci,5 - Sandigliano - Biella.-Italy.
Abstract
The optimization of the textile effluents treatment for activated sludge needs knowledge of the involved microfauna in the composites degradation. The microbiological evaluation allows observing the synergetic repercussion of several intervenient factors on the system dynamics, which is faster and more consistent than the usual chemical and physics-chemical parameters. Two Brazilian treatment plants have been evaluated in order to compare the data. One data set was collected in the polyester dyeing unit wastewater (25 m3/h), and the other one (4 m3/h) in the wastewater from a cotton laundry and finishing.
Qualitative and quantitative evaluations of the present microfauna in the aeration tank were correlated with the typical parameters of operational control and performance. The results have confirmed the existence of specific microfauna for each type of textile effluent showing also a significant change in the relative percentage of the different groups of microorganisms during the acclimatization of the sludge. It was observed microorganism groups with bio-indicator potential, which can be used to optimize the operational condition of the plants in different sceneries.
Keywords
Activated sludge; Microbiology; Optimization; Textile industries.
INTRODUÇÃO
O setor têxtil do Brasil é composto por mais 30 mil empresas em toda a cadeia produtiva, com participação em torno de 3,5% do Produto Interno Bruto - PIB nacional. (ABIT, 2006). A pujança deste setor repercute também na imperativa preocupação pelas questões ambientais haja vista o consumo elevado de água em seus processos e o grande volume de efluentes líquidos com intensa carga poluidora.
Com a finalidade de depurar os efluentes líquidos têxteis, várias técnicas conhecidas estão sendo aplicadas, como tratamentos físico-químicos, biológicos e a combinação destes. Contudo ainda enfrentam-se as dificuldades tecnológicas e operacionais advindas das características intrínsecas destes despejos como a difícil biodegradabilidade, toxicidade e em muitos casos, os processos físico-químicos isoladamente são insuficientes na adequação do efluente final aos padrões ambientais vigentes (Brasil, 2005). A alternativa tecnológica com melhores resultados reportados é o sistema de tratamento biológico por lodos ativados, por já estar bem consolidada e pela sua alta eficiência na remoção da matéria orgânica associada a pequena área de implantação requerida.
Entretanto a eficiência e confiabilidade desse sistema dependem das condições microbiológicas devido ao fato da microfauna ser extremamente sensível à ação do meio e de agentes externos, como agitação, oxigenação, composição do substrato, nutrientes e contaminantes, o que permite considerá-la um ótimo indicador das condições operacionais do sistema de tratamento MADONI (1994).
Este trabalho reporta os resultados da avaliação da microfauna presente nos lodos ativados de duas indústrias têxteis no Brasil, com identificação, quantificação e correlações com as condições operacionais dos sistemas de tratamento em estudo visando assim não só confirmar sua importância no controle operacional como também, para a otimização dos sistemas.
MÉTODOS
O estudo foi realizado em duas estações de tratamento de efluentes têxteis que utilizam o sistema de lodos ativados. A primeira (ETE-1) operada na modalidade aeracão prolongada com sedimentação exclusivamente física, tratando despejos de lavanderia e acabamento de tecidos de algodão, com vazão média de cerca de 4 m3/h. A segunda (ETE-2), aeração convencional tratando despejos de tinturaria de fios de poliéster após tratamento físico químico em flotador, com vazão média de cerca de 25 m3/h, sendo a sedimentação no decantador secundário também assistida quimicamente com adição de floculantes e polieletrólitos.
As estações objetos de estudo, possuem operação do tipo manual, com avaliação do desempenho por análises laboratoriais e/ou instrumentais, com freqüências diárias e semanais, sendo o controle do processo também manual.
As variáveis de entrada e de controle foram monitoradas com freqüência semanal, com coleta de amostras para análises laboratoriais do afluente, efluente, lodo do tanque de aeração e lodo de retorno. Na Tabela 1 são apresentados os parâmetros avaliados em cada ponto de controle dos sistemas de tratamento em estudo.
Tabela 1. Programa de monitoramento dos sistemas em estudo.
Local de Coleta Parâmetros/Teste Freqüência Método
Afluente DBO/DQO Quinzenal APHA (1998)
Sólidos Suspensos Quinzenal APHA (1998)
pH Diária ELETROMÉTRICO
Óleos /graxas Quinzenal APHA (1998)
Detergentes Quinzenal APHA (1998)
Tanque de aeração Oxigênio dissolvido Diária OXÍMETRO Sólidos sedimentáveis Diária APHA (1998) Sólidos Suspensos Quinzenal APHA (1998)
Microfauna/ Semanal Jenkins (1993)
Morfologia do floco Semanal Jenkins (1993) Lodo de Retorno Sólidos suspensos Quinzenal APHA (1998)
Sólidos sedimentáveis Diária APHA (1998) Efluente Final DBO/DQO Quinzenal APHA (1998) Sólidos Suspensos Quinzenal APHA (1998) Sólidos sedimentáveis Quinzenal APHA (1998)
pH Diária ELETROMÉTRICO
Óleos /graxas Quinzenal APHA (1998)
Detergentes Quinzenal APHA (1998)
As coletas das amostras do afluente ocorreram em tubulação após o tanque de equalização, o efluente final em calha parshall na saída do sistema e as dos tanques de aeração a 20 cm da superfície, transferidas para frascos de vidro ou polietileno, sendo imediatamente encaminhadas para análise.
A quantificação da microfauna e identificação foram feitas com o auxílio de microscópio de campo claro com ampliação de até 1000X. A identificação se deu por método comparativo com as morfologias típicas dos microrganismos da bibliografia, particularmente, Jenkins et al.
(1993) e Bento (2005).
A contagem foi feita em câmara de SEDGWICK-RAFTER, com a escolha de campos ou faixas preferenciais, normalmente 5 mm a 7mm das bordas. Os campos possuem área de 1mm2 e profundidade de 1 mm. Foram contados 100 campos e para cada amostra foram realizadas três contagens, sendo o resultado final a média dos valores.
Na investigação de bactérias filamentosas foram preparadas lâminas em duplicata de amostras do tanque de aeração e do retorno do lodo, avaliadas de acordo com as técnicas de coloração de Gram e Neisser. A identificação foi realizada com a utilização de um microscópio óptico com contraste de fase, com régua acoplada, com ampliação de até 1000X. A partir das observações das características morfológicas, foi utilizada a chave para identificação elaborada por Jenkins et al. (1993). Esta chave é constituída pelos 22 organismos filamentosos mais comumente observados em lodos ativados.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 2 se encontram os resultados dos principais parâmetros físico-químicos de caracterização dos afluentes e efluentes finais, bem como, indicadores de desempenho da remoção de matéria orgânica em termos de DQO e DBO, referentes ao período de janeiro de 2007 a fevereiro de 2008.
Tabela 2. Resultados dos parâmetros físico-químicos ( Jan2007-Fev2008) Local de
Coleta Parâmetros
(mg/l) ETE-1
(algodão) ETE-2 (poliéster)
Padrão
Brasil* Padrão Itália**
Afluente DQO 2233±510 2302±949
DBO 1497±462 564±307
Sólidos Suspensos 313±339 1370±755
Óleos /graxas 67±35 72±46
DQO/DBO 1,6±1,0 4,4±2,9
Tanque
aerado Oxigênio dissolvido
2,0±0.5 1,5±0.4 Sólidos Suspensos 2094±350 10.000±1.251 Lodo Retorno Sólidos
Suspensos
2524±716 18.837±3.074
Efluente Final DQO 201±97 194±66 250 160
DBO 77±63 28±21 60 40
Sólidos Suspensos 90±48 26±13 60 80
Óleos /graxas 30±27 30±29 50 20
Eficiências Remoção DQO 91±4 90±6 90
Remoção de DBO 95±3 92±13 85
* DN Copam 010/86 ; ** Decreto legislativo N.. 152 de 11/05/99
Avaliação Global de Caracterização e Desempenho
De uma forma geral, conforme Tab. (2) ambas as estações apresentaram elevadas eficiências, acima de 90%, na remoção da matéria orgânica em termos de DQO e DBO. Atenderam também aos padrões de lançamento da legislação ambiental vigente no Estado de Minas Gerais, com exceção da prevalência de violação do parâmetro sólidos suspensos no efluente final da ETE-1. No referido estado, existe um regulamento específico para a DQO de indústrias têxteis, de 250 mg/l, superior ao regulamento italiano de 160 mg/l, indicando, conforme valores médios das duas estações, 201±97 e 194±66, respectivamente para ETE-1 e ETE-2, que as mesmas teriam dificuldades em atender o regulamento italiano sem complementação do tratamento. A relação DQO/DBO da ETE-1 de 1,6±1,0, constitui em um indicativo da elevada biodegradabilidade dos seus afluentes, originados, principalmente, pela maior contribuição de esgoto sanitário, lavagem de tecidos engomados com amido, sendo apenas 30
% dos efluentes oriundos de etapas de tingimento. Por outro lado, a ETE-2 com parcela superior a 70 % do volume de efluentes, advindos do tingimento de fios de poliéster, apresentou relação DQO/DBO de 4,4±2,9, reforçando a necessidade do tratamento primário físico-químico. Tratamento este, realizado por flotação com dosagem de PAC (Policloreto de alumínio) e polímero aniônico, responsável por uma remoção de cerca de 70% dos sólidos suspensos e 40% da DQO afluente. O Tempo de Detenção Hidráulico (TDH) das duas estações para as vazões operacionais, é próximo, de 75 horas para a ETE-1 e 65 horas para a ETE-2. Já a idade do lodo ficou próxima a 33 dias para ETE-1 de 13 dias para a ETE-2.
O principal transtorno operacional ocorrido na ETE-1 relacionou-se a perda de sólidos no decantador secundário, com cenários de entumescimento do lodo, que repercutiram também na elevação do valor médio da DQO efluente. Pôde-se constatar a predominância de matéria orgânica suspensa nos valores DQO final, oriunda da perda do lodo, condição esta confirmada com a determinação da DQO filtrada.
Já na ETE-2, o principal transtorno operacional ocorrido, foi a elevada dependência da clarificação final no decantador secundário ser assistida físico-quimicamente com dosagem de polímeros e PAC. Frequentemente demandou-se a realização de jartest para ajuste de dosagem dos adjuvantes químicos, inclusive com troca da natureza iônica, polímero aniônico para catiônico em função das características do lodo do tanque de aeração.
Avaliação do Floco
Em relação à prevalência nas observações da microscopia do floco no período em estudo, pôde-se chegar a um padrão típico de caracterização das amostras da ETE-1 e ETE-2, comparados pelos critérios estabelecidos conforme a Tabela (3).
Tabela 3. Comparação das características do floco biológico das estações.
Classificação do floco ETE - 1 (algodão) ETE -2 (poliéster) Tamanho do floco Pequeno /Médio (<150µm) Médio/Grande (150-500 µm) Morfologia do floco Irregular e Difuso Redondo e Firme
Microrganismos TAMB, CLN, CPF, MTZ, CF TAMB, ocasionalmente CPF e Partículas abióticas Pequena quantidade fibras Grande presença de fibras e MTZ
substâncias poliméricas Filamentosas no floco Presentes na estrutura do floco,
formando pontes e envolvendo o floco Sem efeito significativo
Abundância de filamentos Excessivas Poucas
TAMB: tecamebas, MTZ: micrometazoários. CLN: ciliados livre natantes, CF: Ciliados fixos FLG: flagelados, CPF: ciliados predadores de flocos.
Conforme Tab. (3) o tamanho dos flocos da ETE-1 apresentou dimensões inferiores a 150µm, classificado conforme Jenkins (1993), de tamanho pequeno a médio. Por outro lado, a ETE-2 apresentou flocos de médio a grande porte (150-500 µm), condição esta atribuída à utilização de polímero orgânico e policloreto de alumínio na sedimentação assistida. Esse tipo de produto auxiliar promoveu agregação bastante eficiente das partículas, formando um floco grande, firme, regular e arredondado. Observou-se também material abiótico sugestivo da marcante presença de polímeros e fibras. Por outro lado o tamanho menor do floco da ETE-1 foi atribuído à presença excessiva das bactérias filamentosas, impedindo uma melhor agregação, compactação e crescimento do floco. A Figura (1) apresenta imagens do padrão do floco da ETE-1 com detalhe da presença excessiva de filamentos. Estes filamentos contribuíram também para uma morfologia irregular e difusa. Durante a realização dos testes de sedimentabilidade em proveta graduada e nas determinações dos sólidos sedimentáveis em cone Imhof, observou-se também um lodo expandido, condição esta confirmada com a determinação do IVL (Índice Volumétrico de Lodo), apresentando com freqüência valores acima do limite recomendado 150 ml/g. A Figura (2) apresenta um perfil temporal do Índice Volumétrico de Lodo na ETE-1, caracterizando como recorrente a interferência das bactérias filamentosas na sedimentabilidade do lodo da ETE-1, que justifica, também, a perda de sólidos no decantador secundário.
a) b)
Figura 1: Vistas do padrão morfológico dos flocos biológicos da ETE-1
0 100 200 300 400 500 600
DATA
IVL (ml/g)
IVL 359 480 496 365 375 393 527
04/06/2007 31/08/2007 13/09/2007 27/09/2007 10/10/07 19/02/2008 07/03/2008
Figura 2: Resultados do Índice Volumétrico de Lodo (IVL) na ETE-1
10 µm 10 µm
Microbiologia
Na avaliação qualitativa dos microorganismos buscou-se agrupá-los na divisão em grupos sugeridos por Jenkins et al (1993), Madoni (1994), Figueiredo et al (1997) e Bento et al (2005), conforme apresentado na Tabela (4) comparando os grupos predominantes observados nas duas estações. O número muito maior de espécies na ETE-1 foi atribuído a condição de maior biodegradabilidade dos efluentes da ETE-1 em relação à ETE-2 e/ou menor presença de substâncias inibidoras ou tóxicas, encontrando correspondência na relação DQO/DBO bem menor da ETE-1 que na ETE-2, respectivamente, de 1,6±1,0 e 4,4±2,9.
Tabela 4. Comparação da microfauna predominante observada.
GRUPO ETE-1 ETE-2
CPF Euplotes sp., Aspidisca sp., Chilodonella sp.,
Trithigmostoma sp. Aspidisca sp.
CLN Colpoda sp., Colpidium sp., Paramecium sp.,
Chaetonotus sp. Paramecium sp.,
CFL Peranema sp, Não observado
CF Vorticella sp., Tokophrya sp., Opercularia sp Epistylis sp., Vorticella sp.
TAMB Arcella sp., Difflugia sp., Euglypha sp. Arcella sp., Difflugia sp., Euglypha sp.
Rotíferos Philodina sp. Philodina sp.
Nematóides Não Identificado Não Identificado
Nas avaliações quantitativas, observou-se grande quantidade de microorganismos no lodo da ETE-1, cujos resultados da contagem encontram-se na FIGURA (3). A contagem na ETE-2 não foi representativa devido a reduzida presença de microrganismos, mesmo em condições de elevados teores de Sólidos Suspensos no Tanque de aeração (SSTA).
0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000
24/05/2007 04/06/2007
14/06/2007 21/06/2007
26/06/2007 06/07/2007
12/07/2007 02/082007
10/08/2007 17/08/2007
31/08/2007 13/09/2007
27/09/2007 10/10/2007
19/02/2008 07/03/2008
nº de indivíduos
Figura 3: Contagem microrganismos no lodo do tanque de aeração da ETE-1.
Embora a ETE-1 tenha operado no período em estudo com teor de SSTA de 2094±350 mg/l abaixo dos 3.000 mg/l previsto em projeto, a eficiência na biodegradação da matéria orgânica não foi comprometida. Por outro lado a ETE-2 com o dobro do previsto em projeto, operando com 10.000 mg/l de SSTA, apresentou deficiência na remoção da matéria orgânica sem a dosagem dos adjuvantes de sedimentação geralmente utilizados.
Não foi encontrada correlação entre SSTA x Número Total de Microrganismos. Os resultados obtidos sugerem uma condição em que a diversidade biológica e os grupos observados são mais importantes para a eficiência e estabilidade do sistema do que o número total de microrganismos e os teores de SSTA ou de Sólidos Sedimentáveis. Os microorganismos de maior representatividade observados foram os protozoários ciliados, como os do gênero Euplotes e Paramecium.
Estas conclusões encontram apoio nos estudos de Cordi et al. (2007) que observaram em lodos com elevados valores de SSTA, a maior retenção de OD e quantidade de sólidos prejudicando a locomoção dos ciliados. Nas condições de maior estabilidade foram observados
vários gêneros sem que houvesse uma relação de dominância muito alta entre os grupos.
Houve a confirmação de que o número de indivíduos não é proporcional a quantidade de sólidos e que a avaliação microscópica é fundamental importância para se avaliar a qualidade do lodo biológico na busca da melhoraria no desempenho das estações.
Devido à prevalência de filamentos na microfauna do lodo da ETE-1 buscou-se classificar sua abundância e avançar na identificação dos microrganismos presentes. A abundância relativa das bactérias filamentosas foi classificada de acordo com a Escala de Jenkins, a qual varia de poucos filamentos (Escala A) até filamentos em excesso, com densidade alta, superior a 20 filamentos por floco (Escala F). A abundância prevalente no lodo da ETE-1 enquadrou-se na Escala F, conforme padrão observado na Figura (4). Já as técnicas de coloração permitiram uma melhor observação dos filamentos e suas funções. Os filamentos mais encontrados, cuja morfologia, tamanho e posicionamento aparentam ser favoráveis à formação do floco, foram as bactérias do tipo 021N. Tais microrganismos propiciam a formação de pontes entre os flocos, auxiliando a sedimentabilidade do floco. Outras espécies ao contrário, como a S. Natans , possuem tamanho grande e seu posicionamento na extremidade dos flocos impede a compactação.
Figura 4: Observação de Bactérias filamentosas na Escala F de Jenkis encontradas na ETE-1 Durante os estudos pôde-se observar um cenário de sobrecarga orgânica de amido, advindo de descarte do banho de engomagem na ETE-1, com resposta rápida na microfauna, quando o número de protozoários flagelados aumentou drasticamente, com repercussão na redução da sedimentabilidade e perda de lodo no decantador secundário.
Avaliação da aclimatação do lodo em bancada
A fim de avaliar a capacidade de aclimatação da microfauna da ETE-1, foi implementado reatores em bancada para avaliação da capacidade de adaptação dos microrganismos presentes. Foi possível confirmar a variação temporal da comunidade microbiana com a modificação do afluente a ser tratado. O lodo biológico do inicio do experimento estava aclimatado para o afluente da ETE-1, e gradativamente foi inserido o afluente da ETE-2 e a reação microbiológica foi bastante evidente conforme representado na Figura (5).
Alguns microrganismos, como as tecamebas dos gêneros Arcella, Difflugia e Euglypha, sofreram queda e não se mantiveram predominantes no sistema, devido principalmente a disponibilidade de alimento, uma vez que não se locomovem em busca de suprimento energético, como os ciliados livre natantes e predadores de flocos,dos gêneros Paramecium e Euplotes. Os resultados da contagem dos ciliados correlacionados às características da alimentação e demonstraram que o número e a diversidade desses microrganismos sofrem modificações em função do substrato e das condições operacionais. Os ciliados observados se alimentam de bactérias e partículas em suspensão, melhorando a qualidade final do efluente.
A interferência positiva dos ciliados predadores de flocos e livre natantes no sistema de lodos ativados, encontraram correspondência em trabalhos anteriores (Esteban et al, 1991) auxiliando no entendimento de fatores ecológicos desses microrganismos.
Reator 2
Tratabilidade com Lodo de ETE de algodão
0%
20%
40%
60%
80%
100%
12/
out 15/
out 17/
out 22/out
24/out 26/out
28/
out 4/nov
6/nov 8/nov
12/nov 14/nov
Arcella Euglypha Difflugia Euplotes Paramecium a
Paramecium b Trachellophylum Flagelados Rot Litonotus
Figura 5: Contagem de microrganismos no ensaio de aclimatação em bancada
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos indicaram que na ETE-1, operando com relação DQO/DBO 1,6±1,0 menor que a ETE-2, DQO/DBO de 4,4±2,9, a degradação biológica foi bem mais efetiva com formação natural e favorável de floco. Já na ETE-2 os indicativos da biodegradação não se apresentaram tão evidentes, pouco se observou da sucessão biológica e formação natural de floco, tornando-a dependente da adição de coagulantes e polietrólitos para a clarificação do efluente final.
Encontraram-se diferenças significativas na microfauna dos sistemas de tratamento de efluentes têxteis por lodos ativados em função da natureza do afluente, todavia observou-se a viabilidade de obter um consórcio aclimatado de organismos pode realizar com eficiência a biodegradação dos despejos de indústrias têxteis mais complexos, conforme testes iniciais de bancada.
Confirmou-se que contagem microbiológica não apresentou correlação direta com o teor de SSTA, o que revestiu de importância a avaliação microscópica qualitativa do lodo com vistas a encontrar as melhores condições de otimização para a operação das estações.
A incorporação da avaliação da microbiologia dos lodos ativados no monitoramento de estações de tratamento de efluentes industriais foi simples, de custo reduzido e representou um importante suporte no esclarecimento de cenários de transtornos operacionais, possibilitando direcionar a condução da operação dos sistemas e propiciar maior ganho de estabilidade e desempenho.
REFERENCES
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