REVISTA AIDIS
d e Ing e nie ría y C ie nc ia s Am b ie nta le s:
Inve stig a c ió n, d e sa rro llo y p rá c tic a .
ESTUDO OPERACIONAL COM PARATIVO EM
DIFERENTES CONCEPÇÕES DE ETEs EM
FORTALEZA
* José Reges da Silva Lobão 1 M arisete Dant as de Aquino 1 Raimundo Oliveira de Souza 1 Renat o Teixeira M oreira 1 Francisco Chagas da Silva Filho 1
COMPARATIVE OPERATIONAL STUDY IN DIFFERENT CONCEPTIONS OF ETEs IN FORTALEZA
Recibido el 2 de abril de 2013; Acept ado el 29 de mayo de 2013
Abstract
The article provides a critical analysis of t he sew age t reat ment qualit y in Fort aleza, on t he follow ing STPs: Aracapé III, São Crist óvão and Almirant e Tam andaré. The analyzed paramet ers w ere Chemical Oxygen Demand (COD), Biochemical Oxygen Dem and (BOD) and Tot al Suspended Solids (TSS). It w as also verified t he sam pling variabilit y of t he effluent s t o sew age treatm ent , for t he param eters BOD, COD and TSS. Analytical approaches w ere m ade t hrough st at ist ical t reat ment of t he obtained dat a, as w ell as t he cont ribut ion t o t he approxim at ion of t he design m et hodologies wit h changes of variables involved in t he perform ance of t he st udied STPs. The adopt ed
m et hodology w as t he qualit at ive and quant it ative inspect ion and t est ing, of param eters, including assessm ent of operat ional efficiency and reliabilit y.
Keyw ords:Reliability analysis; Sew age t reatm ent ; Environment .
1
Universidade Federal do Ceará, Brasil
Resumo
O art igo est abelece um a análise crítica sobre a qualidade do t rat am ent o de efluent es em Fort aleza, r elativos às seguint es ETEs: Aracapé III, São Crist óvão e Almirante Tam andaré. Os parâmet ros analisados foram a Dem anda Química de Oxigênio (DQO), a Dem anda Bioquím ica de Oxigênio (DBO) e os Sólidos Suspensos Tot ais (SST). Tam bém verificou-se a variabilidade am ost ral dos efluent es ao t rat am ent o de esgot os, para os parâm et ros DBO, DQO e SST. Foram efetuadas abordagens analít icas, at ravés de trat am ent o est at íst ico dos dados obt idos, bem com o a contribuição para a aproxim ação das met odologias de projet o com alt erações das variáveis envolvidas na at uação das ETEs est udadas. A m et odologia adot ada foi à inspeção e a experim ent ação, qualit at iva e quant it ativa de parâmet ros, com preendendo a avaliação da eficiência operacional e da confiabilidade.
Palavras chave: análises de confiabilidade, trat am ent o de esgot o, meio ambiente.
Introdução
O principal objet ivo dest e t rabalho foi est abelecer um parecer crít ico const rut ivo à qualidade do t rat am ent o de efluent es na cidade de Fort aleza, relat ivos às ETEs: Aracapé III, São Crist óvão e Alm irant e Tam andaré, operando em escala real. Os parâm et ros analisados foram a Dem anda Quím ica de Oxigênio (DQO), a Dem anda Bioquím ica de Oxigênio (DBO) e os Sólidos Suspensos Tot ais (SST).
Dent re os recursos nat urais m ais im port ant es para o hom em , o m ais relevant e é a água, onde é percept ível a sua inevit ável escassez no Planet a. At ualm ent e, grande part e dos esgot os dom ést icos é subm et ida a t rat am ent os, que result am em efluent es com pat íveis aos padrões de lançam ent o. M as não é suficient e para um veredict o posit ivo sobre a eficiência de um a ETE, ou seja, quando os valores m édios dos dados observados at endem os padrões da legislação, essa poderá est ar operando fora desses lim it es em grande part e do t em po. Em cont rapart ida, um a ETE que apresent a valores m édios em discordância com o padrão de lançam ent o poderá at ender à legislação em t em po considerável.
Em alinham ent o às diversas incert ezas present es na fase de projet o e operação de ETE’s, é provável que exist am alguns riscos de falha, que são inevit áveis, e as m esm as devem ser projet adas em função de níveis aceit áveis de riscos. Tam bém foram invest igadas as eficiências de rem oção de DBO, DQO e SST, por est arem relacionadas com a produt ividade e a qualidade operacional das em issões de esgot os t rat ados. M et calf e Eddy (1991), definem a confiabilidade (Cf) com o sendo um a função da probabilidade de falhas (P), que pode ser expressa pela Equação:
P(falha)
=
Cf
1
Equação (1)
Em que:
Cf: Confiabilidade
requerida) Conc
> efluente P(Conc
=
P(falha) 1 . .
1
Equação (2)
Logo, a probabilidade de falhas fica associada à função de dist ribuição da concent ração do efluent e. A função de dist ribuição lognorm al t em sido ut ilizada com um a boa adapt ação na preconização de concent ração efluent e para a DQO, a DBO e os SST, no efluent e de um a ETE (Eisenberg et al., 2001), sendo que na pesquisa efet uada, a dist ribuição lognorm al foi a m ais conservadora. Ent ão, t orna-se essencial, nest e caso, a int rodução de algum as definições relat ivas à dist ribuição lognorm al para o ent endim ent o da m et odologia em pregada.
A dist ribuição lognorm al pode ser conceit uada com o a dist ribuição de um a variável aleat ória, cujo logarít m o represent a um a dist ribuição norm al. Logo, um a variável aleat ória e posit iva x é dit a seguir um m odelo dist ribut ivo lognorm al, com a m édia “ m x” e o desvio padrão “ sx” , se a variável y = ln (x) for norm alm ent e dist ribuídacom a m édia “ m y” e desvio padrão “ sy” . A função lognorm al é dada por (CROW e SHIM IZU, 1988):
0 2
1 )
( 2
)
(ln 2
e x
y x x
f y
y x
Equação (3)
0 ) (x
f Equação (4)
y x x y 2 2 2 ln Equação (5) x x y 2 2 2 1 ln Equação (6)
As equações 5 e 6 foram ut ilizadas para desenvolver a equação 17, que t rat a da confiabilidade apresent ada por Niku et al (1979). Tal equação perm it irá quant ificar o núm ero de desvios – padrão ou variável norm al cent ral reduzida (Z1-α), que est á relacionada com a probabilidade de
não excedência da concent ração efluent e obt ida com relação aos padrões legais.
M ateriais e M étodos
A det erm inação da confiabilidade, a part ir da função de dist ribuição lognorm al da concent ração do efluent e, pode ser ut ilizada em dois m om ent os: um a durant e à fase de elaboração do projet o e a out ra na fase de operação. No prim eiro caso, um a vez adot ado o nível de confiabilidade desejado, no cenário Z1-α (90%) para cada ETE, det erm ina-se um valor m édio para
cada const it uint e, garant indo dest a form a, que a variação de concent ração esperada só ult rapasse os valores perm it idos em um núm ero de vezes igual ao previst o pelo valor da confiabilidade adot ada (nível de confiabilidade 90%). O valor m édio de concent ração do efluent e a ser adot ado em projet o é obt ido em função de um coeficient e de confiabilidade (CDC). ) )) 1 (ln( ( 2 \ 1
2 1 . 2 1\2
.
)
1
(
)
(
Z Vx e
Vx
CDC
Equação (7)
Est e “ CDC” relaciona valores das concent rações m édias de projet o ao padrão a ser alcançado em um a base probabilíst ica. O valor m édio do const it uint e m x, poderá ser obt ido da equação:
Xs
(CDC)
=
Em que:
m x: M édia da concent ração do const it uint e Xs: Concentração padrão requerida
Vx: Coeficient e de Variação (CV)
Z1-α: número de desvios – padrão ou variável norm al cent ral reduzida (probabilidade de não excedência)
O coeficient e de variação, que auxiliará no cálculo do coeficient e de confiabilidade (CDC), é dado pela relação ent re o desvio-padrão e a m édia anual das concent rações relat ivas aos parâm et ros operacionais.
μx
σx
=
CV
Equação (9)Em que:
σx
: Desvio-Padrãoµx: M édia anual (frequência de colet a sim ples e mensal para t odas as ETE’s – ano 2006)
Supondo que, para um a
determinada probabilidade de falha α entre 0 e 1, mais perto de 0,
deseja-se projet ar um processo para cada variável lognorm al “ x” observada, com a propriedade: -1 Xs)
P(x Equação (10) Em que:
1- α: Probabilidade de não excedência Xs: Concentração padrão requerida
Assim , (1 – ) é a probabilidade que a variável x não exceda o padrão Xs. Para o
desenvolvim ent o da confiabilidade NIKU et al. (1982), foram ut ilizadas as propriedades da função lognorm al, onde a m édia da função norm al é zero (µy = 0) e a variância é um (
σ
2y = 1). Dest a form a, a t abela 1 elaborada para a dist ribuição norm al cent ral reduzida vêm da equação 11:
ln 1
y y Xs Z
P
Em que:
Z: Variável norm al padronizada
y y Xs
ln
: Valor padrão norm al variado (Z 1- α)
O objet ivo foi desenvolver um a expressão para o coeficient e de confiabilidade, a part ir do qual possa ser com put ado o valor m édio necessário para que o processo garant a um nível de confiabilidade (1- α), dado um conhecido padrão Xs e um calculado coeficient e de variação, (CV = σx / m x). O coeficient e de confiabilidade relaciona µx ao padrão Xs para um nível de confiabilidade de 1 –
α, que
é fundam ent ado nas propriedades originais e não dos logarit m os dos dados. Foi t om ada a concent ração de projet o de um efluent e, que perm it e garant ir um a confiabilidade durant e um a det erm inada fração t em poral, e pode ser dada pelo produt o da concent ração padrão legal, específica a cada ít em , pelo coeficient e de confiabilidade (CDC).
CP
=
Xsx
(CDC
)
Equação (12)Em que:
CP: Concentração de Projet o
Xs: Concentração padrão requerida pela legislação (CONAM A) CDC: Coeficiente de Confiabilidade
No segundo caso, com base no Xs est abelecido pela legislação para ETE’s em operação, onde a variação das concent rações efluent es alt era a sua at uação, t erem os um a nova concent ração.
CDC
(Xs)
=
CO
/
Equação (13)
Em que
CO: Concentração de Operação
Para a det erm inação da confiabilidade, foi aplicado o m odelo propost o por M et calf & Eddy (1991) e Niku et al. (1979). A confiabilidade é ent ão calculada em função da m édia anual de concent ração const it uint e efluent e (frequência de colet a sim ples e m ensal), da concent ração requerida padrão (legislação) e do desvio-padrão, conform e apresent ado nas Equações 14 e 17. O result ado represent a a confiabilidade decorrent e de t odos os fat ores int ervenient es.
)
(
.
NormalPadr
ão
Z
1 αDistrib
=
Cf
Equação (14)Para a dedução da equação da confiabilidade, a m édia e a variância da função lognorm al (equações 5 e 6) foram rearranjadas:
y x y 2 2 1 )
ln(
Equação (15) ) 1 ln( 1ln 2 2
2 2 x CV x x
y
Equação (16)
Dest a form a, subst it uindo-se as equações 15 e 16 na expressão 10, chegou-se à equação 17:
) 1 ln( 1 * ) 1 ln( 2 1 ln ln 2 1 X V x CV x Xs
Z
] ) + (V )) + V )x( X mx (( [ = Z X X α 1 ln 1 1 ln 1
Equação (17)
Em que:
m x: M édia da concent ração do const it uint e Xs: Concentração padrão requerida
Vx: Coeficient e de Variação (CV)
Os dados ut ilizados foram obt idos junt o à CAGECE (Com panhia de Abast ecim ent o de Água e Esgot o do Ceará), segundo as análises laborat oriais e visit as t écnicas, ent re janeiro e dezem bro de 2006. Os exam es laborat oriais seguiram os m ét odos preconizados no St andart M et hods for t he Exam inat ion of Wat er and Wast ew at er (2005). Foram consideradas t rês ETE’s em operação na cidade de Fort aleza. Tais dados foram obt idos no período de um ano de m onit oram ent o (2006), sendo a freqüência de colet as sim ples e m ensal para t odas as est ações.
De um m odo geral, para as ETE’s em est udo, foram t om adas as concent rações afluent es e efluent es para DBO, DQO e SST, sendo const it uído cada parâm et ro, por 24 dados (12 m eses do ano 2006), t ot alizando 216 dados para a com posição t ant o das análises de eficiência operacional com o para os t est es de confiabilidade. Os valores de concent ração dos efluent es considerados com o m et as foram obt idos seguindo as recom endações do CONAM A (Conselho Nacional do M eio Am bient e), sendo que para a DQO (200m g/ L), para a DBO (60m g/ L) e para os SST (150m g/ L).
A m et odologia foi baseada em dois procedim ent os: o prim eiro sem probabilidade preconizada, onde foi calculada a confiabilidade em função da m édia efluent e anual para cada parâm et ro, do desvio-padrão, do coeficient e de variação e do Z1-α, que é quant ificado (equação 17) e inserido
na Tabela da Dist ribuição Norm al Padrão (t abela 1), para a obt enção da confiabilidade. Já, no segundo m ét odo, a probabilidade é est abelecida para a quant ificação t ant o das concent rações de projet o quant o das concent rações de operação. Essas concent rações dependem das m et as legais (CONAM A) e do CDC, que é calculado em função da m édia anual efluent e (DQO, DBO, SST), do desvio-padrão, do coeficient e de variação (CV) e do Z1-α(90%), que é dado de ent rada
para a obt enção da confiabilidade na Tabela da Dist ribuição Norm al Padrão (t abela 1).
As verificações das eficiências foram calculadas at ravés das m édias anuais de rem oção dos parâm et ros avaliados e das m édias preconizadas para cada t ipologia de t rat am ent o, obt idas segundo Von Sperling (1996), que foram com paradas com os result ados dos valores m édios dest e t rabalho. Essas referências foram em pregadas na present e pesquisa, dent re elas: Reat or UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket (DQO – 55 a 70%, DBO – 60 a 75%, SST – 65 a 80%), Decant o-Digest or (DQO – 70 a 80%, DBO – 80 a 85%, SST – 80 a 90%) e Lagoas de Est abilização (DQO – 65 a 80%, DBO – 75 a 85%, SST – 70 a 80%).
A quant ificação da confiabilidade foi execut ada conform e a t abela 1, que m ost ra a relação ent re os valores do Z1-α (núm ero de desvios – padrão) e a confiabilidade de não excedência, onde em
Tabela 1. Distribuição Norm al Padrão
Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
- 3.0 0 . 0 0 1 3 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 0 7 0 . 0 0 0 5 0 . 0 0 0 3 0 . 0 0 0 2 0 . 0 0 0 2 0 . 0 0 0 1 0 . 0 0 0 1 0 . 0 0 0 0 - 2.9 0 . 0 0 1 9 0 . 0 0 1 8 0 . 0 0 1 7 0 . 0 0 1 7 0 . 0 0 1 6 0 . 0 0 1 6 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 1 4 0 . 0 0 1 4 - 2,8 0 . 0 0 2 6 0 . 0 0 2 5 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 3 0 . 0 0 2 3 0 . 0 0 2 2 0 . 0 0 2 1 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0 1 9 - 2.7 0 . 0 0 3 5 0 . 0 0 3 4 0 . 0 0 3 3 0 . 0 0 3 2 0 . 0 0 3 1 0 . 0 0 3 0 0 . 0 0 2 9 0 . 0 0 2 8 0 . 0 0 2 7 0 . 0 0 2 6 - 2.6 0 . 0 0 4 7 0 . 0 0 4 5 0 . 0 0 4 4 0 . 0 0 4 3 0 . 0 0 4 1 0 . 0 0 4 0 0 . 0 0 3 9 0 . 0 0 3 8 0 . 0 0 3 7 0 . 0 0 3 6 - 2.5 0 . 0 0 6 2 0 . 0 0 6 0 0 . 0 0 5 9 0 . 0 0 5 7 0 . 0 0 5 5 0 . 0 0 5 4 0 . 0 0 5 2 0 . 0 0 5 1 0 . 0 0 4 9 0 . 0 0 4 8 - 2.4 0 . 0 0 8 2 0 . 0 0 8 0 0 . 0 0 7 8 0 . 0 0 7 5 0 . 0 0 7 3 0 . 0 0 7 1 0 . 0 0 6 9 0 . 0 0 6 8 0 . 0 0 6 6 0 . 0 0 6 4 - 2.3 0 . 0 1 0 7 0 . 0 1 0 4 0 . 0 1 0 2 0 . 0 0 9 9 0 . 0 0 9 6 0 . 0 0 9 4 0 . 0 0 9 1 0 . 0 0 8 9 0 . 0 0 8 7 0 . 0 0 8 4 - 2.2 0 . 0 1 3 9 0 . 0 1 3 6 0 . 0 1 3 2 0 . 0 1 2 9 0 . 0 1 2 6 0 . 0 1 2 2 0 . 0 1 1 9 0 . 0 1 1 6 0 . 0 1 1 3 0 . 0 1 1 0 - 2.1 0 . 0 1 7 9 0 . 0 1 7 4 0 . 0 1 7 0 0 . 0 1 6 6 0 . 0 1 6 2 0 . 0 1 5 8 0 . 0 1 5 4 0 . 0 1 5 0 0 . 0 1 4 6 0 . 0 1 4 3 - 2.0 0 . 0 2 2 8 0 . 0 2 2 2 0 . 0 2 1 7 0 . 0 2 1 2 0 . 0 2 0 7 0 . 0 2 0 2 0 . 0 1 9 7 0 . 0 1 9 2 0 . 0 1 8 8 0 . 0 1 8 3 - 1.9 0 . 0 2 8 7 0 . 0 2 8 1 0 . 0 2 7 4 0 . 0 2 6 8 0 . 0 2 6 2 0 . 0 2 5 6 0 . 0 2 5 0 0 . 0 2 4 4 0 . 0 2 3 8 0 . 0 2 3 3 - 1.8 0 . 0 3 5 9 0 . 0 3 5 2 0 . 0 3 4 4 0 . 0 3 3 6 0 . 0 3 2 9 0 . 0 3 2 2 0 . 0 3 1 4 0 . 0 3 0 7 0 . 0 3 0 0 0 . 0 2 9 4 - 1.7 0 . 0 4 4 6 0 . 0 4 3 6 0 . 0 4 2 7 0 . 0 4 1 8 0 . 0 4 0 9 0 . 0 4 0 1 0 . 0 3 9 2 0 . 0 3 8 4 0 . 0 3 7 5 0 . 0 3 6 7 - 1.6 0 . 0 5 4 8 0 . 0 5 3 7 0 . 0 5 2 6 0 . 0 5 1 6 0 . 0 5 0 5 0 . 0 4 9 5 0 . 0 4 8 5 0 . 0 4 7 5 0 . 0 4 6 5 0 . 0 4 5 5 - 1.5 0 . 0 6 6 8 0 . 0 6 5 5 0 . 0 6 4 3 0 . 0 6 3 0 0 . 0 6 1 8 0 . 0 6 0 6 0 . 0 5 9 4 0 . 0 5 8 2 0 . 0 5 7 0 0 . 0 5 5 9 - 1.4 0 . 0 8 0 8 0 . 0 7 9 3 0 . 0 7 7 8 0 . 0 7 6 4 0 . 0 7 4 9 0 . 0 7 3 5 0 . 0 7 2 2 0 . 0 7 0 8 0 . 0 6 9 4 0 . 0 6 8 1 - 1.3 0 . 0 9 6 8 0 . 0 9 5 1 0 . 0 9 3 4 0 . 0 9 1 8 0 . 0 9 0 1 0 . 0 8 8 5 0 . 0 8 6 9 0 . 0 8 5 3 0 . 0 8 3 8 0 . 0 8 2 3 - 1.2 0 . 1 1 5 1 0 . 1 1 3 1 0 . 1 1 1 2 0 . 1 0 9 3 0 . 1 0 7 5 0 . 1 0 5 6 0 . 1 0 3 8 0 . 1 0 2 0 0 . 1 0 0 3 0 . 0 9 8 5 - 1.1 0 . 1 3 5 7 0 . 1 3 3 5 0 . 1 3 1 4 0 . 1 2 9 2 0 . 1 2 7 1 0 . 1 2 5 1 0 . 1 2 3 0 0 . 1 2 1 0 0 . 1 1 9 0 0 . 1 1 7 0 - 1.0 0 . 1 5 8 7 0 . 1 5 6 2 0 . 1 5 3 9 0 . 1 5 1 5 0 . 1 4 9 2 0 . 1 4 6 9 0 . 1 4 4 6 0 . 1 4 2 3 0 . 1 4 0 1 0 . 1 3 7 9 - 0.9 0 . 1 8 4 1 0 . 1 8 1 4 0 . 1 7 8 8 0 . 1 7 6 2 0 . 1 7 3 6 0 . 1 7 1 1 0 . 1 6 8 5 0 . 1 6 6 0 0 . 1 6 3 5 0 . 1 6 1 1 - 0.8 0 . 2 1 1 9 0 . 2 0 9 0 0 . 2 0 6 1 0 . 2 0 3 3 0 . 2 0 0 5 0 . 1 9 7 7 0 . 1 9 4 9 0 . 1 9 2 2 0 . 1 8 9 4 0 . 1 8 6 7 - 0.7 0 . 2 4 2 0 0 . 2 3 8 9 0 . 2 3 5 8 0 . 2 3 2 7 0 . 2 2 9 7 0 . 2 2 6 6 0 . 2 2 3 6 0 . 2 2 0 6 0 . 2 1 7 7 0 . 2 1 4 8 - 0.6 0 . 2 7 4 3 0 . 2 7 0 9 0 . 2 6 7 6 0 . 2 6 4 3 0 . 2 6 1 1 0 . 2 5 7 8 0 . 2 5 4 6 0 . 2 5 1 4 0 . 2 4 8 3 0 . 2 4 5 1 - 0.5 0 . 3 0 8 5 0 . 3 0 5 0 0 . 3 0 1 5 0 . 2 9 8 1 0 . 2 9 4 6 0 . 2 9 1 2 0 . 2 8 7 7 0 . 2 8 4 3 0 . 2 8 1 0 0 . 2 7 7 6 - 0.4 0 . 3 4 4 6 0 . 3 4 0 9 0 . 3 3 7 2 0 . 3 3 3 6 0 . 3 3 0 0 0 . 3 2 6 4 0 . 3 2 2 8 0 . 3 1 9 2 0 . 3 1 5 6 0 . 3 1 2 1 - 0.3 0 . 3 8 2 1 0 . 3 7 8 3 0 . 3 7 4 5 0 . 3 7 0 7 0 . 3 6 6 9 0 . 3 6 3 2 0 . 3 5 9 4 0 . 3 5 5 7 0 . 3 5 2 0 0 . 3 4 8 3 - 0.2 0 . 4 2 0 7 0 . 4 1 6 8 0 . 4 1 2 9 0 . 4 0 9 0 0 . 4 0 5 2 0 . 4 0 1 3 0 . 3 9 7 4 0 . 3 9 3 6 0 . 3 8 9 7 0 . 3 8 5 9 - 0.1 0 . 4 6 0 2 0 . 4 5 6 2 0 . 4 5 2 2 0 . 4 4 8 3 0 . 4 4 4 3 0 . 4 4 0 4 0 . 4 3 6 4 0 . 4 3 2 5 0 . 4 2 8 6 0 . 4 2 4 7 - 0.0 0 . 5 0 0 0 0 . 4 9 6 0 0 . 4 9 2 0 0 . 4 8 8 0 0 . 4 8 4 0 0 . 4 8 0 1 0 . 4 7 6 1 0 . 4 7 2 1 0 . 4 6 8 1 0 . 4 6 4 1
0.0 0 . 5 0 0 0 0 . 5 0 4 0 0 . 5 0 8 0 0 . 5 1 2 0 0 . 5 1 6 0 0 . 5 1 9 9 0 . 5 2 3 9 0 . 5 2 7 9 0 . 5 3 1 9 0 . 5 3 5 9 0.1 0 . 5 3 9 8 0 . 5 4 3 8 0 . 5 4 7 8 0 . 5 5 1 7 0 . 5 5 5 7 0 , 5 5 9 6 0 . 5 6 3 6 0 . 5 6 7 5 0 . 5 7 1 4 0 . 5 7 5 3 0.2 0 . 5 7 9 3 0 . 5 8 3 2 0 . 5 8 7 1 0 . 5 9 1 0 0 , 5 9 4 8 0 . 5 9 8 7 0 . 6 0 2 6 0 . 6 0 6 4 0 . 6 1 0 3 0 . 6 1 4 1 0.3 0 . 6 1 7 9 0 . 6 2 1 7 0 . 6 2 5 5 0 . 6 2 9 3 0 . 6 3 3 1 0 . 6 3 6 8 0 . 6 4 0 6 0 . 6 4 4 3 0 . 6 4 8 0 0 . 6 5 1 7 0.4 0 . 6 5 5 4 0 . 6 5 9 1 0 . 6 6 2 8 0 . 6 6 6 4 0 . 6 7 0 0 0 . 6 7 3 6 0 . 6 7 7 2 0 . 6 8 0 8 0 , 6 8 4 4 0 . 6 8 7 9 0.5 0 . 6 9 1 5 0 . 6 9 5 0 0 . 6 9 8 5 0 . 7 0 1 9 0 . 7 0 5 4 0 . 7 0 8 8 0 . 7 1 2 3 0 . 7 1 5 7 0 . 7 1 9 0 0 . 7 2 2 4 0.6 0 . 7 2 5 7 0 . 7 2 9 1 0 . 7 3 2 4 0 . 7 3 5 7 0 . 7 3 8 9 0 . 7 4 2 2 0 . 7 4 5 4 0 . 7 4 8 6 0 . 7 5 1 7 0 . 7 5 4 9 0.7 0 . 7 5 8 0 0 . 7 6 1 1 0 . 7 6 4 2 0 . 7 6 7 3 0 . 7 7 0 3 0 . 7 7 3 4 0 . 7 7 6 4 0 . 7 7 9 4 0 . 7 8 2 3 0 . 7 8 5 3 0.8 0 . 7 8 8 1 0 . 7 9 1 0 0 . 7 9 3 9 0 , 7 9 6 7 0 . 7 9 9 5 0 . 8 0 2 3 0 . 8 0 5 1 0 . 8 0 7 8 0 . 8 1 0 6 0 . 8 1 3 3 0.9 0 . 8 1 5 9 0 . 8 1 8 6 0 . 8 2 1 2 0 . 8 2 3 8 0 . 8 2 6 4 0 . 8 2 8 9 0 . 8 3 1 5 0 . 8 3 4 0 0 . 8 3 6 5 0 . 8 3 8 9 1.0 0 . 8 4 1 3 0 . 8 4 3 8 0 . 8 4 6 1 0 . 8 4 8 5 0 . 8 5 0 8 0 , 8 5 3 1 0 . 8 5 5 4 0 . 8 5 7 7 0 . 8 5 9 9 0 . 8 6 2 1 1.1 0 . 8 6 4 3 0 . 8 6 6 5 0 . 8 6 8 6 0 . 8 7 0 8 0 . 8 7 2 9 0 , 8 7 4 9 0 . 8 7 7 0 0 . 8 7 9 0 0 . 8 8 1 0 0 . 8 8 3 0 1.2 0 . 8 8 4 9 0 . 8 8 6 9 0 . 8 8 8 8 0 . 8 9 0 7 0 . 8 9 2 5 0 , 8 9 4 4 0 . 8 9 6 2 0 . 8 9 8 0 0 . 8 9 9 7 0 . 9 0 1 5 1.3 0 , 9 0 3 2 0 . 9 0 4 9 0 . 9 0 6 6 0 . 9 0 8 2 0 . 9 0 9 9 0 , 9 1 1 5 0 . 9 1 3 1 0 . 9 1 4 7 0 . 9 1 6 2 0 . 9 1 7 7 1.4 0 . 9 1 9 2 0 . 9 2 0 7 0 . 9 2 2 2 0 . 9 2 3 6 0 . 9 2 5 1 0 , 9 2 6 5 0 , 9 2 7 8 0 . 9 2 9 2 0 . 9 3 0 6 0 . 9 3 1 9 1.5 0 . 9 3 3 2 0 . 9 3 4 5 0 . 9 3 5 7 0 . 9 3 7 0 0 . 9 3 8 2 0 . 9 3 9 4 0 . 9 4 0 6 0 . 9 4 1 8 0 . 9 4 3 0 0 . 9 4 4 1 1.6 0 . 9 4 5 2 0 . 9 4 6 3 0 . 9 4 7 4 0 . 9 4 8 4 0 . 9 4 9 5 0 . 9 5 0 5 0 . 9 5 1 5 0 . 9 5 2 5 0 . 9 5 3 5 0 . 9 5 4 5 1.7 0 . 9 5 5 4 0 . 9 5 6 4 0 . 9 5 7 3 0 . 9 5 8 2 0 . 9 5 9 1 0 . 9 5 9 9 0 . 9 6 0 8 0 . 9 6 1 6 0 . 9 6 2 5 0 . 9 6 3 3 1.8 0 . 9 6 4 1 0 . 9 6 4 8 0 . 9 6 5 6 0 . 9 6 6 4 0 . 9 6 7 1 0 . 9 6 7 8 0 . 9 6 8 6 0 . 9 6 9 3 0 . 9 7 0 0 0 . 9 7 0 6 1.9 0 . 9 7 1 3 0 . 9 7 1 9 0 . 9 7 2 6 0 . 9 7 3 2 0 . 9 7 3 8 0 . 9 7 4 4 0 . 9 7 5 0 0 . 9 7 5 6 0 . 9 7 6 2 0 . 9 7 6 7 2.0 0 . 9 7 7 2 0 . 9 7 7 8 0 , 9 7 8 3 0 . 9 7 8 8 0 . 9 7 9 3 0 . 9 7 9 8 0 . 9 8 0 3 0 . 9 8 0 8 0 . 9 8 1 2 0 . 9 8 1 7 2.1 0 . 9 8 2 1 0 , 9 8 2 6 0 . 9 8 3 0 0 . 9 8 3 4 0 . 9 8 3 8 0 . 9 8 4 2 0 , 9 8 4 6 0 . 9 8 5 0 0 . 9 8 5 4 0 . 9 8 5 7 2.2 0 . 9 8 6 1 0 . 9 8 6 4 0 . 9 8 6 8 0 . 9 8 7 1 0 . 9 8 7 4 0 . 9 8 7 8 0 , 9 8 8 1 0 . 9 8 8 4 0 . 9 8 8 7 0 . 9 8 9 0 2.3 0 , 9 8 9 3 0 . 9 8 9 6 0 . 9 8 9 8 0 . 9 9 0 1 0 , 9 9 0 4 0 . 9 9 0 6 0 . 9 9 0 9 0 . 9 9 1 1 0 . 9 9 1 3 0 . 9 9 1 6 2.4 0 . 9 9 1 8 0 . 9 9 2 0 0 . 9 9 2 2 0 . 9 9 2 5 0 . 9 9 2 7 0 . 9 9 2 9 0 . 9 9 3 1 0 . 9 9 3 2 0 . 9 9 3 4 0 . 9 9 3 6 2.5 0 . 9 9 3 8 0 . 9 9 4 0 0 . 9 9 4 1 0 . 9 9 4 3 0 . 9 9 4 5 0 . 9 9 4 6 0 . 9 9 4 8 0 . 9 9 4 9 0 . 9 9 5 1 0 . 9 9 5 2 2.6 0 . 9 9 5 3 0 . 9 9 5 5 0 . 9 9 5 6 0 . 9 9 5 7 0 . 9 9 5 9 0 . 9 9 6 0 0 . 9 9 6 1 0 . 9 9 6 2 0 . 9 9 6 3 0 . 9 9 6 4 2.7 0 . 9 9 6 5 0 . 9 9 6 6 0 . 9 9 6 7 0 . 9 9 6 8 0 . 9 9 6 9 0 . 9 9 7 0 0 . 9 9 7 1 0 . 9 9 7 2 0 . 9 9 7 3 0 . 9 9 7 4 2.8 0 . 9 9 7 4 0 . 9 9 7 5 0 . 9 9 7 6 0 . 9 9 7 7 0 . 9 9 7 7 0 . 9 9 7 8 0 . 9 9 7 9 0 . 9 9 7 9 0 . 9 9 8 0 0 . 9 9 8 1 2.9 0 . 9 9 8 1 0 . 9 9 8 2 0 . 9 9 8 2 0 . 9 9 8 3 0 . 9 9 8 4 0 . 9 9 8 4 0 . 9 9 8 5 0 . 9 9 8 5 0 . 9 9 8 6 0 . 9 9 8 6 3.0 0 . 9 9 8 7 0 . 9 9 9 0 0 . 9 9 9 3 0 . 9 9 9 5 0 . 9 9 9 7 0 . 9 9 9 8 0 . 9 9 9 8 0 . 9 9 9 9 0 . 9 9 9 9 1 . 0 0 0 0
Durant e o período de est udo (2006), foram calculadas as confiabilidades, conform e a Tabela 2.
Tabela 2. Análise de Confiabilidade – Procedim ent o 01 (2006)
DADOS BÁSICOS DAS ETEs – 2006
ETEs Aracapé III São Crist óvão Alm irant e Tamandaré
Processo de Trat am ent o Sist em a UASB Sist em a de Lagoas de Est abilização
Sist em a Decant o - digest or + filtro anaeróbio
Vazão média at ual (l/ s) 7.5 30.7 19.9
População atendida (hab) 1800 20000 4000
Vazão de projet o (l/ s) 10 57 25
Parâm etros DBO DQO SST DBO DQO SST DBO DQO SST
Concent ração M édia Afluente (mg/ L) 498.6 651.7 171.5 446.2 596.8 265.8 136.4 276.3 290.9 Eficiência de remoção (%) 77.1 62.5 59.2 96.5 65.6 69.9 51.4 62.5 74.5
DETERM INAÇÃO DA CONFIABILIDADE
Parâm etros DBO DQO SST DBO DQO SST DBO DQO SST
M édia de Eficiência adot ada (%) 60 55 65 75 65 70 70 80 80
M et a de Concentração Adot ada
(m g/ L) 60 200 150 60 200 150 60 200 150
Concent ração M édia Efluent e (m g/ L) 37.3 246.7 75.0 42.4 72.5 54.8 64.1 78.9 50.6 Desvio - padrão (m g/ L) 38.28 38.63 17.84 31.78 37.55 18.92 49.46 37.27 38.43 Coeficient e de variação (CV) 1.03 0.16 0.24 0.75 0.52 0.35 0.77 0.47 0.76
Valor Z1- 0.984 -0.3518 1.72 0.84 1.9 1.72 0.29 1.81 1.82 Confiabilidade (%) 83.8 36.2 95.7 80.0 97.1 95.8 61.4 96.5 96.6
Tabela 3.Análise de Confiabilidade – Procedim ent o 02 (2006)
DADOS BÁSICOS DAS ETEs – 2006
Processo de Trat am ent o Sist em a UASB Sist em a de Lagoas de Est abilização
Sist em a Decant o - digest or + filtro anaeróbio
Vazão média at ual (l/ s) 7.5 30.7 19.9
População atendida (hab) 1800 20000 4000
Vazão de projet o (l/ s) 10 57 25
Parâm etros DBO DQO SST DBO DQO SST DBO DQO SST
Concent ração M édia Afluente
(m g/ L) 498.6 651.7 171.5 446.2 596.8 265.8 136.4 276.3 290.9 Eficiência de remoção (%) 77.1 62.5 59.2 96.5 65.6 69.9 51.4 62.5 74.5
DETERM INAÇÃO DA CONFIABILIDADE – CDC
Parâm etros DBO DQO SST DBO DQO SST DBO DQO SST
M édia Eficiência Adot ada (%) 60 55 65 75 65 70 70 80 80
M et a de Concentração
Adot ada (m g/ L) 60 200 150 60 200 150 60 200 150
Concent ração M édia Efluent e
(m g/ L) 37.3 246.7 75.0 42.4 72.5 54.8 64.1 78.9 50.6
Desvio padrão (m g/ L) 38.28 38.63 17.84 31.78 37.55 18.92 49.46 37.27 38.43 Coeficient e de Variação 1.03 0.16 0.24 0.75 0.52 0.35 0.77 0.47 0.76
1-α (%) 90 90 90 90 90 90 90 90 90
α (%) 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Z (90%) -1.28 -1.28 -1.28 -1.28 -1.28 -1.28 -1.28 -1.28 -1.28
CDC 0.48 0.83 0.76 0.53 0.6 0.69 0.53 0.62 0.52
Concent ração de Projet o
(m g/ L) 29 165 114 32 121 103 32 125 79
Concent ração de Operação
(m g/ L) 124 242 197 113 332 219 114 321 283
Na t abela 3, foi induzida um a confiabilidade 1-
α de 90%, e pela equa
ção 1, foi obt ido umα de
10% (valores que excedem o exigido). Esse percent ual é dado de ent rada na Tabela da Dist ribuição Norm al Padrão. Logo, pela equação 17, foi det erm inado o Z1- α de -1.28, para 90% deconfiabilidade preconizada. Ent ão foram calculados os coeficient es de confiabilidade (equação 7), onde foi const at ada um a m elhor at uação da ETE Aracapé (CDC – 0.83), para a DQO. Para as out ras ETE’s, o CDC variou ent re 0.6 e 0.62. Com o o cálculo do CDC depende do coeficient e de variação e do Z1- α, logo a ETE Aracapé obt eve o m elhor índice de confiabilidade (CDC – 0.83), por
um elevado CDC e um a baixa variabilidade para a DQO, a ETE Aracapé apresent ou baixa confiabilidade (36.2%), porque a confiabilidade depende t am bém das concent rações afluent es e efluent es, da eficiência operacional e dos padrões est abelecidos.
De acordo com a figura 1, o com port am ent o das curvas para diferent es níveis de confiabilidades se alt era à m edida que se elevam os graus de confiabilidade desejados. Cabe enfat izar que quant o m aior for a confiabilidade, m enores deverão ser os coeficient es de variação para a obt enção de elevados valores de coeficient es de confiabilidade. Para se t er 90% de confiabilidade de um a ETE, foi obt ido um CDC igual a 0.50, ent ão seria necessário que a ETE operasse com um CV m édio de 0.77. Para um a confiabilidade de 80%, at é os valores elevados de CV são suficient es para a obt enção de alt os valores de CDC.
Figura 1.Análise do Coeficiente de Confiabilidade em função do Coeficiente de Variação -DQO
No m esm o exem plo, para um CV de 0.77 e nível de confiabilidade de 80%, o valor do CDC foi de 0.70. Logo, nest a sit uação, os valores de CDC são alt os, pois cerca de 20% das concent rações excederão os níveis legais. Com um CV de 1.03 e nível de 80%, foi obt ido um CDC de 0.71. Para o m esm o CV e nível de 99%, foi quant ificado um CDC de 0.2 (figura 1). Logo, só 1% das concent rações excederá o exigido. O gráfico (figura 2), m ost rou as concent rações de projet o que seriam necessárias ao padrões de 200m g/ L de DQO em escala real de (CV).
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
0.16 0.24 0.35 0.47 0.52 0.75 0.76 0.77 1.03
Análise do Coeficient e de Confiabilidade em função de CV
nivel 99% nivel 95% nivel 90%
nivel 80% Logarít mica (nivel 80%) Logarít mica (nivel 90%)
Figura 2. Análise do Coeficient e de Confiabilidade – DQO 2006
As concent rações de projet o são inversam ent e proporcionais aos coeficient es de variação bem com o aos coeficient es de confiabilidade. No ent ant o, pelos dados seguirem um a dist ribuição lognorm al, est e com port am ent o é diferent e para m enores confiabilidades (figura 2), onde as linhas de t endência alt eram a sua inclinação ao eixo y, à m edida que o nível de confiabilidade é m enor. A curva de 80%, a part ir de um CV de 0.52, m ost ra as concent rações se elevando com m aior expressão com relação à dim inuição dos coeficient es de variação. Logo, ao escolher um a concent ração m aior, a probabilidade de superação a est e valor será m enor. Tam bém foi const at ado que, quant o m aior o nível de confiabilidade, m aiores serão as variações das concent rações de projet o e m ais rigorosa será a operação da ETE, já que baseados na m et odologia em pregada, esses result ados reflet em que, quant o m aiores os níveis de confiabilidade m enores deverão ser os ít ens que t enderão a ult rapassar às m et as legais, logo nest e caso, o risco é m aior. Para os CV’s de 0.16 e 0.52, e garant indo que 80% dos result ados at endessem ao padrão de lançam ent o de 200 m g/ L para DQO (figura 2), seria necessário projet ar um a ETE, cuja concent ração efluent e m édia fosse de 175 m g/ L, caso ela apresent asse um CV de 0.16. No ent ant o, caso o CV fosse de 0.52 (m aiores desvíos-padrão), est a seria de 148 m g/ L. Logo, para um m esm o nível de confiança, quant o m aior for o coeficient e de variação m enor deverá ser a concent ração previst a (sit uação crít ica), já que o CV em quest ão t raduz um a m aior variabilidade das concent rações efluent es de DQO. Para um CV de 0.16, o cenário operacional se t ornaria m ais favorável, podendo a ETE operar com um a concent ração efluent e m édia de 175m g/ L. Já para os m esm os CV’s e nível 99%, as concent rações seriam 140m g/ L e 65m g/ L, respect ivam ent e. Logo, para níveis de confiança m aiores (alt o rigor), as concent rações preconizadas devem ser menores, e nest e caso específico, deve ser garant ido que apenas 1% ult rapasse às m et as est abelecidas, onde no caso ant erior, seria perm it ido que 20% superassem os m esm os padrões.
0 50 100 150 200
0.16 0.47 0.52
Análise Concent ração DQO 99%
Análise Concent ração DQO 95%
Análise Concent ração DQO 90%
Conclusão
De acordo com os result ados obt idos, foi const at ado que 66.6% das ETE’s at enderam os padrões legais para DBO e DQO, e 100% para SST, segundo às norm as do CONAM A. Com relação aos padrões lit erários, Von Sperling (2005), det iveram os m elhores desem penhos os sist em as de lagoas de est abilização e o UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket ), com eficiências respect ivas de 96.5%, 65.6%, 69.9% e 77.1%, 62.5%, 59.2%, para as rem oções de DBO, DQO e SST. Os result ados obt idos dem onst raram a im port ância t ant o da análise de desem penho com o da invest igação da confiabilidade. Tam bém foi evidenciado que o m onit oram ent o das ETEs deve ser feit o de form a individual, prom ovendo a caract erização e diagnóst icos para solucionar especificam ent e cada ETE, at ravés de um a avaliação am pla e int egrada. Foi ent endido que as cargas aplicadas, as condições am bient ais e os parâm et ros operacionais são probabilíst icos por nat ureza e est ão sujeit os às m udanças aleat órias na sua int ensidade, com posição e sim ult aneidade de ocorrência. Há de se enfat izar que os result ados obt idos m ost raram a realidade exist ent e, m as não a capacidade de cada sist em a, que podem at ingir desem penhos superiores, bem com o m elhores confiabilidades.
Agradecimentos. Os aut ores agradecem o apoio para o desenvolvim ent o da pesquisa à Com panhia de Abast ecim ent o de Água e Esgot o do Ceará (CAGECE) bem como à Fundação Cearense de Apoio ao Desenvolvim ent o Cient ífico e Tecnológico (FUNCAP).
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