22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
II-335 - MODELO DE DISTRIBUIÇÃO DA CAMADA DE LODO EM LAGOA FACULTATIVA
Libertalamar Bilhalva Saraiva(1)
Mestre em Engenharia de Alimentos/FURG, 2000; Engenheira Química/FURG, 1980; doutoranda do Programa de Pós-graduação em Engenharia Química/UFRN (Área de concentração em Engenharia Ambiental).
Carla Gracy Ribeiro Meneses
Mestre em Saneamento Ambiental/UFRN, 2001; Engenheira Civil/UFRN, 1998; doutoranda do Programa de Pós-graduação em Engenharia Química/UFRN (Área de concentração em Engenharia Ambiental).
Henio Normando de Souza Melo
Engenheiro Químico, UFPE; Especialização em Segurança do Trabalho, UFPE; Mestre em Química Ambiental, UFPE; Doutor em Engenharia Ambiental, INSA, Toulouse/França; Professor Adjunto IV do DEQ e PPGEQ da UFRN; Vice-Chefe do Laboratório de Eng. Ambiental do DEQ/UFRN; Coordenador do PROSAB/UFRN; PRONEX/UFRN e CT-PETRO REDE 04/RN; Conselheiro do Conselho Estadual de Meio Ambiente – CONEMA
Endereço(1): Rua Jacarandá 227 Apto. 101 Torre Verde Escura Condomínio Campos do Serrado CEP 59150-000 - Nova Parnamirim - Parnamirim – Fone 084 2088523 Brasil e-mails: libertalamar@eq.ufrn.br
RESUMO
O acúmulo de lodo e as características do lodo acumulado foram investigados em uma lagoa facultativa primária que trata esgoto doméstico em uma região do nordeste com
temperatura média anual de 25°C. Os pontos de amostragem foram localizados com sistema GPS. Em 10 pontos foram coletadas amostras de lodo de fundo para determinar as variações espaciais de DBO, DQO, Sólidos Voláteis e Fixos. Observou-se que os valores de DQO para os pontos P1 a P4 são similares, assim como os valores de DBO. Em todos os pontos analisados houve a predominância de sólidos voláteis. A espessura da camada de lodo foi medida em 22 pontos da lagoa e mostrou que a maior quantidade de lodo acumulado se localiza próximo à entrada da lagoa com coeficiente de acúmulo (KLF) calculado de –11,84 o que caracteriza uma alta digestibilidade do lodo, ainda que os dados sejam preliminares.
Palavras-chave: Lodo, Lagoa Facultativa, Modelo de Distribuição
INTRODUÇÃO
Os sistemas de lagoas de estabilização constituem-se na forma mais simples de tratamento de efluentes. A performance deste sistema é baseada nas relações simbióticas desenvolvidas entre microrganismos anaeróbios, aeróbios e algas. Assim, são requisitos básicos ao
desenvolvimento dos processos biológicos em lagoas, fatores como carga orgânica aplicada, disponibilidade de nutrientes e condições ambientais favoráveis aos organismos presentes.
Um parâmetro bastante expressivo é o lodo acumulado no fundo da lagoa causado pela deposição dos sólidos contidos no afluente, pelas eventuais reações de precipitação e pelos processos bioquímicos que acontecem dentro da lagoa. A taxa de acúmulo de lodo por ano é geralmente expressa como uma relação populacional e não considera as variações das concentrações do efluente bruto e nem a produção de lodo por interações no sistema. Nos projetos os valores normalmente adotados são baseados nos autores Gloyna (1971) e Arceivala (1986) apud von Sperling (1996) que estimaram valores de 0,03 – 0,05 m3/ hab.ano e 0,08 m3/ hab.ano, respectivamente.
Segundo Narasiah et al., (1990) apud Guimarães (1996), o lodo acumulado nas lagoas facultativas deve ser removido, periodicamente, a fim de que não interfira na performance global do sistema. No entanto, Barros et al (1995) apud Guimarães (1996), sugerem uma freqüência na remoção de lodo, em lagoas aeradas facultativas, superior a 10 anos.
Nelson (2002), propôs um modelo para o acúmulo que avalia a evolução da camada de lodo em lagoa considerando fatores como: taxa de acúmulo de sólidos totais na camada de lodo, massa de sólidos acumulados que é removida por degradação anaeróbia e profundidade da camada de lodo formada pela massa acumulada e pela compressão do lodo no fundo da lagoa. Além destes fatores este modelo considera a massa de algas que é depositada no fundo pela morte dos organismos.
Para Saqqar and Pescod (1996), o acúmulo de lodo em lagoas primárias é geralmente expresso em termos de quantidade de sólidos produzida por habitante.dia. O modelo por eles desenvolvido se baseia no balanço de massa dos sólidos sedimentáveis no afluente e efluente da lagoa e os produzidos pela ação biológica dentro do reator. Sendo assim o volume total de lodo acumulado em um período será em função dos sólidos suspensos e da carga orgânica.
O presente trabalho teve como objetivo avaliar a camada de lodo acumulada na lagoa facultativa primária e caracterizar o lodo de fundo quanto ao tipo de sólidos e massa orgânica.
METODOLOGIA
O experimento foi realizado na lagoa facultativa de um sistema de tratamento de efluentes em escala real, localizado em Natal, RN. A ETE recebe esgoto doméstico de uma
população de aproximadamente 25.000 habitantes e é composta de lagoa facultativa de 110.348,4 m3 e 2 m de profundidade e duas lagoas de maturação em série, conforme esquema apresentado na figura 1. O sistema opera com uma vazão média de 4000 m3/dia.
Figura 1 - ETE: lagoa facultativa (1), lagoas de maturação (2 e 3) Caracterização do efluente
As temperaturas foram medidas no local com termômetro de mercúrio. As amostras de esgoto afluente e efluente foram coletadas nas tubulações de entrada e saída da lagoa semanalmente e foram levadas para o laboratório e analisadas para os parâmetros de pH, DQO , DBO , Sólidos Suspensos (Totais e voláteis).
Caracterização do lodo.
Com o objetivo de avaliar a distribuição de lodo e facilitar a coleta de amostra na lagoa facultativa foi estabelecidas uma malha de monitoramento com a divisão da lagoa em 30 espaços eqüidistantes, totalizando 30 pontos. Os pontos foram identificados pelo sistema de posicionamento global (GPS).
Os pontos locados estão sinalizados por uma "armadilha", construída em cano de PVC de 300 mm de diâmetro e 60 cm de altura, fixa em base de concreto de 30 x 30 cm e presa por corda a uma bóia. As armadilhas servirão para verificar a sedimentação de lodo ao longo do tempo.
Amostras de lodo de fundo foram coletadas em 10 pontos, sendo seis pontos próximos da entrada da lagoa e quatro pontos pertos da saída da lagoa. A princípio não foi analisado o
perfil vertical da camada de lodo, somente foi caracterizado o lodo sedimentado no fundo na extensão da lagoa.
Para trabalho de campo foi realizada amostragem semanal com coletas ao longo da lagoa, para análise de sólidos, Demanda Bioquímica de Oxigênio, Demanda Química de
Oxigênio. Os parâmetros analisados seguiram os diferentes métodos em conformidade com a literatura existente (APHA/AWWA/WEF, 1995), sendo a DBO analisada seguindo um método manométrico – OXITOP® (medição de DBO por autocontrole).
Medida da altura da camada de lodo
Dois métodos foram utilizados para medir a altura da camada de lodo de fundo da lagoa facultativa: Eco Batímetro portátil e o método empírico " White towel test", proposto por Pearson (1987). A medida foi feita, em 22 pontos da lagoa que foram localizados com sistema de posicionamento global (GPS).
Com os dados da altura da camada de lodo de fundo e resultados analíticos de
monitoramento disponibilizados pela Companhia de Água e Esgoto responsável pela ETE, foi possível calcular a constante k do modelo proposto por Saqqar and Pescod:
VLF = KLF (1,7 FSSV + 4.5 FSSF + FDBO)/y (1)
onde, VLF é o volume total de lodo acumulado em m3/ano; KLF é o coeficiente de acumulação de lodo e expressa a taxa de biodegradabilidade do lodo; FSSV é a taxa de acúmulo de sólidos suspensos voláteis; FSSF é a taxa de sólidos suspensos fixos e y a densidade do efluente que é aproximado para 1000kg/m3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As coletas de efluente bruto e tratado foram realizadas nos coletores de distribuição na entrada e saída da lagoa.As amostras de lodo foram feitas na camada de fundo ao longo da extensão da lagoa. As avaliações estatísticas para os parâmetros de pH, DQO e DBO são mostradas na tabela 1. Pode-se observar que os valores de DQO para os pontos P1 a P4 são similares, assim como os valores de DBO para P1 e P4. Nestes locais a camada de lodo já se apresentava bastante consistente, enquanto que de P6 a P10 os valores de DQO e DBO diminuem.
A figura 2 mostra a distribuição da camada de lodo no fundo da lagoa e evidencia a
concentração de lodo localizada na entrada da lagoa. Isto suporta a crença comum de que a maior camada de lodo se localiza sempre próxima à entrada. A média da camada de lodo na lagoa foi de 0,28 m (variação de 0,01 a 1,15 m) e um desvio padrão de 0,41. Esta
profundidade equivale a um volume de lodo de 3.960 m3.
Tabela 1 – Caracterização do efluente e do lodo ao longo da lagoa. Temp. (°C)
pH DQO (mg.L-1) DBO (mg.L-1) Amostra DP DP DP entrada 27,5 7,9625 1,034635 387,20 168,49 240 166,73 P1 28,5 7,01
0,692929 39365,24 13016,32 6200 3563,71 P2 30 7,026667 0,791384 35005,95 11280,23 P3 30 7,013333 0,783851 28608,20 14899,34 P4 29 7,075 0,671025 31142,15 10088,61
5600 2302,17 P5 29 6,916667 0,628349 38296,15 22188,76 P6 29 7,08 0,615846 7794,95 5084,61 P7 29,5 7,2975 0,603505 1484,02 877,76 473,3 271,21 P8 30
7,18 0,645032 4337,70 3259,86 P9 29,5 7,3525 0,603215 2978,82 2657,20 720 746,32 P10 30 7,21 0,622468 1727,03 1168,25 saída 29,5 7,4575 0,672546 305,50
72,26 96 23,02
Figura 2 – Distribuição espacial da camada de lodo na lagoa facultativa
A caracterização do lodo na camada foi feita através da análise de sólidos totais, sólidos voláteis e sólidos fixos nos pontos monitorados. Como pode ser visto na figura 3, houve uma predominância de sólidos voláteis em todos os pontos analisados mostrando que a camada de lodo ainda é recente e não está perfeitamente consolidada. Isto sugere que a distribuição e a profundidade da camada deverá mudar dependendo da atividade metanogênica do lodo. Como não foi avaliado o perfil vertical da camada não se pode calcular qual a camada de lodo definitivo da lagoa.
Figura 3 – Distribuição dos sólidos voláteis (SV) e fixos (SF) no lodo nos pontos analisados
De acordo com Saqqar and Pescod (1995), o valor de KLF, que depende da taxa de biodegradabilidade do lodo total, decresce quando a decomposição é tal que há uma diminuição de lodo. Para calcular o KLF, usando a equação (1), foram usados resultados analíticos de monitoramento fornecidos pela Companhia de Água e Esgotos do Rio Grande do Norte. A massa de DBO, SSV e SSF calculada em um período de 29 meses):
DBO – 414753 kg SSV – 244454 kg SSV – - 257811 kg VLF – 3960,2m3 Substituindo na equação: V LF = KLF (1,7 FSSV + 4.5 FSSF + FDBO)/y KLF = - 11,84 para Tmédia = 25°C
O valor encontrado para o sistema estudado de –11,84 é menor que os valores normalmente encontrados na literatura. Papadopoulos et a.l., (2003), encontraram valores de até – 8,14 em meses de verão com temperatura do ar em torno de 25,5 °C e - 9,27 para temperaturas em torno de 19,3°C. Eles correlacionaram o valor de KLF com as temperaturas e chegando a conclusão de que K começava a ficar com valores positivos quando a temperatura baixava para 16 - 17°C. Isto significa que em temperaturas menores há um decréscimo da atividade microbiana e um maior acúmulo de lodo na lagoa.
CONCLUSÕES
O volume de dados obtido ainda não permite afirmações conclusivas sobre o
desenvolvimento da camada de lodo na lagoa facultativa. Além disso, não foi avaliada a quantidade de massa de algas que particularmente neste sistema é bastante expressiva. O maior acúmulo de lodo encontra-se inicialmente concentrado próximo à entrada, o que é normalmente esperado em lagoas facultativas.
No entanto, como se trata de um estudo preliminar do acúmulo de lodos em lagoas
facultativas em escala real, aponta-se a necessidade de um maior detalhamento que leve em consideração fatores intervenientes como: regime hidráulico e de ventos, e velocidade de sedimentação.
AGRADECIMENTOS
À Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte pelo apoio dado na realização deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
APHA – American Public Health Association (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wasterwater. 19th ed, Washigton, D. C.
GUIMARÃES, P., Avaliação do desempenho de uma lagoa aerada em função de suas características operacionais: aplicação no tratamento de efluentes de indústrias de
refrigerantes. Natal, 1996. Dissertação de mestrado – Centro de Tecnologia – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 1996.
NELSON, K.L. Development of a mechanistic model of sludge accumulation in primary wastewater stabilization ponds. 5TH International IWA Specialist Group Conference on WASTE STABILISATION PONDS Pond Technology for the New Millennium. April 2002. Conference Papers. Vo 2, pp 551 –560
PAPADOPOULOS, A., PARISOPOULOS, G., PAPADOPOULOS, F., KARTERIS, A. Sludge accumulation pattern in na anaerobic pond under Mediterranean climatic conditions. Water Research. 2003. Vol 37. pp 634 – 644.
SAQQAR, M.M.; PESCOD, M.B. Modelling sludge accumulation in anaerobic wastewater stabilization ponds. Wat. Sci. Tech. 1995. Vol.31. No. 12, pp 185 – 190.
VON SPERLING, M. Princípios do tratamento biológico de águas residuárias - Lagoas de estabilização. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental. Universidade Federal de Minas Gerais. 1996. v3, 134p.
