ODOR E DESODORIZAÇÃO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS
Paulo Belli Filho(1)
Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Engenheiro Sanitaristra formado pela UFSC. Mestre em Hidráulica e Saneamento formado pela EESC/USP. Doutor em Engenharia Ambiental pela Université de Rennes I. Pesquisador do CNPq.
Henrique de Mello Lisboa
Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da Universidade Federal de Santa Catarina. Especialista em Hidrologia pela Escuela de Hidrologia y Recurso Hidráulicos de Madri. Mestre em
Meteorologia pela USP. Doutor em Gestão da Qualidade do ar pela Université de Paul et des Pays de l’Adour, França.
Endereço(1): Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental. Universidade Federal de Santa Catarina - Florianópolis - SC - CEP: 88010-970 - Brasil - Tel: (048) 231-9597 - Fax: (048) 231-9770 - e-mail: belli@ens.ufsc.br
RESUMO
Apresenta-se, neste trabalho, um repertório de possibilidades metodológicas e tecnológicas para o tratar as emissões com maus odores em estações de tratamento de águas residuárias (ETE), incluindo os mecanismos de ações. Identifica-se os pontos críticos numa ETE e mostra-se as bases de compreensão para o processo de absorção de lavagem gás/líquido, através de oxidação química com cloro. Discute-se técnicas biológicas de desodorização (biodesodorização), considerando que começam a receber atenção, motivados pelo seu baixo custo e a eficiência equivalente às metodologias tradicionais. Estudou-se e apresenta-se os resultados de um biofiltro piloto, preenchido com turfa, utilizado para tratar emissões com gás sulfídrico, condição típica de uma ETE.
Os resultados mostraram que não identificou-se a presença de H2S no efluente do biofiltro, através de um tempo de contato da ordem de 20 segundos.
PALAVRAS CHAVES: Odor, Desodorização, Biodesodorização, Olfatometria, Biofiltro.
INTRODUÇÃO
Os maus odores tornaram-se um dos principais fatores de incômodos às populações das regiões rural e urbana devido a presença de diversas fontes de desconforto ambiental características destas localidades. Os maus odores são provenientes de misturas complexas de moléculas orgânicas ou minerais voláteis com propriedades físico-químicas diferentes.
Pode-se apresentar uma série de fontes de emissões com maus odores tais como estações de tratamento de águas residuárias, dejetos de animais, aterros sanitários, indústrias químicas e petroquímicas, processamento de madeiras, industria de papel e celulose, pinturas e fabricação de tintas, agro-indústrias etc.
Do ponto de vista de qualidade do ar, estes incômodos são certamente, com as poeiras, os mais fortemente e imediatamente percebidos pelo público. Apesar de alguns compostos serem potencialmente tóxicos, seus efeitos à saúde intervêem somente à concentrações dezenas de vezes superiores aos limites de detecção olfativo (exemplo H2S). As estações de tratamento de águas residuárias (ETE) no Brasil são implantadas para atender aos aspectos de qualidade das águas, e em sua maioria sem a adoção de formas de controle das emissões de maus odores. Porém, os órgãos ambientais, as companhias de saneamento estaduais e municipais, bem como as indústrias começam a preocupar-se de forma concreta com o controle destas emissões. Desta forma é necessário ter-se o domínio das soluções tecnológicas viáveis em termos econômicos, operacionais e de implantação para as condições ambientais, regionais e aos tipos de processos instalados no Brasil, para reduzir e controlar os incômodos provenientes de emissões com maus odores.
Apresenta-se neste trabalho um repertório de tecnologias para tratar as emissões com maus odores em estações de tratamento de águas residuárias, identificação dos pontos críticos numa ETE e o resultados de um estudo com um piloto de tratamento biológico (biofiltro com turfa) para gases ricos em gás sulfídrico (H2S).
OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é apresentar alternativas tecnológicas e resultados de um estudo, para desodorização das emissões com maus odores de estações de tratamento de águas residuárias.
MAUS ODORES EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS
O tratamento de efluentes líquidos gera subprodutos que são responsáveis por emissões com maus odores em função da produção de constituíntes pertencentes as famílias de compostos químicos tais como enxofre (H2S, mercaptanas e outros polienxofres), nitrogênio (NH3, clássicas aminas e aminas cíclicas), fenoís, aldeídos, cetonas, alcooís e ácidos graxos voláteis. Este efeito é resultado da decomposição das águas residuárias, ricas em aminoácidos (lipídeos, proteínas e polissacarídeos).
Os compostos de enxofre constituem a maioria das moléculas olfativas encontradas nas estações de tratamento e sobretudo o gás sulfídrico. Na prática estes são formados a partir de condições ambientais redutoras com potencial redox inferior a -50 mV, MARTIN e LAFFORT (1991). A redução de sulfatos por bactérias sulta-redutoras (Desulphovibrio e
olfativas importantes na geração de maus odores. São essencialmente a amônia (NH3), as aminas clássicas e o indole e escatole, provenientes da degradacão da urina, de proteínas e de amino ácidos.
Os limites olfativos e as famílias de moléculas mais importantes pelos maus odores encontrados na degradação de esgotos são apresentadas na mostra a tabela 1, enquanto que os principais pontos de emissão destes incômodos numa estação de tratamento de esgotos são apresentados na tabela 2. Portanto, um processo de desodorização deve ser dimensionado, implantado e operado para atender os limites preconizados na tabela 1.
Tabela 1 - Limites de percepção olfativos de compostos (Bonin et al ,1993).
FAMÍLIAS LIMITE OLFATIVO
mg/m3 Compostos de N
Amônia Aminas
Compostos de S H2S e mercaptanas Compostos carbonils Aldeídos e cetonas
20 0,03 à 0,1 0,002 à 0,1
0,2 à 0,4
Tabela 2 - Fontes de emissões com maus odores numa ETE (Bonin et al ,1993).
Pontos na ETE Concentrações médias (mg/m3)
H2S NH3
Elevatória Pré-tratamento Decantação Lodos ativados Espessador de lodo desidratação do lodo armazenamento do lodo
4,8 3,5 0,5 0,4 9,8 6,5 0,4
0,25 0,5 0,07 0,07 0,8 0,85
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DESODORIZAÇÃO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO EFLUENTES LÍQUIDOS ATRAVÉS DE OXIDAÇÃO COM CLORO
O processo de absorção de lavagem gás/líquido,através da oxidação, é a técnica mais empregada para desodorizar as emissões com maus odores de Estações de Tratamentos e Esgotos, Martin &Laffort (1991). Os lavadores são torres de absorção que funcionam a contra corrente, preenchidas com meio suporte para otimizar o contato gás/líquido, com recirculação contínua solução líquida, conforme a figura 1. Os oxidantes podem ser:
Cloro, ozônio, permanganato de potássio e peróxido de hidrogênio.
Figura 1: Torre de lavagem por oxidação química para desodorização.
A quantidade de torres de lavagem química depende da natureza e das concentrações dos compostos e em geral duas a três torres são empregadas. Em função das características dos compostos, as soluções químicas mais empregadas são :
- Compostos com enxofre ( H2S e mercaptanas): solução básica ou meio básico com oxidante (cloro);
- Compostos com nitrogênio (NH3 e aminas): solução ácida ou solução ácida com oxidante (cloro);
- Aldeídos, ácidos e cetonas: solução básica oxidante ou solução básica com capacidade redutora.
OXIDAÇÃO DOS COMPOSTOS MAUS ODORANTES
Os mecanismos de oxidação com cloro sobre os compostos maus odorantes são apresentados nos esquema abaixo.O cloro pode ser utilizado sob a forma gasosa, porém o hipoclorito de sódio (NaOCl) é o mais empregado como oxidante. Ação do cloro sobre derivados de enxofre:
Ação do cloro sobre NH3:
Ação do cloro sobre aminas:
As relações de Cl2/composto odorante são as seguintes:
H2S : 4 moles de Cl/mol H2S NH3 : 7,6 mg Cl2/mg NH4
RNH2 : 2 moles Cl2/mol RNH2
A ação do Cl2 sobre mercaptanas é complexa. Para eliminar estes compostos, emprega-se excesso de Cl2, passando-se o rendimento de 10 - 15% à 85 - 95%, com pH >10. Observa- se que os consumos de cloro e do composto básico (NaOH) aumentarão.
BIODESODORIZAÇÃO DE EMISSÕES GASOSAS EM ETES
As emissões gasosas mal odorantes constituídas de compostos de nitrogênio, enxofre, solventes e outros compostos orgânicos voláteis (COV) podem ser tratadas por diversos processos, tais como absorção por oxidantes, combustão, adsorção, biodesodorização (tratamento biológico dos maus odores) em biofiltros (meio suporte : turfa, composto orgânico ou solo), biolavagem e biopercolação, SCHOLTENS e DEMMERS (1990) e MARTIN e LAFFORT (1991).
A biodesodorização de gás mal odorante implica no contato da biomassa e do substrato a ser tratado. O tratamento biológico dos compostos gasosos é realizado através de microrganismos e enzimas para oxidar a matéria orgânica, parcialmente ou totalmente, até a produção de água e gás carbono. A biodegradação exige a presença de matéria carbonácea, do oxigênio, de derivados de nitrogênio, de enxofre e de fósforo. Os compostos para degradar são, geralmente, pouco concentrados e são moderadamente hidrossolúveis e adsorvidos.
A lavagem biológica dos gases é análoga ao princípio da lavagem química. Independente das variantes operacionais os dois processos utilizam os mesmos parâmetros clássicos:
solubilidade, coeficiente de partição, temperatura, pH, tempo de contato, etc. A lavagem
do gás seguida de uma biodepuração conduz ao processo dito de biolavagem. Neste processo os gases são extraídos pela água que os transporta aos microrganismos, adaptados neste meio líquido.
Na biofiltração, os microrganismos estão presentes no meio de passagem dos gases. Os biofiltros podem ser constituídos de material orgânico semi natural (turfa, composto orgânico, polystirenos, lodo desidratado de estações de tratamento de efluentes) ou inorgânico ( pozolana, argila, zeolita), Martin e Laffort (1991). O meio filtrante deve ser húmido (50 - 80%) e possuir condições de funcionar como suporte bacteriano. A figura 4 resume as transformações referentes aos compostos de enxofre, na qual é depurado por oxidação em SO42- através de microorganismos autotróficos, Belli FO (1995).
Figura 4: Mecanismos biológicos para eliminar H2S.
A biofiltração pode ser empregada para tratar efluentes gasosos de diversos processos industriais , Le Cloirec et al (1993) : industrias agro-alimentícias, indústria de cigarros, estações de tratamento de águas residuárias, produtos cerâmicos, fundições, pinturas, industria farmacêutica. Belli Fo e Martin (1996), apresentaram resultados de um biofiltro piloto para tratar emissões gasosas com H2S e NH3, mostrando a sua eficiência para desodorizar fontes com maus odores com estes compostos, figura 5 e 6.
Figura 5: Biofiltro para tratamento de emissões com H2S.
Figura 6: Resultados da eficiência de um biofiltro (Belli &Martin, 1996).
35 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20
entrada efluente
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Finalmente, quanto a viabilidade econômica do biolfiltro como alternativa para desodorização apresenta-se na tabela 4 informações sobre aspectos econômicos, Bohn (1992).
Tabela 4: Comparação de tecnologias para desodorização (Bohn, 1992).
Processo U$/105ft3 de ar tratado Incineração
Cloro Ozônio
Carvão ativado Biofiltração
130 60 60 20 8
CONCLUSÕES
Cada tecnologia apresentada possui suas vantagens e desvantagens. Os biofiltros exigem maior área de implantação enquanto as torres de lavagem exigem menos. Porém quanto ao custo operacional, facilidades de manutenção e de acompanhamento a biofiltração torna-se uma alternativa mais interessante para as condições brasileiras.
Quanto ao processo de oxidação com lavagem de cloro, cuidados operacionais são superados através de um treinamento criterioso do operador. Do ponto de vista dos autores estas duas tecnologias adaptam-se bem às condições das estações de tratamento de efluentes líquidos no Brasil.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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5. BONNIN, C; MARTIN, G; GRAGNIC, G. 1993. Bioepuration de gaz odorants de stations d’epuration d’eaux urbaines. II Simposium International sur la caractérisation et la réduction des émissions d’odeurs et de COV dans l’industrie de procédés. Louvain-la-Neuve, Bélgica.
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&Doc Lavoisier, Paris, 452 pp.
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(eds). Elsevier Applied Science, 92 - 97.
