MONOGRAFIA.- ESTUDO DA EFICIENCIA DE DAFAS EM SERIEcivil.uefs.br/DOCUMENTOS/VALTER RODSON DA SILVA...
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL VALTER RODSON DA SILVA SOUZA ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE DIGESTORES ANAERÓBIOS DE FLUXO ASCENDENTE EM SÉRIE FEIRA DE SANTANA-BA 2008
Transcript of MONOGRAFIA.- ESTUDO DA EFICIENCIA DE DAFAS EM SERIEcivil.uefs.br/DOCUMENTOS/VALTER RODSON DA SILVA...
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
VALTER RODSON DA SILVA SOUZA
ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE DIGESTORES ANAERÓBIOS DE
FLUXO ASCENDENTE EM SÉRIE
FEIRA DE SANTANA-BA
2008
ii
VALTER RODSON DA SILVA SOUZA
ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE DIGESTORES ANAERÓBIOS DE
FLUXO ASCENDENTE EM SÉRIE
Monografia apresentada ao Colegiado de Engenharia Civil da Universidade Estadual de Feira de Santana, como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia Civil.
ORIENTADOR: Prof. Dr. Roque Angélico Araújo
FEIRA DE SANTANA-BA 2008
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VALTER RODSON DA SILVA SOUZA
ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE DIGESTORES ANAERÓBIOS DE
FLUXO ASCENDENTE EM SÉRIE
Monografia para obtenção do Grau de Bacharel em Engenharia Civil
Feira de Santana-Ba, 2008.
Banca Examinadora: ________________________________________________
Prof. Dr. Roque Angélico Araújo
Universidade Estadual de Feira de Santana
_________________________________________________
Prof. Drª Selma Cristina da Silva
Universidade Estadual de Feira de Santana
________________________________________________
Profª Drª Sandra Maria Furian Dias
Universidade Estadual de Feira de Santana
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Dedico este trabalho às populações que sofrem pelo descaso com o saneamento básico e são massacradas pelo “inimigo invisível”.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao professor e amigo Roque Angélico Araújo pelo o apoio
dispensado e que a frente do Escritório Regional da EMBASA de Feira de
Santana-BA realiza o honroso trabalho de disseminar o saneamento as mais
diversas populações. E com sua produção acadêmica contribui na construção
de uma sociedade sustentável.
Aos parceiros deste trabalho Adriano e Dione (do LABOTEC) pela
compreensão, amizade e ensino durante os ensaios.
Aos grandes amigos José Roque Pinho e Antônio (titia), da EMBASA,
que sem os quais este trabalho ficaria no campo das idéias.
Aos eternos mestres e amigos do grupo REQUALI, Poliano Motta,
Sandra Furian, Silvio Orrico, Thamara Avellan, Eufrozina Cerqueira, Alan
Messias e Admir Luz, pelos dois anos de vivência acadêmica e
companheirismo mútuo.
Aos amigos Danilo Carvalho, William Vilas Boas, Francisco Pedro,
Thiago Ramos, Djavam Aragão, Francisco Carlos, Patrícia Freitas, Fabidom,
Kássio Vilas Boas, Tiago França, Elvilson Teles, Alysson Cerqueira, Eduardo
(Cebola), Hudson, Ziba, Paulo Mascarenhas, Sanilton Gonçalves e tantos
outros que sem a dádiva da existência a minha perderia em sentido.
À minha família querida, minha mãe Léa, avó Carmelita, Tio Leônidas e
irmão Vagner, pela força e exemplo para viver.
À minha filha amada, Elis, por tornar minha vida uma alegria cotidiana.
À minha amada, Annita, por me apoiar, incentivar e ser esta
companheira de vida maravilhosa que é.
vi
“Devemos somar forças para gerar uma
sociedade sustentável global baseada no
respeito pela natureza, nos direitos
humanos universais, na justiça econômica e
numa cultura da paz. Para chegar a este
propósito, é imperativo que, nós, os povos
da Terra, declaremos nossa
responsabilidade uns para com os outros,
com a grande comunidade da vida, e com
as futuras gerações.”
A Carta da Terra - 2000
vii
RESUMO
Este trabalho apresenta um estudo de caso sobre o uso no tratamento de
esgotos domésticos do Digestor Anaeróbio de Fluxo Ascendente (DAFA),
operando em um sistema em série na Estação de Tratamento de Esgoto (ETE)
do Viveiros “A”, bairro de Feira de Santana-BA. Inicialmente, é feita uma
abordagem a respeito do tratamento de esgoto procurando salientar os tipos de
tratamento aplicados e a importância destes para o saneamento básico. Em
seguida, é realizada a descrição do funcionamento do sistema de tratamento
que utiliza o DAFA. As coletas foram realizadas no afluente e efluente de cada
DAFA e a análise comparativa sobre o funcionamento do DAFA, em projeto e
na prática, subsidiaram a problemática proposta para o estudo da avaliação da
eficiência do 2º DAFA no tratamento de esgotos domésticos em um sistema
composto por DAFAs em série, haja vista que este tipo de sistema vem sendo
aplicado com eficiências iguais para ambos digestores; sem os devidos testes
de sua eficácia no tratamento. Os resultados mostram que não correto
dimensionar os digestores com uma mesma eficiência, necessitando de uma
avaliação econômica para a adoção de sistema de tratamento de esgoto
composto por DAFAs em série.
Palavras-Chave: Tratamento de esgoto, DAFA em série, Eficiência de DAFA.
viii
ABSTRACT
This work presents a study of case of the use in the treatment of domestic
sewage of Uperflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), operating in a system in
a series of Sewage Treatment Station (TEE) of Viveiros "A", located in Feira de
Santana-BA. Initially, it made an approach with regard to the treatment of
sewage seeking to highlight the types of treatment applied and the importance
of these for sanitation. Then, it held a description of the operation of the
treatment system that uses the UASB. The samples were collected in the
affluent and effluent from each DAFA and comparative analysis on the
operation of DAFA in design and in practice, subsidised the problem proposal
for the study assessing the efficiency of the second DAFA in the treatment of
domestic sewage in a system composed of DAFAs in series, it is seen that this
type of system has been applied with equal efficiencies for both digesters;
without the proper testing of their effectiveness in treatment. The results show
that not the correct scale digesters with the same efficiency, requiring an
economic assessment for the adoption of sewage treatment system composed
of DAFAs in series.
Word-key: Sewerage treatment, UASB systems in series, UASB efficiency.
ix
LISTA DE QUADROS
Quadro 1: Leituras da lâmina de esgoto, em centímetros, obtidas na Calha
Parshall de 7,62 cm de garganta, na ETE do Conjunto Viveiros A.................. 43
Quadro 2: Vazões registradas na calha Parshall da ETE do Conjunto Viveiros
A (l/s)................................................................................................................ 43
Quadro 3: Resultados e eficiências parciais e totais da primeira amostra........44
Quadro 4: Resultados e eficiências parciais e totais da segunda amostra ......45
Quadro 5: Resultados e eficiências parciais e totais da terceira amostra........ 45
Quadro 6: Resultados e eficiências parciais e totais da quarta amostra...........45
Quadro 7: DBO e DQO média para todas as amostras.....................................45
Quadro 8: Eficiência média DBO e DQO de campo e de projeto ....................46
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Formas de projeto do DAFA ............................................................26
Figura 2: Estação de Tratamento de Esgoto do Viveiros “A” .........................36
Figura 3: Ensaio de DBO ................................................................................39
Figura 4: Ensaio de DQO ...............................................................................39
xi
LISTA DE SIGLAS
DAFA – Digestores Anaeróbios de Fluxo Ascendente
EMBASA – Empresa Baiana de Saneamento e Águas
ETE – Estação de Tratamento de Esgoto
CRA – Conselho Regional Ambiental
LABOTEC – Laboratório de Tecnologia da UEFS
UEFS – Universidade Estadual de Feira de Santana
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DQO – Demanda Química de Oxigênio
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente
IWA - International Water Association
TDH – Tempo de Detenção Hidraúlica
UASB - Uperflow Anaerobic Sludge Blanket
xii
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 14
2. HIPÓTESE E OBJETIVOS........................................................................... 16
2.1 HIPÓTESE.............................................................................................. 16
2.2 OBJETIVO GERAL................................................................................. 16
2.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................... 16
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................... 18
3.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE O TRATAMENTO DE ESGOTO ............... 18
3.2 TIPOS DE TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO EM FEIRA DE
SANTANA-BA............................................................................................... 21
3.3 APLICAÇÃO DA DIGESTÃO ANAERÓBIA AO TRATAMENTO DE
ESGOTO ...................................................................................................... 22
3.4 O FUNCIONAMENTO DO DAFA ........................................................... 24
4. CONSIDERAÇÕES DE PROJETO DO SISTEMA DE DAFAs EM SÉRIE DA
ETE DO VIVEIROS “A” .................................................................................... 34
4.1 DESCRIÇÃO DA ETE............................................................................. 34
4.2 METODOLOGIA ..................................................................................... 35
4.2.1 Tipo de Pesquisa.............................................................................. 35
4.2.2 Levantamento documental ............................................................... 35
4.2.3 Levantamento bibliográfico .............................................................. 36
4.2.4 Observações de campo ................................................................... 36
4.2.5 Local da pesquisa ............................................................................ 37
4.2.6 Parâmetros pesquisados.................................................................. 37
4.2.7 Pontos de Coleta.............................................................................. 37
4.2.8 Período de amostragem................................................................... 37
4.2.9 Hora da amostra............................................................................... 38
4.2.10 Quantidade de amostras ................................................................ 38
4.2.11 Coleta da amostra, armazenamento e transporte .......................... 38
4.2.12 Determinação das análises ............................................................ 38
4.2.13 Avaliação dos resultados ............................................................... 39
xiii
4.3 TRATAMENTO DOS DADOS................................................................. 40
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................. 43
6. CONCLUSÕES ............................................................................................ 47
7. RECOMENDAÇÕES.................................................................................... 48
8. REFERÊNCIAS............................................................................................ 49
ANEXOS .......................................................................................................... 50
14
1. INTRODUÇÃO
A importância do saneamento e sua associação à saúde humana
remontam às mais antigas culturas. O saneamento desenvolveu-se de acordo
com a evolução das diversas civilizações, ora retrocedendo com a queda das
mesmas, ora renascendo com o aparecimento de outras. Mas sempre fora
motivo de preocupação em diversas comunidades, devido a sua importância na
manutenção da vida.
O saneamento básico é o caminho correto para que se evitem milhares
de doenças, mantêm a saúde e bem estar para todos. O afastamento dos
esgotos sanitários, através de sistemas de redes convenientes, colabora para o
menor índice de moléstias de origem hídrica, aumentando a saúde dos
beneficiados e proporcionando mais conforto e melhor qualidade de vida.
A utilização do saneamento como instrumento de promoção da saúde
pressupõe a superação dos entraves tecnológicos, econômicos, políticos e
gerenciais que têm dificultado a extensão dos benefícios aos residentes em
áreas rurais, municípios e localidades de pequeno porte. Pois além de ter que
vencer a barreira financeira que gera entrave à sua aplicação, se fazem
necessário superar ou se adequar aos diversos traços culturais da população.
A maioria dos problemas sanitários que afetam a população mundial
está intrinsecamente relacionada com o meio ambiente. Um exemplo disso é a
diarréia que com mais de quatro bilhões de casos registrados por ano, é a
doença que aflige a humanidade. Entre as causas dessa doença destacam-se
as condições inadequadas de saneamento.
No Brasil as doenças resultantes da falta ou inadequação do
saneamento, especialmente em áreas pobres, têm agravado o quadro
epidemiológico. Que pode ser evidenciado pelos índices de prevalência e
incidência da ausência do saneamento, tais como cólera, dengue,
esquistossomose e leptospirose.
Segundo o Manual de Saneamento da FUNASA (2006), cerca de 90%
da população urbana brasileira é atendida com água potável e 60% com redes
coletoras de esgotos. O déficit ainda existente está localizado, basicamente,
15
nos bolsões de pobreza, ou seja, nas favelas, nas periferias das cidades, e nas
áreas rurais.
A coleta e tratamento dos esgotos sanitários são fundamentais para a
garantia da qualidade de vida da população. Entretanto, um dos maiores
fatores de degradação da qualidade da água é justamente a poluição resultante
do lançamento dos esgotos sanitários in natura em corpos d’água.
Nesse sentido, percebe-se que as ações de abastecimento de água e de
esgotamento sanitário, dentre outras ações de saneamento, devem ser vistas
de modo integrado. Pois, investir em saneamento é a única forma de reverter o
quadro existente, em que seres humanos morram todos os dias por
precariedade no saneamento básico ou falta deste. Dados divulgados pelo
Ministério da Saúde afirmam que para cada R$1,00 (um real) investido no setor
de saneamento, economiza-se R$ 4,00 (quatro reais) na área de medicina
curativa.
Para se construir um mundo em que o homem aprenda a conviver com
seu “hábitat”, numa relação harmônica e equilibrada, que permita garantir
alimentos a todos sem transformar as áreas agricultáveis em futuros desertos,
é necessário se construir um novo modelo de desenvolvimento buscando a
melhoria da qualidade de vida das suas populações, a preservação do meio
ambiente e a busca de soluções criativas para atender aos anseios de seus
cidadãos de ter acesso a certos confortos da sociedade moderna, de forma que
este conforto se ampare na idéia de um meio ambiente sustentável e, senão
livre, minimizado nos impactos negativos sobre este.
É nesse panorama que o uso do Digestor Anaeróbio de Fluxo
Ascendente (DAFA) aparece como uma das alternativas para tratamento de
esgoto doméstico quase sempre a custos inferiores, comparando-se a outros
sistemas.
16
2. HIPÓTESE E OBJETIVOS
2.1 HIPÓTESE
Nos projetos de tratamento de esgoto com DAFA em série considera-se
o mesmo valor de eficiência tanto para o primeiro quanto para o segundo DAFA
no processo de remoção da carga orgânica biodegradável. Não se leva em
consideração que no primeiro existe o tratamento primário e parcela do
secundário do esgoto, enquanto que no segundo só se verifica o tratamento
secundário.
Neste trabalho considerou-se como hipótese que as eficiências dos
digestores em série são diferentes, ou seja, o primeiro DAFA tem eficiência
maior que o segundo, e é desta forma que deve ser considerado no
dimensionamento de DAFA em série.
A escolha em realizar o estudo nessa área está baseada no intuito de se
obter dados reais sobre a eficiência do sistema de tratamento composto por
DAFA em série, tendo em vista a paulatina aplicação deste sistema e o seu
atrativo custo financeiro, tanto na construção como na operação. Além do que,
à medida que se dissemina, em larga escala, estudos sobre sistemas de
tratamento do esgoto doméstico a custos baixos é significativamente relevantes
do ponto de vista técnico e ambiental, pois, existirão possibilidades de ampliar
o uso do tratamento do esgoto sanitário às mais diversas classes sociais.
2.2 OBJETIVO GERAL
Determinar a eficiência do sistema de tratamento de esgoto composto
por DAFA em série, e de forma individual e total.
2.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Medir a DBO e DQO na entrada e saída de cada DAFA; • Avaliar a eficiência em remoção de DBO e DQO em cada digestor,
individualmente;
• Avaliara a eficiência do sistema em série;
17
• Comparar as eficiências medidas com as de projeto;
• Definir a eficiência que deve ser adotada em projetos de DAFA em série;
18
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE ESGOTO SANITÁRIO E TRATAMENTO
Conforme o Manual de Saneamento da FUNASA (2006), todo esgoto
gerado tem como destino final um corpo d’água. O lançamento destes
efluentes em quantidades superiores à capacidade de autodepuração do corpo
receptor pode gerar contaminação das águas, proporcionarem danos ao meio
ambiente e prejuízos à saúde pública. No que tange a questão da preservação
do meio ambiente, o lançamento de esgotos ocasiona a depleção do oxigênio
dissolvido, podendo provocar a morte de peixes e outros organismos aquáticos
e transmissão de doenças de veiculação hídrica.
Dentre as principais doenças relacionadas a excretos humanos de
veiculação hídrica estão: a disenteria bacilar, o cólera, a leptospirose, a
salmonelose, a febre tifóide, a disenteria amebiana, a giardíase, a hepatite, a
gastroenterite e a poliomielite.
Os esgotos são compostos por constituintes físicos, químicos e
biológicos. Desde que não haja significativa contribuição de despejos
industriais a composição do esgoto doméstico ou sanitário é razoavelmente
constante. Os efluentes contem aproximadamente 99,9% de água, e apenas
0,1% de sólidos. Os esgotos industriais além da matéria orgânica, podem
conter substâncias químicas tóxicas ao homem e outros animais (MOTA,
1997).
Considerando-se que existe hoje uma necessidade crescente com os
cuidados no tratamento de esgotos e afastamento da população dos riscos à
vida por ação de doenças veiculadas por corpos hídricos, os estudos, critérios
de projetos e outros fatores relativos ao tratamento e disposição final deverão
ser precedidos de cuidados especiais. Desta forma consegue-se garantir o
afastamento adequado dos esgotos e igualmente a manutenção, melhoria dos
usos e qualidade dos corpos receptores.
O tratamento de esgoto consiste na redução de microorganismos
patogênicos e, principalmente, estabilização da matéria orgânica. Muitas
19
opções de tratamento se baseiam em processos que ocorrem normalmente na
natureza, o qual é denominado de autodepuração ou estabilização.
A autodepuração de um corpo aquático consiste na capacidade de
receber e depurar, através de mecanismos naturais, certa quantidade de
matéria orgânica. Este processo inclui toda assimilação, decantação e digestão
de compostos estranhos, inclusive os metais.
Não existe um sistema de tratamento de esgotos que possa ser indicado
como o melhor para quaisquer condições, mas obtém-se a mais alta relação
benefícios/custos quando se escolhe criteriosamente um processo que se
adapta às condições locais e aos objetivos, em cada caso. Cada processo de
tratamento apresenta vantagens e desvantagens (ANDRADE NETO, 1997).
No Brasil, principalmente no Nordeste, devido a sua grande área e a
grande incidência luminosa durante o ano, recomendam-se sistemas de ação
biológica, como o valo de oxidação, a lagoa de estabilização, os filtros
biológicos e os reatores anaeróbicos, os quais alcançam maiores eficiências
em regiões de clima quente.
A fração de sólidos proveniente dos esgotos é responsável pelos
problemas de poluição nas águas, trazendo a necessidade do tratamento. A
fração inorgânica dos efluentes corresponde a 30% da quantidade de matéria
sólida existente. Seus principais componentes são os detritos minerais
pesados, sais e metais.
A biodigestão anaeróbica tem se tornado recentemente uma opção
viável para certos tipos de despejos, principalmente os mais facilmente
biodegradáveis, tais como despejos de indústrias alimentícias e agroindústrias.
Este processo baseia-se em uma série de reações em seqüência,
desencadeadas por microorganismos anaeróbicos, os quais promovem a
redução das moléculas orgânicas, tais como gorduras, aldeídos, álcoois, entre
outras.
No processo de conversão da matéria orgânica em meio anaeróbio são
utilizados aceptores inorgânicos de elétrons como o NO3 - (redução de nitrato),
SO4 - (redução de sulfato), ou CO2 (formação de metano). A digestão
anaeróbia representa um sistema ecológico balanceado, onde cada
microrganismo tem uma função essencial. A digestão de compostos complexos
é, normalmente, considerada um processo de dois estágios. No primeiro,
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compostos como carboidratos, lipídios e proteínas são hidrolisados,
fermentados e biologicamente convertidos pelas bactérias acidogênicas em
substâncias orgânicas mais simples, principalmente ácidos voláteis. No
segundo ocorre a conversão destes ácidos orgânicos, gás carbônico e
hidrogênio em produtos finais gasosos (CH4 e CO2) pelas bactérias
metanogênicas que dependem do substrato fornecido pelas acidogênicas,
configurando, portanto, uma interação fundamental ao processo (Chernicharo,
1997).
Segundo Jordão & Pessoa (1995), os processos anaeróbios conseguem
um elevado tempo de detenção de sólidos, diminuindo a quantidade de lodo a
ser descartado e um reduzido tempo de detenção hidráulica, tornando menor a
demanda de área desta alternativa.
Os reatores anaeróbios de manta de lodo, também denominados UASB
- Upflow Anaerobic Sludge Blanket, RAFA – reator anaeróbio de fluxo
ascendente, DAFA, digestor anaeróbio de fluxo ascendente ou RALF – reator
anaeróbio de leito fluidizado, consistem, basicamente, em reatores nos quais
se promove um fluxo ascendente ao esgoto através de um leito denso, em
meio anaeróbio e de elevada atividade biológica (Chernicharo, 1997).
A mistura do sistema é promovida pelo fluxo ascensional e pelas bolhas
dos gases gerados. Estes gases são direcionados por meio de defletores, que
impedem o arraste de partículas sólidas e possibilitam a coleta dos gases para
serem queimados ou aproveitados energeticamente. Sendo assim, os sólidos
sedimentam e retornam à câmara de digestão.
A digestão anaeróbia representa um sistema ecológico balanceado,
onde cada microrganismo tem uma função essencial. A digestão de compostos
complexos é, normalmente, considerada como um processo de dois estágios.
No primeiro, estes compostos são hidrolisados, fermentados e biologicamente
convertidos pelas bactérias acidogênicas em substâncias orgânicas mais
simples, principalmente ácidos voláteis. No segundo ocorre a conversão destes
ácidos orgânicos pelas bactérias metanogênicas que dependem do substrato
fornecido pelas acidogênicas, configurando, portanto, uma interação
fundamental ao processo (CHERNICHARO, 1997).
Apesar das diversas vantagens do reator anaeróbio de manta de lodo,
tais como tempos de detenção reduzidos, baixos custos de implantação e
21
operação, reduzida produção de lodo, e um consumo de energia desprezível, o
DAFA por si só não é capaz de atender a padrões mais exigentes de
lançamento em cursos d'água, sendo bastante usual associá-lo a um pós-
tratamento (HAANDEL e LETINGA, 1994).
Quanto aos aspectos legais ligados ao tratamento dos esgotos, a
Resolução CONAMA, classifica as águas doces, salobras e salinas do território
nacional, de acordo com seus usos preponderantes, considerando o nível de
qualidade que o corpo d’água deve possuir para atender às necessidades da
comunidade. Dentre esses usos a Resolução destaca o abastecimento
doméstico, a preservação do equilíbrio e proteção das comunidades aquáticas,
a recreação de contato primário, a irrigação, a aqüicultura, a dessedentação de
animais, a navegação e a harmonia paisagística. Por fim, define que os
efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou
indiretamente, nos corpos d’água desde que atendam aos padrões de
qualidade e não confiram ao corpo receptor características em desacordo com
seu enquadramento.
No planejamento do sistema de tratamento de esgotos, é de
fundamental importância a busca por um sistema que seja viável à realidade da
localidade de implantação, pois, a adoção equivocada de sistema de
tratamento poderá inviabilizá-lo, do ponto de vista operacional e torna-lo, mais
rapidamente, obsoleto.
3.2 TIPOS DE TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO EM FEIRA DE SANTANA-BA
Existem dois tipos de sistema de coleta de esgotos: o sistema unitário,
que consiste na coleta das águas pluviais, dos esgotos domésticos e dos
despejos industriais em um único coletor e o sistema separador absoluto que
consiste na separação da coleta, ou seja, águas pluviais, esgotos domésticos e
despejos industriais possuem distintamente seus coletores de coleta e
tratamentos.
No Brasil adota-se o sistema separador absoluto, exceto em algumas
localidades onde tal método não seja viável por razões das mais diversas
naturezas.
22
As formas de se tratar o esgoto doméstico variam em função da
população, da quantidade de malhas de coletores de esgoto, do clima e do
custo de implantação e manutenção do sistema de uma cidade ou povoado.
Dentre os sistemas existentes podemos destacar os que fazem parte da
realidade de tratamento de esgoto no estado da Bahia, mais especificamente
na cidade de Feira Santana, que é a combinação de unidades operacionais dos
tipos: fossas sépticas ou tanques sépticos, DAFAs, Tanques Imhoff, lagoas
aeradas, lagoas anaeróbias, lagoas facultativas e lagoas de maturação. Estes
tipos de unidades combinadas para tratamento de esgotos, exceto a fossa
séptica, aplicadas para tratamento primário e secundário constituem os
modelos adotados pela EMBASA de Feira de Santana.
A fossa séptica com sumidouro, mesmo não sendo tratamento aplicado
pela EMBASA, é de grande importância, haja vista a sua vasta adoção nas
residências da cidade (com cobertura da ordem de 50%) nas áreas onde não
existe sistema público de coleta.
Tanques Imhoff, Lagoas aeradas, Lagoas de estabilização e os DAFAs,
combinados, são aplicados nas ETEs da EMBASA de Feira Santana, buscando
atender as leis e resoluções do CEPRAM e CONAMA quanto as disposições
finais dos efluentes.
De todos os processos mencionados, a NBR 13969/1997 faz menção
quanto às formas de dimensionamento, a eficiência obtida e as corretas
associações para o tratamento primário e secundário. Salvo o tratamento com
DAFA, que vêm sendo largamente empregado, mas que na época de
publicação da norma encontrava-se em estágio de estudo aprofundado,
recebendo apenas uma citação quanto ao processo de digestão anaeróbia.
3.3 APLICAÇÃO DA DIGESTÃO ANAERÓBIA AO TRATAMENTO DE ESGOTO
Segundo Haandel e Lettinga (1994), sistema de tratamento anaeróbio
tenderá a desenvolver uma população bacteriana compatível com a natureza
do material orgânico e das cargas orgânica e hidráulica.
23
O Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Através do Leito de Lodo
(RAFAALL) tem origem no tanque "Hidrolítico" de Travis ou, mais
propriamente, no tanque "Biolítico". Este tipo de reator é um reator de lodo
ativo sobre a fase líquida, com biomassa não aderida e leito pouco expandido.
Na década de 70 foi desenvolvida, na Holanda, uma versão moderna do
RAFAALL chamada UASB (Uperflow Anaerobic Sludge Blanket), que foi
desenvolvido originalmente para águas residuárias industriais, mas que, este
modelo de reator, cujo dispositivo mais peculiar é o separador de fases, teve
aplicações satisfatórias para o tratamento de esgotos sanitários, de modo que
este sistema vem sendo aplicado em grande escala em regiões de clima
quente, devido a característica do seu tratamento anaeróbio (ANDRADE
NETO, 1997).
O UASB que no Brasil inicialmente foi nomeado como digestor
anaeróbio de fluxo ascendente (DAFA) foi desenvolvido na década de 70 pelo
Prof. Lettinga e sua equipe, na Universidade de Wageningen - Holanda.
Saliente-se aqui, que a Holanda tem se destacado a partir do final dos anos 60
pelo substancial avanço no campo da tecnologia da clarificação de águas
residuárias (HAANDEL E LETTINGA, 1994).
Inicialmente a tecnologia DAFA foi desenvolvida para tratamento de
águas residuárias industriais concentradas. A idéia de testar o processo UASB
para tratamento de águas residuárias domésticas nasceu de discussões sobre
tecnologias apropriadas para países em desenvolvimento e seus testes tiveram
início em 1976 (Kooijmans et al, 1986). Aos poucos, este estudo foi sendo
desenvolvido, principalmente para condições tropicais, com o pioneirismo do
seu emprego em escala real feito em Cali, na Colômbia, sob supervisão dos
seus criadores, os holandeses. O sucesso em Cali deu impulso à credibilidade
da tecnologia de modo que este tipo de reator também foi levado para às
condições indianas e unidades operacionais foram instaladas e estão em
funcionamento desde 1989, em Kanpur e Mirzapur, cidades às margens do Rio
Ganges (CAMPOS, 1999).
Em tratamento de esgoto “maduro” (tendo uma população de
microorganismo compatível com o material orgânico afluente) são importantes
para a eficiência do sistema: fatores da natureza do material orgânico a ser
digerido; existência de fatores ambientais adequados para a digestão
24
anaeróbia; o tamanho da população bacteriana (eficiência de retenção de lodo
no sistema); intensidade de contato entre material orgânico afluente e a
população bacteriana e o tempo de permanência do esgoto no sistema de
tratamento.
Nestes sistemas anaeróbios existem quatro processos de suma
importância para o funcionamento adequado:
• A hidrólise, que é onde o material orgânico particulado é convertido em
compostos dissolvidos de menor peso molecular. Na prática de tratamento
de esgoto, a taxa de hidrólise pode ser o fator limitante para todo o
processo da digestão anaeróbia;
• A acidogênese, que após os compostos dissolvidos, gerados na hidrólise,
estes são absorvidos nas células das bactérias fermentativas, excretando
substâncias orgânicas simples como ácidos graxos voláteis, álcoois, ácido
lático, e compostos minerais, responsáveis pelo consumo do oxigênio
dissolvido, substância tóxica para as bactérias anaeróbias, caso não seja
removido pela acidogênese facultativa;
• A acetogênese que é conversão dos produtos da acidogênese em
compostos que formam os substratos para a produção de metano, acetato,
hidrogênio e dióxido de carbono;
• A metanogênese, que é o passo que limita a velocidade do processo de
digestão como um todo.
Este processo, de um modo geral, relaciona-se com a cinética da
digestão ou o metabolismo bacteriano.
3.4 O FUNCIONAMENTO DO DAFA
O DAFA em sua coluna ascendente consiste de um leito de lodo, uma
zona de sedimentação e o separador de fases. Este separador de fases é um
dispositivo característico do digestor e tem a finalidade de dividir a zona de
digestão (parte inferior), onde se encontra a manta de lodo responsável pela
digestão anaeróbia e a zona de sedimentação (parte superior). A água
residuária, que segue uma trajetória ascendente dentro do digestor, desde sua
parte mais baixa, atravessa a zona de digestão escoando a seguir pelas
25
passagens do separador de fases e alcançando a zona de sedimentação
(HAANDEL e LETTINGA, 1994).
A água residuária após entrar e ser distribuída no fundo do digestor, não
importando a forma de sua chegada, flui pela zona de digestão, onde se
encontra o leito de lodo, ocorrendo à mistura do material orgânico bruto com o
lodo já existente. Neste leito, os sólidos orgânicos suspensos são quebrados e
biodegradados, resultando na produção de biogás e no crescimento da
biomassa bacteriana. O biogás segue em trajetória ascendente com o líquido,
após este ultrapassar a camada de lodo, em direção ao separador de fases
(ANDRADE NETO, 1995).
No separador de fases, as partículas sólidas restantes e o liquido
seguem um caminho (câmara de decantação) e o gás outro (câmara de
acumulação do biogás). Na câmara de sedimentação ocorre a separação da
fase sólida restante da fase líquida. A parte sólida desse pela ação da
gravidade em direção à câmara de digestão e a parte líquida é coletada em
calhas, na superfície do digestor e segue em direção à unidade seguinte. Na
parte interna do separador de fases fica a câmara de acumulação do biogás
que se forma na zona de digestão. A área disponível para o escoamento
ascendente do líquido deve ser de tal forma que o líquido, ao se aproximar da
superfície líquida livre os flocos de lodo não sejam arrastados pelas condições
hidráulicas, ou seja, as partículas tenham sua velocidade de sedimentação
reduzida (ANDRADE NETO, 1997).
Na parte interna do separador de fases fica a câmara de acumulação do
biogás que se forma na zona de digestão. O projeto do DAFA garante pré-
requisitos para digestão anaeróbia eficiente: através do escoamento
ascensional do afluente passando pela camada de lodo, do decantador interno
que garante a retenção de uma grande massa de lodo no digestor. Com o fluxo
ascendente a estabilização da matéria orgânica ocorre na zona da manta de
lodo, não havendo necessidade de dispositivos de mistura, pois esta é
promovida pelo fluxo ascensional e pelas bolhas de gás (HAANDEL e
LETTINGA, 1994).
Existe a obrigatoriedade de se dotar o reator anaeróbio de condições
físicas que sejam favoráveis à imobilização em flocos ou grânulos da biomassa
ativa, ao mesmo tempo em que se garanta sua retenção. Dentro dele constitui-
26
se no principal fator de estabelecimento da configuração adequada, visto que a
desagregação ou perda de lodo já imobilizado em maior ou menor quantidade
terá muito a ver com a paralela eficiência do reator.
A mistura e contato da matéria orgânica, a ser biodegradada, com a
biomassa, a imobilização em colônias de massa viva e a sua retenção podem
ser favorecidos com a agitação promovida pela geração e movimentação
ascensional do biogás, porém esgotos muitos diluídos dependerão muito mais
das condições hidráulicas em virtude da pequena produção gasosa.
Os reatores anaeróbios de manta de lodo foram inicialmente concebidos
para tratamento de efluentes industriais como estruturas cilíndricas ou
prismático-retangulares, nos quais as áreas dos compartimentos de digestão e
de decantação eram iguais, configurando-se, portanto, reatores de paredes
verticais. A adaptação destes reatores para tratamento de águas residuárias de
baixa concentração (como os esgotos domésticos) tem levado a diversos tipos
de configuração, conforme mostra a Figura 1.
Figura 1 Figura 1 Figura 1 Figura 1 –––– Formas Formas Formas Formas de de de de seções transversais de seções transversais de seções transversais de seções transversais de projetoprojetoprojetoprojeto d d d doooo DAFADAFADAFADAFA
Em relação à forma dos reatores em planta, estes podem ser circulares
ou retangulares. Os reatores de seção circular são mais econômicos do ponto
de vista estrutural, sendo mais utilizados para atendimento a pequenas
populações, usualmente com uma unidade única. Para atendimento a
populações maiores, quando a modulação se torna necessária, os reatores
27
retangulares passam a ser mais indicados, uma vez que uma parede pode
servir a dois módulos contíguos (HAANDEL e LETTINGA, 1994).
No projeto de DAFA para tratamento de esgotos de baixa concentração,
o dimensionamento é feito pelo critério de carga hidráulica e não pela orgânica.
Nesta situação, a velocidade ascendente nos compartimentos de digestão e de
decantação passa a ser de fundamental importância: velocidades excessivas
resultam na perda de biomassa do sistema, reduzindo a estabilidade do
processo. Como conseqüência, a altura do digestor deve ser reduzida
aumentando-se sua seção transversal, a fim de garantir a manutenção das
velocidades ascensionais dentro das faixas adequadas.
A quantidade de esgotos aplicada diariamente ao reator, por unidade de
volume deste, chama-se de carga hidráulica volumétrica. O tempo de detenção
hidráulica é o inverso da carga hidráulica volumétrica. De acordo com estudos
experimentais a carga volumétrica não deve ultrapassar o valor de 5,0
m3/m2.dia, o que equivale a um tempo de detenção mínimo de 4,8 horas
(ANDRADE NETO, 1997).
Uma das rotinas operacionais mais importantes neste sistema de
tratamento consiste em avaliar a quantidade de biomassa presente no reator
através da determinação do perfil dos sólidos e da massa de microrganismos
presentes no sistema e a atividade metanogênica específica desta massa.
Esse monitoramento possibilitará à operação maior controle sobre os sólidos
do sistema, identificando a altura do leito de lodo no reator, possibilitando o
estabelecimento de estratégias de descarte (quantidade e freqüência) e
determinação dos pontos ideais de descarte do lodo, em função dos resultados
dos testes de atividade metanogênica específica e das características do lodo.
A avaliação do lodo anaeróbio também é importante no sentido de
classificar o potencial da biomassa na conversão de substratos solúveis em
metano e dióxido de carbono. Para que essa biomassa possa ser preservada e
monitorada, torna-se necessário o desenvolvimento de técnicas para a
avaliação da atividade microbiana dos reatores anaeróbios, notadamente as
bactérias metanogênicas (HAANDEL E LETTINGA, 1994).
Um aspecto operacional importante em um sistema com lodos em
suspensão como no caso do DAFA é a descarga de lodo de excesso. A
sistemática de descarte do lodo destina-se a extração periódica de parcela
28
deste lodo, que cresce em excesso no reator, possibilitando também a retirada
de material inerte que eventualmente venha a se acumular no fundo do reator.
Este descarte tem que obedecer duas recomendações básicas: a
retirada deve ocorrer quando a capacidade de retenção do reator estiver
exaurida e o residual deve ficar em um mínimo de modo que não haja prejuízo
na continuidade do processo de digestão da matéria orgânica afluente. Devem
ser previstos pelo menos dois pontos de descarte, um junto ao fundo e outro a
aproximadamente 1,0 a 1,5 metros acima, dependendo da altura do
compartimento de digestão, de forma a propiciar maior flexibilidade
operacional. Recomendam-se tubos ou mangotes de 100 milímetros de
diâmetro para escoamento do lodo de descarte (ANDRADE NETO, 1997).
Nos DAFAs, o controle do fluxo ascendente é essencial, pois, a mistura
e retenção da biomassa adequada, permitem que o lodo permaneça em
suspensão com uma mobilidade limitada em um espaço na vertical do interior
do reator. A mistura do afluente com essa biomassa é favorecida pela agitação
hidráulica promovida pelo fluxo ascensional, por efeitos de convecção térmica e
do movimento permanente de bolhas de gases produzidos no processo
digestivo da atividade bacteriana. É provável que ocorram situações em que o
movimento ascensional das bolhas gasosas seja o mais importante no
processo de mistura.
Essa dinâmica é essencial para que o processo anaeróbio por meio
desse tipo de reator de manta de lodo se desenvolva e se mantenha em
elevada atividade e com ótima capacidade de sedimentação.
O desenvolvimento do lodo anaeróbio é resultante da transformação da
matéria orgânica no sistema. Como este crescimento é contínuo, isto implica
na necessidade periódica de descarte de parcela do volume de lodo
acumulado, como certamente teria de ocorrer com qualquer outro sistema de
tratamento de afluentes de águas residuárias, sob pena de o processo perder
eficiência na qualidade do efluente.
Caso não haja uma boa separação das fases sólido-líquida, fazendo
com que no reator permaneça a biomassa ao longo de toda sua coluna, e/ou
não sejam feitos descartes periódicos adequados, haverá excesso de lodo
perdido através do efluente, reduzindo a qualidade de seu efluente. O tempo de
29
detenção hidráulica também é um fator importante nesta consideração e, na
maioria das vezes, deve estar entre 6 e 10 horas (CAMPOS, 1999).
Para que se tenha controle destes fatores negativos, faz-se necessária
uma avaliação da DQO do efluente decantado. Este procedimento é obtido
com a decantação desse efluente por uma hora em cone Imhoff por uma hora,
sendo que este decantado deve produzir um valor de 40 a 20 % de valor da
DQO do afluente (CAMPOS, 1999).
O tratamento de esgotos utilizando o DAFA constitui um método
eficiente e relativamente de baixo custo para se removerem matéria orgânica e
sólida em suspensão, diminuindo consideravelmente o potencial poluidor dos
esgotos após o tratamento.
Para um mesmo tempo de detenção a razão área/profundidade não influi
marcadamente sobre a eficiência de remoção do material orgânico e a massa
de sólidos voláteis varia muito pouco com o tempo de detenção e a
configuração dos reatores.
Enquanto o reator não estiver cheio de lodo, uma parte do lodo
produzido acumular-se-á no seu interior, enquanto outra parcela será
descarregada junto com o afluente. Esta parte descarregada cresce com a
redução do tempo de detenção hidráulica Para evitar que o lodo produzido seja
descarregado junto com o efluente, diminuindo a qualidade, periodicamente
são executadas descargas de lodo de modo a aliviar o volume de material
sólido acumulado no interior do reator.
Normalmente a capacidade de digestão do lodo acumulado num DAFA
tratando esgoto doméstico é muito maior do que a carga orgânica de modo que
se podem dar descargas grandes de lodo de excesso sem prejudicar a
eficiência ou a estabilidade operacional do reator. Para tempos de detenção
hidráulica de 4 a 8 horas é possível dar descargas de 50 a 60% da massa de
lodo sem prejuízo do seu desempenho. Descargas de 80 % resultam numa
redução temporária da eficiência de remoção da DQO e um aumento da
concentração de ácidos voláteis no efluente, sem, contudo ameaçar a
estabilidade operacional.
O lodo também pode conter uma fração orgânica inerte que se origina
da floculação de matéria orgânica biodegradável, mas particulado presente no
afluente e, dependendo das condições operacionais, é possível que apareçam
30
no efluente juntamente com outras partículas não metabolizadas, resultante de
inadequadas condições hidráulicas ou de população bacteriana insuficiente.
Outro problema que pode afetar o rendimento é volume do resíduo endógeno
que, sabe-se, cresce com o prolongamento do período de atividade da massa
bacteriana.
No DAFA as camadas inferiores da biomassa invariavelmente são mais
densas e estacionárias que as superiores, até mesmo como conseqüência da
menor presença ou passagem de bolhas de gás à medida que se aprofunda
mais o leito. O importante é que o mecanismo de entrada do afluente e a
agitação hidráulica sejam suficientes para não favorecerem a formação de
zonas mortas e o aparecimento de caminhos preferenciais ou curtos-circuitos
hidráulicos, empobrecendo a mistura da matéria orgânica com a biomassa.
Independentemente da maior ou menor eficiência do reator, o lodo
formado sempre terá uma fração de material inorgânico em função da
floculação de sólidos minerais suspensos presentes no afluente ou da
presença de sais insolúveis gerados no interior do próprio reator. Essas
partículas inertes normalmente se encontram envolvidas completamente por
uma massa de bactérias, o que dificulta a quantificação da biomassa.
Enquanto o reator não estiver cheio de lodo, uma parte do lodo
produzido acumular-se-á no seu interior, enquanto outra parcela será
descarregada junto com o afluente. Esta parte descarregada cresce com a
redução do tempo de detenção hidráulica Para evitar que o lodo produzido seja
descarregado junto com o efluente, diminuindo a qualidade, periodicamente
são executadas descargas de lodo de modo a aliviar o volume de material
sólido acumulado no interior do reator. Normalmente a capacidade de digestão
do lodo acumulado em um DAFA tratando esgoto doméstico é muito maior do
que a carga orgânica de modo que se podem dar descargas grandes de lodo
de excesso sem prejudicar a eficiência ou a estabilidade operacional do reator.
Segundo Medeiros et al., 1998, para tempos de detenção hidráulica de 4 a 8
horas é possível dar descargas de 50 a 60% da massa de lodo sem prejuízo do
seu desempenho. Descargas de 80 % resultam numa redução temporária da
eficiência de remoção da DQO e um aumento da concentração de ácidos
voláteis no efluente, sem, contudo ameaçar a estabilidade operacional.
31
O lodo também pode conter uma fração orgânica inerte que se origina
da floculação de matéria orgânica biodegradável, mas particulado presente no
afluente e, dependendo das condições operacionais, é possível que apareçam
no efluente juntamente com outras partículas não metabolizadas, resultante de
inadequadas condições hidráulicas ou de população bacteriana insuficiente.
Outro problema que pode afetar o rendimento é volume do resíduo endógeno
que, sabe-se, cresce com o prolongamento do período de atividade da massa
bacteriana.
A aceitação do reator anaeróbio como principal unidade de tratamento,
deve-se à constatação de que esta unidade pode remover em torno de 70 % da
matéria orgânica sem dispêndio de energia externa ou adição de substâncias
químicas. Assim unidades posteriores podem ser usadas sem cuidados prévios
para remoção de parcelas remanescentes.
Estações mistas de tratamento de esgotos têm sido projetadas com
muita freqüência ultimamente e funcionado satisfatoriamente, com unidades
anaeróbias seguidas de aeróbias, trazendo melhores resultados, aliados a
menores custos que as tradicionais exclusivamente aeróbias.
A vazão de projeto é o parâmetro inicial mais importante para
dimensionamento de uma unidade de tratamento de esgotos. No caso
específico de DAFAs que operam a taxas elevadas (TDH entre 4 e 6 horas),
variações bruscas de vazão podem levar a sobrecargas hidráulicas
volumétricas, reduzindo o desempenho dessas unidades pois, quando há
perdas de sólidos biológicos conseqüentemente há queda no rendimento do
reator.
Especificamente, os sistemas coletores de esgotos domésticos são
caracterizados por apresentarem significativas variações de vazão. Nos
coletores de esgotos as flutuações mais interessantes para efeito de projeto
são as horárias e dependem da simultaneidade das descargas e das distâncias
a serem percorridas até as unidades de tratamento. As variações diárias e
mensais, as quais estão diretamente relacionadas com a curva de consumo de
água, dependem, pois, dos fatores que afetam o comportamento desta curva e
com as possíveis infiltrações subterrâneas e ligações clandestinas de águas de
origem pluvial.
32
Na entrada das estações de tratamento, em função da extensão da rede,
estas flutuações podem estar amortecidas, considerando que, hidraulicamente,
quanto maior o percurso maior será o amortecimento dos picos de vazão,
associado à defasagem entre os pontos de contribuição distribuídos ao longo
da rede coletora.
Porém, nem sempre é possível reunir todas as vazões em um só destino
final a não ser que sejam projetados recalques de uma ou mais bacias de
esgotamento para uma canalização a jusante (sistemas distritais), originando
pulsos de vazões bombeadas que poderão ocorrer de forma simultânea com
outros efluentes de elevatórias, alterando sensivelmente a vazão de trabalho
da unidade de tratamento e reduzindo, pois, seu tempo de detenção e,
consequentemente, seu rendimento.
Em geral, quando se deseja projetar sistemas de esgotos sanitários,
recomenda-se que as variações de vazão sejam cuidadosamente avaliadas,
através de dados de campo ou de dados de áreas com características
semelhantes à desejada, ao invés de adotarem-se dados da literatura.
A vantagem do DAFA está relacionando com a sua eficiência de
remoção de DBO e de sólidos, é o seu curto tempo de detenção hidráulica, em
torno de 6 horas para remoção de cerca de 80 por cento da DBO e 75 por
cento dos sólidos em suspensão. Em sistemas de lodo ativado e em lagoas de
estabilização o tempo de permanência é da ordem de 12 a 24 h e de 20 a 30
dias respectivamente.
A razão área/profundidade não tem influência significativa sobre o seu
desempenho, podendo os valores de área em planta e a profundidade serem
determinados principalmente pelos custos de construção e as características
do terreno disponível para sua construção (Andrade Neto, 1997).
O DAFA é um sistema que não causa transtornos para a população
beneficiada: O sistema é "invisível" (enterrado), não espalha odores e não
causa proliferação de insetos. A produção de lodo biológico é pequena e o lodo
de excesso já sai estabilizado e com concentração elevada, podendo ser
secado diretamente em leitos de secagem. Sua operação e manutenção são
extremamente simples podendo ser feito por pessoal não especializado:
precisa-se reter areia e desentupir tubulações obstruídas. A construção do
DAFA é simples podendo ser usados materiais e mão de obras locais. Os
33
custos de construção e de operação tendem a ser bem menores que os de
outros sistemas de tratamento de esgoto (HAANDEL E LETTINGA, 1994).
Porém, o DAFA apresenta uma desvantagem em relação a sua baixa
eficiência quanto à remoção de patógenos e nutrientes, sendo isto bastante
compreensível, considerando-se o baixo tempo de detenção hidráulica deste
tipo de digestor. Entretanto, este tipo de digestor pode ser usado, por exemplo,
em combinação com lagoas de estabilização, podendo-se obter um efluente de
boa qualidade higiênica em um sistema que ocupa menos que metade da área
necessária para um sistema de lagoas convencionais. Por outro lado, a
combinação do DAFA com um sistema de lodo ativado permite obter uma
qualidade excelente do efluente, tendo-se menos que metade do volume de
reatores, da produção de lodo e do consumo de oxigênio de um sistema
convencional de lodo ativado. Dessa maneira, tanto no caso de se aplicar
lagoas de estabilização como no caso de lodo ativado é sempre uma excelente
providência ter um DAFA como pré-tratamento de águas residuárias
domésticas (ANDRADE NETO, 1997).
A aceitação do DAFA como principal unidade de tratamento, deve-se à
constatação de que esta unidade pode remover em torno de 70 % da matéria
orgânica sem dispêndio de energia externa ou adição de substâncias químicas.
Assim unidades posteriores podem ser usadas sem cuidados prévios para
remoção de parcelas remanescentes.
34
4. CONSIDERAÇÕES DE PROJETO DO SISTEMA DE DAFA EM SÉRIE DA ETE DO CONJUNTO VIVEIROS “A”
4.1 DESCRIÇÃO DA ETE
A ETE do conjunto Viveiros “A” é uma estação de tratamento de esgoto
do bairro Viveiros composta por três pares de DAFAs em série, situado na
cidade de Feira de Santana-BA. O seu tratamento fora estimado para uma
população de renda menor que três salários mínimos e em um total de 3.560
habitantes.
A geometria dos DAFAs é circular, constituído de paredes em concreto
armado e defletor em fibra de vidro. O seu volume é de 129,1 metros cúbicos.
O tratamento é distribuído em preliminar, primário e secundário, sendo
que o preliminar ocorre por gradeamento e desarenação em caixas de areia de
fluxo horizontal com medidor de vazão através de regime crítico, tipo calha
parshall. O tratamento primário e secundário ocorre pela passagem nos dois
digestores anaeróbios de fluxo ascendente em série, com tempo de detenção
hidráulica de 10 horas cada (20 horas no total), para vazão média.
A Equação da Eficiência Final (Ef) em remoção da DBO para dois
digestores em série de é dada pela expressão:
)1( 121 EEEE f −+=
Sendo:
Ef, a eficiência ao final ou total do processo de tratamento,
E1 e E2, a eficiência individual de cada um dos digestores.
Onde E1 = 80% e E2 = 80% (considerações de projeto) para a ETE Viveiros
“A”
Ef = 0,8 + 0,8 x (1-0,8) = 0,8 + 0,16 = 0,96 (96%).
Para a ETE Viveiros “A”, foi adotado estimado projeto:
Concentrações (mg DBO5 /l)
ETE AFLUENTE EFLUENTE EFICIÊNCIA
Viveiros "A" 587,1095 23,5484 96%
35
Para uma vazão média 309.830,40 l/dia (3,586 l/s) e uma carga orgânica
de 587,1 mg/l a carga orgânica total estimada é de 181,9 kg DBO5 / dia.
A carga estimada de DQO fora 1,47 da DBO, ou seja, 267,4 kg/dia. Este
dado permite inferir que a concentração afluente de DQO, em projeto, é de
863,0 mg/l.
4.2 METODOLOGIA
4.2.1 Tipo de Pesquisa
A pesquisa desenvolvida classifica-se como exploratória e descritiva.
Exploratória devido ao estudo que será realizado, abordando coleta de
amostras de efluente de esgoto e descritiva, porque se propõe a descrever a
eficiência real do sistema de tratamento do esgoto doméstico composto por
DAFAs em série.
Esse tipo de pesquisa também irá envolver levantamento bibliográfico.
O levantamento bibliográfico é elaborado a partir de material já publicado,
constituído por livros, artigos de periódicos e atualmente com material
disponibilizado pela internet (GIL, 1991).
Tal estudo apresenta-se como inovador na área de tratamento do esgoto
doméstico, a considerar a sistemática de funcionamento (de DAFAs em série)
pouco usual no cenário nacional; quiçá internacional, haja vista ausência de
menção desta forma de tratamento do esgoto doméstico.
Como a pesquisa trata de confronto dos dados levados em consideração
em fase de projeto com os de funcionamento, foram necessárias coletas de
amostras do esgoto nos pontos importantes para o estudo (afluente do primeiro
DAFA, afluente do segundo DAFA e efluente do segundo DAFA). Estes dados
subsidiarão o estudo da eficiência dos DAFAs em série.
4.2.2 Levantamento documental
Foram pesquisados arquivos da EMBASA em Feira de Santana-BA na
busca de informações sobre o projeto e a operação da ETE em estudo. O
memorial de cálculo da ETE do Viveiros “A”, apresentou dados relevantes para
o estudo em questão.
36
4.2.3 Levantamento bibliográfico
Foram feitos estudos sobre o funcionamento do DAFA e sua relação no
tratamento de esgoto doméstico. Tendo-se em vista a paulatina aplicação
deste sistema de tratamento nas mais diversas estações de tratamento dos
esgotos domésticos do mundo, principalmente nas regiões de clima quente.
O estudo de caso envolve um estudo detalhado e exaustivo de um ou
poucos objetos de maneira que se permita o seu amplo e detalhado
conhecimento. De maneira que a análise de uma unidade de determinado
universo possibilita a compreensão da generalidade do mesmo, ou pelo menos,
o estabelecimento de bases para uma investigação posterior, mais sistemática
e precisa.
O levantamento irá investigar dúvidas, ainda existentes, a cerca do
tratamento com DAFA e a ausência, em dados reais, de estudos sobre a
eficiência do mesmo operando em série.
4.2.4 Observações de campo
A ETE do Conjunto Viveiros “A” exposta na Figura 2, opera sob
manutenção diária da EMBASA e apresenta resultados satisfatórios quanto a
qualidade final do seu efluente.
Figura 2: Estação de Tratamento de Esgoto do Viveiros “A”.
37
4.2.5 Local da pesquisa
A pesquisa foi desenvolvida em dois DAFAs em série, da ETE Viveiros
“A”, localizada no Bairro Viveiros em Feira de Santana-BA.
A ETE em questão faz parte da bacia do jacuípe e apresenta um
funcionamento satisfatório, do ponto de vista de operação e manutenção.
4.2.6 Parâmetros pesquisados
Os parâmetros selecionados para levantamento de dados foram DBO e
DQO da entrada e saída dos dois DAFAs em serie. Não foram realizadas as
análises físico-química de sólidos sedimentáveis das amostras, mesmo tendo
conhecimento de sua relevância para o estudo, devido à limitações de material
do LABOTEC.
Sabendo que a caracterização final de um efluente depende da
realização de vários ensaios (ph, fosfato, oxigênio dissolvido e consumido,
sólidos totais, sólidos voláteis sólidos fixos), o estudo em questão limitou-se ao
estudo da DBO e DQO, por se tratarem de parâmetros confiáveis na
determinação da eficiência do sistema de tratamento.
4.2.7 Pontos de Coleta
As coletas foram realizadas no afluente do primeiro DAFA, afluente do
segundo DAFA e efluente do segundo DAFA, da ETE do Conjunto Viveiros “A”.
Com a intenção de se obter a DBO e DQO na entrada do DAFA 1 e saída
deste (conseqüentemente entrada no DAFA 2) e saída final no DAFA 2.
4.2.8 Período de amostragem
O período de amostragem foi de junho a agosto de 2008, em um total de
quatro amostras. Este período fora definido em função da disponibilidade de
recebimento (e posterior realização do ensaio) por parte do LABOTEC; outro
fator importante na quantificação das amostras diz respeito à disponibilidade do
operador das ETEs da EMBASA, que não dispunha de tempo hábil para
acompanhamento e realização de mais ensaios. Portanto, a definição da
quantidade das amostras ficou relacionada a aspectos técnicos e operacionais,
para a realização dos ensaios.
38
4.2.9 Hora da amostra
As amostras foram coletadas na parte da manhã, devido a
disponibilidade do operador da EMBASA e o horário de recebimento das
amostras por parte do Laboratório de Tecnologia (LABOTEC) da Universidade
Estadual de Feira de Santana.
4.2.10 Quantidade de amostras
Foi realizado um total de quatro coletas de afluente e efluente dos
DAFAs como amostra representativa para o estudo, e em conformidade com as
disponibilidades do LABOTEC e operador da EMBASA.
A medida da vazão foi realizada em um período de cinco dias, pela
manhã e tarde de cada dia, com o intuito de se obter a vazão média de entrada
nos DAFAs.
4.2.11 Coleta da amostra, armazenamento e transport e
As amostras foram coletadas seguindo às recomendações técnicas do
LABOTEC e acompanhadas por um profissional habilitado da EMBASA. E
foram realizadas na parte da manhã de todos os dias de coleta.
Após as coletas, as amostras foram devidamente condicionadas e
imediatamente transportadas ao LABOTEC para os procedimentos de entrada
neste e conseqüente realização dos ensaios.
4.2.12 Determinação das análises
As analises de DBO, Figura 3 e DQO Figura 4, foram realizadas no
Laboratório de Tecnologia - LABOTEC da Universidade Estadual de Feira de
Santana - UEFS, conforme estabelece o Standard Methods For The
Examination of Water and Wastwoter, 19ª Edition.
39
Figura 3 – Equipamento usado para ensaio de DBO
Figura 4 – Equipamento para ensaio de DQO
A realização dos ensaios foi supervisionada pelos técnicos do LABOTEC
e os resultados dos ensaios disponibilizados após o período de dez dias.
4.2.13 Avaliação dos resultados
O estudo a ser realizado avaliou a eficiência na remoção de DBO e DQO
dos DAFAs em série; coletando as amostras, na entrada do afluente no
primeiro DAFA, na saída do efluente do primeiro DAFA e entrada deste no
40
segundo e no efluente do segundo. De posse destes dados e dos dados de
projeto, será aferida a eficiência do sistema de tratamento composto por
DAFAs em série.
Os resultados de DBO e DQO obtidos foram tabulados em quadros, e as
eficiências dos DAFAs foram calculadas individuais e em série. Com os
resultados obtidos nas analises foi feita a comparação com os resultados
obtidos de projeto e os obtidos de forma teórica.
4.3 TRATAMENTO DOS DADOS
Por se tratar de um trabalho comparativo, os dados coletados seguiram
o mesmo procedimento de tratamento, para fins de cálculo, do projetado. Pois,
é uma forma de atestar as condições de projeto com as de funcionamento.
Os resultados foram relacionados e tabulados, utilizando o programa
Excel Windows 2003, para comparação entre sistema projetado e o posto em
funcionamento.
Os dados referentes à eficiência na remoção da Demanda Química de
Oxigênio (DQO) serão avaliados a partir dos dados coletados, pois não fora
estipulada em projeto. Sendo avaliadas condições do sistema de DAFAs em
série, de forma teórica e prática; ou seja no afluente e efluente de cada
digestor.
A eficiência do sistema será mensurada a partir da fórmula, para DBO:
100]/)[( ×−= AFEFAFDBO DBODBODBOE
O mesmo raciocínio se aplica para a DQO:
100]/)[( ×−= AFEFAFDQO DQODQBODQOE
Todos os dados obtidos foram comparados com os limites estabelecidos
em projeto.
Segundo Chernicharo (2007), a eficiência do DAFA está associada ao
Tempo de Detenção Hidráulica (TDH). Tal conclusão está baseada em
41
estudos, realizados em escala piloto pela International Water Association
(IWA).
Este estudo conclui que o TDH influencia a remoção da DBO de 40% a
80% e a remoção da DQO de 40% a 90%, sugerindo as seguintes equações
para constatação prática e dimensionamento dos DAFAs:
50,070,01(100 −−= xTDHxEDBO
Na qual:
EDBO = Eficiência do DAFA, em termos de remoção de DBO (%);
TDH = Tempo de Detenção Hidráulica;
0,70 = Constante empírica;
0,50 = Constante empírica;
35,068,01(100 −−= xTDHxEDQO
Na qual:
EDQO = Eficiência do DAFA, em termos de remoção de DQO (%);
TDH = Tempo de Detenção Hidráulica;
0,68 = Constante empírica;
0,35 = Constante empírica;
A estimativa da concentração, no efluente final, de DBO e DQO é
definida pela seguinte equação:
100/)( OFO SESS ×−=
Na qual:
S = Concentração final de DBO ou DQO no efluente (mg/l);
So = Concentração final de DBO ou DQO no afluente (mg/l);
EF = Eficiência de remoção de DBO ou DQO (%);
Aplicando estas equações na análise dos dados coletados, pode-se
obter a eficiência prática do sistema, mesmo que este apresente um sistema
composto por DAFAs em série. Pois o raciocínio aplicado, em projeto, fora o
mesmo de um sistema individual.
42
Para tanto, se deve seguir o cálculo das eficiências para todas as
amostras coletadas. Após estes cálculos, foi confrontadas as eficiências de
projeto com as constatadas na prática; para se obter um panorama real da
eficácia no tratamento de esgotos domésticos utilizando-se um sistema
composto por DAFAs em série.
43
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para o cálculo da vazão média final do sistema, foram feitas medidas
diárias em uma Calha Parshall de três polegadas, as leituras das lâminas de
esgoto podem ser observadas no Quadro 1.
QUADRO 1 – Leituras da lâmina de esgoto, em centíme tros, obtidas na Calha Parshall de
7,62 cm de garganta, na ETE do Conjunto Viveiros A.
TURNO SEGUNDA-FEIRA TERÇA-FEIRA QUARTA-FEIRA QUINTA-FEIRA SEXTA-FEIRA
Matutino 4,0 4,0 4,0 4,5 4,0
Noturno 7,5 8,0 7,0 8,5 7,0
De posse das leituras na calha Parshall pode-se obter a vazão de cada
turno de coleta, aplicando-se equações ajustadas para a calha específica,
conforme se observa no Quadro 2.
QUADRO 2 – Vazões registradas na calha Parshall da ETE do Conjunto Viveiros A (l/s)
TURNO SEGUNDA-FEIRA TERÇA-FEIRA QUARTA-FEIRA QUINTA-FEIRA SEXTA-FEIRA
Matutino 1,34 1,34 1,34 1,60 1,34
Noturno 3,44 3,79 3,10 4,15 3,10 Média Diária 2,39 2,57 2,22 2,88 2,22
Com estes resultados pode-se inferir que a vazão média do sistema foi
de 2,454 l/s. Com esta vazão, próxima da real, será avaliado os critérios de
projeto ao qual fora concebido o sistema de tratamento composto por DAFAs
em série.
Tempo de detenção hidráulica para a vazão média medida em campo
(2,454 l/s), para cada DAFA será:
TDH = VOLUME DO DAFA = 129,1 = 14,613 h.
VAZÃO MÉDIA 2,454X3,6
A vazão média encontrada (2,453 l/s) foi inferior á vazão média adotada
para o projeto (3,586 l/s). Observa-se que a vazão média de campo teve como
base medições em horas indicadas na literatura, ou seja, os consumos médios
ocorrem pela manhã entre 7 e 8 horas e à noite entre 18 e 20 h. Na pesquisa
44
fez-se a leitura de vazão pela manhã e pela noite aproximadamente uma hora
antes do recomendado, conseqüentemente a medição da manhã deve ter
ficado abaixo da média e da noite a maior que a média, logo, o resultado médio
encontrado deve ser aproximadamente igual á media real da unidade.
Como a vazão média calculada foi menor que a vazão média adotada
em projeto, o TDH calculado (14,613) ficou superior ao estimado no projeto
(10,0 h). As concentrações finais de DBO e DQO calculadas conforme
metodologia de projeto segue regra inversa.
A estimativa da eficiência em DBO e DQO de um DAFA para a vazão
média, medida em campo (2,454 l/s) é:
EDBO = 81,7%.
EDQO = 73,4%
A estimativa da concentração, do efluente final, de DBO e DQO para a
vazão média (2,454 l/s) medida em campo é de:
SDBO = 107,441 mg/l para SoDBO = 587,1095 mg/l.
SDQO = 229,56 mg/l para SoDQO = 863,0 mg/l
Os resultados dos parâmetros de DBO e DQO medidos em campo para
cada amostra e media bem como a eficiência, no tratamento do sistema de
esgoto do conjunto Viveiros A estão registrados nos Quadro 3, 4, 5, 6, 7 e 8.
QUADRO 3 – Resultados e Eficiência parcial e total da primeira amostra
Tipo de
unidade
Local
da
coleta
DBO
(mg/l)
Eficiência
%
DQO
(mg/l)
Eficiência
%
DAFA 1 Entrada 500 1600
DAFA 1 Saída 140
72,0 680
57,5
DAFA 2 Saída 80 42,9 600 11,8
Eficiência Total DBO 84 DQO 62,5
45
QUADRO 4 – Resultados e Eficiência parcial e total da segunda amostra
Tipo de
unidade
Local
da
coleta
DBO
(mg/l)
Eficiência
%
DQO
(mg/l)
Eficiência
%
DAFA 1 Entrada 700 3520
DAFA 1 Saída 145
79,3 800
77,3
DAFA 2 Saída 90 37,9 320 60
Eficiência Total DBO 87,1 DQO 90,9
QUADRO 5 – Resultados e Eficiência parcial e total da terceira amostra
Tipo de
unidade
Local
da
coleta
DBO
(mg/l)
Eficiência
%
DQO
(mg/l)
Eficiência
%
DAFA 1 Entrada 700 4200
DAFA 1 Saída 110
84,3 459
89,1
DAFA 2 Saída 60 45,6 231 71,5
Eficiência Total DBO 91,4 DQO 94,5
QUADRO 6 – Resultados e Eficiência parcial e total da quarta amostra
Tipo de
unidade
Local
da
coleta
DBO
(mg/l)
Eficiência
%
DQO
(mg/l)
Eficiência
%
DAFA 1 Entrada 550 1640
DAFA 1 Saída 85
84,5 640
61
DAFA 2 Saída 70 17,6 459 28,3
Eficiência Total DBO 87,2 DQO 72
QUADRO 7 – DBO e DQO média para todas as amostras
Tipo de
unidade
Local da
coleta
DBO(mg/l)
Campo
DBO(mg/l)
Projeto
DQO(mg/l)
Campo
DQO(mg/l)
Projeto
DAFA 1 Entrada 612,5 587,11 2740 863,0
DAFA 1 Saída 120 117,4 644,8 236,5
DAFA 2 Saída 75 23,5 402,5 64,8
46
QUADRO 8 – Eficiência média DBO e DQ O de campo e de projeto
Unidade Ef. DBO
Campo
(%)
Ef. DBO
Projeto
(%)
Ef. DQO
Campo
(%)
Ef. DO
Projeto
(%)
DAFA 1 80,4 80,0 76,5 72,6
DAFA 2 37,5 80,0 37,6 72,6
DAFAs 1+ 2 87,8 96,0 85,3 92,5
Observando-se o Quadro 7, verifica-se que a DBO média de campo
(612,5 mg/l) para o primeiro DAFA foi pouco superior à DBO média adotada em
projeto (587,1095 mg/l). Quanto à DQO média, verifica-se que a medida em
campo (2.740 mg/l) se encontra muito superior à adotada em projeto (863,0
mg/l), diferença esta possivelmente decorrente de lançamentos de resíduos
orgânicos minerais, não biodegradáveis.
Conforme o Quadro 8 a medida das eficiências em remoção de DBO e
DQO (87,8 e 85,3 respectivamente) para os dois DAFA em série e para a
vazão média medida em campo ficaram inferiores às eficiências adotadas em
projeto (96,0 e 92,5 respectivamente). Incoerente, considerando que o tempo
de detenção real (14,603 h) ficou superior ao tempo de detenção adotado em
projeto (10,0 h) e a vazão de projeto (3,586 l/s) foi superior à vazão medida em
campo (2,454 l/s). A justificativa está nos fatos de que as eficiências do
primeiro DAFA ficaram muito próximas das adotadas em projeto, enquanto as
do segundo DAFA ficaram muito abaixo.
Verifica-se no Quadro 7 que a DBO média afluente ao 1º DAFA (612,5
mg/l) medida em campo ficou pouco superior à adotada em projeto (587,11
mg/l). Entretanto, para o efluente do 2º DAFA o valor da DBO medida em
campo (120,0 mg/l) se encontra pouco superior à estimada em projeto (117,4
l/s). Para o segundo DAFA o valor da DBO medida (75,0) ficou superior à
adotada em projeto (23,5).
Pelos dados do Quadro 8 verifica-se que os rendimentos medidos para o
primeiro DAFA (80,4% e 76,5% em DBO e DQO respectivamente) se
encontram próximos dos adotados em projeto (80,0% e 72,6% em DBO e DQO
respectivamente), enquanto os rendimentos medidos para o segundo DAFA
(37,5% e 37,6% em DBO e DQO respectivamente) são diferentes e inferiores
aos adotados em projeto (80,0% e 72,6% em DBO e DQO respectivamente). O
47
resultado da eficiência medida no experimento no segundo DAFA se encontra
abaixo da eficiência adotada em projeto porque no 1º DAFA ocorre remoção de
matéria orgânica sedimentável e dissolvida e no 2º DAFA só ocorre remoção
de matéria orgânica dissolvida, o que se queria demonstras na hipótese
adotada.
6. CONCLUSÕES
A DBO e DQO médias medidas em campo se encontram superiores às
adotadas em projeto.
A DQO média medida em campo se encontra muito superior ao
esperado para esgoto sanitário, muito provavelmente decorrente de
lançamentos de matéria orgânica mineral.
A vazão média de esgoto medida em campo se encontre abaixo da
adotada em projeto, muito provavelmente decorrente do per capita de água real
ser inferior ao adotado no projeto.
A eficiência para o 1º DAFA e do 2º adotado em projeto foram iguais a
80%.
A eficiência para o 1º DAFA medida em campo se encontra muito
próxima da eficiência encontrada em projeto.
A eficiência do 2º DAFA medida em campo se encontra abaixo da
eficiência adotada em projeto, como esperado, ou seja, de acordo com a
hipótese do trabalho.
Para tratamento com DAFA em série, a eficiência a ser adotada para o
segundo DAFA não deve ser igual à do primeiro, para o experimento deve ser
da ordem de 46% da eficiência deste para remoção de DBO.
Como o sistema fora projetado para a obtenção da concentração final de
DBO emtorno de 23 mg/l e a concentração média medida foi de 75 mg/l, logo, o
sistema não atende à finalidade do projeto.
48
7. RECOMENDAÇÕES
Quando houver necessidade de se remover mais que 70 - 80% da
matéria orgânica de um esgoto, utilizar ou não DAFA em série deve ser uma
decisão econômica e não só técnica.
Quando for necessário remover mais que 70 – 80% da matéria orgânica
utilizando DAFA em série para tratamento devem-se adotar rendimentos
diferentes para o primeiro e segundo. O segundo deve ser da ordem de 46%
do rendimento do primeiro, aplicado na DBO afluente ao segundo.
49
8. REFERÊNCIAS
Van Haandel, C., Lettinga, G. (1994). Tratamento Anaeróbio de Esgotos: Um manual para Regiões de Clima Quente , Epgraf, Campina Grande-PB, 240 p. Andrade Neto, Cícero O. de (1997). Sistemas Simples para Tratamento de Esgotos Sanitários: Experiência Brasileira, ABES, Rio de Janeiro-RJ, 301p. GIL, Antonio Carlos, Como Elaborar Projetos de Pesquisa . São Paulo, Atlas, 1991. VERGARA, Sylvia Constant. Projetos e relatórios de Pesquisa em
Administração. São Paulo: Atlas, 2006.
Jordão Pacheco, E., Pessoa Arruda, C. (1995). Tratamento de esgotos domésticos. 3ª ed. ABES, Rio de Janeiro-RJ, 720p. Manual de Saneamento . 3ª ed.rev. – Brasília: Fundação Nacional de Saúde (FUNASA), 2006, 408 p. Campos, J. R. (1999). Tratamento de esgotos sanitários por processo anaeróbio e disposição controlada no solo, PROSAB, Abes, Rio de Janeiro, 435 p. Chernicharo, C. A. L. (2007). Reatores anaeróbios , 2ª Ed. SEGRAC, Belo Horizonte, 246 p. Medeiros Filho, C. F. (2000). Efeito da variação temporal da vazão sobre o desempenho de um reator UASB , Dissertação de Mestrado, Universidade Federal da Paraíba – UFPB, Campina Grande – Brasil. MOTA, Suetônio. Introdução à Engenharia Ambiental . Rio de Janeiro, ABES, 1997.
ANEXOS
Fotos da ETE do Conjunto Viveiros A.
GRADE PARA RETENÇÃO DE SÓLIDOS GROSSEIROS, CAIXA PA RA RETENÇÃO DE
ÁRIA E CALHA PARSHALL PARA MEDIÇÃO DA VAZAO.
DAFA EM SÉRIE
ETE DO CONJUNTO VIVEIROS A – UNIDADES EM SÉRIE
PONTO DE COLETA DO EFLUENTE DO 1º DAFA, AFLUENTE DO 2º.
