O presente artigo tem como objetivo mostrar e alertar qualquer funcionário/colaborador que trabalhe em estações de tratamento de esgoto (ETE), seja pública/concessão ou privadas sobre o recebimento de efluentes de terceiros.
Ao longo dos anos, a H2O Engenharia vivenciou algumas experiencias relativas a isto, e, na maioria dos casos, as equipes técnicas e operacionais das ETE’s quantificam somente o volume/vazão de efluente a ser recebido, sem dar muita atenção aos outros indicadores quali-quantitavos básicos, como por exemplo:
- Concentração do poluente, expresso em DBO e/ou DQO;
- Cargas poluidoras, expresso em DBO e/ou DQO; e
- Composição do efluente.
Além destes três parâmetros fundamentais, é recomendado que a operação da planta faça analises da composição deste efluente, afim de saber o tipo de efluente que está sendo recebido, ou seja, se o mesmo é composto, majoritariamente, por: gorduras, chorume, fossa, metais pesados, entre outros.
Somente após as análises destes três parâmetros básicos – principalmente carga poluidora – que é possível estabelecer medidas operacionais, pois, na prática, receber um efluente externo cuja vazão/volume é relativamente “pequena” em relação a capacidade hidráulica das unidades subsequentes, pode, aparentemente, não representar grandes problemas, mas a elevada concentração de DQO pode elevar substancialmente o valor da carga poluidora externa, podendo ultrapassar os limites de tratamento dos reatores biológicos estabelecidas em projeto.
Além disso, muitos efluentes provenientes de terceiros apresentam na sua composição contaminantes tóxicos que podem interferir no bom funcionamento dos microrganismos presentes nos reatores biológicos. Como exemplo, podemos citar o chorume.
Como forma de suavizar os impactos da poluição externa, é fundamental que a ETE possua um Tanque de Equalização (veja nosso artigo sobre o tema), pois, além de equalizar a vazão, o tanque irá equalizar as concentrações dos despejos domésticos e de terceiros.
CARGA POLUIDORA
IMPACTOS NAS UNIDADES DE TRATAMENTO
Tratamento preliminar
Em estações de tratamento de esgoto é recomendável que a etapa preliminar de tratamento esteja em condições boas/perfeitas de uso. Nesta etapa, o principal objetivo é a remoção de sólidos em suspensão particulados – por processos físicos.
O tratamento primário na ETE Santa Isabel é constituído por: Grades grosseira e fina; Caixa de Areia; e Tanque de Equalização.
O principal objetivo da etapa de gradeamento é a remoção de sólidos grosseiros de fácil retenção e remoção, através de operações físicas.
Já no caso da Caixa de Areia, a mesma é responsável pela remoção e/ou eliminação de sólidos maiores do que 0,2 milímetros de diâmetro. A maior parte dos sólidos observados nas caixas de areia são inorgânicos (minerais), como: areia, cascalho, sílica, pedrisco, entre outros.
No caso da estação Santa Isabel, a retirada de sólidos na Caixa de Areia é imprescindível para que não ocorra o acúmulo dos mesmos nas etapas instaladas a jusante, pois, em caso de não remoção destes sólidos nesta etapa (principalmente os minerais), os mesmos serão enviados e acumulados nos reatores biológicos e serão removidos como lodo biológico.
Portanto, a remoção de areia e do material grosseiro possuem a função de pré-condicionar o esgoto bruto favoravelmente aos processos de tratamento subsequentes.
Reator anaeróbio (UASB)
Após a passagem pelo tratamento preliminar, o efluente (carga poluidora) segue para os reatores anaeróbios (UASB), onde é tratado na ausência de oxigênio.
Este tipo de sistema é conhecido por trabalhar, mais eficientemente, em efluentes que apresentam elevadas concentrações de DQO. Nas ETE’s domésticas que utilizam esta tecnologia, a performance esperada é menor. Na ETE Santa Isabel, é possível perceber que as maiores eficiências de remoção de DQO, no sistema anaeróbio, ocorrem nos dias em que a ETE recebe um efluente com uma concentração mais elevada, conforme pode-se observar nas planilhas de controle operacional da ETE.
Entretanto, em operações de reatores UASB, é recomendável que se avalie alguns parâmetros relativos à vazão e a carga biológica afluente para que a eficiência na remoção de matéria orgânica não seja comprometida. Uma maneira de analisar se o reator está recebendo uma carga acima de sua capacidade, é monitorando o valor da Carga Orgânica Volumétrica aplicada (COV), que, segundo Sperling (1996) e Chernicharo (2007), deve-se situar entre 2,0 – 3,5 Kg DQO/m³ para esgotos predominantemente domésticos.
A seguir, é apresentada a equação para o cálculo de COV:
COV=Q x SoV Equação 2
Onde,
COV é a carga orgânica volumétrica aplicada, em KgDQO/m³.dia;
So é a concentração de DQO afluente ao reator, em Kg/m³;
Q é a vazão média afluente ao reator, em m³/dia; e
V é o volume do reator anaeróbio, em m³.
Uma outra maneira de verificar se os reatores estão performando bem em relação a vazão recebida, é pelo cálculo do Tempo de Detenção Hidráulico (TDH) do sistema anaeróbio, cuja definição é apresentada na equação (3) a seguir:
TDH=VQ Equação 3
Onde,
TDH é o tempo de detenção hidráulico do efluente no sistema anaeróbio, em horas;
V é o volume do reator anaeróbio, em m³; e
Q é a vazão média afluente ao reator anaeróbio, em m³/h.
Segundo a Norma Brasileira n° 12.209, o valor de TDH para a vazão média, considerando a temperatura média do esgoto no mês mais frio do ano e o volume total do UASB, deve ser igual ou superior a:
- 6 horas para temperatura do esgoto superior a 25,0°C;
- 7 horas para temperatura do esgoto entre 22,0 e 25,0°C;
- 8 horas para temperatura do esgoto entre 18,0 e 21,0°C; e
- 10 horas para temperatura do esgoto entre 15,0 e 18,0°C.
- Carga Orgânica Volumétrica (COV)
De posse dos valores das cargas poluidoras (apresentadas no item 6.2) e do volume de cada reator anaeróbio, foi possível calcular a carga orgânica volumétrica (COV) para o sistema anaeróbio, cujo volume total dos 04 reatores é de 7.037 m³.
Os resultados dos cálculos de COV’s diários do sistema anaeróbio (UASB) são apresentados na Tabela 5 a seguir:
Tabela 5 – Valores de COV do sistema anaeróbio (UASB) da ETE Santa Isabel, durante os meses de setembro, outubro e novembro de 2019.
Nota: 1 valores inseridos conforme solicitação da equipe de operação da Sanesalto, pois não havia dados de concentração de DQO nestes dias. Desta forma, nas datas onde não havia dados de concentração, inseriu-se o valor referente à média da concentração de DQO de cada mês
De posse dos valores, elaborou-se o Gráfico 9 a seguir:
Gráfico 9 – Comportamento do valor de COV no sistema anaeróbio da ETE Santa Isabel, durante os meses de setembro, outubro e novembro de 2019.
Como pode ser visto na Tabela 5 e no Gráfico 9, o sistema anaeróbio apresentou, na maioria dos dias, valores próximos ou dentro da faixa (2,0 – 3,5 Kg DQO/m³) recomendada e que é esperado para reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB). Apenas os dias 02/10 e 12/11 apresentaram valores anormais (6,9 e 4,1 Kg DQO/m³, respectivamente).
O valor médio de COV ao final do período de estudo foi de 2,25 Kg DQO/m³, dentro da faixa recomendada e do que é esperado para este tipo de sistema.
No mês de outubro, os valores de COV’s foram um pouco superiores aos outros dois meses, além de apresentarem maiores oscilações. Neste mês, foram verificadas as maiores concentrações de DQO bruta durante o período de estudo.
- Tempo de Detenção Hidráulica (TDH)
Utilizando-se da equação 3, foi possível calcular o valor de TDH médio nos meses de setembro, outubro e novembro de 2019 para o sistema anaeróbio, cujo volume total dos 04 reatores é de 7.037 m³.
Segundo os dados fornecidos pela equipe de operação da ETE e baseados nos volumes dos reatores anaeróbios informados no Projeto Executivo da ETE, o TDH nos dias de estudo foram os seguintes:
Tabela 6 – Valores de TDH no sistema anaeróbio, durante os meses de setembro, outubro e novembro de 2019.
De posse dos valores dos TDH diários, elaborou-se o Gráfico 10 a seguir:
Gráfico 10 – comportamento dos valores de TDH na ETE Santa Isabel, durante os meses de setembro, outubro e novembro de 2019.
Pode-se notar que em todos os dias de monitoramento, os valores de TDH permaneceram acima do valor recomendado pela Norma Brasileira n° 12.209, que é de 8 a 9 horas.
O valor médio verificado no período foi de 10,1 horas. O valor mais elevado registrado foi de 13,9 horas, e o mínimo, de 8,4 horas.
Além disso, é possível notar como os valores de TDH variaram durante o período de monitoramento. Estas variações são resultantes dos diferentes valores das vazões afluente a ETE Santa Isabel, entretanto, não comprometeram o comportamento hidráulico do sistema anaeróbio.
Reator aeróbio (Tanque de Aeração)
Com relação ao reator aeróbio (Lodos Ativados), o sistema possui algumas particularidades no recebimento da carga poluidora. De acordo com o Projeto Executivo desenvolvido no ano de 2013, referente a ampliação da ETE Santa Isabel, na qual o sistema de lodos ativados faz parte, o sistema possui capacidade para tratar uma vazão até 80,0 L/s, com concentração de DQO de 300,0 mg O2/L e, consequentemente, uma carga poluidora de 2.074 KgDQO/dia.
O efluente enviado para o Tanque de Aeração é proveniente dos reatores UASB, de onde é removido, em média, cerca de 50,0 – 60,0% da carga poluidora bruta, com base nos dados fornecidos pela equipe operacional da Sanesalto.
A Tabela 7 a seguir indica os valores de vazão, concentração de DQO e carga poluidora que foram introduzidas no sistema aeróbio durante o período de estudo.
Tabela 7 – Cargas poluidoras afluente ao Tanque de Aeração durante o período de estudo.
Nota: 1 valores inseridos conforme solicitação da equipe de operação da Sanesalto, pois não haviam dados de concentração de DQO nestes dias. Desta forma, nas datas onde não havia dados de concentração, inseriu-se o valor referente a média da concentração de DQO de cada mês.
De posse dos valores diários de carga poluidora, foi possível elaborar o Gráfico 11 a seguir:
Gráfico 11 – Variação das cargas de DQO afluente ao Tanque de Aeração, durante os meses de setembro, outubro e novembro de 2019.
No Gráfico 11, nota-se que, na maioria dos dias, a carga de DQO afluente ao Tanque de Aeração permaneceu acima do que foi especificado em projeto (2.074 Kg DQO/dia), mesmo com a vazão média afluente sendo de 81,0 L/s, muito próximo do que foi projetado (80,0 L/s).
A carga poluidora média afluente ao tanque de aeração foi de 2.915 Kg DQO/dia durante o período de monitoramento, o que representa 40,5 %.a mais.
Isto se deve as elevadas concentrações de DQO afluente ao tanque, verificadas na maioria dos dias. A concentração média de DQO ao longo do período foi de 463,0 mg O2/L, superior ao projetado (300,0 mg O2/L).
Além disso, é possível observar grandes variações de um dia para o outro ao longo dos três meses, como nos dias 25 e 26/10, por exemplo, onde as cargas poluidoras afluentes ao tanque de aeração apresentaram valores de 5.298 e 2.809 Kg DQO/dia, respectivamente.
Os picos máximos e mínimos registrados foram 7.161 e 1.559 Kg DQO/dia, respectivamente.
CONCLUSÃO
Os efluentes externos que são enviados à ETE compõem-se de:
- Banheiro químico;
- Chorume;
- Efluente oleoso;
- Efluente;
- Fossa;
- Gordura; e
- Lodo.
Analisando as vazões, concentrações e cargas poluidoras, percebe-se que os maiores contribuintes, são: “Chorume”, “Efluentes” e “Gordura”. Não está claro e não foi informado do que se trata o “Efluente” e, portanto, não se pode avaliar qualitativamente o mesmo. A nível de concentração, uma parcela importante, em termos de DQO, refere-se a “Gordura”.
Normalmente, os efluentes denominados “Chorume” contém elevadas concentrações de nitrogênio amoniacal que não são removidas no sistema anaeróbio, e consequentemente, vão contribuir em carga de poluição nitrogenada no sistema aeróbio, que convertidas em nitrato afetam o pH do sistema .
Com relação ao componente “Efluentes” não se pode comentar, pois é desconhecida sua composição.
Já o tipo “Gordura”, além do impacto em DQO (maiores concentrações de DQO), também apresentam elevado teor de óleos e graxas, interferindo na atividade microbiológica dos sistemas biológicos (anaeróbio e aeróbio).
Todos estes tipos de efluentes podem ocasionar problemas na operação da ETE. Isto porque, podem ser efluentes de difícil degradação por partes dos microrganismos anaeróbios e aeróbios, principalmente, pois a DQO é uma medida indireta de poluição e se refere apenas a demanda de oxigênio e não o tipo de contaminação.
Dentre os efluentes verificados, aponta-se preocupações com os efluentes “Banheiro químico”, pois os mesmos podem conter agentes biocidas, o que pode interferir na biodegradabilidade.
O sistema anaeróbio apresentou, na maioria dos dias, valores próximos ou dentro do esperado para o parâmetro COV (média de 2,25 Kg DQO/m³), os quais ficaram dentro da faixa recomenda. Já os resultados do parâmetro TDH mostraram valores um pouco superior do que é recomendado pela Norma Brasileira n° 12.209 (8,0 a 9,0 horas) em praticamente todos os dias de análise. A média durante o período foi de 10,1 horas e, consequentemente, dentro da faixa..
Ambos valores indicam que, caso o sistema anaeróbio estivesse tratando apenas o efluente doméstico, o mesmo não apresentaria problemas de operação/tratamento. Entretanto, a elevada parcela (23,0% da carga total) de carga poluidora proveniente de terceiros torna a composição do efluente bruto da ETE Santa Isabel complexa e provavelmente, de difícil degradabilidade para os microrganismos presentes nos reatores, assim, a planta terá dificuldades para performar adequadamente.
Com relação ao sistema aeróbio, pode-se verificar que durante o período de estudo, o reator aeróbio (lodos ativados) recebeu, em termos de concentração e carga de DQO, valores acima do que foi projetado. De acordo com o projeto inicial do sistema aeróbio, o reator está apto para receber uma carga diária de 2.074 Kg de DQO (300 mg O2/L e 80,0 L/s), porém, o presente trabalho mostrou os seguintes valores médios ao final do período de estudo: concentração de DQO = 409 mg O2/L; e carga poluidora = 2.915 Kg DQO/dia. Na maioria das vezes, como visto no gráfico 11 as cargas enviadas superaram, de maneira importante, o valor projetado. Isto ocorre por uma das seguintes razões: baixa performance do anaeróbio ou concentrações muito elevadas na entrada do sistema. Outro aspecto importante é a questão da biodegradabilidade que pode interferir nas reações bioquímicas, embora a vazão média tenha sido de 81,0 L/s, muito próximo do projetado.
Além disso, vale destacar que o sistema aeróbio possui uma maior flexibilidade operacional, pois a vazão de alimentação pode ser ajustada em caso de recebimento de cargas mais elevadas de que a de projeto.
Na prática, receber um efluente externo que represente apenas 2,4% da vazão total, pode, aparentemente, não representar grandes problemas para a ETE Santa Isabel, mas as elevadas concentrações de DQO e a presença de contaminantes tóxicos, podem interferir na operação da planta. No caso específico da ETE Santa Isabel, o presente trabalho mostrou que, da carga total diária recebida pela ETE Santa Isabel, entre setembro e novembro, cerca de 23,0% foram provenientes dos efluentes externos.
