II-086 ESTUDO DA REMOÇÃO DE FÓSFORO EM EFLUENTES PROVENIENTES DE SISTEMAS ANAERÓBIOS PARA TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS UTILIZANDO CAL

II-086 – ESTUDO DA REMOÇÃO DE FÓSFORO EM EFLUENTES

PROVENIENTES DE SISTEMAS ANAERÓBIOS PARA TRATAMENTO DE

ÁGUAS RESIDUÁRIAS UTILIZANDO CAL

Liliana Pena Naval(1)

Doutora em Engenharia Química pela Universidad Complutense de Madrid. Professora do Curso de Engenharia Ambiental na Universidade Federal do Tocantins.

Thaiza Clemente Couto

Estudante do curso de Engenharia Ambiental na Universidade Federal do Tocantins – UFT. Estagiária do Laboratório de Saneamento da Universidade. Bolsista PIBIC/CNPq.

Endereço(1): Avenida NS 15, ALCNO 14, s/n0, bloco 04, Diretoria de Assuntos Internacionais.Palmas,

Tocantins. CEP: 77.000-000. Brasil. Telefone: (63) 3218-8103. e-mail: :Liliana@uft.edu.br RESUMO

Os sistemas anaeróbios encontram grande aplicabilidade devido ao baixo custo operacional e a baixa produção de lodo, no entanto, os mesmos não são eficientes na remoção de nutrientes, em especial o fósforo. Nutriente essencial ao desenvolvimento de plantas e ao crescimento da biota aquática, e que ao ser lançado em corpos aquáticos, em concentrações elevadas, pode causar a superfertilização dos mesmos, caracterizando o processo de eutrofização. A cidade de Palmas – TO possui duas estações de tratamento de esgoto com sistemas anaeróbios de tratamento e pós-tratamento, visto que os efluentes destas estações são direcionados para corpos hídricos afluentes de um reservatório, torna-se de vital importância o polimento adequado dos efluentes destas estações no quesito nutrientes eutrofizantes. Nesse sentido a adição de certos produtos químicos ao esgoto produz sais insolúveis ou de baixa solubilidade quando combinado com o fosfato. O ortofosfato pode reagir com íons metálicos particularmente íons de cálcio formando compostos mais densos como a hidroxiapatita. Sabendo-se da possibilidade de remoção de fósforo por precipitação química o presente trabalho investiga o emprego de íons de cálcio como agente precipitante e condicionador de pH.

PALAVRAS-CHAVE: Sistemas anaeróbios, remoção de fósforo, cal.

INTRODUÇÃO

Palmas conta com o funcionamento de quatro estações de tratamento de esgoto, sendo que destas duas apresentam sistemas anaeróbios de tratamento e pós-tratamento. Destaca-se que os efluentes destas estações são direcionados para os corpos hídricos que circundam a cidade, e por sua vez estes corpos são afluentes do reservatório da Usina Luiz Eduardo Magalhães (represa de pouca profundidade e de usos múltiplos), nesse sentido é importante um polimento adequado não só da qualidade microbiológica dos efluentes à luz dos riscos de saúde pública que poderão advir, mas também no que diz respeito à concentração de nutrientes, em particular o nitrogênio e fósforo.

Dentre os principais nutrientes presentes em águas residuárias domésticas, destaca-se o fósforo, cuja importância associa-se principalmente ao fato do mesmo ser um nutriente essencial para o crescimento e reprodução dos microrganismos responsáveis pela estabilização da matéria orgânica e também ser um nutriente essencial para a vida de plantas e para o crescimento da biota aquática, e que ao ser lançado em corpos aquáticos, em concentrações elevadas, pode causar a superfertilização dos mesmos, caracterizando o processo de eutrofização.

O fósforo é assimilado principalmente na forma de ortofosfato e é liberado para o meio também nesta forma através da hidrólise de compostos orgânicos excretados pelos microorganismos, autólise e mineralização da matéria orgânica.

A adição de certos produtos químicos ao esgoto produz sais insolúveis ou de baixa solubilidade quando combinado com o fosfato. O ortofosfato pode reagir através de reações com íons metálicos, particularmente alumínio e ferro ou com cálcio e magnésio presentes na massa liquida. Diversos autores dão particular importância as reações de ortofosfato com íons de cálcio, formando hidroxiapatita. Alguns autores apontam valores de pH acima de 8,2 para que haja precipitação de ortofosfato, sob a forma de hidroxiapatita. As matérias em suspensão e coloidais são removidas num complexo de reações químicas e processos físicos como

Sabendo-se da possibilidade de remover fósforo, empregando-se os íons anteriormente referidos, especialmente o íon cálcio, este trabalho investiga o emprego do citado íon, em escala de laboratório, em efluentes dos sistemas anaeróbios de Palmas, a fim de verificar a efetiva remoção de nutrientes.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para o desenvolvimento da atividade proposta foi realizado o monitoramento da estação de tratamento de esgoto ETE – Prata, onde foram realizadas análises físico-qímicas no afluente da estação (esgoto bruto) e no efluente proveniente de um filtro anaeróbio, utilizado como pós-tratamento de um reator anaeróbio (UASB). As metodologias aplicadas para as análises físico-químicas estão apresentadas na tabela 01.

Tabela 01: Parâmetros e Técnicas Analíticas Utilizadas

PARÂMETROS TÉCNICA ANALÍTICA UNIDADE REFERÊNCIA

pH Leitura direta - APHA, 1998

Ortofosfato Dissolvido Espectrofotometria mg/L APHA, 1998

Sólidos Sedimentáveis Cone Imhoff Ml/L APHA, 1998

Deste sistema foram coletados 20L de efluente. Este efluente foi submetido a diversas concentrações de cálcio (solução de cal hidratada a 1%) através de vários ensaios realizados empregando-se um equipamento de reatores estáticos, “Jar test”. Sendo o mesmo constituído de três jarros com volume útil de 2 L cada.

Em cada bateria, os três jarros foram submetidos a concentrações diferenciadas de solução de cal hidratada a 1%, objetivando-se elevar o pH da amostra para real verificação da precipitação do fósforo. Para determinação da concentração ideal da solução de cal 1%, objetivando-se a remoção do referido nutriente (fósforo) foi adotado um Desenho Fatorial de Experimentos (BOX Y col., 1951).

Os tratamentos foram representados pela combinação de dois fatores: pH e Tempo de Detenção variando-os em três níveis, pH (8, 9 e 10) e Tempos de Detenção (5, 10 e 15 min.). Estes fatores foram inter-relacionados variando-se os níveis objetivando-se a melhor resposta.

As respostas desejadas estão relacionadas aos valores que proporcionem a melhor remoção de fósforo com a menor produção de lodo. Visto que o número de tratamentos é determinado pelo número de níveis elevado ao número de fatores, ou seja, 32 = 9tratamentos. Logo o desenho ficou representado por nove tratamentos. As respostas obtidas foram trabalhadas pelo Programa de Análises Estatísticas – STAT (versão 2.0), utilizando-se o Teste de TUKEY.

RESULTADOS

Durante o período decorrido (agosto/03 a julho/04), o sistema não apresentou remoção de fósforo chegando a elevar as concentrações do mesmo, algo já esperado visto que, o sistema por se tratar de processo anaeróbio de digestão, não se aplica como forma eficiente de remoção deste nutriente. Uma vez que, todo o processo se dá na ausência de oxigênio e as bactérias específicas destes sistemas possuem a capacidade de retenção deste nutriente na forma de polifosfatos e carbonatos, e na ausência de oxigênio as mesmas liberam o fosfato armazenado para o meio buscando aumentar sua capacidade de degradação da matéria orgânica presente. O efluente do sistema anaeróbio em estudo apresentou concentrações de fosfato em torno de 20 mg/L, pH em torno de 7,2 e temperatura na faixa de 29 a 31ºC. A legislação CONAMA 357/2005 não determina concentrações limites de lançamento do referido nutriente, porém determina que as concentrações de fósforo total não ultrapassem o limite de 0,05 mg/L no corpo hídrico receptor (classificado como classe 2, ambiente intermediário, tributário de ambiente lêntico).

Procurando-se a efetiva remoção do fosfato presente no efluente do sistema o mesmo foi submetido à solução de Cal 1%, variando-se as concentrações da mesma bem como os tempos de detenções. Foram realizados ensaios do experimento, num total de quatro repetições. As respostas médias obtidas podem ser observadas na tabela 02.

Tabela 02: Remoções de fósforo empregando-se solução de cal a 1%. Nºtratamentos Tempo de detenção (min) pH Remoção de PO4-3 Lodo produzido 1 5 8 56,5% 0,1 ml/L 2 5 9 79% 2,6 ml/L 3 5 10 91,2% 8 ml/L 4 10 8 56% 0,1 ml/L 5 10 9 89,6% 9,6 ml/L 6 10 10 91,5% 10 ml/L 7 15 8 54% 0,1 ml/L 8 15 9 79,9% 6,5 ml/L 9 15 10 85,6% 11,3ml/L

As respostas obtidas foram trabalhadas pelo Programa de Análises Estatísticas ESTAT (V 2.0), utilizando-se o método de TUKEY.

A análise estatística demonstrou que o Tempo de Detenção (TD) não exerce influência sobre a remoção de fósforo visto que, em TD diferentes as referidas remoções foram bem próximas, não se diferenciando estatisticamente (Figura 01).

Figura 01: Demonstra a relação entre a remoção de fosfato e o Tempo de Detenção.

10% 30% 50% 70% 90%

Remoção de

Fosfato

Tempo de Detenção

Obs: Médias representadas por letras maiúsculas iguais não se diferem estatisticamente ao nível de 1% de probabilidade.

Como a remoção de fósforo se dá por precipitação química, com conseqüente sedimentação dos compostos originados pela reação entre os íons ortofosfatos e os íons de cálcio, esta remoção esta ligada à geração de lodo. A análise desta relação demonstrou que o fator Tempo de Detenção mostrou-se interferente, onde quanto maior o TD maior a formação de lodo (Figura 02).

Figura 02: Demonstra a relação entre a formação de lodo e o Tempo de Detenção.

0 1 2 3 4 5 6 7

Formação de

Lodo (ml/L)

Tempo de Detenção _{5 min}

10 min 15 min

A

Obs: Médias representadas por letras maiúsculas diferentes se diferem estatisticamente ao nível de 1% de probabilidade pelo Teste de TUKEY.

O pH foi fator determinante na remoção de fosfato, onde quanto maior o valor de pH maior foi a remoção do referido nutriente (Figura 03).

Figura 03: Demonstra a relação entre a remoção de fosfato e o pH.

10% 30% 50% 70% 90% Remoção de Fosfato 1 pH pH 8 pH 9 pH 10 C B A

Obs: Médias estatísticas representadas por letras maiúsculas diferentes se diferem estatisticamente ao nível de 1% de probabilidade pelo Teste de TUKEY.

Como a remoção do fósforo se dá por precipitação com conseqüente formação de lodo, os valores de pH que proporcionaram maior remoção foram também os que produziram maior concentração de lodo (Figura 04).

Figura 04: Demonstra a relação entre o pH e a formação de lodo.

0 2 4 6 8 10 Formação de Lodo (ml/L) 1 pH pH 8 pH 9 pH 10 B C A

Obs: Médias estatísticas representadas por letras maiúsculas diferentes se diferem estatisticamente ao nível de 1% de probabilidade pelo Teste de TUKEY.

Como valores de pH superior a 9 geraram um efluente que não se enquadra no previsto pela legislação (CONAMA 357/2005), que estipula pH efluente na faixa de 5-9 e materiais sedimentáveis inferior a 1ml/L. O Tempo de Detenção de 5 min. Foi adotado, trabalhando-se o intervalo de pH de 8 a 9, buscando a melhor remoção e gerando um efluente que se enquadre nos padrões estabelecidos.

Até o pH de 8,9 foram atingidas remoções de 74% com geração de materiais sedimentáveis inferiores a 1 ml/L. Embora esta remoção em relação ao fosfato seja considerada satisfatória, a mesma ainda não consegue realizar um polimento que assegure ao corpo receptor concentrações do referido nutriente dentro dos limite da legislação (concentrações inferiores a 0,05 mg/L de fósforo total presentes em corpos hídricos de Classe 2 determinados como ambiente intermediário). Uma vez que os limites estabelecidos pela legislação, sejam considerados extremamente baixos, a remoção de 74% de fosfato se mostra eficiente no controle deste nutriente como fator limitante ao processo de eutrofização.

CONCLUSÕES

- Através da realização do experimento em escala laboratorial determinou-se a faixa de pH de 8,5 a 8,9 como sendo ótima para remoção do parâmetro fosfato, ocasionando uma remoção de cerca de 75% deste nutriente, gerando um efluente com concentração de materiais sedimentáveis inferior a 1,0 ml/L.

- O Tempo de Detenção não demonstrou interferência na remoção do referido nutriente, logo o tempo de 5 minutos foi estabelecido como ótimo para remoção do fosfato com menor produção de lodo.

- Os precipitados oriundos da reação ortofosfato - íons de cálcio agem como coagulantes para partículas presentes no esgoto, removendo também contaminantes orgânicos por adsorção.

-Para real validação dos dados obtidos em laboratório se faz necessário à instalação de um projeto piloto, para que as condições de aplicação do experimento se aproximem ao máximo das condições reais.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1- AISSE, M.M.; JÜRGENSEN, D.; REALI, M.A.P.; PENETRA, R.G.; FLORENCIO, L.; ALEM SOBRINHO, P. Pós-Tratamento De Efluentes De Reatores Por Sistema De Flotação. In: CHERNICHARO, C. A. L Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios. Belo Horizonte: PROSAB 2, p. 105-170, 2001.

2- AWWA/APHA/WEF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th edition. Washinton, 1998.

3- BOX; G.; HUNTER, W.G. y HUNTER, J.S. Estadística para investigadores.Introduccion al Disenõ

de Experimentos, Analisis de Datos y Construccion de Modelos. Editora Reverté. Barcelona, 1989.

4- BRASIL. Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), Resolução nº 357 de março de 2005. Ministério do Meio Ambiente, Brasília, 2005.

5- CHERNICHARO, C. A. L. (Coordenador) Pós-tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbios. Belo Horizonte Projeto PROSAB 2, 544 p., 2001.

6- LIMA, M. G. S.; OLIVEIRA, R.; SILVA, S. A.; ATHAYDE JÚNIOR, G. B. Fracionamento do

Fósforo em Suspensão numa Lagoa Facultativa Primária Provida de Chicanas do Tipo Vai-E-Vem.

In: 21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, João Pessoa – PB, 2001, Anais. Rio de Janeiro, ABES, 2001.