ARGILA NODULIZADA VERSUS CARVO ATIVADO COMO LEITOS SUPORTE DE FILTROS BIOLGICOS NO TRATAMENTO DE ESGOTOS DOMSTICOSResumoEm experimentos montados em escala de bancada, operados em batelada, foram utilizados leitos suporte de argila nodulizada e carvo ativado, para filtros biolgicos ou percoladores destinados ao tratamento de esgotos domsticos.Os filtros biolgicos foram precedidos de pr-filtros, com leitos suporte de brita grantica e anis plsticos Pall. Os resultados obtidos mostraram que a argila nodulizada, com custo 3,5 vezes menor que o carvo ativado, apresentou eficincia muito prxima a do carvo na remoo dos principais parmetros poluentes analisados.Representa, por isso, uma interessante alternativa de leito suporte para formao de biofilme em filtros biolgicos, no tratamento de esgotos domsticos. O acompanhamento simultneo de filtro biolgico com leito suporte de areia grossa (filtro biolgico de baixa taxa), precedido de pr-filtro com leito suporte em anis Pall, permitiu a comprovao da alta eficincia da argila nodulizada na remoo de carga orgnica (DQO e DBO), nitrognio total e nitrognio amnia.AbstractIn performing batch experiments on a lab scale, we used sedimentation beds of nodular clay and activated charcoal as biological or percolating filters to treat domestic sewage.Biological filters were preceded by pre-filters with broken-granite beds and plastic Pall rings. The results have shown that nodular clay, 3.5 times less expensive than activated charcoal, was nealy as efficient in removing the main pollutants analyzed.Therefore it is an interesting alternative sedimentation bed to form biofil in biological filters, for the treatment of domestic sewage. The simultaneous follow up of a biologic filter with a grit sedimentation bed (low-rate biological filter), preceded by a pre-filter with Pall ring sedimentation bed, enabled us to prove that nodular clay is highly efficient in removing the organic load (DQO and DBO), total nitrogen, and amonia-nitrogen.IntroduoA utilizao de carvo ativado como leito suporte em filtros rpidos no tratamento de gua, e em filtros biolgicos no tratamento de esgotos, tem mostrado a alta eficincia que este material apresenta, no s do ponto de vista de remoo de carga orgnica, como principalmente na remoo de elementos e compostos no-biodegradveis, como os metais pesados.Isto decorre da sua grande capacidade adsortiva, que devida ao de diversos tipos de foras qumicas como ligaes de hidrognio, interaes dipolo-dipolo e foras de Van der Waals (DI BERNARDO, 1993).A utilizao econmica do material depende, no entanto, de um meio eficaz de regenerao, uma vez que tenha o mesmo alcanado sua capacidade mxima de adsoro (METCALf & EDDY, 1985). Este um dos principais aspectos que tem limitado o uso de carvo ativado granulado como elemento suporte de filtros, pelas concessionrias de saneamento no Rio Grande do Sul. Em alguns casos espordicos, quando caracterizada a necessidade de remoo de poluentes refratrios ao tratamento biolgico, essas concessionrias tm lanado mo do carvo ativo em p, sem regenerao posterior.Ao mesmo tempo, a bibliografia escassa no que se refere ao uso de argila nodulizada, ou expandida, como leito suporte em filtros biolgicos. Muito leve e bastante porosa, e ainda, custando bem menos do que o carvo ativado, pode representar uma interessante e competitiva alternativa para o uso do carvo, desde que a sua eficincia no tratamento de esgotos possa atingir nveis prximos aos alcanados por aquele material.Neste trabalho, observou-se a performance de dois filtros biolgicos, um com leito suporte de carvo ativado e outro com argila nodulizada, ou expandida, tratando esgotos domsticos. Buscou-se verificar a viabilidade da utilizao da argila expandida, bem como a sua eficincia frente a um afluente de caractersticas predominantemente urbanas. Um terceiro filtro, com leito suporte em areia grossa, foi utilizado para que se pudesse comprovar os resultados obtidos com aqueles observados em filtros convencionais de areia.Material e mtodosMontagem do experimentoOs filtros biolgicos ou percoladores foram montados precedidos, cada um, de uma unidade de pr-filtrao, que visava reter e degradar possveis altas concentraes de matria orgnica, normalmente encontradas em lixiviados de aterros jovens.As unidades de pr-filtrao foram executadas em tubo plstico com dimetro de 150 mm, altura til de 50 cm, com meio suporte para formao de biofilme composto de brita grantica de granulometria 01 para os filtros de carvo ativado e areia grossa, e anis Pall para o filtro de argila nodulizada. Os pr-filtros tinham o fundo selado por uma chapa plstica colada em sua borda, e junto chapa, no nvel do fundo, um tubo plstico de 25 mm, que permitia a sada do efluente pr-tratado; eram abastecidos a partir de um reservatrio superior com capacidade para 10 litros, com o esgoto sendo mantido permanentemente agitado por equipamento eletromecnico, evitando-se a sedimentao dos slidos em suspenso. Os pr-filtros alimentavam por gravidade as unidades de filtrao biolgica, executadas em tubos plsticos com dimetro de 200 mm, altura til de 100 cm, cujo meio suporte foi composto em um caso por carvo ativado vegetal de casca de coco, outro por argila nodulizada e outro por areia grossa ou regular usada na construo civil. Os filtros biolgicos tinham o fundo selado com uma chapa de madeira circular colada, e junto chapa, no nvel do fundo, um tubo plstico de 25 mm, para a coleta do efluente final do sistema. Para evitar entupimentos, colocou-se sobre o fundo uma camada de 3 cm de brita grantica 01. Os pr-filtros e filtros biolgicos foram montados sobre plataforma de madeira e foram identificados da seguinte forma:PF.1 - Pr-filtro 1 (leito suporte de brita grantica com granulometria 01);PF.2 - Pr-filtro 2 (leito suporte de anis Pall );PF.3 - Pr-filtro 3 (leito suporte de anis Pall);FB.1 - Filtro biolgico 1 (leito suporte de carvo ativado);FB.2 - Filtro biolgico 2 (leito suporte de argila nodulizada);FB.3 - Filtro biolgico 3 (leito suporte de areia grossa).A Figura 1 representa esquematicamente (em corte) o experimento.

Taxa de aplicao de esgotos utilizadaA taxa de aplicao de esgoto sobre as unidades de pr-filtrao e filtrao biolgica foi de 5 litros/dia, resultando nas unidades de pr-filtrao uma lmina de lquido de 28,4 cm/dia, e nas de filtrao biolgica de 16 cm/dia, que correspondem a uma taxa de aplicao superficial de 1.600 m3/ha.dia.Durao do perodode experimentao/esgotos utilizados no estudoA experimentao teve incio em 12.8.96 e foi concluda em 24.9.96, quando os resultados obtidos apontaram para a estabilidade biolgica do processo, durando, assim, 43 dias. Os esgotos utilizados no estudo foram os afluentes ETE Arvoredo e EBE Ponta da Cadeia, cedidos pelo DMAE (Departamento Municipal de gua e Esgotos, de Porto Alegre/RS).ProcedimentosO procedimento experimental consistiu na aplicao diria (ao longo de 8 horas) de esgoto bruto nos pr-filtros, durante cinco dias da semana, com descanso para o sistema aos sbados e domingos, ao longo de todo o perodo do estudo. O procedimento analtico consistiu na caracterizao do afluente bruto aplicado aos pr-filtros, e dos efluentes dos pr-filtros e filtros biolgicos, sendo analisados DBO5, DQO, pH, Nitrognio Total de Kjeldahl, Nitrognio Amnia, Nitrito, Nitrato, Fsforo Total, Fosfato, Sulfato, Cromo, Zinco e Ferro. As anlises foram realizadas segundo a APHA (1992).Resultados e discussoAs mdias dos resultados obtidos durante a experimentao so os constantes da tabela 1.Os resultados constantes da tabela 1, permitem o desenvolvimento da discusso em seqncia.

Unidades de pr-filtraoNas trs primeiras semanas de experimentao, observa-se as maiores eficincias na remoo de DQO total no pr-filtro em brita grantica. razovel tambm admitir que o aumento de eficincia verificado da primeira para a terceira semana decorreu do aumento na concentrao da carga orgnica afluente. Nas quarta e quinta semanas, verifica-se pequeno decrscimo na concentrao de DQO total, embora pouco significativo, para a perda abrupta de eficincia verificada em todos os pr-filtros; j, nas sexta e stima semanas, os pr-filtros voltam a apresentar eficincia na remoo da DQO total, atingindo-se percentuais de 64,1 % no leito suporte de brita grantica, e 61,3 % e 53,3 % nos de anis Pall. Em termos de DQO filtrada, a tendncia observada segue aquela constatada para DQO total, sempre com vantagem para o pr-filtro em brita grantica.As elevadas eficincias verificadas nos pr-filtros podem ser devidas s provveis disponibilidades de Oxignio dissolvido nos leitos filtrantes e reteno de slidos orgnicos em suspenso no afluente. O incremento significativo de concentrao ocorrido nas quarta e quinta semanas, com perda completa de eficincia em termos de remoo de DQO total, e a baixa eficincia em termos de DQO filtrada, que atingiu 34,1% no leito em brita grantica, pode ser provavelmente devida perda de slidos orgnicos em suspenso retidos durante as trs primeiras semanas de operao. J, nas sexta e stima semanas, surgem indcios da estabilizao do processo, com a recuperao da eficincia em termos de DQO total, que volta a apresentar percentuais de remoo similares queles observados ao incio da experimentao. O leito de brita grantica alcana a mais alta eficincia dentro do perodo de estudo. Provavelmente, a ntida vantagem observada para o pr-filtro com este material deveu-se maior possibilidade de aderncia do biofilme sua superfcie, mais rugosa do que a dos anis Pall, plsticas e menos rugosas.Para a DBO5 (total) observou-se um comportamento similar ao observado para DQO, tendo sido observada a maior eficincia de remoo ao final da experimentao, com um percentual de 77,4 %, tambm no pr-filtro com brita grantica.O pH do efluente dos pr-filtros manteve-se em uma faixa alcalina, adequada ao tratamento biolgico.Os resultados obtidos esto em acordo com os referidos por METCALF & EDDY (1985), embora as eficincias mencionadas por esses autores sejam de filtros biolgicos implantados em escala real, com alturas diversas das utilizadas neste experimento.Com relao a Nitrognio Total, Nitrognio Amnia, Fsforo total e alguns metais pesados analisados, verifica-se pouca eficincia de remoo, sempre com vantagem para o leito com brita grantica. Observa-se pequeno aumento nas concentraes de Sulfato, o que vem atestar a oxidao e a ocorrncia de aerobiose no ambiente dos pr-filtros. Em termos dos metais pesados analisados, verifica-se remoes pouco superiores a 50% de Ferro, e praticamente nenhuma atenuao de Zinco. Cromo no foi detectado no afluente.Unidades de filtraobiolgica (filtros percoladores de baixa taxa)Na primeira semana de experimentao observa-se, em termos de DQO total, eficincias de 57,1%, 21,1% e 65,0% no carvo ativo, na argila expandida e na areia grossa, relativamente ao efluente dos pr-filtros. Ao mesmo tempo, verifica-se eficincias globais de remoo de DQO total de 82,11%, 62,91% e 78,81% do afluente bruto para o efluente dos filtros biolgicos. Nas segunda e terceira semanas, os filtros biolgico apresentam eficincias de 78,7%, 75,3% e 85,1%, para o efluente dos prs-filtros, na ordem referida anteriormente. Verifica-se eficincias globais na remoo DQO total de 92,83%, 87,03% e 93,34%, do afluente bruto para o efluente dos filtros biolgicos; para a DQO filtrada, verifica-se para o efluente dos pr-filtros 55,4%, 70,8 % e 83,0 %, e 77,12%, 78,43% e 87,58% do afluente bruto para o efluente final. Verifica-se uma certa estabilidade nas eficincias em termos de DQO total e filtrada nas quarta e quinta semanas, com exceo do efluente do filtro com areia grossa, que apresenta uma elevao atpica de concentrao.Problemas ocorridos com o procedimento analtico na avaliao da DBO5 no permitem um comentrio comparativo. Nas sexta e stima semanas, os filtros biolgicos mantm relativa estabilidade nas eficincias observadas na fase imediatamente anterior, o que aponta para o equilbrio do sistema. Os resultados obtidos esto em acordo com a bibliografia referenciada (CETESB, 1982; METCALF & EDDY, 1985).Em termos de Nitrognio Total e Nitrognio Amnia, verifica-se grande percentual de remoo, o que ratificado pela grande gerao de Nitritos e Nitratos, principalmente destes ltimos. No se verificam remoes satisfatrias de Fsforo, enquanto o Ferro significativamente atenuado.O pH do efluente do filtro em carvo ativado aumenta, enquanto os efluentes dos demais filtros apresentam o potencial hidrogeninico em faixa levemente cida.Embora as anlises de DQO total mostrem que o efluente do filtro com argila expandida tenha apresentado geralmente uma concentrao superior observada no leito com carvo ativado, razovel admitir que isto poderia ser devido maior carga orgnica afluente, decorrente da menor eficincia do pr-filtro em anis Pall. No entanto, o efluente do leito com areia regular tambm era precedido de unidade com anis Pall, e sua eficincia foi alta, em algumas observaes inclusive mais elevada do que a do prprio carvo ativado. Isto leva presuno de que caractersticas orgnicas da argila expandida possam ter sido perdidas do leito suporte pelo efeito da lixiviao e incorporadas ao efluente lquido do filtro. As anlises de DQO filtrada mostram que, embora o efluente do pr-filtro que alimentava o filtro com argila expandida fosse o mais concentrado, ainda assim este apresentou excepcional capacidade atenuadora, proporcionando um efluente final com concentrao final ao mesmo nvel do filtro com carvo ativado.Finalmente, o exame dos custos do carvo ativado e da argila expandida, US$ 7,0/kg contra US$ 2,0/kg (cotao em Porto Alegre/RS, em agosto/1996), aponta para a argila expandida como sendo uma interessante alternativa econmica de leito suporte para filtros biolgicos, quando operados em baixa taxa.ConclusesNeste estudo, foram comparadas as eficincias de filtros biolgicos com leito suporte de carvo ativado e argila expandida, precedidos de pr-filtros, operando em baixa taxa no tratamento de esgotos domsticos. Comprovou-se que tecnicamente vivel a utilizao da argila expandida como elemento filtrante, j que pelos resultados observados em termos de eficincia na remoo de DQO (total e filtrada), Nitrognio Total e Nitrognio Amnia, e razovel atenuao nas concentraes de Ferro, o material mostrou-se praticamente to eficaz quanto o carvo ativado. Variaes para maior nas taxas de aplicao, determinadas pelo incremento de slidos orgnicos em suspenso no efluente do pr-filtro, pareceram no interferir na eficincia do leito com argila, sugerindo nestecaso que para as condies em que foi desenvolvido o estudo, a existncia do pr-filtro teve pouca relevncia. Economicamente, a vantagem na utilizao da argila inequvoca, uma vez que seu custo mostrou-se 3,5 vezes menor do que o do carvo ativado.Julga-se necessrio, no entanto, o aprofundamento de estudos no sentido de avaliar com preciso a possvel lixiviao do material, detectada neste trabalho. Deste efeito e da sua abrangncia, em funo do tempo de exposio do leito ao esgoto, pode decorrer a perda das caractersticas iniciais da argila, com o comprometimento total da sua eficcia e perda completa do reator.RefernciasAMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION.Standard methods for the examination of water and wastewater.18 th. Washington, American Public Health Association, 1992. 1193 p.COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL.Tratamento biolgico de resduos.So Paulo: CETESB, 1982. 115 p.DI BERNARDO, L.Mtodos e tcnicas de tratamento de gua.Rio de Janeiro: ABES, 1993. v.1IMHOFF, K.; IMHOFF, K.R.Manual de tratamento de guas residurias.So Paulo: Edgard Blucher, 1986. 301 p.METCAL; EDDY.Ingenieria sanitaria: tratamiento, evacuacion y reutilizacion de aguas residuales. 2. ed. Barcelona: Labor, 1985. 969 p.