TRATAMENTO DE ESGOTO SANITÁRIO POR INFILTRAÇÃO EM
PEQUENA PROFUNDIDADE DE AREIA DE ALTA
CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA NA REMOÇÃO DE DQO E SS.
Edmilson Costa Teixeira(1)
Prof. Adjunto II - DHS - CT/UFES. Ph.D. em Eng. de Águas - Universidade de Bradford, Inglaterra, 1993. Mestre em Hidráulica e Saneamento - EESC, USP, 1987. Engenheiro Civil - UFBA, 1983.
Fabiana de Nadai Andreoli
Engenheira Civil (UFES, 1994). Mestre em Engenharia Ambiental (UFES,
1996). Profa do Depart. de Engenharia Civil-PUC-PR (1997- ). Pesquisadora
do Instit. de Saneam. Ambiental-ISAM/PUC-PR (1997- ).
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RESUMO
Apresenta-se neste trabalho resultados de um estudo sobre a remoção de matéria orgânica presente em esgotos sanitários, pelo processo de infiltração rápida em solo arenoso característico de uma região litorânea da cidade de Vitória -ES (Nadai Andreoli, 1996). O presente trabalho estudou uma alternativa para a diminuição da taxa de infiltração de esgoto no solo, em pequena profundidade de leito filtrante de areia média quartzosa com alta condutividade hidráulica. A alternativa adotada foi a utilização de pré-filtro como camada superficial ao leito filtrante e teve como objetivo a otimização da remoção de carga poluidora em pequena profundidade e a obtenção de boa distribuição do afluente na superfície do leito. Verificou-se que com o emprego de pré-filtro a colmatação superficial foi um fator limitante, governada principalmente pela filtração mecânica. Verificou-se por outro lado que, a evolução do processo de colmatação favorece a melhoria da capacidade de tratamento do esgoto, pela redução de taxas de infiltração no leito filtrante. Os estudos desenvolvidos neste trabalho mostraram ser viável a implantação de bacias de infiltração para regiões com pequenas profundidades de leito filtrante, da ordem de 50cm.
PALAVRAS -CHAVE: Esgoto Sanitário, Infiltração em Solo, Alta Condutividade, Remoção
de DQO e SS, Pequena Profundidade.
INTRODUÇÃO
A necessidade de proteger a saúde pública e evitar epidemias fez com que comunidades buscassem tecnologias de tratamento de esgoto desde 1840. A tecnologia inicialmente adotada para a depuração de esgotos foi o seu tratamento por infiltração no solo (Page et al, 1983).
Existem sistemas deste tipo ainda em uso nos Estados Unidos da América (EUA), que iniciaram por volta de 1880, bem como em outros países do mundo. Vários são os fatores que contribuem para a adoção do processo de infiltração no solo para regiões litorâneas, como por exemplo a região em estudo (litoral do Estado do Espírito Santo - Camburí), destacando-se o acentuado fluxo turístico nos meses quente do ano, este requerendo soluções emergências para esses períodos de grande produção de vazão. Um fator negativo de emprego desse processo de tratamento em regiões litorâneas, é o comumente observado elevado nível do lençol freático. O presente trabalho estudou uma alternativa para a diminuição da taxa de infiltração de esgoto no solo, em pequena profundidade de leito filtrante de areia média quartzosa com alta condutividade hidráulica. A alternativa adotada foi a utilização de pré-filtro como camada superficial ao leito filtrante e teve como objetivo otimização da remoção de carga poluidora em pequena profundidade e a obtenção de boa distribuição do afluente na superfície do leito. Apesar dessa alternativa proporcionar efluente de melhor qualidade, ela favorece a colmatação do filtro.
MATERIAIS E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
O trabalho experimental foi desenvolvido na Estação de Tratamento de Esgotos (ETE) - Camburí, operada pela Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN), sendo os experimentos conduzidos em três reatores construídos em tubos de PVC de 100mm de diâmetros, com profundidade de leito filtrante de 50cm. Na Figura-1 e Tabela - 1 são apresentados as características geométricas dos reatores.
Figura - 1: Esquema do reator utilizado neste trabalho.
Tabela - 1: Características geométricas dos reatores utilizados neste trabalho.
Descrição Dimensões
Profund. do leito filtrante (cm) 50
Leito de areia média (cm) 40
Leito de pré-filtro (cm) 10
Volume do leito de areia (cm3) 3,9x103
O leito dos reatores foi constituído por três camadas, tendo uma camada suporte que representava os 15cm inferiores de cada reator, para evitar fugas de areia durante a filtração. Esta camada era composta de seixo rolado. Imediatamente acima da camada suporte, tinha-se uma camada de 40cm (filtro) em cada reator, que foi preenchida com a areia média quartzosa da região específica da cidade de Vitória-ES, Camburí, possuindo diâmetro efetivo (d10) igual a 0,27mm, coeficiente de uniformidade igual a 2,6, condutividade hidráulica, em laboratório, de 93,6cm/h e porosidade de 42%.
Por fim, uma camada superficial de 10cm de areia mais fina (pré-filtro) que a do filtro foi disposta sobre este. Foram utilizados nesse estudos três tipos de pré-filtros. A estratégia utilizada foi proporcionar um pré-filtro na superfície da bacia de infiltração, utilizando-se material constituinte do próprio filtro, seguindo-se o procedimento descrito a seguir: obteve-se da areia original uma quantidade de material fino (que passava na peneira # 0,3mm), o qual foi misturado com areia média, em proporções de 1:1 e 1:3, obtendo-se o material para os
pré-filtros F-01 e F-02, respectivamente. Para o pré-filtro F-03 utilizou-se apenas o material fino.
Obtiveram-se as proporções de areias médias e fina para cada material, que são apresentadas na Tabela - 1.
Tabela - 1: Composição dos pré-filtros.
Reatores areia fina (%) areia média (%)
F-01 70 30
F-02 88 12
F-03 100 -
O ciclo operacional adotado foi de dois dias consecutivos de aplicação de cargas de esgoto, seguidas de cinco dias de descanso. Após as etapas de gradeamento e desarenação, o esgoto sanitário bruto era encaminhado para tanques de decantação, entre 12:00h e 13:00h das segundas e terças (dias de aplicação do esgoto). A decantação do esgoto se dava por um período de 45 min.
Amostras compostas do efluente dos reatores eram feitas imediatamente após a aplicação do esgoto sobre os leitos filtrantes. Este procedimento foi recomendado por Lima (1996), para que se tenham amostras mais representativas, já que a amostragem composta integra diferentes níveis de qualidade do efluente. Para o presente trabalho, os parâmetros de análise da qualidade do efluente foram: SS e DQO. As análises laboratoriais desses parâmetros seguiram normas da ABNT e CETESB, no Brasil, e o “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”.
No experimento foi utilizado uma taxa de aplicação de 18cm/dia, recomendada por Reed et al (1988) e avaliada pelo trabalho de Lima (1996). Em paralelo, e com o propósito de observar a
evolução da colmatação, foram construídos hidrogramas de vazão para cada lançamento, atentando-se principalmente para a variação do pico de vazão e taxa de infiltração do esgoto.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com a diminuição da porosidade do material que constituía o pré-filtro, contava -se com a formação de lâmina, proporcionando uma melhor distribuição do esgoto na superfície do le ito filtrante, comparada com o leito filtrante sem o pré-filtro. A boa distribuição foi verificada pela formação de lâmina de esgoto na superfície do leito filtrante, observada pela janela de acrílico que os reatores possuíam. A diminuição do tamanho dos poros, no entanto, acelerou a evolução do processo de colmatação superficial, verificada pelo acentuado aumento nos tempos de infiltração do esgoto através do leito filtrante. Estes aumentos de tempo de infiltração superficial podem ser atribuídos à sedimentação do material sólido durante o tempo em que o esgoto foi infiltrado com baixa velocidade (filtração mecânica).
Com os aumentos dos tempos de infiltração, as vazões de pico dos reatores foram diminuindo simultaneamente, não se evidenciando uma relação entre a percolação no leito filtrante e a granulometria da areia dos pré-filtros.
A qualidade dos efluentes em termos de DQO e SS foi melhorando a medida em que se aumentava os tempos de percolação, avaliadas em termos de vazão de pico do efluente. Ressalta-se que esse aumento nos tempos de percolação de esgoto através do filtro é atribuído ao aumento dos tempos de infiltração. Nas Figuras - 1(a) e 2(a) pode ser observado que o reator F-01 melhorou sensivelmente a qualidade do efluente na nona semana, quando teve início uma acentuada colmatação superficial. O tempo gasto para que ocorresse a vazão de pico (Qp) foi menor que o tempo de infiltração, proporcionando, assim maior tempo de percolação do esgoto no leito. Isso foi verificado também para o reator F-02 na sétima semana e para o reator F-03 quinta semana, respectivamente, (Figuras - 1(b e c) para DQO e Figuras - 2(b e c) para SS).
As concentrações de DQO e SS atingiram valores de qualidades dentro dos padrões estabelecidos para a CEE ( DQO = 100mg/l e SS = 30mg/l, Rogalla 1990) após o início da colmatação superficial. Na Figura - 1(a) podemos observar que para o reator F-01 os valores do teor de DQO decresceram de 168mgO2/l para 112mgO2/l, da oitava para a nona semana. Somente após a nona semana, atingiu valores abaixo de 100mgO2/l, com eficiências de remoção de DQO entre 70% e 90%. No reator F-02, após a sétima semana o efluente melhorou sua qualidade atingindo eficiências de remoção de DQO entre 70% e 100%. Para o reator F-03 as concentrações de DQO a partir da quinta semana apresentaram valores abaixo de 100mgO2/l.. Com relação aos SS, os reatores atingiram valores de concentrações dos efluentes abaixo de 20mg/l somente após a nona semana de experimentação, em decorrência da acentuada colmatação superficial.
Com o aumento da colmatação superficial, ocorreram maiores tempos de percolação do esgoto, fazendo com que estes maiores tempos de contato melhorassem a qualidade do efluente dos reatores (F -01, F-02 e F-03), alcançando-se assim valores de concentrações de DQO abaixo de 100mgO2/l e SS abaixo 30mg/l, atingindo a recomendação da norma da CEE para tratamento secundário.
a) Pré-filtro F-01 0 1 2 3 4 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Tempo (dia) Qp (ml/s) 0 50 100 150 200 250 DQO (mg/l) Qp DQO b) Pré-filtro F-02 0 1 2 3 4 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Tempo (dia) Qp (ml/s) 0 50 100 150 200 250 DQO (mg/l) Qp DQO c) Pré-filtro F-03 0 1 2 3 4 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Tempo (dia) Qp (ml/s) 0 50 100 150 200 250 DQO (mg/l) Qp DQO
Figura - 1 : Variação da vazão de pico (Qp) e remoção de DQO durante o experimento. (a) Pré-filtro - F-01; (b) Pré-filtro - F-02; (c) Pré-filtro - F-03.
a) Pré-filtro F-01 0 1 2 3 4 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Tempo (dia) Qp (ml/s) 0 20 40 60 80 SS (mg/l) Qp SS b) Pré-filtro F-02 0 1 2 3 4 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Tempo (dia) Qp (ml/s) 0 20 40 60 80 SS (mg/l) Qp SS c) Pré-filtro F-03 0 1 2 3 4 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 Tempo (dia) Qp (ml/s) 0 20 40 60 80 SS (mg/l) Qp SS
Figura - 2 : Variação da vazão de pico (Qp) e remoção de SS durante o experimento. (a) Pré-filtro - F-01; (b) Pré-filtro - F-02; (c) Pré-filtro - F-03.
CONCLUSÕES
A alternativa de utilização de pré-filtro para se obter boa distribuição do esgoto na superfície do leito, foi alcançado. Concluiu-se também que a qualidade do efluente final aos reatores com apenas 50cm de profundidade de leito filtrante, até a ocorrência de uma brusca colmatação, obteve concentrações médias de DQO abaixo de 200mg/l chegando a 112mg/l e para SS as concentrações em médias alcançaram até 30mg/l, que são satisfatórias. Más o não controle da
colmatação requer manutenção periódica. No caso deste tipo de pré-filtro, a manutenção seria necessária entre a nova semana para o F-01 e quinta semana para o F-03.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à CESAN (Companhia Espírito Santense de Saneamento) pela realização das análises laboratoriais e permissão para a instalação e operação da unidade piloto em suas dependências, bem como ao CNPq pela concessão de bolsa de estudos. Aos funcionários da CESAN que direta ou indiretamente estiveram envolvidos na pesquisa. Aos alunos de Iniciação Científica da UFES Iene C. F. Breda, Renato N. Siqueira, Vancleide S. Bof, Tércio D. Sant’Ana, e ao técnico da UFES Rodrigo Thompson e Antonio Carlos de Souza pelo apoio na condução dos trabalhos experimentais.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Braga, F.S. Comunicação Pessoal; 1995.
2. Brissau, F., Lesavre, J. Infiltration percolation in France: 10 years experience. Wat. Sci. Tech., v. 28, no 10, p. 73; 1993.
3. Lima, M.R.P. Estudo da remoção dos nutrientes nitrogênio e fósforo de esgoto sanitário através de infiltração rápida em solo arenoso de alta permeabilidade Dissertação de Mestrado em Engenharia Ambiental - DHS-CT-UFES, p.144; 1996.
4. Nadai Andreoli, F. Estudo da influência da taxa de aplicação e profundidade do leito filtrante no desempenho do processo de infiltração rápida, para tratamento secundário de esgoto sanitário. Dissertação de Mestrado em Engenharia Ambiental - DHS- CT-UFES, p.113; 1996.
5. Page, A. L. et al. Utilization of municipal wastewater and sludge on land. Riverside: [s.n.], p. 480, 1983.
6. Philippi, L. S. Sistemas compactos de filtração aeróbica para disposição de efluentes de tanques sépticos, VI Simpósio Luso Brasileiro de Eng. Sanitária e Ambiental, Brasil, Vol. 1, VI-03; 1994.
7. Reed, S.C, Middlebrooks, E.J., Crites, R.W. Natural systems for waste managemente treatment. Mc Graw-Hill Book Company, USA; 1988.
8. Rohrer, I. Infiltration of pretreated wastewater from stormwater overflow tanks. Wat. Sci Tech, v. 26, no 9-11, p. 2485-2488, 1992.
9. Rogalla, F., Les consequences de la nouvelle reglementation européenne sur lepuration des eaux usées, JIE poitiers, 1990.
10. Silva, J.M. Viabilidade de disposição de esgotos in natura por infiltração na faixa costeira do estado do Rio Grande do Sul, UFRGS, p.94; 1978.
11. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 16th ed. : APHA, AWWA, WPCF, 1985.
