A EFICIÊNCIA DO TRATAMENTO BIOLÓGICO DE ESGOTOS DA
ETE CRISTINA - SANTA LUZIA - MG - BRASIL - POR LAGOAS DE
ESTABILIZAÇÃO FACULTATIVAS AERADAS E SUA
CORRELAÇÃO COM O FITOPLÂNCTON
José Mauro Salgado Braga(1)
Biólogo, formado pelas Faculdades Metodistas Integradas Izabela
Hendrix, Belo Horizonte - MG. Técnico analista do Setor de
Hidrobiologia da Divisão de Serviços de Apoio da COPASA - MG.
Simoni de Oliveira Cavalieri
Bióloga, formada pelas Faculdades Metodistas Integradas Izabela Hendrix, Belo Horizonte - MG. Analista do Setor de Hidrobiologia da Divisão de Serviços de Apoio da COPASA - MG.
Fernando Antônio Jardim
Biólogo, formado pelas Faculdades Metodistas Integradas Izabela
Hendrix, Belo Horizonte - MG. Supervisor do Setor de Hidrobiologia da Divisão de Serviços de Apoio da COPASA - MG. Mestrando do curso de Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais.
Endereço(1): Companhia de Saneamento de Minas Gerais - COPASA - MG - Laboratório
Central - Setor de Hidrobiologia. - BR 040 - Km 445 - Trevo de Nova Lima - Belo Horizonte MG CEP: 31.950640 Brasil Tel: (031) 2502382 Fax: (031) 2502355 -e-mail. labo@copasa.com.br
RESUMO
Alguns microorganismos aquáticos estão estreitamente ligados às condições ambientais muito específicas e podem ser utilizados como bioindicadores. O objetivo deste trabalho é de caracterizar e relacionar o fitoplâncton predominante na suspensão biológica da Estação de Tratamento de Esgoto, operando com duas lagoas facultativas aeradas, localizada na cidade de Santa Luzia - MG, conjunto residencial Cristina, no período de agosto/97 a julho/98. Foram obtidas as possíveis correlações entre este predomínio e os parâmetros físico-químicos, na avaliação da eficiência da estação em estabilizar a biomassa. Das 144 correlações calculadas, foram selecionas 22 por rejeição da hipótese nula. Dentre as algas encontradas, verificou-se uma sucessão ecológica entre as algas fitoflageladas e a cianobactéria Oscillatoria agardhii, sendo que o primeiro grupo, segundo BRANCO (1986), predomina junto à entrada onde há matéria orgânica em decomposição, consequentemente contendo água com caráter mais ácido. A estação apresentou uma eficiência média mensal de aproximadamente 86% de remoção de DBO. O valor da DBO efluente no entanto, ultrapassou em muitas vezes o máximo valor permitido pela legislação, que é de 60 mg/l CONAMA (1986). Os dados obtidos permitem informar previamente à operação, a característica do efluente, para que as medidas preventivas e/ou corretivas necessárias, sejam corretamente tomadas.
INTRODUÇÃO E OBJETIVO
Alguns microorganismos aquáticos estão estreitamente ligados às condições ambientais muito específicas e podem ser utilizados como bioindicadores. O objetivo deste trabalho é de caracterizar e relacionar o fitoplâncton predominante na suspensão biológica da Estação de Tratamento de Esgoto, operando com duas lagoas facultativas aeradas, localizada na cidade de Santa Luzia - MG, conjunto residencial Cristina, no período de agosto/97 a julho/98. Foram obtidas as possíveis correlações entre este predomínio e os parâmetros físico-químicos, na avaliação da eficiência da estação em estabilizar a biomassa.
METODOLOGIA
No Brasil há condições bastante favoráveis de clima e de áreas disponíveis para o uso de lagoas, principalmente para cidades de pequeno e médio porte. Segundo von SPERLING (1995), as lagoas facultativas são a variante mais simples dos sistemas de lagoas de estabilização. O processo consiste basicamente na retenção dos esgotos por um período longo, o suficiente para que os processos naturais de estabilização da matéria orgânica se desenvolvam. Nas lagoas facultativas aeradas, os sólidos dos esgotos e as bactérias sedimentam, indo para o fundo.
Segundo BRANCO (1986), o mecanismo de estabilização de resíduos líquidos consiste primeiramente na ação das bactérias aeróbias sobre a matéria orgânica decompondo-a em moléculas simples e mais estáveis, liberando nutrientes para as algas. As algas por sua vez, utilizam os nutrientes, liberam oxigênio que ajuda a manter as condições aeróbias. O afluente à E.T.E Cristina consiste em esgoto doméstico e a mesma pode atender à uma população aproximada de 70.000 habitantes. As lagoas facultativas aeradas possuem
respectivamente 1,1 ha para um volume de 28.600 m3 e 4,0 ha para um volume de
152.000 m3, tendo este conjunto a finalidade de reduzir, através do tratamento preliminar e secundário, a carga poluidora lançada no Ribeirão Baronesa, pertencente a bacia do Rio das Velhas. Algumas características da ETE estão descritas na tabela I:
Tabela I - Características da ETE Cristina.
Características Lagoa 1 remoção Lagoa 2 remoção
Vazão média 5 l/s - 42 l/s
-DBO média afluente 654 mg/l - 654mg/l
-DBO média efluente 93 mg/l 86% 98 mg/l 85%
DQO média afluente 892 mg/l - 892 mg/l
-DQO média efluente 232 mg/l 74% 222 mg/l 75%
Sólidos Suspen. Totais Af. 283 mg/l - 283 mg/l
-Sólidos Suspen. Totais Ef. 59 mg/l 79% 68 mg/l 76%
Observação: O valor da DBO efluente ultrapassou em muitas vezes o máximo valor permitido pela legislação brasileira, que é de 60 mg/l CONAMA (1986).
Todos os dados analíticos utilizados foram obtidos do controle sistemático rotineiro cujos pontos de amostragem são situados, para as análises físico-químicas, antes da grade e
possuíram uma freqüência diária para sólidos sedimentáveis, pH, temperatura e oxigênio dissolvido; quinzenal para amostragens compostas (afluente e efluente) para série oxigenada, série nitrogenada (nitrogênio orgânico e amoniacal), série fosforada, série de sólidos, óleos e graxas, agente tenso ativo, sulfetos, sulfatos, cloretos, alcalinidade total e acidez total e por último, a freqüência mensal para a análise hidrobiológica qualitativa e quantitativa. As coletas e as análises físico-químicas e hidrobiológicas foram realizadas segundo Standard Methods 19a ed. (1995). Os resultados de cada análise ao microscópio foram expressos em U.P.A/ml (Unidade Padrão de área por mililitro de amostra) e relacionados numa escala temporal, com os resultados das análises físico-químicos sendo avaliados pelo coeficiente de correlação de Pearson (r) por rejeição da hipótese nula com 95% de confiança e conforme LUDWIG et. al (1988).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os dados relativos a distribuição das espécies predominantes nas lagoas I são apresentados na tabela 2.
Tabela 2 - Distribuição das espécies do fitoplâncton na lagoa I em Unidade Padrão de Área por mililitro e a respectiva transformação para a escala logarítmica.
ORGANISMOS/DATA 08/97 09/97 10/97 11/97 12/97 01/98 02/98 03/98 04/98 05/98
Chlamydomonas globosa (UPA/ml) 324 4823 9323 7073 39 463 48 10161 1 472
Chlamydomonas globosa (log
UPA/ml)
2,51 3,68 3,97 3,85 1,59 2,67 1,68 4,01 0,00 2,67
Euglena polymorpha (UPA /ml) 27 1222 2417 1820 5 579 9 1 1 1179
Euglena polymorpha (log UPA/ml) 1,43 3,09 3,38 3,26 0,70 2,76 0,95 0,00 0,00 3,07
Oscillatoria agardhii (UPA/ml) 22 1 1 1 917 144695 906 13306 7250 6130
Oscillatoria agardhii (log UPA/ml) 1,34 0,00 0,00 0,00 2,96 5,16 2,96 4,12 3,86 3,79
Phacus longicauda (UPA/ml) 3506 3911 4316 4114 809 965 7 1 530 177
Phacus longicauda (log UPA/ml) 3,54 3,59 3,64 3,61 2,91 2,98 0,85 0,00 2,72 2,25
Na tabela 3, pode-se verificar a mesma distribuição na lagoa II.
Tabela 3 - Distribuição das espécies do fitoplâncton na lagoa I em Unidade Padrão de Área por mililitro e a respectiva transformação para a escala logarítmica.
ORGANISMOS/DATA 08/97 09/97 10/97 11/97 12/97 01/98 02/98 03/98 04/98
Chlamydomonas globosa
(UPA/ml)
2359 3424 4489 3956 514 432 216 1125 1718
C. globosa (log UPA/ml) 3,37 3,53 3,65 3,60 2,71 2,64 2,33 3,05 3,24
Euglena polymorpha (UPA/ml) 108 4888 9668 7278 1029 2778 1 965 34
E. polymorpha (log UPA/ml) 2,03 3,69 3,99 3,86 3,01 3,44 0,00 2,98 1,53
Oscillatoria agardhii (UPA/ml) 90 1 1 1 643 12733 5528 4019 674
O. agardhii (log UPA/ml) 1,95 0,00 0,00 0,00 2,81 4,10 3,74 3,60 2,83
Phacus longicauda (UPA/ml) 2427 5745 9064 7407 72669 38971 9169 17524 1482
P. longicauda (log UPA/ml) 3,39 3,76 3,96 3,87 4,86 4,59 3,96 4,24 3,17
Através das figuras 1 e 2 pode-se verificar o período de maior predomínio das espécies ao longo do tempo de estudo. Para melhor visualização gráfica todos os valores estão em escala logarítmica, segundo von SPERLING et al. (1996).
Figura 1 - Predomínio do fitoplâncton na lagoa 1. 0 1 2 3 4 5 6 13/08/97 10/09/97 22/10/97 05/11/97 04/12/97 14/01/98 11/02/98 11/03/98 15/04/98 13/05/98 08/06/98 d a t a log UPA/ML C h la m y d o m o n a s g lo b o s a ( lo g U PA / m l) Eu g le n a p o ly m o r p h a ( lo g U PA /m l) O s c illa t o r ia a g a r d h ii ( lo g U PA / m l) Ph a c u s lo n g ic a u d a ( lo g U PA / m l)
Figura 2 - Predomínio do fitoplâncton na lagoa 2.
0 , 0 0 0 , 5 0 1 , 0 0 1 , 5 0 2 , 0 0 2 , 5 0 3 , 0 0 3 , 5 0 4 , 0 0 4 , 5 0 5 , 0 0 13/08/97 10/09/97 22/10/97 05/11/97 04/12/97 14/01/98 11/02/98 11/03/98 15/04/98 13/05/98 08/06/98 d a t a log UPA/ML C h la m y d o m o n a s g lo b o s a ( lo g U P A / m l) E u g le n a p o ly m o r p h a ( lo g U P A / m l) O s c illa t o r ia a g a r d h ii ( lo g U P A / m l) P h a c u s lo n g ic a u d a ( lo g U P A / m l)
Ocorreu uma equivalência temporal do predomínio do fitoplâncton em ambas as lagoas com Chlamydomonas globosa (Chlorophyceae; Volvocales), Euglena polymorpha (Euglenales), Oscillatoria agardhii (Cyanophyceae; Nostocales) e Phacus longicauda (Euglenales), segundo BOURRELLY (1972, 1985).
Para cada lagoa das 76 correlações calculadas, foram selecionadas 7 por rejeição da hipótese nula e coincidentes para ambas as lagoas, pois as mesmas apresentaram médias de remoções similares durante o período estudado conforme pode ser observado na tabela 1. As correlações selecionadas estão demonstradas na tabela 4, para a lagoa I.
Tabela 4 - Correlações encontradas entre os parâmetros físico-químicos e o fitoplâncton.
Parâmetros/Gêneros Unidade Chlamydomonas Euglena Oscillatoria Phacus
p H -0,636 0,027 -0,333 -0,518
Acidez Total mg/l CaCO3 0,054 -0,173 0,088 0,236
Alcalinidade Total " -0,030 -0,345 0,481 0,230
Cloretos Mg/l Cl- 0,238 -0,115 0,496 0,286
Sulfetos afluente mg/l H2S 0,311 0,183 0,764 0,785
Sulfatos afluente mg/l SO4 0,533 0,071 0,064 0,141
N. amoniacal mg/l N 0,547 -0,396 0,271 0,441
N. orgânico " -0,502 0,045 -0,818 -0,589
Nitrato efluente "
Fósforo Total mg/l P 0,039 0,090 -0,117 0,319
A .T.A afluente mg/l LAS 0,031 -0,698 -0,189 -0,317
Óleos e Graxas mg/l -0,711 0,425 0,031 0,205 S.S.T " -0,659 -0,030 -0,367 -0,225 S.S.F " -0,426 0,266 -0,159 -0,075 S.S.V " -0,605 -0,027 -0,525 -0,120 S.sedimentáveis " 0,034 -0,103 -0,034 -0,109 D.Q.O " -0,467 0,421 0,272 0,028 D.B.O 5 " -0,648 0,667 0,226 0,395 Oxigênio dissolvido mg/l O 0,283 -0,369 0,363 0,196 Temperatura °C 0,363 -0,42 0,339 0,231
Obs.: As correlações selecionadas estão representadas em vermelho.
Para a lagoa II, a tabela 5 apresenta as correlações encontradas.
Tabela 5 - Correlações encontradas entre os parâmetros físico-químicos e o fitoplâncton.
Parâmetros/Gêneros Unidade Chlamydomonas Euglena Oscillatoria Phacus
p H -0,551 -0,506 0,337 0,165
Acidez Total mg/l CaCO3 0,202 0,65 0,355 0,657
Alcalinidade Total " -0,104 0,072 0,197 0,403
Cloretos mg/l Cl- 0,289 0,005 -0,071 0,146
Sulfetos afluente mg/l H2S 0,372 0,818 0,104 0,27
Sulfatos afluente mg/l SO4 0,292 0,308 0,067 -0,144
N. amoniacal mg/l N 0,157 0,041 0,117 -0,285
N. orgânico " -0,143 -0,825 -0,349 -0,733
Nitrato efluente "
Fósforo Total mg/l P 0,112 0,062 -0,338 0,416
A .T.A afluente mg/l LAS 0,39 -0,071 -0,042 0,419
Óleos e Graxas mg/l 0,486 0,389 -0,38 0,204 S.S.T " -0,436 -0,251 0,631 0,082 S.S.F " -0,163 -0,635 0,315 -0,678 S.S.V " -0,407 -0,073 0,678 0,121 S.sedimentáveis " -0,552 0,139 0,115 0,331 D.Q.O " -0,525 0,202 0,773 0,251 D.B.O 5 " -0,656 0,099 0,384 0,205 Oxigênio dissolvido mg/l O 0,622 -0,200 -0,204 -0,278 Temperatura °C 0,664 0,382 0,155 0,345
O gênero Chlamydomonas Ehrenberg 1835, é um dos mais comuns na água doce. Move-se rapidamente com um movimento característico de pulsação provocado pela oscilação de dois flagelos simples e iguais que saem do polo anterior de seu corpo. As células de
Chlamydomonas, sob certas condições ambientais, tornam-se imóveis, não flageladas
com as paredes gelatinosas. O gênero pode reproduzir-se tanto sexuada quanto assexuadamente. A espécie Chlamydomonas globosa Snow 1903, possui as células com a forma variando de ovóide a globulosa, dentro de uma bainha gelatinosa hialina com papila anterior ausente, cloroplasto parietal com um pirenóide basal; um vacúolo contráctil no final anterior da célula; estígma supramediano e lateral. Células com 5 a 7 µm de diâmetro e 10 a 19 µm de comprimento, medidas estas que coincidiram com a espécie encontrada no presente estudo.
De acordo com a tabela 4, encontrou-se uma correlação positiva entre esta alga e os teores de sulfato no efluente de acordo com a figura 3.
Figura 3 - Correlação entre C. globosa e concentração de sulfatos no afluente.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 data log
Sulfatos Afluente (mg/l SO4)log.
Chlamydomonas globosa log (UPA/ml)
Obs.: 0,533 para lagoa I e 0,292 para lagoa II.
De acordo com MARGALEF (1983), este gênero vive bem em águas ricas em sulfato. No presente estudo os valores deste ânion variaram de 72,0 ± 20 mg/litro de sulfato.
A figura 4 representa a correlação positiva entre Chlamydomonas globosa e a remoção de nitrogênio amoniacal.
Figura 4 - Correlação entre a remoção de nitrogênio amoniacal e C. globosa.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 d ata log
N.amoniac al (log % rem) Chlamy domonas globos a log (UPA /ml)
O gênero Chlamydomonas pode desenvolver dispondo somente de nitrogênio na forma reduzida, isto pode explicar o porque de quanto maior o número de Chlamydomonas
globosa, maior foi a redução deste parâmetro pela ETE. No presente estudo os valores de
remoção desta forma de nitrogênio variaram de 30,0 ± 10%.
Quanto maior a remoção de sólidos em suspensão, menor foi o número de
Chlamydomonas globosa, pois esta espécie contém uma gelatina que envolve a célula,
fazendo que quando em estádio palmela flutue na massa d’água. Isto é bem evidenciado pela figura 5.
Figura 5 - Correlação entre C. globosa e a remoção de Sólidos Suspensão Totais.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 data log
Sólidos Suspensão Totais(log % rem.)
Chlamydomonas globosa
Obs.: -0,659 para lagoa I e -0,436 para lagoa II.
Esta remoção de sólidos foi de 70,0 ± 20%, no período estudado.
Verificou-se a mesma situação para a remoção da Demanda Bioquímica de Oxigênio, conforme pode ser observado na figura 6.
Figura 6 - Correlação entre Chlamydomonas globosa e a remoção de DBO.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 data log Demanda Bioquímica de Oxigênio(log % rem.) Chlamydomonas globosa
Para a espécie Euglena polymorpha Dangeard 1902, as correlações encontradas não são coincidentes para ambas as lagoas, por isso não foram consideradas no presente estudo. Para a espécie Oscillatoria agardhii Gomont 1892a encontrada, os tricomas possuem de 4 a 6,5 µm de diâmetro, sendo atenuados nas extremidades. No presente estudo correlacionou-se positivamente com a presença de sulfetos no afluente, principalmente na lagoa I, conforme pode ser observado na figura 7.
Figura 7 - Correlação entre O. agardhii e concentração de sulfetos no afluente.
-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 data log
Sulf etos Afluente(mg/l H2S)log. Oscillatoria agardhii
Obs.: 0,764 para lagoa I e 0,104 para lagoa II.
Segundo MARGALEF (1983), este gênero faz parte das comunidades planctônicas oligoaeróbicas, porque estão precisamente em um nível onde a concentração de oxigênio cai rapidamente e se encontram quantidades notáveis de sulfeto de hidrogênio e matéria orgânica.
Quanto maior a densidade de Oscillatoria agardhii, menor foi a remoção de nitrogênio orgânico, conforme pode ser evidenciado na figura 8.
Figura 8 - Correlação entre O. agardhii e a remoção de Nitrogênio Orgânico.
0 1 2 3 4 5 6 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 data log
N. orgânico (log % rem) Oscillatoria agardhii
Ainda segundo MARGALEF (1983), estes organismos vivem bem em águas com elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal, pouco oxigênio dissolvido e ativa desnitrificação.
A espécie Phacus longicauda (Ehrenberg) Dujardin 1841, possui as células cordiformes com 103,9 a 115 por 62,3 µm, polo anterior arredondado, com uma quilha até o polo posterior terminado em processo caudal, a cauda possui 53,0 µm de comprimento, periplasto com estrias longitudinais, cloroplastídeos arredondados, grãos de paramido discóides. No presente estudo esta espécie correlacionou-se negativamente com a remoção de nitrogênio orgânico, principalmente na lagoa II, conforme pode ser observado na figura 9.
Figura 9 - Correlação entre P. longicauda e remoção de Nitrogênio Orgânico.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 27/8 24/9 22/10 19/11 17/12 28/1 25/2 25/03/98 29/4 27/5 data log
N. orgânico (log % rem) Phacus longicauda
Obs.: -0,733 para lagoa I e -0,589 para lagoa II
Segundo BRANCO (1986), este gênero é comum de ser encontrado no início do processo de tratamento por lagoa de estabilização, onde há o predomínio de formas ainda não oxidadas dos compostos.
CONCLUSÕES
Dentre as algas encontradas, verificou-se uma sucessão ecológica entre as algas fitoflageladas e a cianobactéria Oscillatoria agardhii, sendo que o primeiro grupo, segundo BRANCO (1986), predomina junto à entrada onde há matéria orgânica em decomposição, consequentemente contendo água com caráter mais ácido. O alto teor de sulfetos, que é nocivo à maioria das espécies aquáticas, não promoveu a redução de
Oscillatoria agardhii. Esta cianobactéria não possui heterocito e segundo (ESTEVES,
1988), não é capaz de utilizar nitrogênio atmosférico, retirando-o do meio aquático. No presente estudo, esta espécie ocorreu sempre que há elevada remoção de nitrogênio amoniacal (lagoa I). Apesar dos dados obtidos das análises hidrobiológicas ainda serem pouco utilizados para a avaliação da eficiência de E.T.Es., verifica-se que através dos mesmos, o técnico bem treinado pode substituir alguns parâmetros e/ou reduzir a freqüência das análises físico-químicas, com significativa redução dos custos de
monitoramento. Esses dados ainda permitem informar previamente à operação, a característica do efluente, para que as medidas preventivas e/ou corretivas necessárias, sejam corretamente tomadas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Water and Wastewater. 19th ed. Washington, APHA/WEF/AWWA, 1400p.1995.
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rouges, les Eugléniens, Peridiniens et Cryptomonadines. Paris, Editions N. Boubée. Vol. 3, 606p.
1985.
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7. LUDWIG, J. A., REYNOLDS, J. F. Statistical Ecoly : A Primer on Methods and Com puting.
New York: John Wiley & Sons, 337 p. 1988.
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9. PRESCOTT, G. W. Algae of the western great lakes area - W.M.C. Brown Company Publishers, 6a. ed. 973P. 1975. USA.
10. von SPERLING, M., HELLER, L., NASCIMENTO, N.O. Investigação Científica em Engenharia Sanitária e Ambiental - a análise preliminar dos dados. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental. Belo Horizonte, v.1, n.3 , parte 2, jul/set 115-124. 1996.
11. von SPERLING, M. Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. V.1. Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos. DESA - UFMG, 240 p. 1995.
AGRADECIMENTOS
A Divisão de Serviços de Processamento de Efluentes (DVSE) da COPASA - MG, pela concessão da E.T.E Cristina e as informações operacionais cedidas. A Assessoria de Apoio Empresarial (ASAE), pelo apoio à confecção do poster. A Divisão de Treinamento (DVTR), pela viabilização da viagem dos autores.
