VI Simpósio Ítalo Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
II-026 - IMPACTO DE CARGAS TÓXICAS DE DERIVADOS DE PETRÓLEO
EM REATORES UASB OPERANDO COM FLUXO INTERMITENTE EM
ESCALA PILOTO
Verginia Januário Dos Reis Rocha
Engenheira Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo ( UFES / 1998 ). Pós - Graduada em Saúde
Pública (UNAERP / 1999). Mestranda em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo
Tadeu Lyrio
Graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Aluno de Iniciação Científica Bolsista do CNPq.
Bruno Rocha Coutinho
Graduando em Ciências Biológicas pela Universidade Federal do Espírito Santo. Pesquisador Voluntário.
Eliana Zandonade
Estatística pela Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Mestre em Engenharia Elétrica pela
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-RJ). Doutora em Estatística pela Universidade
Estadual de São Paulo (IME-USP). Professora Adjunto do Departamento de Estatística da Universidade
Federal do Espírito Santo (DEST-UFES).
Ricardo Franci Gonçalves(1)
Engenheiro Civil e Sanitarista pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UERJ) – 1984. Pós-Graduado em
Enga de Saúde Pública – (ENSP/RJ) – 1985 - DEA – Ciências do Meio Ambiente – Universidade Paris XII,
ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Águas – INSA de
Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHS e do PMEA- UFES.
Sérvio Túlio Alves Cassini (1)
Biólogo pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) – 1975. PhD Microbiologia pela Universidade
Estadual da Carolina do Norte (NCSU) – EUA – 1988. Pós-Doutorado em Microbiologia Ambiental na
Universidade do Tennessee – EUA – 1997.
Endereço(1): Departamento de Hidráulica e Saneamento – DHS – CT – UFES -Caixa Postal: 01-9011 - CEP:
29060-970 - Vitória – ES - Fone: (27) 3335-2151 - Fax: (27) 3335-2165
e-mail: [email protected]
RESUMO
O sistema de tratamento biológico de esgotos sanitários tem sido alvo de lançamentos de águas residuárias
industriais de forma clandestina, podendo conter substâncias tóxicas capazes de provocar distúrbio no sistema
de tratamento de esgotos e consequentemente afetar a qualidade do efluente lançado no corpo receptor.
Apesar da comprovada eficiência dos reatores UASB na remoção de sólidos totais e DQO, pouco se sabe
sobre os possíveis impactos de cargas tóxicas de derivados de petróleo sobre estes sistemas de tratamento.
Diante dessa constatação, faz-se necessário avaliar o desempenho do reator UASB frente a possíveis
contaminações por cargas tóxicas de derivados de petróleo. O aparato experimental consta, de três reatores
UASB idênticos com volumes de 47,59 L e foram alimentados de forma intermitente (batelada), com ciclos
operacionais de 12 horas diárias. Resultados obtidos com os reatores operando com carga orgânica
volumétrica de 2kgDQO/m3.dia, apontaram eficiências médias de remoção de 67.05%, 70.34% e 68.56% em
termos de SST, 62.61%, 62.16% e 54.78% de DQO e 28.41%, 32.86%, 30.8% de DQO filtrada para os
reatores R1, R2 e R3 respectivamente. Esses resultados são aceitáveis, quando comparados com estudos
anteriores realizados com reatores UASB do tipo convencional. O reator R1 foi o branco da pesquisa, pois a
injeção de cargas tóxicas se deu através de choque crônico, nos reatores R2 e R3, com óleo lubrificante
"novo" e óleo "queimado", respectivamente. As concentrações de tóxico pesquisadas foram: 500, 1000, 1500,
2000, 3500 e atualmente 7000 ppm.
PALAVRAS-CHAVE: UASB, Toxicidade, Óleos, Tratamentos de Esgotos, Fluxo Intermitente, Batelada.
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INTRODUÇÃO
O processo de tratamento de esgoto sanitário pela via anaeróbia, através de reatores de manta de lodo, é
amplamente usado em regiões de clima quente e suas vantagens são evidentes na realidade brasileira. Apesar
da comprovada eficiência dos reatores UASB na remoção de sólidos totais e DQO, pouco se sabe sobre os
possíveis impactos de cargas tóxicas de derivados de petróleo sobre estes sistemas de tratamento. A baixa
capacidade do sistema, em tolerar cargas tóxicas é uma desvantagem que estudamos nesse trabalho.
Os óleos e graxas presentes nos efluentes são resultantes do uso de manteiga, óleos vegetais e gordura animal.
Além dessas formas orgânicas de gordura, pode-se encontrar ainda a presença indesejável de óleos minerais
oriundos do petróleo, como querosene, óleo lubrificante (PESSOA e JORDÃO, 1982). Essas substâncias
tóxicas são capazes de provocar distúrbios no sistema de tratamento de esgotos e consequentemente afetar a
qualidade do efluente lançado no corpo receptor. Entre os possíveis contaminantes tóxicos, estão os óleos
automotivos aditivados , provenientes de postos de gasolina, que são contaminados com metais especialmente
o chumbo (0,15 – 0,2 %) e partículas carbonosas (GUIMARÃES, 2000).
Assim, torna-se necessário uma análise detalhada de todos os tipos de esgotos que contribuem para a Estação
de Tratamento de Esgotos (ETE), pois influenciará no seu dimensionamento e consequentemente no seu
monitoramento (VON SPERLING, 1996).
MATERIAL E MÉTODOS
O aparato experimental foi construído na Estação de Tratamento de Esgoto da UFES (ETE – UFES) . A ETEUFES recebe esgoto tipicamente doméstico, proveniente do Bairro Jardim da Penha, onde existe uma
elevatória operada pela Companhia Espírito Santense de Saneamento – CESAN. No ponto de chegada na
ETE, o esgoto passa pelo gradeamento e elevatória, de onde o esgoto é bombeado simultaneamente para os
três reatores do tipo UASB, da presente pesquisa.
Os reatores são idênticos, construídos em PVC branco com diâmetro de 100 mm, altura de 5 m e volume útil
de 4,59 l e foram fixos numa torre de andaimes de 6 metros de altura (VAN HAANDEL, 1999) . Ao longo de
cada reator existem 7 torneiras para amostragem (Figura 1).
TÓXICO
REATORES
UASB
ELEVATÓRIA
Figura 1: Croqui do Aparato Experimental
As operações de manutenção do aparato experimental obedecem a um ciclo de operação pré - determinado,
composto por cinco etapas básicas: enchimento, reação, sedimentação e descarte do efluente (Cybis e
Pickbrenner, 2000).
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Tendo como referência o reator UASB, as condições operacionais que o caracterizaram, foram vazão de
recirculação de 2ml/s, tempo de detenção hidráulica de 12 horas, velocidade ascensional de 0.5 m/h e uma
carga orgânica volumétrica de 2.17 kg DQO.m-3 dia-1 .
As variáveis de controle do ciclo operacional estão mostradas na figura 2. O controle operacional é feito
manualmente para o enchimento, coleta e descarte, e somente a bomba de recirculação é controlada por timer
(temporizador).
(1)
(2)
(3)
(4)
(1)- Enchimento com vazão de 20 ml/s e duração de 30 min.
(2)- Recirculação do efluente, através de bomba peristáltica , com duração de 9 horas.
(3)- Sedimentação com duração de 2 horas.
(4)-Descarte do efluente com duração de 30 min.
Figura 2 : Esquema do ciclo operacional
Os ciclos operacionais dos 3 reatores são idênticos, com períodos diferenciais de enchimento (estático), reação
(anaeróbia), sedimentação e descarte, como pode ser visto na tabela 1
Tabela 1: Ciclo Operacional
CICLO DE 12 HORAS
TEMPO
FASE
OBSERVAÇÃO
30’
9 horas
2 horas
30’
Enchimento
Reação anaeróbia
Sedimentação
Retirada ou descarte
Sem mistura
Mistura (recirculação do efluente)
Sem mistura
Sem mistura
As amostras são coletadas, a uma altura de 4,25 m, em cada reator. São coletadas amostras simples de esgoto
bruto na fase de enchimento e dos efluentes do reatores R1, R2 e R3 na fase final do repouso. Os parâmetros
de monitoramento são os sólidos suspensos totais (SST), demanda química de oxigênio (DQO) para amostras
filtradas (DQOfiltrada), óleos e graxas (OeG), sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV),foram determinados
de acordo com técnicas padrão “STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND
WASTEWATER, 19 ª edição “. No caso de ácidos voláteis, alcalinidade total a bicarbonato, seguiram
métodos recomendados por DILALLO e ALBERTSON (1961).
A pesquisa foi dividida em diferentes etapas para os três reatores , conforme a tabela 3.
Tabela 3: Condições operacionais impostas aos reatores
ETAPAS
1ª
2ª
3ª
4ª
5ª
6ª
7ª
Duração
(dias)
129
4
4
4
4
20
20
Concentração de Tóxico (g/L)
R2
Partida dos reatores (sem Tóxico)
Controle*
0,50
Controle*
1,00
Controle*
1,50
Controle*
2,00
Controle*
3,50
Controle*
7,00
R1
R3
0,50
1,00
1,50
2,00
3,50
7,00
*Sem adição de Tóxico
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Os óleos foram bombeados para os reatores (R2 e R3) através de uma bomba peristáltica. A linha de injeção
do óleo passa obrigatoriamente pelo leito dos reatores, pois existe uma válvula de retenção horizontal para
proteção hidráulica do lodo dos reatores e garantir o fluxo ascendente do líquido.
No reator R2 foi injetado óleo lubrificante automotivo “novo” e no reator R3 óleo “queimado” proveniente do
sistema separador de óleo de posto de gasolina. O reator R1 será mantido sob condição normal ou “controle”
sem injeção de óleo. O óleo limpo utilizado nas injeções é de elevado desempenho para uso em motores a
gasolina e a álcool e aos adaptados para o uso de gás natural, as características expressas em valores modais
para o Grau SAE 20W/50 são: densidade a 20/4 ºC de 0.8886, ponto de fulgor (VA) de 240 ºC, ponto de
fluidez de –27 ºC e cinzas sulfatadas de 1 (% peso).
RESULTADOS
PRIMEIRA ETAPA
Após a fase de partida dos reatores, analisamos os parâmetros listados na tabela 4, esses resultados médios do
monitoramento aparentemente estão longe dos valores médios encontrados na literatura, 40 - 52 mg/L, 118 161mgO2/L de SST e DQO respectivamente (ARAÚJO,1996, BOF,1999 e VERONEZ, 2001 ). A
particularidade dessa pesquisa está na forma de captação do esgoto bruto, pois é coletado através de bomba
submersível localizada no fundo da elevatória (ETE-UFES), onde o teor de sólidos é elevado como mostrado
na tabela 4 e figura 1, o afluente aos reatores é o esgoto bruto (EB) . Por esse motivo a eficiência média de
remoção foi alta, indicando a estabilidade da remoção de matéria orgânica pelos reatores. A primeira etapa
teve duração de 129 dias, após a inoculação .
RESULTADOS DA PRIMEIRA ETAPA
Tabela 4 : Desempenho dos reatores com relação aos principais parâmetros de monitoramento: Sólidos
Suspensos Totais - SST (mg/L), Demanda Química de Oxigênio (mgO2/L) e Demanda Química de
Oxigênio Filtrada (mgO2/L)
Eficiência
Parâmetro
Média
Máximo Mínimo Desv. Padrão
N
Média de
Remoção (%)
32
325
580
94
291
EB
32
R1
107
278
14
107
67.05
SST (mg/l)
32
R2
96
242
22
55
70.34
32
R3
102
230
2
64
68.56
27
516
990
18
209
EB
27
R1
193
348
78
78
62.61
DQO (mgO2/l)
27
R2
195
336
66
67
62.16
27
R3
233
476
61
99
54.78
27
151
267
103
41
EB
27
R1
94
234
73
13
28.41
DQO filtrada
(mg O2/l)
27
R2
100
159
71
16
32.86
27
R3
98
193
52
20
30.8
R1
1200
R2
R3
R2
R3
EB
ESGOTO BRUTO
300
800
600
400
200
0
0
5
10
A
15
20
25
Dias de Monitoramento
250
SST (mg/l)
DQO filtrada, (mgO2/L)
1000
DQO (mgO2/L)
R1
ESGOTO BRUTO
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
25
Dias de Monitoramento
B
R1
R2
R3
700
630
560
490
420
350
280
210
140
70
0
0
5
10
15
20
25
30
Dias de Monitoramento
C
Figura 1 - A : DQO (mgO2/l), B: DQO filtrada (mgO2/l) e C: SST (mg/l)
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Os valores médios da alcalinidade total desta fase são 210,16 , 224,04, 232,83 e 234,55 (mg CaCO3) para
esgoto bruto, R1, R2 e R3 respectivamente e não demonstraram diferenças significativas entre os três reatores.
CARGAS TÓXICAS
Os resultados das etapas subsequentes do experimento, são apresentados na tabela 5.
Tabela 5 : Desempenho dos reatores com relação as eficiências médias dos seguintes parâmetros:
Sólidos Suspensos Totais - SST (mg/L), Demanda Química de Oxigênio - DQO (mgO2/L) e Demanda
Química de Oxigênio da amostra Filtrada - DQOfiltrada (mgO2/L)
Parâmetro
Reatores
1ª Etapa 2ª Etapa
3ª Etapa
4ª Etapa
5ª Etapa
6ª Etapa
7ª Etapa
R1
R2
R3
67.05
70.34
68.56
94.63
84.82
54.12
68.29
71.97
73.26
71.49
69.28
90.17
86.75
89.50
92.72
77.80
82.65
55.35
89.30
36.70
77.74
DQO
(mgO2/L)
R1
R2
R3
62.61
62.16
54.78
64.86
63.14
61.92
63.84
69.37
67.38
92.81
92.33
90.01
78.57
84.2
78.14
79.65
80.25
84.77
76.5
70.69
68.03
DQO filtrada
(mg O2/L)
R1
R2
R3
28.41
32.86
30.8
51.82
46.77
43.70
37.63
35.61
25.37
52.63
52.19
48.47
46.05
42.63
38.99
39.18
35.28
30.08
47.31
41.29
37.63
SS (mg/L)
Em relação ao parâmetro óleos e graxas do efluente, os valores são mostrados na tabela 6 e visualizados na
figura 2.
Tabela 6 : Valores de Óleos e Graxas, OG (mg/L) do Esgoto Bruto e dos Efluentes dos Reatores R1, R2
e R3 nas cinco etapas experimentais
Desv.
Etapas
Média Máximo Mínimo
N
Padrão
113,31 1211,00 15,13
158,99
70
EB
R1
42,72
107,16 14,300
26,47
14
1ª
R2
29,90
59,50
8,30
15,72
14
R3
45,46
162,6
10,60
44,4
16
80,25
81,5
79,00
1,70
2
EB
R1
27,50
32,0
23,00
6,36
2
2ª
R2
36,87
41,75
32,00
6,00
2
R3
43,5
50,75
36,25
10,25
2
93,04
189,5
26,00
68,87
4
EB
R1
59,25
156,0
1,00
67,56
4
3ª
R2
41,45
61,5
13,00
25,67
4
R3
50,35
44,,00
63,75
9,20
4
156,77 306,66
64,66
95,90
6
EB
R1
65,00
126,60
46,60
47,97
6
4ª
R2
47,72
76,66
18,00
23,37
6
R3
45,66
78,66
11,66
27,74
6
27,86
771,33
93,30
284,34
5
EB
R1
73,73
118,60
15,00
46,38
5
5ª
R2
121,6
22,22
60,3
61,19
5
R3
88,26
128,66
33,33
44,44
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Por motivos operacionais, os dados finais da 6 ª etapa ainda estão sendo processados para o parâmetro óleos e
graxas.
OBSERVAÇÕES SOBRE A OPERAÇÃO DO PROCESSO
Verificou-se para os dois reatores, que após a terceira injeção de óleo, este passava pelo leito e ficava no topo
dos reatores (R2 e R3).
Na etapa de descarte do efluente tratado, tomou-se o cuidado de acompanhar através de inspeção visual o
aumento de sólidos nas proximidades da manta o que ocasionou a escolha da modificação do volume de
descarte sempre deixando aproximadamente um volume de seis litros acima da manta, e após a injeção do
óleo esse volume preservava o filme de óleo formado no do topo dos reatores.
CONCLUSÕES
O experimento ainda está em andamento, para o fechamento da parte experimental faltam duas injeções de
óleo, com concentrações a ser determinada. Os resultados obtidos até a sétima etapa para os parâmetros de
rotina de monitoramento, não indicaram a presença de uma substância tóxica na estação de tratamento de
esgoto, mas com relação ao parâmetro óleos e graxas, o efluente estaria comprometido desde antes da injeção
de óleo, ou seja, impróprio para o lançamento direto no corpo receptor, pois o limite imposto pela legislação é
menor que 20 mg/L (CONAMA, 1986).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
BOF, Vancleide Soeiro: Desempenho da Associação em Série de um Reator UASB e um Biofiltro Aerado
Submerso Tratando Esgoto Sanitário sob Condições Dinâmicas de Cargas e Retorno do Lodo Aeróbio para o
UASB. Dissertação de mestrado PMEA/UFES, 1999.
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução n º 20 de 18 de junho de 1986. Publicado
no D.O.U. de 30/07/1986.
CYBIS, L. F. , PICKBRENNER, K. – Uso de Reator Sequencial em Batelada para Pós – Tratamento de
Efluentes de Tratamento Anaeróbio. Pós tratamento de Efluentes de Reatores Anaeróbio. Belo Horizonte –
MG. Volume 1: Coletânea de Trabalhos Técnicos, p 157-164, .2000.
GUIMARÃES, R. C. L. et al. – Distribuição de Contaminantes de Petróleo nas Bacias Brasileiras. In: Rio
Oil & Gas Expo and Conference [CD - ROM], Riocentro – RJ, 2000.
PESSOA, C. A. , JORDÃO, E. P. - Tratamento de Esgotos Domésticos. Volume 1, 2 ª edição, Rio de
Janeiro-RJ, 1982.
VAN HAANDEL, A.C. et al. – Efeito Da Proporção Área/ Profundidade Sobre o Desempenho de um
Reator UASB. In: 21 º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental [CD - ROM], Rio de
Janeiro – RJ, 1999.
VERONEZ, A . F. Desempenho de um Reator UASB Tratando Esgoto Sanitário e Realizando
Concomitantemente o Adensamento e a Digestão do Lodo de Descarte de Biofiltros Aerados Submersos.
Dissertação de mestrado PPGEA/UFES, 2001.
VON SPERLING, M. - Princípio do Tratamento Biológico de Águas Residuárias. Belo Horizonte – MG:
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais. Volume 2:
Princípios Básicos do Tratamento de Esgotos, 211p, 1996.
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