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21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

ABES – Trabalhos Técnicos 1

II-173 – PRODUÇÃO DE LODO EM LAGOA ANAERÓBIA TRATANDO ESGOTOSANITÁRIO E LODO PROVENIENTE DE POLIMENTO FÍSICO-QUÍMICO DE

LAGOA FACULTATIVA

Eduardo José Alvarenga Taveira (1)

Engenheiro Químico graduado pela Universidade Federal de Minas Gerais (1982), PósGraduado em Engenharia de Saúde Pública - ENSP/RJ (1994), Mestre em EngenhariaAmbiental - UFES (2001) e Engenheiro da CESAN (1986).Fabrícia Fafá de OliveiraEngenheira Civil - UFES (1988), Mestre em Engenharia Ambiental - Universidade Federaldo Espírito Santo (1996), Pesquisadora do LABSAN - CT/UFES.Ricardo Franci GonçalvesEngenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), Pós-Graduado em Engenharia de Saúde Pública - ENSP/RJ(1985), DEA Ciências do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor emEngenharia do Tratamento e Depuração de Águas - INSA de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHSe Coordenador do Programa de Mestrado em Engenharia Ambiental – UFES.

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RESUMO

O presente trabalho teve como objetivo avaliar o comportamento da lagoa anaeróbia como unidaderesponsável pelo adensamento e digestão do lodo gerado em tratamento terciário físico-químico do efluente delagoas facultativas, na remoção de algas, SST, Ptotal, DQO e coliformes fecais, mediante a utilização decoagulantes comerciais. A pesquisa foi desenvolvida na estação de tratamento de Maringá (vazão de projeto: 4l/s), composta por uma lagoa anaeróbia, seguida de uma lagoa facultativa. Um módulo físico-químicocompacto(UFQ), formado por um tanque de mistura rápida, um floculador granular, um decantador lamelar eum reservatório de acumulação e bombeamento de lodos para a lagoa anaeróbia foi instalado dentro da lagoafacultativa. O lodo gerado foi recirculado para a lagoa anaeróbia. A avaliação quantitativa do crescimento dacamada de lodo na lagoa anaeróbia foi feita através de comparação entre os resultados das campanhasbatimétricas e do balanço de massa, utilizando o modelo de Saqqar e Pescod (1995), modificado para recebero compartimento do lodo físico-químico. Os resultados obtidos através do modelo indicam uma produção percapita de 0,0648 m3/hab.ano, sendo 0,0313 m3/hab.ano para o lodo produzido na lagoa anaeróbia e 0,0335m3/hab.ano para o lodo gerado na recirculação. Após 13 meses de operação do sistema as batimetrias indicamque o maior acúmulo de lodo ocorreu próximo a saída da lagoa, bem como em toda a região onde ocorre ofluxo preferencial do líquido no reator, superando valores de 18 cm/ano em algumas regiões da lagoa.Entretanto a taxa anual média de acúmulo de lodo foi decrescendo progressivamente, atingindo o valor de 10,2cm/ano ou 0,0519 l/hab.dia, permitindo estimar que o período entre dois descartes sucessivos de lodos dalagoa anaeróbia supere 10 anos. As amostras de lodo coletadas na lagoa anaeróbia apresentaram valoresmédios de sólidos totais de 11,2 % e sólidos voláteis de 42,8 %, indicando que, apesar da amostra colhida serdo lodo superficial, o mesmo se encontra bastante estabilizado. Esses resultados comprovam que a lagoaanaeróbia promove adequadamente o adensamento e a digestão anaeróbia do lodo proveniente da UFQ.

PALAVRAS-CHAVE: lagoa anaeróbia, produção de lodo.

INTRODUÇÃO

Lagoas anaeróbias são eficientes na remoção da matéria orgânica do esgoto, que se desenvolve em duasetapas: liquefação e formação de ácidos (através das bactérias acidogênicas) e formação de metano, gáscarbônico e água (através de bactérias metanogênicas). O carbono é removido do meio líquido pelo fato dometano (CH4) escapar para a atmosfera (Von Sperling, 1996). O lodo produzido é resultante dos mecanismosde tratamento: sedimentação de sólidos e sua subseqüente digestão anaeróbia. Sua produção é baixa devido aintensa degradação anaeróbia, e a sua distribuição na lagoa não é homogênea, geralmente concentrando-sepróximo à entrada e a saída (Gonçalves, 1999).

FOTO

NÃO

DISPONÍVEL


ABES – Trabalhos Técnicos2

Apesar da eficiência na remoção de DBO, lagoas de estabilização não são eficientes na remoção de nutrientes,precisando, nos casos em que o corpo receptor é sensível à eutrofização, que o efluente seja submetido a umtratamento terciário (Oliveira e Gonçalves, 1999). A utilização de coagulantes para polimento do efluente delagoas de estabilização apresenta-se atualmente como uma solução rápida e de baixo custo de implantação,podendo produzir efluentes de excelente qualidade.

Uma das principais desvantagens do tratamento físico-químico por coagulação/floculação é a significativaprodução de lodo. Pelo fato de ser formado por algas e produtos químicos, esse lodo requer uma disposiçãoespecífica, com elevado custo, o que pode tornar inviável sua aplicação em pequenas estações (Middlebrooks,1995).O aumento na produtividade de lodos, devido a introdução de uma etapa físico-química, em plantas comlagoas de estabilização pode se constituir em um problema de difícil solução, sobretudo nos casos onde não hádisponibilidade de áreas para a disposição final do excesso de lodo, podendo se tornar um considerávelproblema de logística em áreas urbanas, dependendo do método de gerenciamento empregado.

Em ETE’s dispondo de uma ou mais lagoas anaeróbias, tais reatores podem assumir importantes tarefas(adensamento e digestão) envolvidas na gestão do lodo produzido na etapa físico-química de tratamento.Nesse sentido, e preocupado com a gestão integrada dos resíduos gerados nos sistemas de esgotamentosanitário, o presente trabalho, estudou a produção e o acúmulo do lodo de lagoa anaeróbia, que recebe o lodogerado no polimento físico-químico de efluente de lagoa facultativa, assim como a sua eficiência noadensamento e digestão desse lodo.

MATERIAIS E MÉTODOS

A pesquisa foi realizada na ETE Maringá, que atende o conjunto habitacional de mesmo nome, localizado nomunicípio da Serra (ES), constituído inicialmente de 400 unidades habitacionais, e dotado de boas condiçõesde infra-estrutura básica, tais como ruas pavimentadas, rede de drenagem pluvial, redes de água e esgotosanitário e energia elétrica. O conjunto é destinado a população de baixa renda, exclusivamente residencial,contando apenas com pequenos comércios (bares e mercearias).A ETE é composta por uma lagoa anaeróbia seguida de uma lagoa facultativa (sistema australiano), cuja vazãode projeto é de 4,0 l/s, para atender 2.000 habitantes. As lagoas são precedidas de tratamento preliminar,composto de grade e caixa de areia. O corpo receptor é o córrego Jacuném, que deságua em uma lagoa natural(lagoa Jacuném), que era utilizado como manancial pela CESAN para abastecer parte do município da Serra,sendo abandonado a cerca de 20 anos atrás devido ao alto grau de eutrofização do mesmo.A estação entrou emoperação em dezembro de 1982, e a população atendida atualmente é de 1.731 habitantes, sendo que nem todoesgoto é lançado na ETE, que recebe uma vazão média de 1,8 l/s, o que corresponde a uma populaçãoequivalente a 1296 habitantes.A figura 1 apresenta o croqui das lagoas da ETE Maringá. Pode ser observada a disposição inadequada dosdispositivos de entrada e saída de esgoto na lagoa anaeróbia, o que causa curto circuito na lagoa. A caixa deentrada está próxima a uma das extremidades, enquanto a caixa de saída, por estar obstruída, foi substituídapor uma pequena caixa ao lado (3).

Figura 1 – Croqui da ETE Maringá.



O efluente da lagoa facultativa da ETE Maringá é encaminhado para uma estação experimental (unidade detratamento físico-químico – UFQ), cujo objetivo é o tratamento terciário através da aplicação de coagulantescomerciais, removendo algas, SST, Ptotal, DQO e coliformes fecais.

A UFQ foi instalada dentro da própria lagoa facultativa, ocupando menos de 0,5% de sua superfície total,sendo composta por um tanque de mistura rápida (tempo de detenção= 1min), floculador granular (sinazitacom diâmetro efetivo dos grãos = 2,5 cm, gradiente hidráulico = 85 s-1, tempo de detenção = 6,7min),decantador lamelar de alta taxa (inclinação das placas = 60 º, taxa = 70 m3/m2.d e velocidade longitudinal =0,84 cm/s) e reservatório para acumulação e bombeamento do lodo gerado. O módulo foi construído comtubos e chapas de aço-carbono estando inserido na lagoa facultativa, imediatamente a montante do vertedouro.

O lodo gerado no polimento é bombeado continuamente para a lagoa anaeróbia, objeto do nosso estudo, quealém de realizar o tratamento a nível primário do esgoto, passa a realizar o adensamento e a digestão do lododescartado da UFQ. A figura 2 ilustra o processo de polimento físico-químico e o retorno do lodo gerado, paraa lagoa anaeróbia.

Figura 2 - Croqui do processo de polimento do efluente da ETE Maringá.

O presente estudo ocorreu no período de setembro/1999 a novembro/2000. Atualmente a UFQ continuaoperando, com a aplicação de sulfato de alumínio, objetivando a obtenção de novos dados. Também sepretende aprofundar os estudos realizados, fazendo avaliação da atividade metanogênica e da produção debiogás.

O estudo do polimento físico-químico foi realizado em 5 etapas, conforme descrito a seguir:• Etapa preliminar: Montagem da unidade experimental.• 1ª Etapa: Caracterização da ETE Maringá.• 2ª Etapa: Testes de coagulação-floculação-decantação utilizando o coagulante comercial W8044 da

ADESOL.• 3ª Etapa: Testes de coagulação-floculação-decantação utilizando cloreto férrico.• 4ª Etapa: Testes de coagulação-decantação-floculação utilizando o coagulante comercial W8049 da

ADESOL.• 5ª Etapa: Testes de coagulação-decantação-floculação utilizando sulfato de alumínio líquido.

Além do descarte contínuo do lodo gerado na lagoa anaeróbia, periodicamente era realizada limpeza completada UFQ, com o lodo também sendo descartado para a lagoa anaeróbia.

SaídaDescarte do lodo

Lagoaanaeróbia

Lagoa facultativa

Unidade de tratamentofísico-químico

Entrada

Coagulante



Tabela 1 – Coagulantes comerciais utilizados e respectivas dosagens.Coagulante Características Dosagem Período

W8044 (ADESOL) Policloreto de alumínio; (ρ = 1,28 g/cm3) 60 mg/l - 24/09/99 a 10/11/99W8049 (ADESOL) Mistura de sais de ferro (34% FeCl3 e 0,5% FeCl2) 100 mg/l - 29/02/00 a 27/03/00Cloreto férrico Conc: 97% de FeCl3; (ρ = 1,44 mg/l) 80 mg/l - 09/12/99 a 04/02/00

- 13/04/00 a 09/05/00Sulfato de alumínio Conc: 7,5% de Al2O3 60 mg/l - 15/05/00 a 30/11/00

Durante a pesquisa, a vazão média de funcionamento da ETE foi de 1,8 l/s. A avaliação da fase líquida foifeita através de medição diária de vazão afluente, no vertedor instalado na caixa de areia, e de amostragemsemanal do esgoto bruto, efluente da lagoa anaeróbia, efluente da lagoa facultativa e efluente do tratamentofísico-químico. As amostras coletadas foram compostas (24 horas), sendo feitas através de coletoresautomáticos tipo ISCO e de bombas peristálticas do tipo Masterflex, modelo 7519-00, exceto para osparâmetros Ptotal, DBO e coliformes fecais, cujas amostras foram simples. As amostras foram refrigeradas (4°C) e preservadas para posterior análise. Ao início e término da pesquisa foi feita a caracterização físico-química e microbiológica de lodos coletadosno fundo da lagoa anaeróbia para acompanhar as alterações ocorridas devido ao lançamento do lodo físico-químico na lagoa. O número e a localização dos pontos de coleta das amostras foram definidos em função dacaracterística das lagoas selecionada (figura 3).

P r é - t r a t a m e n t o

E n t r a d a

S a í d a

Qfq, Xssvr, Xssfr

Lodo recirculado

Qo, Xssvo, Xssfo Q1, Xssv1, Xssf1

entrada saída

lodo acumulado

Lagoa Anaeróbia

Figura 3 – Pontos de amostragem do lodo e seçõesbatimétricas na lagoa anaeróbia

Figura 4 – Esquema do modelo para previsão dovolume de lodo acumulado em lagoas anaeróbias.

O descarte de lodo gerado foi feito através de bomba submersível instalada no reservatório de acumulação delodo do decantador, sendo controlada por automatismo composto de temporizador e horímetro, comfreqüência de operação de 15 minutos a cada hora, objetivando manter o reservatório de lodo do decantadorsempre em condições de não prejudicar a separação sólido-líquido, cuja vazão média foi de 1,9 m3/dia.

SEÇÕES E CAMPANHAS BATIMÉTRICAS E DETERMINAÇÃO DA ESPESSARA DA CAMADADE LODO

A lagoa anaeróbia foi dividida em 14 seções batimétricas (figura 3), com espaçamento entre elas de 3 (três)metros (Müller, 1998), num total de 238 pontos, o que representa 6,2 m2/ponto. As seções foram demarcadasatravés de piqueteamento, para serem percorridas com barco, com objetivo de registrar as alturas da camada delodo. Para determinação da espessura da camada de lodo, foi utilizado o detector eletrônico de interfacesólido-líquido (ultra-som) Modelo Raven E 120.A formação de lodo na lagoa anaeróbia foi avaliada através de campanhas batimétricas com freqüênciabimestral, no início e mensal a partir do 7º mês do experimento, totalizando 13 meses. A taxa de deposição desedimentos foi determinada com o auxílio de capturadores de sedimento, para análise da sedimentabilidade e



digestabilidade do lodo, colocados na lagoa anaeróbia antes do início da aplicação dos coagulantes na lagoafacultativa. Estes coletores consistiram em garrafas de refrigerante PET fixadas em vergalhões sobre a camadade lodo existente, que foram retiradas ao final do experimento.

AVALIAÇÃO DA TAXA MÉDIA DE ACÚMULO DE LODO NA LAGOA ANAERÓBIA

A avaliação da taxa média de acumulação de lodo foi realizada utilizando o modelo de Saqqar e Pescod(1995), com base no levantamento preliminar de dados sobre o sistema, monitoramento de vazão, análise dalodo no lagoa e no lodo descartado da UFQ e no levantamento batimétrico. O grau de estabilização do lodo foiavaliado através dos parâmetros ST e SV nas amostras coletadas.Utilizando o modelo proposto por Saqqar e Pescod (1995), modificado para receber o compartimento do lodofísico-químico para previsão de acúmulo de lodo na lagoa anaeróbia (figura 4), temos que a vazão de lodo naLagoa Anaeróbia (QLA) é igual à somatória do lodo formado pelo esgoto bruto (QLAo)+ Lodo do tratamentofísico químico (Qfq).

ESGOTO BRUTO:

QLAo = [( j1*f1)(Qo*Xssvo)+(j2*f2)(Qo*Xssfo)+(j3*Y*f3)(Qo*CDBOo)] =[Dlodo*Dágua*(1-WL)]

Onde: § QLAo = Vazão de lodo úmido acumulado na lagoa anaeróbia referente ao esgoto bruto (m3/d). § j1 = Fração de SSV do esgoto bruto removida que não é digerida pela lagoa anaeróbia = 0,30 (destruição

de Xssv,o em um digestor com TDH > 100dias).§ f1 = Fração média de SSV do esgoto bruto removida pela lagoa anaeróbia.§ Qo = Vazão média de esgoto bruto que entra na lagoa em estudo anaeróbia (m3/d).§ Xssv,o = Concentração média de SSV na entrada da lagoa correspondente ao esgoto bruto (kg/ m3).§ j2 = Fração de SSF do esgoto bruto removida que não é digerida pela lagoa anaeróbia = 1,00 (destruição

de XFsv,o em um digestor com TDH > 100dias).§ f2 = Fração média de SSF do esgoto bruto removida pela lagoa anaeróbia.§ Xssfo = Concentração média de SSF do esgoto bruto na entrada da lagoa anaeróbia (kg/ m3).§ j3 = Fração de sólidos biológicos produzidos e não destruídos por digestão anaeróbia na lagoa = 0,50.§ Y = Coeficiente de rendimento para digestão anaeróbia = 0,50.§ f3 = Fração de DBO do esgoto bruto removida pela lagoa anaeróbia.§ CDBOo = Concentração média de DBO que entra na lagoa correspondente ao esgoto bruto (kg/ m3).§ Dlodo = Densidade relativa do lodo(kg/ m3). § Dágua = Densidade da água (kg/ m3) = 1,0§ WL = Teor de umidade média da camada de lodo no fundo da lagoa anaeróbia.

LODO FÍSICO-QUÍMICO (LFQ):

Qfq = [(j1' *f1' )(Qr*Xssvr )+(j2' *f2' )(Qr*Xssfr )+(j3' *Y' *f3' )(Qr*CDBOr)]= [Dlodo' *Dágua*(1-Wfq)]

Onde: § Qfq = Vazão média de lodo úmido acumulado na lagoa anaeróbia referente ao lodo descartado na lagoa

anaeróbia proveniente do tratamento físico-químico (m3/d).§ j1' = Fração de SSV do lodo físico-químico removida que não é digerida pela lagoa = 0,30 (destruição de

Xssv,o em um digestor com TDH > 100dias).§ f1' = Fração média de SSV do lodo físico-químico removida pela lagoa anaeróbia (foi considerada a

remoção de SSV do esgoto bruto na lagoa anaeróbia). § Qr = Vazão de lodo descartado na lagoa anaeróbia proveniente do tratamento físico-químico (m3/d).§ Xssvr = Concentração média de SSV na entrada da lagoa anaeróbia do lodo descartado proveniente do

tratamento físico-químico (kg/ m3).§ j2' = Fração de SSF do esgoto bruto removida que não é digerida pela lagoa anaeróbia = 1,00 (destruição

de XFsv,o em um digestor com TDH > 100dias).



§ f2' = Fração média de SSF do lodo físico-químico removida digerida pela lagoa (foi considerada aremoção de SSF do esgoto bruto na lagoa anaeróbia).

§ Xssfr = Concentração média de SSF na entrada da lagoa anaeróbia do lodo descartado proveniente dotratamento físico-químico (kg/ m3).

§ j3' = Fração de sólidos biológicos produzidos e não destruídos por digestão anaeróbia na lagoa = 0,50.§ Y = Coeficiente de rendimento para digestão anaeróbia = 0,50.§ f3' = Fração média de DBO do lodo descartado proveniente do tratamento físico-químico que é removida

pela lagoa anaeróbia (foi considerando a remoção de SSF do esgoto bruto na lagoa anaeróbia).§ CDBOr = Concentração média de DBO que entra na lagoa correspondente ao lodo descartado proveniente

do tratamento físico-químico (kg/ m3).§ Dlodo' = Densidade relativa do lodo físico-químico(kg/ m3).§ Dágua = Densidade da água (kg/ m3).§ Wfq = Teor de umidade média das camadas de lodo descartado na lagoa anaeróbia em estudo proveniente

do tratamento físico-químico.

Os valores adotados para cálculo (j1, j2, j3, j1’, j2’, j3’ e Y) são baseados no fato que o modelo de Saqqar ePescod (1995) assume que, no tocante aos sólidos retidos, a lagoa anaeróbia opera de forma semelhante a umdigestor anaeróbio de lodo. Os demais valores utilizados foram os encontrados durante a pesquisa.

COLETA DE AMOSTRAS DE LODO DA LAGOA ANAERÓBIA

As amostragens do lodo ocorreram na lagoa anaeróbia do sistema em estudo, através de um sistema de sucçãotipo êmbolo. Em cada ponto foram coletadas amostras compostas por no mínimo 3 alíquotas, perfazendo umvolume total de amostragem de 1 litro. Essas amostras foram homogeneizadas, acondicionadas em sacolasplásticas e transportadas a 4 Cº para o laboratório imediatamente após a coleta. O amostrador consiste em umtubo de PVC, com 3,5 metros de comprimento e 40 mm de diâmetro. Um outro tubo, de diâmetro inferior,com um disco de borracha na extremidade é introduzido no tubo anterior para funcionar como um sistema desucção por êmbolo. O disco de borracha deve estar bem ajustado ao tubo externo para formar vácuo econsequentemente succionar a amostra.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

DESEMPENHO DA LAGOA ANAERÓBIA SOBRE A FASE LÍQUIDA

Com o objetivo de avaliar a influência do lodo descartado do tratamento físico-químico no desempenho dalagoa anaeróbia, foram feitas amostragens do esgoto bruto e efluente da lagoa anaeróbia durante a realizaçãodo experimento. Comparando os resultados obtidos nas campanhas, com relação a remoção na lagoa anaeróbiaantes do início do experimento e com o descarte do lodo da UFQ quando aplicado 60 mg/l de sulfato dealumínio temos a remoção de DQO passando de 27,2% para 43,3%, de DBO de 24,7% para 37,0%, de SST de37,5% para 34,7% e Ptotal de 24,7% para 37,0%.

Com relação a taxa de aplicação volumétrica na lagoa anaeróbia, a taxa de projeto é de 0.027 kg DBO/m3.dia.Os valores normalmente adotados na literatura para taxas de aplicação volumétrica em lagoas anaeróbiasvariam entre 0,1 a 0,3 kg DBO/m3.dia. Antes do início do experimento a taxa de aplicação encontrada era de0,020 kg DBO/m3.dia, devido a lagoa estar recebendo vazão inferior a de projeto, enquanto que durante oexperimento a taxa de aplicação aumentou para 0,027 kg DBO/m3.dia, ou seja, igual a taxa de aplicação deprojeto.

CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA E MICROBIOLÓGICA DO LODO DA LAGOAANAERÓBIA

Para conhecimento e posterior análise das alterações ocorridas no lodo da lagoa anaeróbia após o descarte dolodo gerado no polimento físico-químico (LFQ), foi feita caracterização do lodo existente na lagoa anaeróbia,antes da partida da UFQ. A tabelas 2 mostra os resultados da caracterização físico-química do lodo antes doinício do descarte de LFQ, conforme pontos de coleta mostrados na figura 3.



Tabela 2 - Resultados das análises físico-químicas do lodo antes do início do descarte de LFQ na lagoaanaeróbia (n=5).

Ponto pH DQO (mg/g)

Ptotal

(mg/g)NTK

(mg/g)ST(%)

SF (%)

SV (%)

1 7,8 384 4,7 25,9 11,3 67,3 32,62 7,6 357 6,0 29,8 11,6 55,8 44,33 7,5 335 6,3 29,7 11,7 57,4 42,64 7,8 481 5,8 32,1 10,5 50,5 49,55 7,6 441 8,3 36,5 10,5 57,2 42,86 7,7 445 6,7 35,4 10,5 56,4 43,67 7,6 521 7,2 30,4 12,5 55,4 44,68 7,5 356 5,3 29,4 11,3 57,3 42,7

Média 7,6 415 6,3 31,1 11,2 57,2 42,9σσ 0,13 67,0 1,14 3,43 0,71 4,68 4,72

Em relação aos resultados obtidos na caracterização físico-química, foi observado que o pH apresentou valormédio de 7,6, com máximo de 7,8 e mínimo de 7,5. Paing et al.(2000) encontraram valores de pH variando de6,4 a 7,0 com média de 6,8 para lodo de lagoa anaeróbia, enquanto Nelson e Jimenez (1999) encontraramvalores de pH de 7,9 para o lodo da camada mais superficial, decrescendo até atingir o valor de 6,9 a 27,0 cmde profundidade.

A DQO apresentou valor médio de 415 mg/g, com máximo de 521 mg/g e mínimo de 335 mg/g, valoresinferiores aos encontrados por Müller (1998) em estudo de caracterização do lodo da lagoa anaeróbia da ETEEldorado, localizada próximo a ETE Maringá, (média de 537 mg/g, máximo de 650 mg/g e mínimo de 431mg/g). O conteúdo médio de nitrogênio total no lodo foi de 31,1 mg/g, com valor máximo de 39,6 mg/g e omínimo de 24,8 mg/g. Esses valores foram superiores aos encontrados por Müller (1998) em Eldorado (médiade 19,0 mg/g, máximo de 23,1 mg/g e mínimo de 13,8 mg/g). O Fósforo total apresentou valor médio de 6,3mg/g, com valor máximo de 8,3 mg/g e mínimo de 4,7 mg/g. Estes valores estão abaixo dos valores típicos aosde lodos ativados submetidos a digestão anaeróbia (2,5 % do ST, Metcalf & Eddy, 1991).

Os teores de sólidos totais apresentaram valor médio de 11,2 %, próximo ao encontrado por Müller (1998) nacamada de superfície do lodo da Lagoa de Eldorado. O valor máximo foi de 12,5 % enquanto que o mínimofoi de 10,5 %. Os teores de sólidos voláteis apresentaram valores médios de 42,8 % ST, valor típico de lododigerido (Metcalf & Eddy, 1991), com máximo de 49,5 % ST e mínimo de 32,6 % ST, o que indica que,apesar da amostra colhida ser do lodo superficial, o mesmo encontra-se bem estabilizado. O valor mínimo foiencontrado no ponto mais próximo a caixa de entrada do esgoto bruto na lagoa anaeróbia. Paing et al. (2000)encontraram em lagoa anaeróbia valor médio de SSV de 50 % ST, com máximo de 60,0 % ST e mínimo de39,0 % ST.

Com relação aos metais (tabela 3), os valores obtidos não diferem dos encontrados por Müller (1998) na lagoaanaeróbia da ETE Eldorado. Comparando com valores de lodo anaeróbio encontrados nos estados do Paraná eSão Paulo os valores obtidos são inferiores, assim como também são inferiores aos padrões estabelecidos nasnormas dos EUA (USEPA Part503) e da Comunidade Européia (Diretiva 86/278/EEC).



Tabela 3 – Resultados das análises de concentrações de metais presentes no lodo antes do início dodescarte de LFQ na lagoa anaeróbia (n=2).

Ponto Al(g/Kg)

Fe(g/Kg)

Mn(mg/Kg)

Zn(mg/Kg)

Cu(mg/Kg

Pb(mg/Kg)

Cd(mg/Kg)

Co(mg/Kg)

Cr(mg/Kg)

1 44,5 10,6 125 490 85 < 100 < 5 < 5 < 102 46,7 13,8 175 770 125 < 100 < 5 < 5 < 103 39,5 10,2 125 660 90 < 100 < 5 < 5 < 104 37,5 10,9 150 685 100 < 100 < 5 < 5 < 105 41,1 8,9 140 710 85 < 100 < 5 < 5 < 106 38,3 10,8 125 650 100 < 100 < 5 < 5 < 107 45,2 13,4 165 850 125 < 100 < 5 < 5 < 108 38,9 10,3 150 815 130 < 100 < 5 < 5 < 10

Média 41,5 11,1 144 704 105 << 100 << 5 << 5 << 10σσ 3,5 1,7 19,2 112,8 18,9 - - - -

Obs: Resultados referentes a 1ª e 5ª campanha. As concentrações de coliformes fecais (tabela 4), antes da partida da UFQ, variaram entre 106 e 104 NMP/100gnos diferentes pontos amostrados. A concentração média inicial de coliformes fecais foi de 4,0 x 105 NMP/g(MS) considerando no cálculo todas as amostras coletadas até então. O valor da média geométrica obtida paraas 40 amostras, medida na região mais próxima da superfície do lodo (4,0 x105 NMP/g), é superior aconcentração média encontrada por Muller (1998) em outras lagoas anaeróbias no Espírito Santo (1,9 x 103

NMP/g).

O estudo de caracterização microbiológica de lodos de lagoas anaeróbias no estado do Espírito Santoevidenciou concentração média de coliformes fecais de 1,9 x 103 NMP/g (MS). No lodo produzido pelasETE’s Norte e Sul de Brasília (CAESB), através do processo de lodos ativados com remoção biológica denutrientes, foi constatado valor médio de 106 para coliformes fecais (CAESB, 1998).

Tabela 4 - Resultados das análises microbiológicas do lodo antes do início do descarte de LFQ na lagoaanaeróbia (n=5).

PontoColiformes fecais

(NMP/g)Ovos Helmintos(nº ovos/g) (MS)

Ovos Viáveis (nºovos/g)

Viabilidade (%) Redução(%)

1 3,8 x 106 541,4 2,9 0,5 99,52 1,0 x 106 269,6 2,9 1,1 98,93 5,0 x 105 269,5 0,9 0,3 99,74 1,6 x 105 242,5 2,4 1,0 99,05 7,8 x 105 220,9 12,4 5,6 94,46 2,7 x 104 123,9 2,6 2,1 97,97 2,6 x 105 90,1 0,4 0,4 99,68 4,4 x 105 209,0 11,1 5,3 94,7

Média 4,0 x 105 245,9 4,5 2,1 97,9σσ 1,2 x 106 136,1 4,6 2,2 2,2

Nelson e Jiménez (1999) estudando o lodo de lagoa facultativa primária, na cidade do México, observaramque a densidade média de coliformes fecais variou em função da profundidade. Na região mais próxima dasuperfície, a média encontrada foi de 107 NMP/g (MS) e na região mais profunda, esta concentração foireduzida para 2,3 x 103 NMP/g (MS). Segundo os autores, tal fato demonstra a ocorrência de uma inativaçãode 4 logs no lodo de lagoa de estabilização facultativa.

Os resultados das análises parasitológicas desse estudo indicam uma maior concentração de ovos de helmintosno ponto 1 (próximo a entrada da lagoa), seguidos dos pontos 2 e 3. Esta diferença de distribuição ocorre,provavelmente, devido a direção de fluxo hidráulico na lagoa e do tempo de decantação. A digestão anaeróbiado lodo no interior da lagoa resulta em uma porcentagem média de redução de viabilidade dos ovos de



helmintos de 97,9 %, sendo o número total de ovos de 245,9/g (M.S.). Foram detectados 4,5 ovos viáveis/g(M.S.). Os resultados encontrados não diferem muito de outras caracterizações de lodo de lagoa anaeróbia noEspírito Santo. Apesar do elevado número de ovos de helmintos encontrados no lodo, a redução é elevada e,conseqüentemente, o número de ovos viáveis é pequeno. Porém, esta concentração de ovos viáveis indica anecessidade de higienização do lodo para sua posterior utilização na agricultura, o que, além de diminuir orisco de contaminação humana e animal, valoriza este subproduto (Bontoux, 1998).

Concentrações médias de ovos de helmintos mais baixas foram encontradas por Nelson e Jiménez (1999), nacamada mais superficial do lodo de lagoa facultativa de estabilização primária, tratando esgoto sanitário daCidade do México. Entretanto, em relação a viabilidade os valores encontrados foram mais elevados. Osvalores obtidos foram de 102 ovos/g (MS), sendo 15 ovos viáveis/g (MS).

A espécie predominante, em todos os pontos analisados, foi o Ascaris lumbricoides seguido de Trichuristrichiura , Hymenolepis diminuta, Ancilostomideo e Hymenolepsis nana, com as seguintes porcentagensmédias 88,1%, 4,8%, 3,8%, 2,5% e 0,8% .

O lodo analisado neste trabalho, se comparado em função das exigências estabelecidas na regulamentaçãoamericana (EPA 1992), com relação a coliformes fecais e a ovos de helmintos, pode ser classificado comoclasse B, podendo ser utilizado com restrições na agricultura, se esta for a disposição final do mesmo. Porempara um enquadramento rigoroso seguindo as normas do EPA, outros parâmetros devem ser considerados.

AVALIAÇÃO DA CAMADA DE LODO DA LAGOA ANAERÓBIA

DISTRIBUIÇÃO TEMPORAL DA CAMADA DE LODO

Foram feitas dez campanhas batimétricas na lagoa anaeróbia da ETE Maringá. Após 13 meses de operação dosistema de lagoas com polimento físico-químico, observou-se que o descarte sistemático do lodo gerado naUFQ causou aumento significativo na camada de lodo em regiões restritas da lagoa anaeróbia. As batimetriasrealizadas no início e no décimo terceiro mês da pesquisa (figuras 5 e 6) indicam que o maior acúmulo de lodoocorreu próximo a saída da lagoa, bem como em toda a região onde ocorre o fluxo preferencial do líquido nalagoa.

Figura 5 – Distribuição tridimensional da camadade lodo na lagoa anaeróbia – 1ª batimetria(11/10/99)

Figura 6 – Distribuição tridimensional da camadade lodo na lagoa anaeróbia – 10ª batimetria(20/11/99)

Comparando a altura da camada de lodo em cada ponto das seções entre a 1ª e 10ª batimetria, nota-se queapesar do crescimento médio global da camada de lodo na lagoa (11,0 cm), chegando ao valor máximo de 68,0cm, em alguns pontos houve decréscimo da camada de lodo (atingindo até 14,0 cm). Estes resultadosnegativos devem ser creditados ao revolvimento da camada a de lodo que ocorre durante a amostragem ebatimetria, e principalmente ao arraste que ocorre durante os períodos de chuva forte, onde há considerávelaumento na vazão de esgoto afluente. Esse arraste também foi encontrado na pesquisa realizada por Paing etal. (1999).



Para o lodo físico-químico, como era de se esperar, o valor médio da taxa anual média expressa em cm/ano foisubstancialmente superior aos publicados por outros autores. Deve ser ressaltado, no entanto, que a taxa anualmédia de acúmulo de lodo, calculada com base nas determinações da altura da camada de lodo em todas asseções batimétricas, foi decrescendo progressivamente, tendendo a estabilizar no valor de 10,2 cm/ano o quecorresponde a 0,1422 l/hab.dia ou 0,0519 m3/hab.ano figuras 7 e 8).

ACÚMULO DE LODO NA LAGOA ANAERÓBIA

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14mês

cam

ada

de lo

do (

cm)

TAXA DE ACÚMULO DE LODO DE LODO NA LAGOA ANAERÓBIA

0

2

4

6

8

1 0

1 2

1 4

1 6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4

mês

taxa

de

acum

ulo

de lo

do

(cm

/ano

)

Figura 7 – Acúmulo de lodo na lagoa anaeróbia Figura 8 – Taxa de acúmulo de lodo na lagoaanaeróbia

DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA CAMADA DE LODO

Na caracterização realizada após o término do experimento (tabela 5) nota-se uma ligeira alteração nos valoresencontrados, sem, contudo apresentar grande significância. Observa-se uma diminuição do pH um valor médiode 6,9 devido ao lodo físico-químico ter sido gerado através de coagulação com utilização de cloreto férrico esulfato de alumínio. Porem esses valores encontram-se dentro da faixa favorável para a atividade microbiana ede crescimento da atividade metanogênica (Paing et al., 2000). Quanto aos sólidos os valores médiosencontrados com o SSV na faixa de 43,6% indicam o elevado grau de estabilização do lodo. No ponto 1, cujoteor de SSV apresentou valor de 31,4%, pode-se notar a grande quantidade de areia na amostra coletada, o queindica deficiência do tratamento preliminar. Os valores de DQO, Ptotal e NTK foram inferiores aos encontradosna caracterização inicial.

Tabela 5 - Resultados das análises físico-químicas do lodo na lagoa anaeróbia ao final do experimento(n=1).

Ponto pH DQO(mg/g)

P(mg/g)

N(mg/g)

ST(%)

SF (% ST)

SV(% ST)

1 7,0 180 2,2 20,7 11,8 68,6 31,42 7,0 353 5,8 27,5 11,7 53,7 46,33 6,8 527 4,5 28,6 11,5 55,8 44,24 6,8 375 5,2 21,8 13,4 52,8 47,25 6,8 570 3,2 29,0 12,3 50,7 49,36 6,9 180 3,8 25,5 11,9 54,6 45,47 6,8 260 4,6 19,5 11,9 51,3 48,78 6,7 291 3,0 20,0 15,8 63,5 36,5

Média 6,9 342 4,0 24,1 12,5 56,4 43,6σσ 0,1 146 1,2 4,0 1,4 6,3 6,3



BALANÇO DE MASSA EM RELAÇÃO AOS SÓLIDOS RETIDOS

A avaliação da taxa média de acumulação de lodo foi realizada utilizando o modelo de Saqqar e Pescod(1995). Os valores referentes as vazões, frações removidas e concentrações de DBO, SST, SSV e SSF, forammedidos experimentalmente, enquanto os demais valores foram adotados, conforme descrito anteriormente. Atabela 6 mostra os valores determinados experimentalmente, para uma aplicação de 60 mg/l de sulfato dealumínio líquido na UFQ.

Tabela 6 – Valores de DBO e sólidos obtidos na lagoa anaeróbia e no lodo descartado (n=5).esgoto bruto

(kg/m3)saída anaeróbia

(kg/m3)lodo físico-químico

(kg/m3)remoção na lagoa

anaeróbia (%)DBO 0,430 0,217 0,976 49,5SST 0,300 0,196 3,829 34,7SSV 0,220 0,127 1,530 42,3SSF 0,080 0,069 2,299 13,8

Considerando que a vazão média do esgoto bruto é de 155,4 m3/dia e a vazão média de descarte de LFQ nalagoa anaeróbia é de 1,9 m3/dia, podemos então calcular a vazão de lodo úmido acumulado na lagoa anaeróbiaQLA), levando em consideração a contribuição relativa ao esgoto bruto e ao LFQ descartado na lagoaanaeróbia:

Vazão de lodo úmido acumulado na lagoa anaeróbia, referente ao esgoto bruto (QLAo):

⇒ QLAo = 0,1112 m3/diaPara uma população estimada em 1296 habitantes, teremos, portanto:

⇒ QLAo = 0,0313 m3/hab.ano = 0,0858 l/hab.dia

Vazão de lodo úmido acumulado na lagoa anaeróbia, referente ao lodo físico-químico (Qfq):

⇒ Qfq = 0,1188 m3/diaPara uma população estimada em 1296 habitantes, teremos, portanto:

⇒ QLAo = 0,0331 m3/hab.ano = 0,0917 l/hab.diaComo a vazão de lodo na Lagoa Anaeróbia (QLA) é igual à somatória do lodo formado pelo esgoto bruto(QLAo)+ Lodo do tratamento físico químico (Qfq), teremos, portanto:

→ QLA = QLAo + Qfq = 0,1112 + 0,1188 = 0,230m3/dia⇒ QLA = QLAo + Qfq = 0,0313 + 0,0335 = 0,0648 m3/hab.ano⇒ QLA = QLAo + Qfq = 0,0858 + 0,0917 = 0,1775 l/hab.dia

O processo de polimento de efluentes via coagulação-floculação-decantação gera maiores volumes de lodo doque o contido no esgoto bruto. Porém, a recirculação para a lagoa anaeróbia permite, além do adensamento, adigestão de grande parte da matéria orgânica presente, reduzindo assim, cerca de 50% da massa de sólidosgerada pelo tratamento físico-químico a ser descartada. O resultado indica um equivalente populacional de0,0648 m3/hab.ano, sendo 0,0313 m3/hab.ano para o lodo produzido na lagoa anaeróbia e 0,0335 m3/hab.anopara o lodo gerado na recirculação. A taxa, para o lodo gerado pelo esgoto bruto, segundo Von Sperling(1996) está na faixa de valores médios (0,03 m3/hab ano a 0,05 m3/hab ano) para este tipo de lagoa. Com oaporte do lodo físico-químico, houve um aumento da taxa global em 107%.

Para a taxa de acúmulo de lodo obtida nesta pesquisa, estima-se que o período entre dois descartes sucessivosde lodos da lagoa anaeróbia supere 10 anos. Esta estimativa foi realizada admitindo-se uma profundidade útilde 4,0 metros, uma espessura máxima da camada de lodos equivalente a 40% da profundidade útil (1,6 m) euma profundidade mínima após descarte de 10 % (0,4 m). A profundidade disponível para estocagem de lodoé de 1,2 metros, o que representa 843 m3, o que permite o funcionamento sem descarte de lodos durante um



período tão prolongado. Entretanto, as taxas de acúmulo superaram valores de 18 cm/ano em algumas regiõesda lagoa, principalmente nas proximidades da entrada e da saída, o que exigirá dragagem ou espalhamento dosbancos de lodos nestas regiões em períodos da ordem de 6 anos.

Para facilitar a operação do sistema e evitar problemas de logística para desidratação de tal quantidade de lodosugerimos que o descarte seja feito a cada 2 anos, o que representa um volume de lodo de 168,0 m3, quepoderiam ser desidratados em leitos de secagem construídos na própria ETE, requerendo uma área de 450,0 m2

de leito.

CONCLUSÕES

• A caracterização físico-química e bacteriológica do lodo da lagoa anaeróbia no início do experimento nãoapresentou resultados muito diferentes dos encontrados em caracterizações em outras lagoas anaeróbiasoperando no Estado.

• Os resultados obtidos demonstram uma elevada inviabilização dos ovos de helmintos no interior da lagoaanaeróbia, atingindo valores de 98% de redução do número de ovos viáveis.

• Os resultados obtidos indicam uma produção per capita de 0,0648 m3/hab.ano, sendo 0,0313 m3/hab.anopara o lodo produzido na lagoa anaeróbia e 0,0335 m3/hab.ano para o lodo gerado na recirculação, o querepresentou um acréscimo de 107% na produção de lodo na lagoa anaeróbia.

• A taxa anual média de acúmulo de lodo, calculada com base nas determinações da altura da camada delodo em todas as seções batimétricas, foi de 10,2 cm/ano ou 0,0519 m3/hab.ano.

• O período entre dois descartes sucessivos de lodos da lagoa anaeróbia recebendo lodo da UFQ supera 10anos.

• As taxas de acúmulo superaram valores de 18 cm/ano em algumas regiões da lagoa, principalmente nasproximidades da entrada e da saída, o que exigirá dragagem ou espalhamento dos bancos de lodos nestasregiões em períodos da ordem de seis anos. Esses resultados comprovam que a lagoa anaeróbia promoveadequadamente o adensamento e a digestão anaeróbia do lodo proveniente da UFQ.

• Os testes realizados apontam que o lodo continuamente descartado na lagoa anaeróbia, não afetou, até opresente momento, o desempenho da lagoa anaeróbia no tratamento do esgoto. Portanto, a mesma podeser utilizada como unidade responsável pelo adensamento e digestão do lodo em um processo depolimento físico-químico de efluente de lagoa facultativa.

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