Pós tratamento de efluentes de reatores anaeróbios- cap 9

Pós tratamento de efluentes de reatores anaeróbios- cap 9

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9 PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATORES ANAERÓBIOS – UMAANÁLISE CRÍTICA

Pedro Alem Sobrinho, Eduardo Pacheco Jordão

No Brasil, até a década de 70, o uso de processos anaeróbios para o tratamento de esgotos era restrito basicamente às lagoas anaeróbias, aos decanto-digestores (fossas sépticas e tanques Imhoff, para a estabilização do lodo retido) e aos digestores de lodos produzidos no tratamento da fase líquida de estações de tratamento de esgotos. O tratamento de esgotos era quase que exclusivamente através de lagoas de estabilização, de filtros biológicos, ou de processo de lodos ativados.

O uso de fossas sépticas, para solução individual ou de pequenos aglomerados populacionais, era normalmente associado a uma posterior infiltração no terreno, através de sumidouros ou ainda, raramente, através de valas de infiltração. A partir da década de 80, o uso de filtros anaeróbios como tratamento complementar às fossas sépticas se tornou bastante popular, com a promulgação, em 1982, da NBR 7229 - Construção e Instalação de Fossas Sépticas e Disposição dos Efluentes Finais, da ABNT.

O uso intensivo de sistemas de fossa séptica seguida de filtro anaeróbio ocorreu, principalmente, devido ao fato desse sistema ser extremamente simples de construir e operar e também de se projetar com o uso da NBR 7229/82, que dispensava a necessidade de especialistas em tratamento de esgotos, além de ter custo aceitável de implantação. Ainda hoje (já com a nova NBR-7229/1993 – Projeto, construção e operação de sistemas de tanques sépticos e a mais recente NBR 13969/1997 – Tanques sépticos – Unidades de tratamento complementar e disposição final dos efluentes líquidos – Projeto, construção e operação), os sistemas depuradores de esgotos sanitários com fossa séptica e filtro anaeróbio continuam sendo intensivamente utilizados para novos loteamentos com populações inferiores a 1.0 habitantes.

Os tanques Imhoff, com câmara de decantação na parte superior e câmara de digestão de lodo na parte inferior, normalmente utilizado em conjunto com leitos de secagem de lodo, foi inicialmente utilizado como única unidade de tratamento de esgotos, porém, como a qualidade do efluente não era boa, passou a ser utilizado tendo como tratamento complementar o filtro biológico seguido de decantador secundário. O lodo produzido no filtro biológico e retido no decantador secundário era encaminhado ao tanque Imhoff para digestão, em conjunto com o lodo removido na câmara de sedimentação desse tanque. Esta foi, possivelmente, a primeira combinação de sistema depurador de esgoto sanitário com o uso de pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Nas décadas de 30 a 50, várias ETEs com essa concepção foram implantadas no Estado de São Paulo, para populações inferiores a 10.0 habitantes, tendo sido a maioria abandonada, após relativamente pouco tempo de implantação, por falta de operação adequada.

Os tanques Imhoff, desde vários anos atrás, praticamente não são mais construídos no Brasil, uma vez que podem ser substituídos por outros sistemas anaeróbios mais econômicos e de maior eficiência.

No começo da década de 80, iniciavam-se no Brasil estudos para a utilização do reator anaeróbio do fluxo ascendente e manta de lodo (reator UASB), desenvolvido na década anterior na Holanda (Lettinga e colaboradores), para o tratamento de esgotos sanitários. Por sua simplicidade, altas taxas de tratamento e eficiência bem maior que nos tratamentos primários (embora não equivalente ao tratamentos aeróbios), produzindo lodo já estabilizado e a um custo bastante atraente, os reatores UASB passaram a merecer a atenção de vários grupos de pesquisadores e engenheiros da área de tratamento de esgotos, destacando-se inicialmente o da CETESB, da Escola de Engenharia de São Carlos - USP, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo e especialmente o da Companhia de Saneamento do Paraná - SANEPAR, que foi o responsável pelo início e profusão da aplicação prática desses reatores anaeróbios.

A exploração inadequada dos reatores UASB para o tratamento de esgotos sanitários e despejos industriais, por alguns profissionais com conhecimento deficiente a respeito desse sistema depurador, que apregoavam uma qualidade do efluente desses reatores equivalente ao do tratamento por processos biológicos aeróbios, e uma operação livre de problemas de odores, levou a alguns resultados bem inferiores àqueles prometidos, levando inclusive ao desgaste da credibilidade dos reatores UASB junto a vários órgãos estaduais e municipais de saneamento básico e a órgãos de controle de poluição das águas.

Todavia, com a continuidade dos estudos e pesquisas de tratamento anaeróbio por reatores UASB, bem como da seleção de melhores concepções desses reatores dentre as desenvolvidas pela equipe da SANEPAR (que os denomina RALF), com elevado número de unidades implantadas no Paraná, na década de 90, e mais recentemente os trabalhos de pesquisa e de divulgação da UFMG e do Grupo do PROSAB – Tema 2 (Tratamento de Esgotos), os reatores UASB vêm retomando a sua credibilidade para o tratamento de esgotos sanitários, com a sua utilização em vários estados do país.

As lagoas anaeróbias, por serem os reatores anaeróbios mais econômicos, desde que o terreno para a sua implantação seja adequado, começaram a ser utilizadas no Brasil na década de 60, e foi estudada particularmenten aE scolaP olitécnicad aU SP (Prof. Benoit A. Victoretti), na CETESB (Hideo Kawai e colaboradores) e na Universidade Federal da Paraíba (Prof. Salomão Anselmo daS ilvaec olaboradores).

Os procedimentos de projeto de lagoas anaeróbias, inicialmente utilizados, sofreram algumas modificações sensíveis e essas lagoas vêm sendo bastante utilizadas para o tratamento de esgotos domésticos, quase sempre precedendo a lagoas fotossintéticas, em um sistema denominado no Brasil, pelo Prof. Benoit A. Victoretti, de sistema australiano.

Com a comprovação das vantagens econômicas decorrentes do uso de reatores anaeróbios para o tratamento de esgotos sanitários, mesmo quando associados a tratamentos complementares aeróbios, para se obter um efluente de melhor qualidade, e especialmente agora, em épocas de escassez de energia no país, o uso de reatores anaeróbios vem ganhando cada vez maior destaque. Além disso, hoje já é bem dominado tecnicamente (porém, com algumas instalações implantadas de forma inadequada, o que prejudica a sua avaliação por parte da população), e começa a ser mais intensamente aplicado no tratamento de esgotos sanitários, normalmente seguido de um tratamento complementar para atender às exigências da legislação ambiental em vigor.

9.2 USOSM AISF REQUENTESD OS PROCESSOSANAERÓBIOSN O TRATAMENTO DEESGOTOS SANITÁRIOS

9.2.1 Decanto-digestores (fossas sépticas e tanques Imhoff)

As fossas sépticas são normalmente utilizadas para soluções individuais, precedendo a infiltração de efluente no terreno ou precedendo filtros anaeróbios. Para populações de até cerca de 500 a 1.0 habitantes, as fossas sépticas são normalmente utilizadas precedendo filtros anaeróbios. Por terem remoção de lodo no máximo uma vez por ano, as fossas sépticas devem ter um volume razoavelmente grande para armazenamento de lodo, o que limita a sua aplicação à faixa de população referida.

Os tanques Imhoff, que têm remoção de lodo mais freqüente e são, em realidade, fossas com câmaras sobrepostas, também podem ser utilizados precedendo filtros anaeróbios, porém, para populações que não ultrapassem 1.0 a 2.0 habitantes. Para populações maiores, os reatores UASB têm se mostrado mais vantajosos do que os tanques Imhoff.

O lodo removido nos decanto-digestores é considerado estabilizado.

9.2.2 Filtros anaeróbios

Até há pouco tempo os filtros anaeróbios eram limitados a pequenas populações, tratando efluentes de decanto-digestores. Hoje, a sua utilização após reatores UASB, para se garantir efluente final com DBO < 60 mg/L, mesmo para cidades de população superior a 50.0 habitantes, já vem sendo praticada. Nestes casos, os parâmetros atuais de dimensionamento dos filtros anaeróbios, apresentados no capítulo 4, são baseados em trabalhos de pesquisas em escala piloto e em resultados de campo, e são bem menos restritivos que aqueles propostos pela NBR 13.969/1997, que levam a unidades superdimensionadas. Instalações de reatores UASB seguidos de filtros anaeróbios já estão implantados no Paraná e em Minas Gerais (ver Figuras 4.26 e 4.27). No âmbito do PROSAB, os filtros anaeróbios foram estudados como pós-tratamento de reatores UASB na UFMG e na UFRN, sendo que esta última vem pesquisando diferentes tipos de material de enchimento. O efluente final sempre apresenta DBO < 60 mg/L, mesmo em condições operacionais que resultam um tempo de detenção, no filtro, metade daquele recomendado pela NR 13.969/1997, da ABNT, para efluentes de fossa séptica.

9.2.3 Reatores UASB

Estes sistemas anaeróbios vêm demonstrando grande aplicabilidade para qualquer população esgotada, com eficiência de remoção de DBOr azoavelmente boaeau m custo relativamente baixo. Embora boa parte das unidades instaladas não seja seguida de pós-tratamento, e também não atenda ao limite de DBO de 60 mg/L, por solicitação dos órgãos de controle ambiental alguns reatores UASB já possuem tratamento complementar, através de lagoas de estabilização fotossintéticas. Outros reatores UASB já vêm sendo projetados e instalados, seguidos de tratamento biológico aeróbio complementar, com o lodo, gerado nesta fase de pós-tratamento, sendo encaminhado para estabilização no reator UASB. São exemplos pioneiros:

• os filtros biológicos percoladores, já instalados nas três ETEs de Londrina – Paraná (ver Figura 4.1);

• os sistemas de lodos ativados instalados na ETE Piracicamirim, de Piracicaba, e da ETE Botucatu (em implantação) – São Paulo;

• os biofiltros aerados submersos instalados no Espirito Santo e em Minas Gerais, em pequenas bacias (ver Fig. 4.20 e 4.2).

Também, reatores UASB seguidos de tratamento físico-químico, com aplicação de cloreto férrico e polieletrólito, e separação dos flocos por flotação com ar dissolvido já se encontram em operação em Campo Largo – Paraná (ver Figura 6.9), e em Uberlândia – Minas Gerais, e um sistema com separação dos flocos por decantação com lamelas se encontra em operação em Cascavel - Paraná. Outras duas instalações de porte, Atuba Sul e Santa Quitéria, em Curitiba – Paraná, acham-se com o sistema de pós-tratamento em projeto (aplicação de coagulantes e separação dos flocos por flotação).

Existe hoje grande tendência na utilização de reatores UASB seguidos de sistemas biológicos aeróbios para a remoção de matéria orgânica (DBO efluente inferior a 30 mg/L) e mesmo para a nitrificação do efluente final (N-amoniacal < 5 mg/L). Este assunto será tratado mais detalhadamente a seguir neste capítulo.

Umad as maioreso bjeçõesa o uso dosr eatores UASBe m zonas urbanaséo possível odor resultante dos processos anaeróbios. Embora seja possível minimizar tais problemas, cobrindo os reatores e tratando o gás produzido, várias das unidades já implantadas não cuidaram adequadamente do controle de odores gerados, fato que já vem produzindo alguma rejeição ao uso desses reatores junto a áreas urbanas.

Um cuidado especial com os reatores UASB deve ser em relação à corrosão das estruturas de concreto, próximo e acima do nível do líquido. Várias unidades implantadas, sem a devida proteção do concreto, já se apresentam bastante comprometidas. A proteção do concreto nos reatores UASB é apresentada em outro livro do PROSAB, “Tratamento de esgoto sanitário por processo anaeróbio e disposição controlada no solo”.

9.2.4 Lagoas anaeróbias

As lagoas anaeróbias são geralmente utilizadas precedendo lagoas de estabilização fotossintéticas. Não existe basicamente um limite de população para a sua utilização, desde que se tenha área e solo adequados à sua implantação. Quando se tem essas condições, as lagoas resultam no sistema de tratamento mais econômico e, por isso mesmo, são bastante utilizadas. Por problemas de odores, recomenda-se que as lagoas anaeróbias estejam a, pelo menos, 500 metros de residências.

O uso de lagoas anaeróbias precedendo lagoas fotossintéticas é claramente vantajoso. Demonstra-se que a área ocupada pelo conjunto das lagoas em série é menor do que a necessária para apenas uma lagoa fotossintética. Além disso, a lagoa anaeróbia inicial, mais profunda, é mais adequada para eventuais acúmulos de areia, e é também mais favorável para eventuais cargas de choque afluentes. Já existem, também, alguns estudos para o uso de lagoas anaeróbias precedendo lagoas aeradas.

9.3 PÓS-TRATAMENTO DE EFLUENTES DE REATORES ANAERÓBIOS, POR PROCESSOS BIOLÓGICOS AERÓBIOS

Como já referido, existe tendência no Brasil à utilização da combinação de processos anaeróbios, particularmente reatores UASB, e processos aeróbios, para se ter um efluente final com as características equivalentes a de sistemas de tratamento biológico somente aeróbio, com DBO < 20 a 30 mg/L, sólidos suspensos totais < 30 mg/L e, se necessário, N-amoniacal < 5 mg N/L.

Em comparação a uma ETE convencional, constituída de decantador primário seguido de tratamento biológico aeróbio (lodos ativados, filtro biológico percolador, biofiltro aerado submerso ou biodisco), com os lodos primário e secundário passando por adensadores de lodo e por digestores anaeróbios, antes do desaguamento (ou desidratação), uma ETE constituída de reator UASB seguido do tratamento biológico aeróbio, com o lodo secundário encaminhado para digestão no próprio reator UASB e daí, direto para a desaguamento, pode apresentar as seguintes vantagens:

• Os decantadores primários, adensadores de lodo e digestores anaeróbios podem ser substituídos, com todos os seus equipamentos, por reatores UASB, que dispensam equipamentos. Nessa configuração, os reatores UASB passam a cumprir, além da função precípua de tratamento dos esgotos, também as funções de digestão e adensamento do lodo aeróbio, sem a necessidade de qualquer volume adicional.

• Pelo fato do reator UASB apresentar eficiência de remoção de DBO cerca do dobro dos decantadores primários, o volume dos reatores biológicos aeróbios (tanque de aeração, ou filtro biológico, ou biofiltro aerado submerso, ou biodisco) poderá ser reduzido para cerca de metade do volume dos tanques ou reatores das ETEs convencionais. Os decantadores secundários, por receberem um afluente com menor concentração de sólidos em suspensão, podem sofrer uma redução de área superficial.

• Para o caso de sistemas de lodos ativados, o consumo de energia para aeração cairá para cerca de 45 a 5% daquela ETE convencional, quando não se tem nitrificação, e para cerca de 65 a 70%, quando se tem nitrificação quase total.

• O custo de implantação da ETE com reator UASB seguido de tratamento biológico aeróbio será, no máximo, 80% daquele de uma ETE convencional e o custo operacional, devido à maior simplicidade e menor consumo de energia do sistema combinado, anaeróbio-aeróbio, pode representar, ainda, uma maior vantagem para este sistema (SILVA, 1993).

Por outro lado, experimentos realizados na CETESB/EPUSP com reator UASB seguido de lodos ativados de concepção tradicional, com decantador secundário para esgoto sanitário contendo grande parte de sua carga orgânica de origem industrial, mostraram problemas de crescimento excessivo de organismos filamentosos no sistema de lodos ativados. Entretanto, em operação de sistema piloto, com esgoto sanitário predominantemente doméstico, esse problema foi contornado quando a operação do sistema foi efetuada com cerca de 20% do volume inicial do reator biológico não aerado, e sem nitrificação no sistema.

Mais recentemente, estudos desenvolvidos por VON SPERLING et al. (2000) na UFMG, com bom desempenho, mostraram, também, o eventual desenvolvimento de organismos filamentosos em sistemas de lodos ativados, em reatores de mistura completa, em escala de laboratório. O desempenho geral foi amplamente satisfatório, em termos de remoção de DQO, e os organismos filamentosos predominaram apenas quando o reator de lodos ativados entrou em sobrecarga, devido a by-pass do esgoto bruto (teste efetuado no experimento).

Em sistemas de lodos ativados, a nitrificação parece ser mais difícil de ocorrer, com efluente de reator anaeróbio, do que com efluente de decantador primário ou com despejo bruto. A idade de lodo, que parece garantir a nitrificação para as nossas temperaturas, é de cerca de 7 dias.

Em vista de várias teorias existentes a respeito de intumescimento de lodos ativados, existe certa preocupação com o uso de reatores UASB seguidos por lodos ativados.

Em Piracicaba (SP), já está em operação uma ETE com reator UASB seguido de um sistema de lodos ativados dimensionado para baixa concentração de sólidos suspensos no tanque de aeração. Este tanque foi construído em talude de terra, revestido com manta plástica e com decantador laminar anexo. Nesse sistema, não se tem observado problemas de filamentosos e, como o sistema de aeração implantado é limitado, não ocorre a nitrificação. De acordo com as informações obtidas em visita à ETE, o efluente final vem apresentando DBO5 < 30 mg/L e SST < 30 mg/L. O custo de implantação da ETE foi de R$ 50/habitante (CAMPOS, 1998).

Ainda na CETESB, SALOMÃO JR. (1996) operou um sistema piloto de lodos ativados por batelada, com efluente de reator UASB, sem problemas de crescimento de filamentosos e com boa nitrificação, com idade de lodo de referência igual ou superior a 10 dias. Também, em experimentos em Campina Grande, na UFPB, dentro do PROSAB, utilizando sistema de lodo ativado em batelada, com cargas de alimentação em período de tempo muito curto, resultando em relação Alimento/Microrganismo bastante elevada ao início de cada ciclo, van Haandel e colaboradores não tiveram qualquer problema com o aparecimento de organismos filamentosos. Todavia, o uso de lodos ativados para tratamento de efluentes de reatores anaeróbios, com concentrações relativamente baixas de matéria orgânica biodegradável, resulta em um volume destinado ao lodo sedimentado muito pequeno em relação ao volume destinado à alimentação, resultando normalmente em operação com elevada variação de nível no reator, o que pode ser um fator negativo em relação à escolha dos equipamentos de aeração. Ainda, no âmbito do PROSAB, na UFRGS, foi estudado o sistema de lodos ativados em batelada, em escala piloto, visando a remoção biológica de nutrientes, tendo-se conseguido efluente com DBO< 30 mg/L e nitrificação superior a 80%, porém, a remoção de N e P foi muito pobre sem a utilização de uma fonte externa de carbono. Nestes experimentos todos, tem-se observado também que a nitrificação é mais difícil de ocorrer do que em sistemas que recebem esgoto decantado.

ETEs com reator UASB seguido de filtro biológico percolador de alta taxa, com leito de pedras, já foram projetadas. Destaca-se o caso do sistema de esgotos sanitários de Londrina e Cambé, da SANEPAR, onde 3 ETEs foram implantadas com esta concepção, sendo que a ETE Caçadores já está operando desde agosto de 1998 e as outras duas entraram em operação em 2000. Os resultados de operação da ETE Caçadores vêm apresentando um efluente com DBO< 30 mg/L, sendo que no filtro biológico a eficiência de remoção de DBO é um pouco superior a 70%, para taxas de aplicação até 1,0 kg DBO/m3.dia. Não se observa nitrificação nesta ETE. No PROSAB, o uso de filtros biológicos percoladores vem sendo estudado na PUC-PR e na UFMG, com resultados bem compatíveis com os observados na ETE Caçadores. A implantação de filtros biológicos percoladores é mais favorável em terrenos de topografia razoavelmente acidentada, de modo a que estes possam usufruir naturalmente da carga que necessitam.

Várias pequenas ETEs contendo reator UASB seguido de biofiltro aerado submerso, com enchimento granular, sem uso de decantador secundário e com remoção de lodo do biofiltro por retrolavagem estão em operação, principalmente no Espírito Santo e em Minas Gerais. As ETEs normalmente foram projetadas para remoção de matéria orgânica, sem nitrificação, produzindo um efluente com DBO< 30 mg/L. Uma ETE, implantada na UFES dentro do PROSAB, com reator UASB seguido de biofiltros aerados submersos em série, vem sendo estudada com o objetivo de se obter as condições operacionais para uma eficiente nitrificação. Os primeiros resultados indicam maior dificuldade de nitrificação do que para efluentes de decantador primário.

Outra alternativa de pós-tratamento de efluentes de reatores UASB, que vem sendo estudada na EPUSP e, dentro do PROSAB, pela PUC-PR, é o uso de filtros biológicos aerados submersos, com enchimentos semelhantes aos utilizados em filtros percoladores, seguidos de decantadores secundários. Os resultados dos experimentos em escala piloto são similares àqueles obtidos para os filtros biológicos percoladores. Três sistemas de tratamento com essa concepção já estão projetados para implantação pela SANEPAR, em ETEs de relativamente pequeno porte, onde não se tem desnível disponível no terreno para o uso de filtros percoladores.

ETEs com reatores UASB seguidos de biodiscos modificados, com rodas montadas de mangueiras plásticas corrugadas, e de decantadores secundários, foram implantadas, principalmente nos Estados de São Paulo e Mato Grosso do Sul, obtendo-se efluentes com

DBO£ 50 mg/L, com 01 estágio de biodisco, e DBO£ 30 mg/L, com 02 estágios.

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