( PDF ) Avaliação de desempenho de um filtro biológico percolador em diferentes meios suporte plásticos

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AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR EM

DIFERENTES MEIOS SUPORTE PLÁSTICOS

Ana Silvia Pereira Santos

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIA EM ENGENHARIA

CIVIL

Aprovada por:

Prof. José Paulo Soares de Azevedo, Ph.D.

Prof. Isaac Volschan Jr, D.Sc.

Prof. Eduardo Pacheco Jordão, Dr.Eng.

Prof. Carlos Augusto de Lemos Chernicharo, Ph.D..

RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL

AGOSTO DE 2005

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PEREIRA SANTOS, ANA SILVIA

Avaliação de Desempenho de um Filtro

Biológico Percolador em Diferentes Meios

Suporte Plásticos [Rio de Janeiro] 2005

IX, 81p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ,

M. Sc., Engenharia Civil, 2005)

Dissertação – Universidade Federal do

Rio de Janeiro, COPPE

1. Tratamento de Esgotos Domésticos

I. COPPE/UFRJ II. Título (série)

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AGRADECIMENTOS

Que Deus continue a ilmuminar-me...

Ao professor Isaac Volschan Júnior, pela orientação e amizade que conseguimos

construir em meio a tantos desencontros que sempre acompanham a busca pelo título de

Mestre, valeu Isaac.

Ao professor José Paulo Soares de Azevedo, por permitir que isso tudo se realizasse,

aceitando orientar-me e sempre me fornecendo subsídios para o desenvolvimento do meu

trabalho. Zé Paulo, você foi essencial.

Ao professor Eduardo Pacheco Jordão por ser professor, chefe, “orientador”, pai e amigo,

em todos os momentos que de você precisei, sem me negar uma vez sequer, uma

colaboração. Obrigada mesmo.

Aos demais professores do DRHIMA e da Área de Recursos Hídricos da COPPE e

funcionários, em especial Vaninha, Ronildinha e Raulzito, pelo apoio e contribuição.

Aos técnicos do laboratório... Sem vocês nada disso estaria acontecendo. Valeu Crinstina,

Darlize e Cláudia.

Às meninas do CETE-UFRJ, pelo companherismo em todos os momentos e colaboração

em todos os sentidos. Especialmente Iene e Betina, valeu por tudo, amo vocês.

Ao Compadre Paulinho e ao amigo Marcelo, operadores do CETE Poli-UFRJ, pela mão

estendida sempre, pelo carinho e pela amizade que construimos durante esse tempo.

Aos bolsistas de iniciação científica, Aline, Mônica, Matheus, Gustavo e Otávio, que muito

contribuiram para o desenvolvimento deste trabalho

Aos colegas de mestrado, em especial Martinha, Muri e Carlinhos, pela convivência tão

sadia e tão gostosa, regada a estudos que varavam madrugada e também pelos

momentos de lazer. Obrigada... Vocês se tornaram grandes amigos.

iii

À Mamãe, Papai e Jay, por uma existência com amor. Agradeço muito a vocês por me

apoiarem sempre, acreditando em mim. Vocês são reponsáveis por tudo que sou hoje.

Obrigada, por mesmo de longe, fazerem parte de minha vida de maneira tão intensa.

Ao Rafa, pelo amor, carinho e compreensão. Você foi fundamental em todos os

momentos dessa trajetória. Obrigada por tudo e por estar sempre ao meu lado, somando

momentos felizes, e compatilhando momentos difíceis. Te amo muito!

À “Pereirada”, simplesmente por existir. Valeu vovô Custódio e vovó Dulce por

construirem essa família da qual tanto me orgulho. Amo muito todos vocês “Pereirada e

Peregrados”. Sem vocês meu chão não existiria.

À Dudu, Lil, Lu, Ju, Monquinha e Kaka, constituintes da Família ACMME, por essa

amizade maravilhosa, repleta de boas energias e sinceridade, que construimos ao longo

de bem vividos 18 anos.

Às queridas amigas da “Quinta Feliz”, Kate, Ana e lis, por incentivarem sempre, com

muito carinho e permitirem momentos fantásticos nas nossas alegres “Quintas Felizes”.

Valeu, vocês são demais!

Mimi, pra você amiga, nem sei o que dizer. Você foi amiga, pai, mãe... Você é aquela

amiga que escolhi como irmã. Valeu pela convivência maravilhosa que tivemos neses

dois anos e meio. Vou sentir muita saudade desse tempo.

Aos meus sogros, Leda e Viana que me incorporaram à família como filha.

Ao meus queridos amigos, professores da UFMG, Carlos Chernicharo e Marcos von

Sperling, por apostarem em mim, dando-me a força inicial. Por incentivo de vocês escolhi

a área de saneamento. Obrigada por clarear meus objetivos.

Às empresas AMBIO e Veolia/TRA pelo fornecimento dos meios suporte utilizados na

pesquisa.

Ao CNPq, pela bolsa de mestrado e ao PROSAB e ao CT-Hidro, por permitirem o

desenvolvimento dessa pesquisa.

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M. Sc.)

AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE UM FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR EM

DIFERENTES MEIOS SUPORTE PLÁSTICOS

Ana Silvia Pereira Santos

Agosto/2005

Orientadores: Isaac Volschan Júnior

José Paulo Soares de Azevedo

Programa: Enqenharia Civil

O presente trabalho apresenta o estudo de um filtro biológico percolador, como

tecnologia de tratamento de esgotos, utilizando dois diferentes meios suporte plásticos

(anéis randômicos e bloco cross flow) segundo três diferentes cargas hidráulicas

(40m

.d, 65m

.d e 80m

.d) e orgânicas (0,9kgDBO/m

.d, 1,5kgDBO/m

.d e

2,1kgDBO/m

.d) . A pesquisa foi realizada em escala real, para até 400 habitantes, com o

esgoto gerado no Campus da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Os resultados foram

analisados em função dos parâmetros DQO, DBO e SST, segundo suas concentrações

médias finais e em relação aos padrões indicados nas legislações ambientais vigentes nos

estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo.

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

TRICKLING FILTER PERFORMANCE AVALIATION USING DIFERENT

PLASTIC MEDIAS

Ana Silvia Pereira Santos

August/2005

Advisors: Isaac Volschan Júnior

José Paulo Soares de Azevedo

Department: Civil Engineering

This work presents a study of a trickling filter, as a sewage treatment technology, in

which two different plastic media (random and modular cross flow) have been used. To

each plastic media were used three different hydraulic rates (40m

.d, 65m

.d e

80m

.d) and three organic rates (0,9kgDBO/m

.d, 1,5kgDBO/m

.d e 2,1kgDBO/m

.d).

The research was carried out in real scale, for 400 habitants, and the sewage used was

generated at Universidade Federal do Rio de Janeiro. The results were analyzed based on

COD, BOD and SS parameters, according to its final average concentrations; and also in

accordance with the environmental standards of Rio de Janeiro, Minas Gerais and São

Paulo states.

ABREVIATURAS

CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental de São Paulo

CETE-UFRJ Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da UFRJ

CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente

COPAM Comissão de Política Ambiental de Minas Gerais

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio (mg/l)

DQO Demanda Química de Oxigênio (mg/l)

ETE Estação de Tratamento de Esgotos

FBP Filtro Biológico Percolador

FBP’s Filtros Biológicos Percoladores

FEAM Fundação Estadual do Meio Ambiente de Minas Gerais

FEEMA Fundação Estadual de Engenharia do Meio Ambiente do Rio de Janeiro

K Coeficiente de remoção de DBO para o critério de Eckenfelder

LEMA Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da UFRJ

Mín. Mínimo

Máx. Máximo

NRC National Research Council

OD Oxigênio Dissolvido

pH Potencial Hidrogeniônico

PROSAB Programa de Pesquisa em Saneamento Básico

PVC Poli Vinil Clorado

SISNAMA Sistema Nacional de Meio Ambiente

SLAP Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras

SNIS Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento

vii

SNSA Secretaria Nacional de Saneamento

SSF Sólidos Suspensos Fixos (mg/l)

SST Sólidos Suspensos Totais (mg/l)

SSV Sólidos Suspensos Voláteis (mg/l)

TAO Taxa de Aplicação Orgânica (kg DBO/m3.d)

TAS Taxa de Aplicação Superficial (m3/m2.d)

UASB Up flow Anaerobic Sludge Blanket

UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro

VFC Vertical Flow Corrugated

VSC Vertical Semi Corrugated

XF Cross Flow

viii

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO 1

2. OBJETIVOS 3

2.1 - OBJETIVO GERAL 3

2.2 - OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4

3.1 - LEGISLAÇÃO AMBIENTAL 4

3.2 - BREVE HISTÓRICO DA TECNOLOGIA DE FBP 6

3.3 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO FBP 7

3.4 - ESTRUTURA FÍSICA DA UNIDADE 9

3.4.1 - DISPOSITIVO DE DISTRIBUIÇÃO 10

3.4.2 - MEIO SUPORTE 10

3.4.3 - SISTEMA DE DRENAGEM DE FUNDO 12

3.5 - CARACTERÍSTICAS GERAIS DO BIOFILME 12

3.6 - CLASSIFICAÇÃO E PARÂMETROS DE DIMENSIONAMENTO 15

3.6.1 - FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR DE BAIXA TAXA 17

3.6.2 - FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR DE TAXA INTERMEDIÁRIA 18

3.6.3 - FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR DE ALTA TAXA 18

3.7 - MODELOS MATEMÁTICOS APLICADOS 19

3.7.1 - FÓRMULA DO NRC – NATIONAL RESEARCH COUNCIL 20

3.7.2 - CRITÉRIO DE VELZ 21

3.7.3 - CRITÉRIO DE ECKENFELDER 21

4. METODOLOGIA 23

4.1 - O CENTRO EXPERIMENTAL DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DA UFRJ – CETE-UFRJ 23

4.2 - CARACTERÍSTICAS DAS UNIDADES EXPERIMENTAIS 25

4.2.1 - TRATAMENTO PRELIMINAR 25

4.2.2 - FILTRO BIOLÓGICO PERCOLADOR 27

4.2.3 - DECANTADOR SECUNDÁRIO 29

4.3 - FASES EXPERIMENTAIS E CONDIÇÕES OPERACIONAIS DA PESQUISA 32

4.4 - MONITORAMENTO DA UNIDADE 34

4.4.1 - AMOSTRAGEM 34

4.4.2 - PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS 35

4.5 - TESTES ESTATÍSTICOS 35

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 38

5.1 - EM RELAÇÃO ÀS ESTATÍSTICAS DESCRITIVAS 42

5.1.1 - FASE COMBINADA TOTAL 49

5.1.2 - FASES COMBINADAS A TOTAL E B TOTAL 49

5.1.3 - FASES COMBINADAS I, II E III 50

5.2 - EM RELAÇÃO AO ATENDIMENTO AOS PADRÕES DE LANÇAMENTO DE EFLUENTES

LÍQUIDOS 52

5.2.1 - FASE COMBINADA TOTAL 54

5.2.2 - FASES COMBINADAS A TOTAL E B TOTAL 55

5.2.3 - FASES COMBINADAS I, II E III 55

5.3 - DETERMINAÇÃO DO VALOR K DO MODELO DE ECKENFELDER 60

6. CONCLUSÕES 62

7. RECOMENDAÇÕES 63

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 65

ANEXO A 70

ANEXO B 75

ANEXO C 79

1. INTRODUÇÃO

Segundo o Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto – 2002 (SNIS/SNSA, 2002),

50,4% dos esgotos gerados no país são coletados e somente 27,3% são de alguma forma

tratados. São indicadores que demonstram a clareza da precária situação do país em

relação ao saneamento ambiental.

A aplicação da tecnologia anaeróbia para o tratamento de esgotos sanitários é crescente

no Brasil. Considerando, no entanto, que os sistemas anaeróbios usualmente não são

capazes de produzir efluentes que se adeqüem aos padrões ambientais de lançamento

de efluentes, torna-se importante o desenvolvimento de pesquisas que tratem

conjuntamente a questão do tratamento anaeróbio e do pós-tratamento de esgotos

sanitários.

A aplicabilidade dos reatores anaeróbios é baseada em sua simplicidade operacional e

baixo custo e nesse sentido é interessante que também as unidades de pós-tratamento

apresentem as mesmas características. O sistema reator UASB seguido de filtração

biológica aeróbia (FBP) pode se tornar uma alternativa muito promissora para o

tratamento de esgotos sanitários no Brasil.

O filtro biológico percolador também é uma tecnologia compacta, operacionalmente

simples, de baixos consumo de energia e custo operacional. Vários trabalhos têm sido

realizados com o objetivo de contribuir para a avaliação do comportamento de reatores de

manta de lodo (UASB) seguidos de filtros biológicos percoladores (FBP) tratando esgotos

sanitários (NASCIMENTO, 2001).

A composição do sistema UASB + FBP dispensa as unidades de adensamento e digestão

da fase sólida do tratamento e permite a estabilização do lodo secundário no próprio

reator UASB. NASCIMENTO (2001) concluiu que filtros biológicos com meio suporte em

escória de alto forno, atuando como unidades de pós-tratamento de reatores UASB,

podem ser razoavelmente bem operados com cargas orgânicas volumétricas de até 1,5

KgDBO/m

.d e taxas de aplicação hidráulica de até 20 m

.d. AISSE et al (2001)

reportam para o sistema UASB + FBP da ETE Caçadores, resultados de eficiências

médias de remoção DQO e DBO de respectivamente 84% e 93%.

Os filtros biológicos de alta carga usualmente utilizam meios suporte plásticos. A indústria

nacional atualmente oferece vários tipos de meios suporte plásticos, cada qual com suas

respectivas características físicas. A literatura, no entanto, não define muito claramente as

recomendações relativas às taxas hidráulica e orgânica aplicáveis, na maioria das vezes

apresentando valores compreendidos entre limites de grande amplitude.

O presente projeto de pesquisa tem como principal intenção contribuir para o

esclarecimento do comportamento do processo de filtração biológica quando utilizados

diferentes meios suporte plásticos e quando submetidos a diferentes cargas hidráulica e

orgânica.

O presente trabalho constitui o primeiro projeto de pesquisa aplicado ao Filtro Biológico

Percolador do CETE-UFRJ. Nesse sentido, o escopo do projeto teve também como

objetivo a investigação preliminar do comportamento da unidade de tratamento em função

de características próprias do CETE-UFRJ, ou seja: características do esgoto bruto

afluente, condições ambientais locais e configuração do reator biológico.

Para efeito do presente trabalho as denominações “filtro biológico”, “filtro biológico

aeróbio” e “filtro biológico percolador” serão utilizadas como sinônimos para referência da

tecnologia estudada. A utilização da última denominação vem sendo bastante empregada

no país, em função de pesquisas conduzidas nos últimos anos, no âmbito do Programa

de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB).

2. OBJETIVOS

2.1 - Objetivo Geral

Avaliar o desempenho de uma unidade de filtração biológica aeróbia em escala real, para

atendimento de até 400 habitantes, utilizando 2 diferentes meios suporte plásticos,

submetida a 3 diferentes cargas hidráulicas e orgânicas, caracterizando 6 distintas fases

operacionais.

2.2 - Objetivos Específicos

• Avaliar o desempenho da unidade de filtração biológica aeróbia em relação a remoção

de matéria orgânica e sólidos em suspensão, quando impostas as cargas hidráulicas

superficiais de 40 m³/m².d, 65 m³/m².d, e 80 m³/m².d, e as cargas orgânicas

volumétricas de 0,9 kgDBO/m³.d, 1,5 kgDBO/m³.d , e 2,1 kgDBO/m³.d;;

• Avaliar o desempenho da unidade em relação ao atendimento aos padrões de

lançamento de efluentes, vigentes nos Estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São

Paulo;

• Avaliar o desempenho da unidade quando variados os meios suporte plásticos: anéis

randômicos e bloco cross flow; e

• Determinar os coeficientes de remoção de DBO (K) associados aos meios suporte

plásticos utilizados, previstos no modelo matemático baseado no critério de

Eckenfelder;

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 - Legislação Ambiental

Segundo a Lei Federal nº 6.938/81 que dispõe sobre a Política Nacional do Meio

Ambiente, os recursos ambientais devem ser usados racionalmente, com vistas à

preservação e melhoria da qualidade ambiental (JULIANO, 1996, citado por AISSE,

2002).

No âmbito do Sistema Nacional do Meio Ambiente (SISNAMA) é estabelecido o

arcabouço institucional e são definidos os instrumentos para o cumprimento dos objetivos

da Política Nacional do Meio Ambiente. Dentre os instrumentos previstos, destacam-se os

padrões de qualidade ambiental, e no caso aplicado às coleções de águas, a Resolução

CONAMA n° 357 (2005), que substitui a CONAMA 20 (1986) estabelece a qualidade

ambiental desejada em função dos usos preponderantes exercidos nas bacias

hidrográficas.

Segundo VON SPERLING (1996), os padrões de qualidade dos corpos d’água e os

padrões de lançamento de efluentes se relacionam no sentido de que um efluente, além

de satisfazer os padrões de lançamento, deve proporcionar condições ao corpo receptor,

de forma que a qualidade do mesmo se enquadre dentro dos padrões que classificam os

corpos d’água.

As legislações ambientais dos estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e de São Paulo

incluem padrões de lançamento de efluentes visando o controle de poluição hídrica por

esgotos sanitários, respectivamente: Diretriz FEEMA DZ 215.R-3, Deliberação Normativa

COPAM nº 10 e Decreto nº 8.468 - CETESB.

No Estado do Rio de Janeiro, a Diretriz FEEMA DZ 215.R-3 – Controle de Carga Orgânica

Biodegradável em Efluentes Líquidos de Origem não Industrial estabelece exigências de

controle de poluição das águas que resultem na redução de carga orgânica biodegradável

de origem não industrial, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de

Atividades Poluidoras – SLAP.

As exigências estabelecidas na DZ-215.R-3 são focadas principalmente nos níveis

mínimos de remoção de carga orgânica considerando as tecnologias de tratamento

existentes e em uso corrente no país, independente da capacidade assimilativa dos

corpos d’água receptores. A diretriz ainda prevê a possibilidade de exigências

complementares e adicionais sempre que necessária a compatibilização entre critérios e

padrões de lançamento de efluentes e de qualidade de água, estabelecidos para o corpo

receptor, segundo seus usos benéficos ou segundo classes que agrupam determinados

usos preponderantes.

A DZ-215.R-3 estabelece a eficiência mínima de remoção de DBO ou a concentração

máxima permitida de DBO e SST para o lançamento de esgotos sanitários em corpos

d’água receptores, em função da carga orgânica bruta gerada, conforme apresentado na

Tabela 3.1.

Tabela 3.1 – DZ-215.R-3: Diretriz de Controle de Carga Orgânica Biodegradável em Efluentes

Líquidos de Origem Não Industrial

Concentrações Máximas

Permitidas

(mg/l)

Carga Orgânica Bruta (C)

(KgDBO/dia)

Eficiência Mínima de

Remoção

(%)

DBO SST

C ≤ 5 30 180 180

5 < C ≤ 25 60 100 100

25 < C ≤ 80 80 60 60

C > 80 85 40 40

Fonte: FEEMA DZ-215.R-3

O Estado de Minas Gerais é amparado pela Deliberação Normativa COPAM n° 10 que

estabelece normas e padrões para qualidade das águas e lançamento de efluentes nas

coleções de águas.

Neste último caso, define as concentrações máximas efluentes de 60mg/l de DBO e SST

e de 90mg/l de DQO. Pode o valor máximo permissível de DBO ser ultrapassado desde

que se promova, minimamente, a redução da carga poluidora em 60%.

Segundo a COPAM n° 10, nas águas das Classes 1 a 4 são tolerados lançamentos de

despejos, desde que, além de atenderem às concentrações máximas permitidas para os

diferentes poluentes, não venham a ultrapassar os limites estabelecidos para as

respectivas classes de enquadramento dos cursos d’água.

No Estado de São Paulo, está vigente o Decreto n° 8.468 que aprova o regulamento da

Lei n° 997, de 31 de maio de 1976, que dispõe sobre a Prevenção e o Controle da

Poluição do Meio Ambiente.

Permite, para lançamento de efluentes em corpos d’água receptores, a concentração

máxima de 60mg/l de DBO, podendo ser este valor ultrapassado somente no caso de

efluentes de sistemas que promovam minimamente a redução da carga orgânica em 80%.

A Tabela 3.2 apresenta o quadro resumo das concentrações máximas de DQO, DBO e

SST permitidas pelos padrões de lançamento de efluentes vigentes nos três estados da

federação: Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo.

Tabela 3.2 – Concentrações máximas permitidas para DQO, DBO e SST, para diferentes estados

brasileiros

Concentrações Máximas Permitidas

Estado Legislação

DQO (mg/l) DBO (mg/l) SST (mg/l)

RJ DZ-215.R-3 - 40 – 180 (a) 40 – 180 (a)

MG COPAM n° 10 90 60 (b) 60

SP Decreto n° 8.468 - 60 (c) -

(a) Valor variável de acordo com a carga orgânica bruta afluente ao sistema de tratamento

(b) Concentração máxima permitida ou eficiência mínima de remoção de DBO de 60%

Dentre os três padrões de lançamento discutidos anteriormente, a DZ-215.R-3 é aquela

mais restritiva ao estabelecer a concentração máxima efluente de 40mg/l de DBO e SST

para a carga orgânica bruta afluente igual ou superior a 80kgDBO/d. A Deliberação

Normativa COPAM nº 10 é também restritiva no sentido de indicar a DQO como mais um

parâmetro de qualidade de água a ser atendido.

3.2 - Breve Histórico da Tecnologia de FBP

Segundo JORDÃO & PESSOA (1995), os primeiros filtros biológicos surgiram na

Inglaterra, no final do século XIX. No Brasil, somente em 1910, foi construída a primeira

estação de tratamento de esgotos utilizando a tecnologia da filtração biológica aeróbia –

ETE Paquetá, no Rio de Janeiro.

Inicialmente a tecnologia era denominada “filtro de contato”. Constituíam-se em tanques

de retenção cheios de areia ou pedregulhos, com os quais os esgotos eram mantidos em

contato por períodos de 6 horas. Eram alimentados com esgotos pelo topo, até o

completo preenchimentos do seu volume, iniciando-se assim, o ciclo de operação. Após,

o tanque era então esvaziado, assim permanecendo em repouso, por mais 6 horas,

completando um ciclo de operação de 12 horas (METCALF & EDDY, 1991).

Segundo JORDÂO & PESSOA (1995), a capacidade de tratamento dessas unidades era

limitada devido à operação descontínua, rápida colmatação dos espaços vazios e a

necessidade de ciclos operacionais intermitentes.

O sistema evoluiu a partir da verificação de que a aplicação contínua de esgotos sobre o

meio suporte possibilitava o desenvolvimento de condições favoráveis ao crescimento de

uma flora e fauna mista de microrganismos, capazes de produzir limo, mantendo-se um

equilíbrio biológico suficiente para decompor a matéria orgânica afluente.

O meio suporte teve, então, sua granulometria aumentada, para permitir tanto a

percolação do líquido quanto o livre escoamento de ar. A natureza dos materiais utilizados

ao longo da história contribuiu para a evolução da tecnologia, dentre estes: pedra britada,

escória de alto-forno, e de maneira mais eficiente, materiais sintéticos de plástico de

diferentes formas e tamanhos.

Nesse sentido, trata-se de um processo de tratamento por oxidação biológica, no qual não

ocorre o fenômeno físico de filtração ou peneiramento, e portanto impropriamente

denominado de “filtração”, apesar de assim sê-lo usualmente reconhecido.

Os filtros biológicos percoladores não são muito utilizados quando comparados a outros

sistemas de tratamento de esgotos, apesar da grande aplicabilidade que apresentam,

principalmente devido à sua simplicidade operacional e baixos custos de operação e

instalação.

3.3 - Princípio de Funcionamento do FBP

A tecnologia se baseia na aplicação contínua e uniforme dos esgotos por meio de

distribuidores hidráulicos, que percolam pelo meio suporte em direção aos drenos de

fundo. O filtro biológico percolador funciona em fluxo contínuo e sem inundação da

unidade. São sistemas aeróbios, permanentemente sujeitos à renovação do ar, que

naturalmente circula nos espaços vazios do meio suporte, disponibilizando o oxigênio

necessário para a respiração dos microrganismos.

Os filtros biológicos percoladores são sistemas de tratamento de esgotos baseados no

princípio da oxidação bioquímica aeróbia do substrato orgânico presente nos esgotos. Por

meio da transformação de substâncias coloidais e dissolvidas, em sólidos estáveis, a

película que se desgarra do meio suporte sedimenta-se facilmente e é removida em uma

unidade de decantação secundária.

A percolação dos esgotos permite o crescimento bacteriano na superfície do material de

enchimento (meio suporte), formando uma película ativa (biofilme), constituída por

colônias gelatinosas de microrganismos (zooglea) de espessura máxima de 2 a 3 mm

(METCALF & EDDY, 1991).

Segundo JORDÃO & PESSOA (1995), a intensa atividade biológica favorece o

desenvolvimento de bactérias aeróbias, facultativas e anaeróbias, predominando as

bactérias facultativas. Os fungos também estão presentes nos biofilmes e competem com

as bactérias na degradação do substrato orgânico.

Durante o processo, as placas de biofilme se desprendem do meio suporte devido ao grau

de estabilização, à tensão de cisalhamento causada pelo gradiente de velocidade de

escoamento do líquido entre os vazios, e à indisponibilidade de oxigênio para os

microrganismos aeróbios mais próximos ao meio suporte.

O material desprendido é removido em unidade de decantação secundária, obtendo-se

assim, um efluente final clarificado com baixas concentrações de matéria orgânica e

sólidos em suspensão (VON SPERLING, 1996).

O tratamento de esgotos por filtração biológica convencional normalmente requer uma

unidade de desinfecção para desativação de microrganismos causadores de doenças. O

filtro biológico percolador geralmente consegue reduzir a concentração de coliformes em

apenas 1 a 2 unidades logarítmicas, o que não satisfaz as exigências da legislação

ambiental, dependendo do grau de diluição no corpo receptor.

Vários estudos foram e ainda são realizados, de forma a viabilizar a desinfecção de

efluentes de filtro biológico, com unidades de radiação ultra-violeta, cloração, lagoas de

maturação ou ainda ozonização.

A Figura 3.1 mostra o esquema básico do funcionamento de um filtro biológico percolador.

3.4 - Estrutura Física da Unidade

Os componentes principais de um filtro biológico percolador são ilustrados na Figura 3.2 e

podem ser divididos em três partes principais: dispositivo de distribuição, camada suporte

e sistema de drenagem.

Figura 3.2

–

Seç

ão típica de um filtro biológico e seus componentes

Fonte: NASCIMENTO (2001)

Afluente

Efluente

Parede

do filtro

Braço do

distribuidor

rotativo

Camada

suporte

Sistema de

drenagem

Figura 3.1

–

Esquema de funcionamento de um filtro biológico

Fonte: GONÇALVES et al (2001)

Esgoto

percolando

Meio

suporte

Biofilme

3.4.1 - Dispositivo de Distribuição

O dispositivo de distribuição possibilita a aplicação uniforme da carga hidráulica de

esgotos sobre a superfície do reator biológico, garantindo o contínuo crescimento e

desprendimento do biofilme e a otimização do processo de filtração biológica aeróbia.

É sabido que da eficiência de molhamento da área superficial depende a performance da

unidade; o meio suporte não contínua e uniformemente umedecido não permite um bom

desempenho da unidade. Segundo WHEATLEY& WILLIAMS (1981) a obtenção de

diferentes performances das unidades de filtração biológica utilizando meios suporte em

plástico, pedra e cascalho, deveu-se além do tipo de meio suporte empregado, às

condições de umedecimento da unidade.

Os dispositivos de distribuição mais comumente utilizados são os móveis rotativos –

braços distribuidores rotativos engastados que giram em torno de uma coluna central.

Constituem-se em condutos forçados sujeitos a carga hidráulica piezométrica; descrevem

movimentação radial em função da energia da descarga gerada pelos jatos de esgotos

que passam pelos orifícios existentes ao longo e lateralmente à tubulação.

3.4.2 - Meio Suporte

Os meios suporte são de fundamental importância para o desempenho do processo.

Segundo JORDÃO & PESSOA (1995), existem diversos tipos de materiais que podem ser

utilizados, tais como: pedra britada, escória de alto-forno, e de maneira mais eficiente,

materiais sintéticos de plástico de várias formas e tamanhos. A Figura 3.3 ilustra os

diferentes tipos de materiais de meio suporte, mais comumente utilizados.

O peso específico do meio suporte refere-se principalmente à questão estrutural do filtro

biológico. A superfície específica do meio suporte está relacionada com a área de contato

entre o líquido e o biofilme formado. O índice de vazios influencia a circulação dos

esgotos e do ar, por entre a camada suporte, mantendo o ambiente nas condições

aeróbias favoráveis ao equilíbrio da cultura biológica.

O quadro da Tabela 3.3 indica para os três diferentes tipos de materiais de meios suporte

as suas principais características físicas.

a) pedra britada nº 4 b) escória de alto forno c) tocos plásticos

d) tocos plásticos vazados e) esferas plásticas f) bloco cross flow 50º (XF)

g) bloco de fluxo vertical (VFC ou

VSC)

h) bloco cross flow 60º utilizado na

pesquisa

i) anéis randômicos utilizados na

pesquisa

Figura 3.3 – Tipos de meios suporte utilizados em filtros biológicos percoladores

Tabela 3.3 – Principais características físicas dos meios suporte utilizados em filtros biológicos

percoladores

Meio Suporte

Área Superficial

Específica (m

.d)

Índice de Vazios

(%)

Massa Específico

(kg/m

)

Pedra britada 50 50 800 a 1400

Escória de alto forno

~100 ~54 1110

Plástico 80 a 500 > 90 30 a 80

Fonte: adaptado de JORDÃO & PESSOA (no prelo), METCALF & EDDY (2003) e PORTO (2002)

Dentre os materiais de meio suporte recomendados, os meios plásticos vêm

gradativamente sendo mais empregados. Atendem às propriedades físicas requeridas

pelo processo e admitem com menor área superficial, a aplicação de cargas orgânicas

mais elevadas. Cerca de 30 vezes mais leves do que os meios em pedras, possibilitam

unidades de filtração mais altas e esbeltas e menos robustas, todavia o elevado custo tem

limitado a sua aplicação (JORDÃO & PESSOA, no prelo).

Como também ilustra a Figura 3.3, o PVC é o material de referência na fabricação de

módulos plásticos sintéticos. Os anéis, tocos e esferas em meio plástico, com dimensão

variando entre 2 e 15 cm, são aleatoriamente lançados no interior do reator e perfazem

um meio suporte “randômico”. Já os blocos são estruturalmente encaixados e

sobrepostos uns aos outros e podem ser classificados como do tipo fluxo cruzado (cross

flow) ou vertical.

Dentre as formas de meio plástico apresentadas, destacam-se no contexto da indústria

nacional, aquelas utilizadas no presente projeto de pesquisa: anéis plásticos randômicos

e blocos tipo cross flow .

3.4.3 - Sistema de Drenagem de Fundo

O sistema de drenagem de fundo de um filtro biológico consiste de uma laje perfurada, ou

de grelhas confeccionadas em material resistente, e de um conjunto de calhas localizadas

na parte inferior do filtro. O sistema possibilita a coleta do líquido percolado e dos sólidos

desprendidos do meio suporte e ainda permite o escoamento do ar atmosférico e a

transferência do oxigênio requerido pelo processo aeróbio.

O efluente coletado pelo sistema de drenagem, contendo os sólidos desprendidos do

meio suporte é encaminhado para a unidade de decantação secundária, para a

clarificação do efluente tratado.

Segundo GONÇALVES et al (2003), o filtro biológico percolador operado sob baixa taxa

de carregamento orgânico, propicia sobre o meio suporte o crescimento de um biofilme

fino, bastante mineralizado, capaz de produzir um efluente com qualidade satisfatória para

o descarte direto, sem clarificação. Esta configuração contribui para a redução da área

ocupada pelo sistema e para a minimização do gerenciamento do lodo secundário.

3.5 - Características Gerais do Biofilme

Segundo JORDÃO & PESSOA (no prelo), a comunidade biológica que forma o biofilme é

constituída predominantemente pelas seguintes espécies: Achromobacter,

Flavobacterium, Pseudomonas, Alcaligenes. Na região mais interna do filme pode-se

encontrar formas filamentosas de Sphaerotilus Natans e Beggiotoa. As espécies

identificadas de fungos têm sido: Fusazium, Mucor, Penicillium, Geotrichum, Sporatichum.

Já os protozoários predominantes são do grupo de ciliados, incluindo Vorticella,

Opercularia, e Epistylis, que em particular se alimentam do próprio filme biológico,

contribuindo assim para a formação de flocos de melhor sedimentabilidade e para a

obtenção de um efluente de melhor qualidade.

O oxigênio é fator determinante no estabelecimento das camadas de biofilme. A síntese

de novas células promove o aumento da biomassa, prejudicando a passagem de oxigênio

até as camadas internas, junto à superfície do meio suporte, onde o processo de oxidação

passa então a realizar-se anaerobiamente.

Nas camadas mais externas, onde a oxidação é aeróbia, há geração de gás carbônico

(CO

) como sub produto, o qual permanece em solução, se desprende para a atmosfera,

ou em condições anóxicas, permite a redução de nitratos.

Já nas camadas anaeróbias, tem-se a formação de ácidos orgânicos, tais como ácido

nítrico (HNO

) e ácido sulfúrico (H

). Nelas, ocorre a redução de sulfatos, nitratos e

carbonatos, em função de substâncias alcalinas contidas nos esgotos, capazes de

neutralizar os ácidos, transformando-os em sais solúveis em água.

A Figura 3.4 apresenta de forma esquemática o consumo de substrato e a geração de

subprodutos decorrentes das reações bioquímicas do processo de filtração biológica

aeróbia

De acordo com GONÇALVES et al. (2001), o processo metabólico de conversão sempre

ocorre no interior do biofilme e o transporte do substrato orgânico se realiza por meio de

processo de difusão, inicialmente na interface líquido/biofilme e, em seguida, no próprio

biofilme.

Os subprodutos provenientes das reações de oxiredução são transportados no sentido

inverso, da camada mais interna (anaeróbia) para a camada mais externa (aeróbia) do

biofilme. Na Figura 3.5 estão representados os principais mecanismos envolvidos com o

transporte e a degradação de substratos em biofilme.

Quanto maior e espessura do biofilme, maior é a estabilização da matéria orgânica antes

de alcançar as camadas mais internas. Neste caso, os microrganismos aí presentes

passam a realizar atividade endógena para crescimento e assim perdem a sua

Figura 3.5

–

Mecanismos e processos envolvidos com o transporte e degradação do substrato

em biofilmes.

Fonte: GONÇALVES et al. (2001)

Interface ar

Interface

meio suporte

Biofilme

Filme líquido

Líquido

(substrato)

Aeração

Camada do

líquido em

movimento

Subprodutos

Adsorção

Difusão

Erosão

Hidrólise

Difusão

Reação

Difusão

Matéria

particulada

envolvida

Meio

suporte

anaeróbio aeróbio

biofilme

esgoto

DBO

Ácidos

orgânicos

Figura 3.4

–

Representação esquemática de um biofilme, adaptado de METCALF &

EDDY (1991), VON SPERLING (1996)

capacidade de adesão à superfície do meio. Segundo JORDÃO & PESSOA (1995), os

gases acumulados produzidos na camada anaeróbia provocam a “explosão” de toda a

massa biológica agregada ao meio suporte, desprendendo-a e facilitando o fluxo de

arraste pelos esgotos.

O fenômeno de desprendimento dos flocos biológicos é função das cargas hidráulicas e

orgânicas aplicadas ao filtro. Cargas hidráulicas originam a velocidade de passagem do

esgoto pelo biofilme e cargas orgânicas são responsáveis diretas pela taxa do

metabolismo da camada biológica.

De acordo com CHARACKLIS et al. (1991), citado por PORTO (2002), o desprendimento

da película é o principal fator que influencia a performance de um sistema de biofilme e

ainda distingue o desprendimento causado por erosão e por cisalhamento.

A erosão é caracterizada pela contínua remoção de pequenas partículas do biofilme e da

interface biofilme-líquido. A erosão predomina quando há baixas concentrações de

substrato e escoamento que gere turbulência.

O cisalhamento está relacionado a esporádicos desprendimentos de maiores fragmentos

de película, resultante de alterações dentro do próprio biofilme. O cisalhamento é

normalmente observado quando há grande concentração de substrato e escoamento não

turbulento. CHARACKLIS et al. (1991) afirmam que o processo de cisalhamento está mais

relacionado à performance dos FBPs do que a erosão, mas ressalta que os fenômenos de

erosão e cisalhamento não são necessariamente excludentes. Quando o biofilme é

espesso, as forças de erosão certamente atuarão com maior facilidade e o oposto

também se verificará.

3.6 - Classificação e Parâmetros de Dimensionamento

Os parâmetros de dimensionamento de um filtro biológico percolador são a taxa de

aplicação superficial hidráulica (TAS), também conhecida como carga hidráulica, e a taxa

de aplicação orgânica volumétrica (TAO), também conhecida como carga orgânica

volumétrica.

A TAS é definida a partir de uma determinada vazão, aplicada na área da seção

superficial do filtro, expressa em termos de m

.dia. Já a TAO, é definida a partir da

carga orgânica aplicada em todo o volume do meio suporte, sendo expressa em termos

de kgDBO/m

.dia.

Os filtros percoladores geralmente são classificados em função da carga hidráulica e da

carga orgânica a que são submetidos. Esta classificação era normalmente dividida em 5

classes principais: baixa taxa, taxa intermediária, alta taxa, taxa super alta e grosseiro

(METCALF & EDDY, 1991).

Filtros de taxa super alta eram relacionados aos meios suporte plásticos e à taxas de

aplicação hoje em dia consideradas muito elevadas, de até 240 m³/m².d (JORDÃO &

PESSOA, 1995). Filtros grosseiros, nos quais também aplicava-se taxas super altas,

antecediam o tratamento secundário dos esgotos altamente concentrados. Segundo

CHERNICHARO (coord.) et al (2001), o filtro grosseiro perdeu sua aplicação com o

desenvolvimento dos reatores UASB.

A classificação mais moderna e atual apresenta somente 3 classes, denminadas baixa,

intermediária e alta taxa, sendo a última classe ainda dividida em função dos meios

suporte utilizados: plástico ou pedra (METCALF & EDDY, 2003). A Tabela 3.4 apresenta

um resumo das principais características das 3 classes de filtros biológicos percoladores.

Existem duas configurações de filtros biológicos percoladores para a nitrificação. A

configuração segundo um único estágio - estágio simples, onde a oxidação do carbono e

a nitrificação acontecem em uma mesma unidade, e a configuração segundo duplo

estágio, em duas unidades de filtração biológica em série, onde a oxidação de carbono

ocorre em um primeiro estágio e a nitrificação ocorre somente no estágio seguinte, na 2ª.

unidade de filtração biológica.

Nos filtros biológicos a remoção da DBO ocorre nas camadas superiores do reator

biológico, enquanto o processo de nitrificação acontece nas camadas inferiores da

unidade. Para o caso de nitrificação, o parâmetro de dimensionamento da unidade é

expresso em termos da taxa de aplicação de carga orgânica por área superficial de

contato, em kg DBO/m

.d, diferentemente do caso da remoção da matéria orgânica

carbonácea. JORDÃO & PESSOA (no prelo) sugerem a indicação da taxa de aplicação

de 2,4 gDBO/m

.d para a obtenção de 90% de remoção de NH

-N.

Tabela 3.4 – Características típicas dos diferentes tipos de filtros biológicos percoladores

Condições Operacionais

Baixa

Taxa

Intermediária

Alta Taxa

Meio Suporte Pedra Pedra Pedra Plástico

Taxa de Aplicação

Superficial (m

.d)

1,0 a 4,0 4,0 a 10,0 10,0 a 40,0 10,0 a 75,0

Taxa de Aplicação Orgânica

(Kg DBO/m

.d)

0,1 a 0,3 0,2 a 0,5 0,4 a 2,5 0,5 a 3,0

Moscas Muitas Médio Pouca Pouca

Arraste de Biofilme Intermitente Variável Contínuo Contínuo

Profundidade (m) 1,5 a 2,5 1,5 a 2,5 1,5 a 2,5 4,0 a 12,0

Remoção de DBO* (%) 80 a 90 80 a 85 80 a 90 80 a 90

Nitrificação Intensa Parcial Parcial Limitada

Fonte: Adaptado de CHERNICHARO (coord.) et al. (2001); JORDÃO & PESSOA (no prelo); METCALF &

EDDY (2003)

* Faixas de Remoção de DBO típicas para alimentação do FBP com efluentes de decantadores primários.

Para alimentação do FBP com efluentes de reatores anaeróbios são esperadas eficiências menores.

Segundo METCALF & EDDY (1991), filtros com meio suporte plástico têm 1,8 vezes

maior superfície de contato por unidade de volume do que a pedra ou cascalho. Assim,

submetidos a cargas orgânicas mais elevadas, podem alcançar o mesmo grau de

nitrificação. Por exemplo, para 75 a 85% de nitrificação, são recomendadas as cargas de

0,09 a 0,16 kgDBO/m

.d e 0,19 a 0,30 kgDBO/m

.d para, respectivamente, os meios

suporte em pedra e em plástico (JORDÃO & PESSOA, no prelo).

3.6.1 - Filtro Biológico Percolador de Baixa Taxa

O filtro biológico de baixa taxa apresenta eficiência de remoção de carga orgânica

comparável à eficiência usualmente promovida pelo sistema de lodos ativados

convencional. Apesar de requerer área superficial um pouco maior e de apresentar menor

capacidade de ajuste às variações do afluente, quando comparadas ambas as

tecnologias, o filtro biológico, de forma geral, pode ser considerado mais simples, além de

não demandar consumo de energia elétrica.

O filtro de baixa taxa não necessita de recirculação do efluente para diluição de carga

orgânica, porém esta prática pode se fazer necessária em algumas horas do dia, quando

a vazão afluente é reduzida, com o objetivo de assegurar o constante umedecimento do

biofilme.

Segundo METCALF & EDDY (2003), dentre as modalidades de filtração biológica

aeróbia, é a que além de apresentar a melhor eficiência na remoção de DBO, possibilita a

nitrificação, caso a população nitrificante seja suficientemente bem estabilizada, e se as

condições do clima e das características do afluente forem favoráveis.

Nesta modalidade, a carga orgânica afluente por unidade de volume é baixa, resultando

em menor disponibilidade de substrato, e conseqüentemente elevada remoção de DBO,

nitrificação e parcial estabilização do lodo.

A modalidade, quando comparada ao sistema de alta taxa, requer uma maior área

superficial, devido à aplicação de menor carga hidráulica. A aplicação de baixa carga

hidráulica permite o largo desenvolvimento e a intensa proliferação de moscas (Psycoda)

na superfície do meio suporte. Odor também pode ocorrer em função de condições

sépticas decorrentes da elevada permanência e do não desprendimento do biofilme

aderido ao meio suporte (CHERNICHARO coord. et al, 2001).

3.6.2 - Filtro Biológico Percolador de Taxa Intermediária

Os filtros de taxa intermediária são projetados segundo carga superior aos filtros de baixa

taxa. Considerando que o aumento da carga orgânica aplicada possa resultar em menor

eficiência de remoção, é recomendada a recirculação do efluente tratado. Isso, para

manter uniforme a vazão afluente, criando novas oportunidades de estabilização,

aumentando o tempo de contato e melhorando a eficiência do sistema. O efluente

produzido nesta modalidade de filtração biológica é parcialmente nitrificado. Apesar da

maior carga hidráulica aplicada, pode esta modalidade ainda propiciar o desenvolvimento

de moscas (METCALF & EDDY, 1991).

3.6.3 - Filtro Biológico Percolador de Alta Taxa

Nesta modalidade são aplicadas taxas muito superiores, da ordem de até 10 vezes às

cargas aplicadas nos filtros de baixa taxa, resultando em menor requisito de área

superficial. No entanto, obtém-se um efluente tratado de qualidade inferior, assim como

não obtém-se nitrificação e estabilização do lodo.

Nos filtros de alta taxa é que são utilizados os meios suporte plásticos, em função das

características físicas potenciais que o material apresenta em relação aos princípios de

funcionamento do processo. Não obstante, meios em pedra podem também ser utilizados,

porém submetidos a taxas inferiores que aquelas aplicadas nos meios plásticos. Os filtros

de alta taxa são capazes de suportar a aplicação de elevadas cargas e ainda assim

propiciar eficiências de remoção similares às dos filtros de baixa taxa ou de taxa

intermediária.

A profundidade das unidades que utilizam meio suporte plástico varia entre 4 e 12m,

resultando em importante economia de área superficial ocupada.

Neste caso, a recirculação em razões elevadas é usualmente praticada. Segundo

METCALF & EDDY (1991), a recirculação do efluente do filtro para o próprio filtro permite

o retorno de organismos viáveis, tendo-se assim observado o aumento da eficiência do

processo de tratamento.

O efluente produzido nesta modalidade de filtração biológica não é nitrificado e em função

da elevada carga hidráulica, sólidos ainda não estabilizados desprendem-se do meio

suporte. A carga hidráulica elevada também é responsável pelo não desenvolvimento de

moscas METCALF & EDDY (1991).

O presente projeto de pesquisa é desenvolvido no âmbito de uma unidade de filtração

biológica de alta taxa, utilizando meios suporte plásticos tipo anéis randômicos e blocos

tipo cross flow

3.7 - Modelos Matemáticos Aplicados

São vários os modelos matemáticos existentes para o dimensionamento de filtros

biológicos percoladores, muitos deles de caráter essencialmente empírico. Os mais

utilizados são a Fórmula do NRC (National Research Council) e o critério de Velz, porém

outros pesquisadores têm investigado mais profundamente os mecanismos do processo

no sentido de determinar a interrelação das variáveis que afetam o desempenho e as

características do filtro biológico percolador (WEF, 2000).

Outras formulações de dimensionamento baseadas em critérios racionais e não empíricos

têm sido atualmente mais utilizadas, principalmente para os meios plásticos sintéticos

(JORDÃO E PESSOA, 1995)

3.7.1 - Fórmula do NRC – National Research Council

Segundo WEF (2000), a fórmula do NRC é resultante de extensa análise de registros

operacionais de 34 estações de tratamento de esgotos de instalações militares, que

utilizavam a tecnologia da filtração biológica com meio suporte de pedra.

A análise de dados leva à conclusão de que a interação entre a biomassa e a matéria

orgânica depende das dimensões do filtro e da recirculação do efluente, uma vez que do

efetivo contato entre as partes, depende a maior eficiência do processo. Conclui também

que a aplicação de maior carga orgânica resulta em menor eficiência, enfatizando como

principal característica do processo a dependência do contato efetivo com a carga

orgânica aplicada.

O dimensionamento de um filtro único, ou o primeiro filtro de um sistema com duplo

estágio, recebendo esgoto decantado, pode ser realizado através das seguintes equações

(1) e (2):

( )

433,01

FTAO

×+

= (1)

onde:

E = Eficiência de remoção de DBO

(%)

TAO = Taxa de Aplicação Orgânica (kgDBO/m

.d)

F = Fator de recirculação

( )

101

= (2)

sendo r a razão entre vazão de recirculação (Q

) e vazão afluente (Q

Segundo JORDÃO & PESSOA (no prelo), o modelo do NRC tem as seguintes principais

limitações:

• As características dos esgotos de instalações militares, em que foram baseadas,

são mais concentradas do que as dos esgotos domésticos;

• Não considera o efeito da temperatura;

• A fórmula estabelece maior influência da carga orgânica do que da carga

hidráulica, provavelmente devido às características dos esgotos de unidades

militares; e

• Não prevê esgotos com concentração diferente dos esgotos domésticos.

Para a utilização de filtros biológicos com meio suporte plástico, deve-se utilizar esta

expressão com ressalvas, visto que não há ainda informações consolidadas para tal.

3.7.2 - Critério de Velz

Segundo JORDÃO e PESSOA (1991), a fórmula de Velz proposta em 1948 deve ter sido

a primeira a incorporar o conceito da biodegradabilidade do processo. A fórmula ainda

relaciona a eficiência do tratamento com a profundidade do meio suporte.

apl

rem

DBO

−

= (3)

onde:

DBO

rem

= concentração de DBO remanescente à profundidade H (mg/l)

DBO

apl

= concentração de DBO afluente ao filtro (mg/l)

H = Profundidade do meio suporte (m)

K = constante de reação (função do tipo de filtro)

Como na fórmula empírica do modelo do NRC, apenas a carga orgânica é considerada,

sendo desprezada a carga hidráulica. Da mesma forma, para a utilização de filtros

biológicos com meio suporte plástico, deve-se utilizar esta expressão com ressalvas.

3.7.3 - Critério de Eckenfelder

Eckenfelder relacionou de maneira racional a remoção da DBO, expressa pela

porcentagem da DBO remanescente (DBO

efl

/DBO

afl

) com a profundidade do meio suporte

e com a carga hidráulica aplicada. No critério de Eckenfelder, a seguir apresentado, são

incorporadas as seguintes considerações:

• Admitiu-se que a remoção de DBO segue a cinética de primeira ordem;

• O tempo de contato, a carga hidráulica e a profundidade se relacionam através da

seguinte formulação:

TAS

⋅

= , onde C e n são constantes, função do meio

suporte e de sua superfície específica; e

• A massa de sólidos biológicos ou voláteis é proporcional à superfície específica do

meio suporte

TAS

afl

efl

DBO

−

(4)

onde:

DBO

efl

= DBO afluente ao filtro (mg/l)

DBO

afl

= DBO efluente ao filtro (mg/l)

H = Profundidade do meio suporte (m)

K, n = constantes de reação, função do tipo de meio suporte e da superfície específica

TAS = Taxa de aplicação superficial ou carga hidráulica aplicada (m

.d)

De acordo com o meio suporte utilizado, a constante n varia entre 0,2 e 1,1, sendo o valor

médio de 0,5 razoavelmente aceito. Já o valor de K, depende do tipo de material suporte

e da sua superfície específica. Pode ser determinado em laboratório ou em escala piloto;

cada tipo de meio plástico industrializado apresenta especificamente seus respectivos

coeficientes de remoção (JORDÃO & PESSOA, no prelo).

4. METODOLOGIA

4.1 - O Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da UFRJ – CETE-

UFRJ

A unidade experimental da pesquisa, objeto do presente trabalho, é uma das 13 unidades

experimentais que compõem o Centro Experimental de Tratamento de Esgotos da UFRJ -

CETE-UFRJ.

O CETE-UFRJ tem como missão atender aos objetivos acadêmicos de ensino e pesquisa

dos cursos de graduação e pós-graduação da UFRJ voltados à engenharia de recursos

hídricos, sanitária e ambiental. Consiste em uma central de operações, processos e

tecnologias, dotada das seguintes unidades de tratamento de esgotos: grade de barras,

desarenador por gravidade, decantação primária convencional, decantação primária

quimicamente assistida, reator UASB, tanque séptico, filtro anaeróbio, filtro biológico

percolador, lodos ativados, lagoa aerada, lagoa de sedimentação, lagoa facultativa e

lagoa de maturação. As Figuras 4.1 e 4.2 apresentam respectivamente a vista geral e o

fluxograma esquemático do CETE-UFRJ.

O CETE-UFRJ localiza-se na Cidade Universitária (Ilha do Fundão), próximo à estação

elevatória de esgotos do Fundão, unidade responsável pela coleta e recalque para a ETE

Penha, de todo o esgoto gerado no campus da UFRJ.

Através de uma bomba submersa instalada no canal de grades da estação elevatória do

Fundão, parte dos esgotos gerados na Cidade Universitária - aproximadamente 5,0 l/s, é

recalcada para o tratamento preliminar do CETE-UFRJ.

Figura 4.1

–

Vista geral do CETE

UFRJ

O esgoto afluente ao CETE-UFRJ é tratado preliminarmente através de uma grade de

barras médias e de um desarenador por gravidade, ambas as unidades instaladas em um

mesmo canal. O efluente do tratamento preliminar escoa por gravidade para o poço da

estação elevatória de esgoto bruto, unidade responsável pelo recalque dos esgotos para

a caixa de carga piezométrica do CETE-UFRJ. Desta, os esgotos são distribuídos às

diferentes unidades de tratamento, com exceção da unidade de filtração biológica aeróbia.

O esgoto afluente ao CETE-UFRJ é típico de campi universitários, apresentando

composição físico-química diferenciada da composição usual dos esgotos sanitários,

podendo ser classificando como um “esgoto fraco”. Na Tabela 4.1 são apresentadas as

estatísticas básicas relativas à composição físico-química do esgoto afluente ao

CETE-UFRJ, segundo monitoramento rotineiro e frequente realizado pelo Laboratório de

Engenharia do Meio Ambiente da Escola Politécnica da UFRJ (LEMA).

Figura 4.2

–

Fluxograma esquemático do CETE/UFRJ.

Conjunto Tanque

Séptico-Filtro

Anaeróbio

Esgoto Bruto

Efluente do UASB

Efluente da unidade

CEPT

Reúso Agrícola

Elevatória

Tanque de

Equalização

Caixa

Esgoto

Bruto

Reator

UASB

Elevatória

Filtro

Biológico

Lodos Ativados

Decantação

Secundária

Esgoto

Bruto

Decantação

Primária

Conjunto Tanque

Séptico-Filtro

Anaeróbio

Operação e

Manutenção

Pesquisa e

Desenvolvimento

Grade de

rras

Desarenador

Lagoa de

Maturação

Lagoa de

Sedimentação

Lagoa Aerada

Lagoa

Facultativa

Tabela 4.1 – Composição físico-química (mg/l) do esgoto afluente ao CETE-UFRJ

Estatística DQO DBO SST

Quantidade de Dados 100 58 72

Média 167 82 64

Mínimo 39 29 18

Máximo 457 152 97

Desvio padrão 66 25 14

Considerando que as características do esgoto bruto afluente ao CETE-UFRJ são

similares às de efluentes primários, com valores médios de DQO, DBO e SST,

respectivamente, da ordem de 167 mg/l, 82 mg/l e 64 mg/l, o processo de filtração

biológica aeróbia da unidade experimental não é dotado de decantação primária, como

usual.

4.2 - Características das Unidades Experimentais

A Figura 4.3 apresenta o fluxograma da unidade experimental utilizada durante a

pesquisa.

4.2.1 - Tratamento Preliminar

Como anteriormente descrito, o tratamento preliminar é comum a todas as demais

unidades do CETE-UFRJ. A grade de barras é do tipo média, estruturada em fibra de

vidro, com barras de ¼” por 2”, com espaçamento de 1”. Já o desarenador, do tipo canal,

apresenta as seguintes dimensões: 0,40m de largura e 2,5m de comprimento. A limpeza

da grade de barras e do desarenador é realizada manualmente, segundo freqüência

semanal. O esgoto gradeado e desarenado escoa por gravidade ao poço da estação

elevatória exclusiva do filtro biológico percolador.

A Figura 4.4 apresenta uma vista da unidade de tratamento preliminar utilizada durante a

pesquisa.

1 – Elevatória deesgoto CEDAE – RJ (Bomba submersível de alimentaçãodo CETEPoli/UFRJ)

2 – Tratamento preliminar(grade de barras)

3 – Tratamento preliminar(desarenador)

4 – Elevatória dealimentaçãodo filtro biológico (bomba submersível)

5 – Registro regulador de vazão

6 – Filtro Biológico Percolador(FBP)

7 – Decantadores finais

PC 01 – Ponto de coleta 01 (afluente ao CETE Poli/UFRJ)

PC 02 – Ponto de coleta 02 (efluente tratado dosistemade filtração biológica)

PC 03 – Ponto de coleta 03 (entrada do decantador secundário)

PC 03

PC 01

Esgoto

bruto

PC 02

Esgoto

tratado

Figura 4.3 – Fluxograma da unidade experimental

1 – Elevatória deesgoto CEDAE – RJ (Bomba submersível de alimentaçãodo CETEPoli/UFRJ)

2 – Tratamento preliminar(grade de barras)

3 – Tratamento preliminar(desarenador)

4 – Elevatória dealimentaçãodo filtro biológico (bomba submersível)

5 – Registro regulador de vazão

6 – Filtro Biológico Percolador(FBP)

7 – Decantadores finais

PC 01 – Ponto de coleta 01 (afluente ao CETE Poli/UFRJ)

PC 02 – Ponto de coleta 02 (efluente tratado dosistemade filtração biológica)

PC 03 – Ponto de coleta 03 (entrada do decantador secundário)

PC 03

PC 01

Esgoto

bruto

PC 02

Esgoto

tratado

111

444

PC 03PC 03

PC 01

Esgoto

bruto

PC 01

Esgoto

bruto

PC 02

Esgoto

tratado

PC 02

Esgoto

tratado

Figura 4.3 – Fluxograma da unidade experimental

666

Figura 4.4 – Tratamento preliminar: grade de

barras e desarenador tipo canal

Figura 4.4 – Tratamento preliminar: grade de

barras e desarenador tipo canal

4.2.2 - Filtro Biológico Percolador

Os esgotos são recalcados para o topo da unidade de filtração biológica por meio de um

conjunto motor-bomba instalado em uma elevatória do tipo submersa e uma tubulação de

recalque de 50mm de diâmetro. Um registro instalado na tubulação de recalque permite o

controle da vazão afluente à unidade.

O filtro biológico percolador do CETE-UFRJ é estruturado em fibra de vidro. Apresenta

área superficial quadrada de 1m

e altura total de 3,5m, sendo 3,0m a altura

correspondente ao meio suporte. A Figura 4.5 ilustra os elementos componentes da

unidade pesquisa.

Para aumentar a ventilação natural da unidade e a transferência de oxigênio requerida

para o processo aeróbio, o reator é dotado de aberturas laterais, localizadas nas quatro

arestas do filtro, em sua parte inferior.

LEGENDA

1. Elevatória de esgoto bruto de

alimentação do sistema

2. Tubulação de recalque para

entrada do afluente (no detalhe,

registro de controle de vazão)

3. Compartimento de reação

preenchido com o meio suporte

4. Ventilação para aeração natural

5. Alimentação dos decantadores

secundários

6. Canal de coleta do efluente

clarificado

Figura 4.5– Filtro Biológico Percolador

LEGENDA

1. Elevatória de esgoto bruto de

alimentação do sistema

2. Tubulação de recalque para

entrada do afluente (no detalhe,

registro de controle de vazão)

3. Compartimento de reação

preenchido com o meio suporte

4. Ventilação para aeração natural

5. Alimentação dos decantadores

secundários

6. Canal de coleta do efluente

clarificado

LEGENDA

1. Elevatória de esgoto bruto de

alimentação do sistema

2. Tubulação de recalque para

entrada do afluente (no detalhe,

registro de controle de vazão)

3. Compartimento de reação

preenchido com o meio suporte

4. Ventilação para aeração natural

5. Alimentação dos decantadores

secundários

6. Canal de coleta do efluente

clarificado

Figura 4.5– Filtro Biológico Percolador

O dispositivo de distribuição dos esgotos sobre a área superficial do reator foi

desenvolvido e melhor adaptado à unidade durante a condução do projeto de pesquisa,

tendo-se inicialmente trabalhado com um dispositivo tipo chuveiro único, e posteriormente

com dois chuveiros e tubos perfurados. Por fim, a melhor distribuição dos esgotos sobre o

meio suporte foi obtida por meio de uma bandeja perfurada. As Figuras 4.6, 4.7 e 4.8

ilustram dois dos sistemas de distribuição utilizados na fase de adaptação e a clara

diferença na eficiência de molhamento dos dispositivos.

Figura 4.6 – Sistema de distribuição inicial

(chuveiro único)

Figura 4.7 – Sistema de distribuição que atingiu

melhor resultado (bandeja)

Figura 4.8 – Performance de molhamento da

bandeja (utilizada na pesquisa)

O melhor dispositivo desenvolvido – a bandeja perfurada, tem uma altura de 5,0 cm,

sendo de 3,0 cm a altura correspondente aos furos. Os esgotos afluem ao dispositivo de

distribuição por meio da tubulação de recalque e quando atingem a borda superior dos

furos, vertem uniformemente por todos eles e conseqüentemente alcançam toda a área

superficial do meio suporte.

Durante a pesquisa foram utilizados dois diferentes meios suporte plásticos: anéis

randômicos, marca AMBIO e modular cross flow, marca Veolia/TRA. Na Tabela 4.2 são

apresentadas as principais características físicas de cada um dos meios suporte

utilizados. A área superficial específica dos meios foi mensurada pela própria

pesquisadora, enquanto o índice de vazios foi informado pelos seus fornecedores.

Para o cálculo da área superficial específica do meio suporte randômico foi utilizado uma

caixa prismática com volume de 0,08m

. Dentro da caixa foram colocados 44 anéis

randômicos, cada qual com área superficial de aproximadamente 0,15m

, contabilizados

os dois lados de cada unidade, perfazendo a área superficial específica de 80m

Para o caso do meio suporte cross flow, considerando a área superficial de cada uma das

16 “folhas” que formam cada bloco, contabilizando os dois lados – 0,70m

e o volume

prismático do mesmo – 0,08m

, obteve-se a área superficial específica total de 140 m

Tabela 4.2 – Características físicas dos meios suporte utilizados na pesquisa

Meio suporte Figura

Área

Superficial

Específica

)

Índice de

Vazios

(%)

Anéis randômicos

80 95

Modular

Cross Flow

140 95

4.2.3 - Decantador Secundário

Durante todo o projeto de pesquisa o filtro biológico alimentou dois decantadores

secundários, de idêntica configuração geométrica. A opção deveu-se à imposição de

condições operacionais para a unidade de tratamento que resultaria em taxa de aplicação

hidráulica superior à 36m

.d., valor limite preconizado pela Norma Técnica NB-

570/1990 – Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário (ABNT, 1990).

Segundo JORDÃO & PESSOA (no prelo), para a obtenção de um efluente melhor

clarificado, tem-se recomendado maior profundidade para a unidade de decantação final e

a adoção de taxa de aplicação hidráulica limitada à 24 m

.d. Este valor máximo

recomendado equivaleu durante as diferentes fases da pesquisa ao valor limite aplicado

nos decantadores.

Os decantadores secundários da unidade experimental são estruturados em fibra de

vidro, de seção superficial quadrada com lado de 1,7m, de volume tronco-piramidal com

profundidade total de 2,2m, sendo 0,40m correspondentes ao volume de sedimentação. A

alimentação dos decantadores é realizada por gravidade, a partir da bandeja de

recolhimento do esgoto percolado pelo meio suporte, situada na base da unidade de

filtração biológica.

A entrada do esgoto se dá pela parte superior dos decantadores, sendo cada unidade

dotada de uma tubulação central, de diâmetro de 100mm, e direcionada para o fundo. O

trecho extremo da tubulação, por onde efetivamente os esgotos afluem às unidades, é

concêntrico a um defletor com altura de 0,50m, que minimiza os efeitos de revolvimento

do lodo sedimentado. Este detalhe está ilustrado no esquema da Figura 4.9.

O efluente clarificado verte para o canal de coleta através de vertedores triangulares,

sendo a vazão de esgotos tratados medida em um Medidor Parshall, com garganta de 1”,

localizado na extremidade final do canal.

As unidades de decantação secundária do CETE-UFRJ e utilizadas no projeto de

pesquisa são ilustradas nas Figuras 4.10 e 4.11.

Figura 4.9 – Desenho esquemático do decantador secundário

Figura 4.10 – Vista superior dos

decantadores secundários

Figura 4.11 – Detalhe do dispositivo de

alimentação da unidade de decantação.

40 cm

10 cm

Defletor

? = 300mm

Depósito de lodo

Tubulação de entrada

? = 100mm

Tubulação de descarte de lodo

? = 100mm

Parafuso de rosca

Sem fim

Vertedores

triangulares

100 cm

65 cm

60 cm

170 cm

40 cm

10 cm

Defletor

? = 300mm

Depósito de lodo

Tubulação de entrada

? = 100mm

Tubulação de descarte de lodo

? = 100mm

Parafuso de rosca

Sem fim

Vertedores

triangulares

100 cm

65 cm

60 cm

170 cm

50 cm

Finalmente, a Tabela 4.3 resume as características físicas das unidades de filtração

biológica e de decantação secundária.

Tabela 4.3 – Resumo das principais características das unidades experimentais

Descrição Unidade Filtro Biológico

Decantador

Secundário

Material - Fibra de vidro Fibra de vidro

Comprimento m 1,0 1,7

Largura m 1,0 1,7

Altura total m 3,5 2,2

Altura do meio suporte m 3,0 -

Volume m

3,0 2,7

4.3 - Fases Experimentais e Condições Operacionais da Pesquisa

A unidade de filtração biológica do CETE-UFRJ teve sua operação iniciada em Maio de

2004. Durante aproximadamente 5 meses, houve intensa dedicação para adaptação e

preparação da unidade para o desenvolvimento do projeto de pesquisa, cujas atividades

principalmente consistiram em: adequação do conjunto motor-bomba e da tubulação de

recalque para atendimento às vazões desejadas; desenvolvimento de dispositivos mais

eficientes para a distribuição dos esgotos sobre a superfície do meio suporte; e

adaptação dos dispositivos de alimentação dos decantadores secundários.

O delineamento experimental é baseado nas condições operacionais do sistema de

tratamento, se caracterizando pela discretização de 2 principais fases experimentais (A e

B), que correspondem, respectivamente, aos meios suporte utilizados: tipo anéis

randômicos e tipo modular cross flow.

As sub-fases experimentais I, II e III correspondem, respectivamente, às taxas de

aplicação superficial e volumétrica de 40 m

.d e 0,9 kgDBO/m

.d, 65 m

.d e 1,5

kgDBO/m

.d, e 80 m

.d e 2,1 kgDBO/m

.d.

As 6 fases experimentais da pesquisa – AI, AII, AIII, BI, BII, e BIII foram conduzidas

durante 8 meses, no período compreendido entre os meses de Setembro de 2004 a Abril

de 2005. A Tabela 4.4 resume, para cada uma das fases experimentais, as respectivas

condições operacionais.

Tabela 4.4 – Condições operacionais da unidade experimental da pesquisa

Filtro Biológico Percolador

Decantador

Secundário

Fase

Sub Fase

Seqüência

(dias)

Quantidade

(dias)

Meio

Suporte

TAS

.d)

TAO

(KgDBO/m

.d)

TAS

.d)

T (h)

I 1 a 16 16 40 0,9 12 3h21’

II 17 a 44 28 65 1,5 19 2h24’ A

III

45 a 79 35

Randômico

80 2,1 24 1h41’

I 135 a 232 98 40 0,9 12 3h21’

II 80 a 126 47 65 1,5 19 2h24’ B

III

127 a 134 8

Cross Flow

80 2,1 24 1h41’

As 6 fases experimentais efetivas e anteriormente apresentadas puderam ainda ser

combinadas e agrupadas umas às outras, ampliando o potencial de análise dos

resultados alcançados pelo projeto de pesquisa. Por exemplo, a combinação e

agrupamento das fases experimentais AI, AII e AIII geraram a fase combinada A Total, e

assim sucessivamente, da seguinte forma:

• Fase A Total: reúne todos os resultados das fases experimentais AI, AII e AIII,

quando utilizado meio suporte randômico, independente da carga hidráulica aplicada;

• Fase B Total: de maneira análoga à fase A Total, reúne os resultados das fases BI,

BII e BIII, quando utilizado o meio suporte cross flow, independente da carga hidáulica

aplicada;

• Fase I Total: abrange todos os resultados obtidos quando aplicada a carga hidráulica

de 40m

.d, independente do tipo de meio suporte utilizado;

• Fase II Total: como a Fase I Total, abrange todos os resultados obtidos em função da

aplicação da carga hidráulica de 65m

.d, independente do meio suporte utilizado;

• Fase III Total: da mesma forma, independente do meio suporte utilizado, reúne todos

os resultados obtidos com a carga hidráulica de 80m

.d.;

• Fase Total: por fim, esta fase combinada, envolve todos os resultados do projeto de

pesquisa, independente do meio suporte utilizado e das cargas hidráulicas aplicadas.

Assim, na Tabela 4.5 são apresentadas as características das 12 fases da pesquisa - 6

fases experimentais e 6 fases combinadas.

Tabela 4.5 – Resumo das 12 fases operacionais (6 fases experimentais + 6 fases combinadas)

Fases Descrição

Quantidade

resultados

AI Meio randômico, 40 m

.d 8

AII Meio randômico, 65 m

.d 8

AIII Meio randômico, 80 m

.d 8

BI Meio cross flow, 40 m

.d 14

BII Meio cross flow, 65 m

.d 6

Experimentais

BIII Meio cross flow, 80 m

.d 3

A Total Meio randômico, as 3 taxas 24

B Total Meio cross flow, as 3 taxas 23

I Total 40 m

.d, ambos os meios 22

II Total 65 m

.d, ambos os meios 14

III Total 80 m

.d, ambos os meios 11

Combinadas

Total Ambos os meios e as 3 taxas 47

4.4 - Monitoramento da Unidade

4.4.1 - Amostragem

O plano de monitoramento da unidade de tratamento definiu pontos de amostragem para

avaliação da performance do sistema, como descritos na Tabela 4.6 e ilustrados no

fluxograma da Figura 4.3 anteriormente apresentada.

Tabela 4.6 – Pontos de amostragem

Ponto Amostra Local de Coleta Tipo de Amostra

PC 01 Esgoto bruto afluente

Canal de grades do

CETE-UFRJ

- Composta horária (10h) de 8:00h às

17:00h, freqüência de 3 a 4 vezes por

semana; e

- Pontual (1), eventual

PC 02

Efluente do

decantador

secundário

Canal de coleta do

efluente clarificado

- Composta horária (10h) de 8:00h às

17:00h, freqüência de 3 a 4 vezes por

semana; e

- Pontual (1), eventual

PC 03

Efluente do filtro

biológico

Tubulação de entrada do

decantador secundário

- Composta horária (10h) de 8:00h às

17:00h, freqüência de 3 a 4 vezes por

semana (2).

1) As coletas pontuais eram realizadas para medição de pH, temperatura e turbidez

2) Somente análise de SST

4.4.2 - Parâmetros Físico-Químicos

Os parâmetros físico-químicos analisados durante a pesquisa foram DQO, DBO, SST,

SSV, SSF, pH, temperatura e turbidez. Todas as análises foram processadas no

Laboratório de Engenharia do Meio Ambiente da Escola Politécnica da Universidade

Federal do Rio de Janeiro – LEMA, segundo o que preconiza o Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater (1998)

4.5 - Testes Estatísticos

Foram realizados testes estatísticos de hipóteses, paramétricos, do tipo t-student, para a

investigação da existência de diferenças significativas, entre os resultados das diferentes

fases da pesquisa. Foram realizados com o auxílio dos programas de computador

Microsoft Excel e SigmaPlot.

Inicialmente verificou-se o ajuste dos dados – resultados obtidos – em relação à

distribuição normal, utilizando o método “Kolmogorov-Smirnov”. Posteriormente, foram

estabelecidas as hipóteses nula e alternativa, para aplicação dos testes t-student.

Foram realizadas três verificações de existência de diferenças significativas: entre as

concentrações afluentes de DQO, DBO e SST nas Fases A (meio randômico) e B (meio

cross flow); entre as eficiências de remoção de DQO, DBO e SST nas Fases A (meio

randômico) e B (meio cross flow); e entre as concentrações efluentes de DQO, DBO e

SST nas Fases I (40m

.d), II (65 m

.d) e III (80 m

.d).

A verificação de existência de diferença significativa entre as concentrações afluentes de

DQO, DBO e SST nas Fases A (meio randômico) e B (meio cross flow) deveu-se à

observação de que as concentrações afluentes na Fase B foram inferiores às

concentrações na Fase A, o que prejudicaria a avaliação de desempenho de ambas as

fases em função das respectivas concentrações efluentes.

Assim é que procedeu-se a verificação de existência de diferença significativa entre as

eficiências de remoção de DQO, DBO e SST em ambas as fases.

Já em relação às Fases I, II, e III, a verificação pode ser realizada em função das

concentrações efluentes, uma vez que cada uma das fases abrange concentrações

afluentes da Fase A e da Fase B.

Dessa forma, as seguintes hipóteses foram estabelecidas:

- 1° teste: entre as concentrações afluentes de DQO, DBO e SST nas Fases A (meio

randômico) e B (meio cross flow):

• Hipótese nula: Concentração Média Afluente (Fase B) = Concentração Média

Afluente (Fase A)

• Hipótese alternativa: Concentração Média Afluente (Fase B) ≤ Concentração Média

Afluente (Fase A)

- 2° teste: entre as eficiências de remoção de DQO, DBO e SST nas Fases A (meio

randômico) e B (meio cross flow):

• Hipótese nula: Eficiência Média Efluente (Fase B) = Eficiência Média Efluente (Fase

• Hipótese alternativa: Eficiência Média Efluente (Fase B) ≤ Eficiência Média Efluente

(Fase A)

- 3° teste: entre as concentrações afluentes de DQO, DBO e SST nas Fases I

(40m

.d), II (65m

.d) e III (80m

.d):

• Hipótese nula: Concentração Média (Fase I) = Concentração Média (Fase II)

Concentração Média (Fase II) = Concentração Média (Fase III)

Concentração Média (Fase I) = Concentração Média (Fase III)

• Hipótese alternativa: Concentração Média (Fase I) ≤ Concentração Média (Fase II)

Concentração Média (Fase II) ≤ Concentração Média (Fase III)

Concentração Média (Fase I) ≤ Concentração Média (Fase III)

O teste t-student gera resultados para um dado valor p, que corresponde ao nível de

significância do objeto da análise. A hipótese nula é rejeitada quando o valor p calculado é

menor do que o nível de significância desejado, estabelecido no presente caso como igual

a 5%, e que corresponde ao nível de confiança de 95%.

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO

As 6 Fases Experimentais e as 6 Fases Combinadas foram analisadas em relação às

respectivas estatísticas descritivas das concentrações efluentes (Item 5.1) e em relação

ao atendimento aos padrões de lançamento de efluentes líquidos em corpos d’água

vigentes nos estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo (Item 5.2).

Ambos os casos têm como referência os resultados obtidos em relação às concentrações

de DQO, DBO e SST, como apresentado na Tabela 5.1. Na Tabela 5.2,

complementarmente, são apresentados os resultados obtidos em relação à turbidez,

temperatura e pH, que foram analisadas eventualmente, devido às suas pequenas

variações ao longo do desenvolvimento do projeto.

Os gráficos das Figuras 5.1, 5.2 e 5.3 ilustram as séries temporais dos resultados

apresentados na Tabela 5.1.

Considerando que a unidade experimental da pesquisa não é precedida, como usual, de

tratamento primário, é indevida a avaliação da eficiência global do processo, não sendo

portanto analisada nesse sentido.

As análises realizadas tiveram como ferramenta de suporte a Planilha Microsoft Excel

“Modelo_Planilha_Afluente_Efluente.xls” (VON SPERLING, 2005).

Tabela 5.1 – Concentrações afluentes e efluentes de DQO, DBO e SST

Amostra DQO (mg/l) DBO (mg/l) SST (mg/l)

Data

Fase

Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente

01 08/09/04 146 61 61 27 47 26

02 09/09/04 191 114 97 32 59 30

03 14/09/04 147 82 90 34 69 29

04 15/09/04 179 116 90 44 82 31

05 16/09/04 191 37 121 18 92 40

06 21/09/04 215 103 133 53 66 42

07 22/09/04 197 94 89 37 64 39

08 23/09/04

Randômico

(40 m

.d)

143 95 88 36 81 33

09 28/09/04 267 152 152 57 86 50

10 29/09/04 221 134 123 65 69 53

11 06/10/04 152 105 85 56 63 46

12 13/10/04 124 95 72 41 76 48

13 14/10/04 207 94 107 48 59 48

14 19/10/04 120 74 98 47 97 38

15 20/10/04 163 73 93 39 76 37

16 21/10/04

Randômico

(65 m

.d)

AII

263 140 123 56 96 34

17 04/11/04 138 138 90 56 69 50

18 09/11/04 135 84 130 64 51 39

19 10/11/04 225 105 69 42 68 50

20 17/11/04 457 286 110 79 72 44

21 18/11/04 184 53 88 45 71 40

22 22/11/04 222 140 51 37 67 43

23 24/11/04 216 81 61 26 59 31

24 25/11/04

andômico

(80 m

.d)

AIII

270 135 91 72 79 40

25 03/01/05 166 92 53 28 54 22

26 04/01/05 111 55 67 17 52 30

27 05/01/05 150 132 64 36 56 25

28 06/01/05 150 113 60 39 65 20

29 10/01/05 150 75 63 39 49 11

30 11/01/05

Cross Flow

(40 m3/m2.d)

BII

73 36 29 19 38 10

31 12/01/05 109 73 52 28 54 17

32 13/01/05 161 54 81 34 76 31

17/01/05

Cross Flow

(65 m3/m2.d)

BIII

173 211 67 52 51 34

34 24/01/05 78 96 53 28 62 33

35 25/01/05 115 77 68 47 70 21

36 26/01/05 192 115 83 66 77 35

37 27/01/05 151 57 61 20 65 30

38 07/03/05 203 185 88 53 57 29

39 09/03/05 132 95 74 43 54 25

40 14/03/05 182 127 82 38 62 27

41 16/03/05 140 35 107 27 64 31

42 30/03/05 175 35 89 27 59 13

43 04/04/05 150 67 70 30 56 9

44 06/04/05 109 36 77 28 58 28

45 11/04/05 55 54 47 36 46 18

46 25/04/05 123 36 62 18 35 18

47 27/04/05

Cross Flow

(80 m3/m2.d)

164 66 66 20 63 24

Tabela 5.2 – Parâmetros Complementares de qualidade de água

pH Turbidez (FAU) Temperatura (

amostra Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente

01 6,9 7,3 75 21 30,7 28,3

02 6,6 - 85 - 28,0 -

03 6,7 6,4 73 21 27,1 28,7

04 6,7 7,7 53 26 26,1 27,2

05 6,7 7,6 113 27 25,3 24,5

06 6,6 7,4 95 27 27,0 28,6

07 6,7 - 77 30 27,9 29,0

08 6,6 7,7 73 26 26,8 27,0

09 6,3 7,3 95 35 27,9 29,0

10 6,5 7,7 57 35 26,8 27,0

12 6,6 7,8 70 43 26,9 28,5

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Dias

Concentração

Afluente Efluente

Figura 5.1 – Série temporal das concentrações afluente e efluente de DQO

AII

AIII

BII

BIII

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

dias

concentração (mg/l)

Afluente Efluente

Figura 5.2 – Série temporal das concentrações afluente e efluente de DBO

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260

Dias

Concentração (mg/l)

Afluente Efluente

Figura 5.3 – Série temporal das concentrações afluente e efluente de SST

AII

AIII

BII

BIII

AII

AIII

BII

BIII

Observa-se que a distribuição das concentrações afluentes nas fases B (BI, BII e BIII)

encontra-se em um patamar inferior ao das fases A (AI, AII e AIII). O fato é justificado em

função do período de férias da Universidade e da conseqüente redução da geração de

esgotos e das cargas orgânica e de sólidos afluentes ao CETE-UFRJ.

As tabelas e gráficos seguintes sobre as estatísticas descritivas das 6 fases operacionais

+ as 6 fases combinadas da pesquisa também demonstraram haver variação das

características qualitativas do esgoto afluente ao CETE-UFRJ durante o período letivo e

durante o recesso escolar.

5.1 - Em relação às Estatísticas Descritivas

As Tabelas 5.3.a a 5.3.f apresentam o resumo das estatísticas descritivas das

concentrações afluentes e efluentes de DQO, DBO e SST das Fases Experimentais e

respectivas Fases Combinadas. Em seguida as Figuras 5.4.a a 5.4.f, ilustram os

respectivos gráficos Box and Whiskers.

Tabela 5.3.a – Estatísticas descritivas das concentrações afluentes de DQO

Fase

Quantidade de

dados (um)

Média

(mg/l)

Mínimo

(mg/l)

Máximo (mg/l)

Mediana (mg/l)

Desvio padrão

Coeficiente de

variância

Med. + d.

padrão

Med. - d.

padrão

Percentis 10%

(mg/l)

Percentis 25%

(mg/l)

Percentis 50%

(mg/l)

Percentis 75%

(mg/l)

Percentis 90%

(mg/l)

AI 8 176

143

215 185 27 0,16

204

149

145

147

185 193 202

AII 8 190

120

267 185 58 0,31

248

131

123

145

185 232 264

AIII 8 231

135

457 219 102 0,44

333

129

137

173

219 236 326

A Total 24 199

120

457 191 71 0,36

270

128

136

147

191 221 266

BI 14 141

55 203 145 42 0,30

183

98 87 117

145 172 189

BII 6 133

73 166 150 35 0,26

168

99 92 121

150 150 158

BIII 3 148

104

173 161 34 0,23

182

114

119

135

161 176 171

B Total 23 140

55 203 150 38 0,27

178

101

84 113

150 165 181

I Total 22 154

55 215 151 41 0,27

194

113

110

134

151 189 197

II Total 14 166

73 267 151 56 0,34

222

109

114

131

151 197 250

III Total 11 208

109

457 184 95 0,46

303

113

135

150

184 224 270

Total 47 170

55 457 161 64 0,38

234

106

110

137

161 195 223

Tabela 5.3.b – Estatísticas descritivas das concentrações efluentes de DQO

Fase

Quantidade de

dados (um)

Média

(mg/l)

Mínimo

(mg/l)

Máximo (mg/l)

Mediana (mg/l)

Desvio padrão

Coeficiente de

Variância

Med. + d.

padrão

Med. - d.

padrão

Percentis 10%

(mg/l)

Percentis 25%

(mg/l)

Percentis 50%

(mg/l)

Percentis 75%

(mg/l)

Percentis 90%

(mg/l)

AI 8 88 37 116 95 27 0,31

115

61 54 77 95 106 115

AII 8 108

73 152 100 30 0,28

139

78 74 89 100 136 144

AIII 8 128

53 286 120 71 0,56

199

56 73 83 120 139 184

A Total 24 108

37 286 99 48 0,45

156

60 65 82 99 134 140

BI 14 77 35 185 67 43 0,56

120

34 35 41 67 96 123

BII 6 84 36 132 84 36 0,43

120

48 46 60 84 108 123

BIII 3 113

54 211 73 86 0,76

198

27 58 64 73 142 173

B Total 23 84 35 211 73 47 0,56

131

34 36 54 73 105 131

I Total 22 81 35 185 80 38 0,47

119

43 36 55 80 101 116

II Total 14 98 36 152 95 34 0,35

132

64 60 74 95 127 138

III Total 11 124

53 286 105 71 0,58

195

52 54 77 105 139 211

Total 47 96 35 286 94 49 0,51

145

47 37 64 94 116 140

Tabela 5.3.c – Estatísticas descritivas das concentrações afluentes de DBO

Fase

Quantidade de

dados (um)

Média

(mg/l)

Mínimo

(mg/l)

Máximo (mg/l)

Mediana (mg/l)

Desvio padrão

Coeficiente de

variância

Med. + d.

padrão

Med. - d.

padrão

Percentis 10%

(mg/l)

Percentis 25%

(mg/l)

Percentis 50%

(mg/l)

Percentis 75%

(mg/l)

Percentis 90%

(mg/l)

AI 8 96 61 133 90 22 0,23

118

74 80 89 90 103 125

AII 8 107

72 152 103 25 0,24

132

81 81 91 103 123 132

AIII 8 86 51 130 89 26 0,30

112

60 58 67 89 96 116

A Total 24 96 51 152 91 25 0,26

121

71 63 87 91 113 128

BI 14 73 47 107 72 16 0,22

89 58 55 63 72 83 89

BII 6 56 29 67 62 14 0,25

70 42 41 55 62 64 66

BIII 3 67 52 81 67 12 0,19

81 52 55 60 67 74 78

B Total 23 68 29 107 67 16 0,24

84 52 52 61 67 79 87

I Total 22 82 47 133 83 21 0,26

103

61 61 67 83 90 106

II Total 14 85 29 152 79 33 0,39

118

52 55 63 79 105 123

III Total 11 81 51 130 81 24 0,30

105

57 52 64 81 91 110

Total 47 82 29 152 82 25 0,31

107

57 53 63 82 92 122

Tabela 5.3.d – Estatísticas descritivas das concentrações efluente de DBO

Fase

Quantidade de

dados (um)

Média

(mg/l)

Mínimo

(mg/l)

Máximo (mg/l)

Mediana

(mg/l)

Desvio padrão

Coeficiente de

Variância

Med. + d.

Padrão

Med. - d.

padrão

Percentis 10%

(mg/l)

Percentis 25%

(mg/l)

Percentis 50%

(mg/l)

Percentis 75%

(mg/l)

Percentis 90%

(mg/l)

AI 8 35 18 53 35 11 0,30

46 25 24 31 35 39 47

AII 8 51 39 65 52 9 0,17

60 42 40 46 52 56 59

AIII 8 53 26 79 51 18 0,35

71 34 34 41 51 66 74

A Total 24 46 18 79 45 15 0,32

61 31 29 37 45 56 65

BI 14 34 18 66 29 14 0,40

48 21 20 27 29 42 51

BII 6 30 17 39 32 10 0,33

40 20 18 21 32 38 39

BIII 3 38 28 52 34 12 0,33

50 26 29 31 34 43 48

B Total 23 34 17 66 30 13 0,37

46 21 19 27 30 39 51

I Total 22 35 18 66 33 12 0,36

47 22 20 27 33 42 52

II Total 14 42 17 65 40 14 0,35

56 28 22 37 40 54 57

III Total 11 49 26 79 45 18 0,36

66 31 28 36 45 60 72

Total 47 40 17 79 38 15 0,38

55 25 20 28 38 50 60

Tabela 5.3.e – Estatísticas descritivas das concentrações afluentes de SST

Fase

Quantidade de

dados (um)

Média

(mg/l)

Mínimo

(mg/l)

Máximo (mg/l)

Mediana

(mg/l)

Desvio padrão

Coeficiente de

Variância

Med. + d.

Padrão

Med. - d.

padrão

Percentis 10%

(mg/l)

Percentis 25%

(mg/l)

Percentis 50%

(mg/l)

Percentis 75%

(mg/l)

Percentis 90%

(mg/l)

AI 8 70 47 92 68 14 0,21

84 56 55 63 68 81 85

AII 8 78 59 97 76 14 0,18

92 63 62 68 76 89 96

AIII 8 67 51 79 69 9 0,13

76 58 57 65 69 71 74

A Total 24 72 47 97 69 13 0,18

85 59 59 64 69 80 90

BI 14 59 35 77 61 10 0,17

69 49 48 56 61 64 69

BII 6 52 38 65 50 9 0,17

61 43 44 50 53 56 61

BIII 3 60 51 76 54 14 0,23

74 47 52 53 54 65 72

B Total 23 58 35 77 57 10 0,18

68 47 47 53 57 64 69

I Total 22 63 35 92 63 13 0,20

76 50 48 57 63 68 81

II Total 14 67 38 97 64 18 0,26

84 49 50 55 64 76 93

III Total 11 65 51 79 68 10 0,15

75 55 51 57 68 72 76

Total 47 65 35 97 64 14 0,21

78 51 50 56 64 72 81

Tabela 5.3.f – Estatísticas descritivas das concentrações efluente de SST

Fase

Quantidade de

dados (um)

Média

(mg/l)

Mínimo

(mg/l)

Máximo (mg/l)

Mediana (mg/l)

Desvio padrão

Coeficiente de

Variância

Med. + d.

padrão

Med. - d.

padrão

Percentis 10%

(mg/l)

Percentis 25%

(mg/l)

Percentis 50%

(mg/l)

Percentis 75%

(mg/l)

Percentis 90%

(mg/l)

AI 8 34 26 42 32 6 0,17

40 28 28 30 32 39 41

AII 8 44 34 53 47 7 0,16

51 37 36 38 47 49 51

AIII 8 42 31 50 42 6 0,15

48 36 37 40 42 46 50

A Total 24 40 26 53 40 8 0,19

48 32 30 34 40 47 50

BI 14 24 9 35 26 8 0,31

32 17 15 19 26 30 32

BII 6 20 10 30 21 8 0,40

28 12 11 13 21 24 28

BIII 3 27 17 34 31 9 0,33

36 18 20 24 31 33 33

B Total 23 24 9 35 25 8 0,34

31 16 11 18 25 30 33

I Total 22 28 9 42 29 8 0,30

36 19 18 24 29 33 39

II Total 14 34 10 53 36 14 0,43

48 19 14 23 36 48 49

III Total 11 38 17 50 40 10 0,25

48 29 31 30 40 44 50

Total 47 32 9 53 31 11 0,36

43 21 18 25 31 40 48

100

150

200

250

300

350

400

450

500

AI AII AIII A Total BI BII BIII B Total I Total II Total III Total Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.4.a – Gráfico Box-Whiskers da DQO afluente

100

150

200

250

300

350

AI AII AIII A Total BI BII Fase BIII B Total I Total II Total III Total Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.4.b – Gráfico Box-Whiskers da DQO efluente

100

120

140

160

AI AII AIII A Total BI BII BIII B Total I Total II Total III Total Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.4.c – Gráfico Box-Whiskers da DBO afluente

AI AII AIII A Total BI BII Fase BIII B Total I Total II Total III Total Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.4.d – Gráfico Box-Whiskers da DBO efluente

100

120

AI AII AIII A Total BI BII BIII B Total I Total II Total III Total Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.4.e – Gráfico Box-Whiskers de SST afluente

100

120

AI AII AIII A Total BI BII Fase BIII B Total I Total II Total III Total Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.4.f – Gráfico Box-Whiskers de SST efluente

A análise dos resultados das estatísticas descritivas encontra-se organizada de acordo

com as Fases Experimentais e suas respectivas combinações, da seguinte forma: Fases

Combinadas Total; A Total e B Total; I Total, II Total e III Total.

5.1.1 - Fase Combinada Total

Analisando-se as tabelas e os gráficos anteriores, verifica-se que o efluente da unidade

de filtração biológica utilizando meio suporte plástico, independente do tipo de meio e da

taxa superficial aplicada, apresentou concentrações médias de DQO, DBO e SST, de

respectivamente 96 mg/l, 40 mg/l e 32 mg/l. Observa-se ainda que 75% das

concentrações efluentes de DQO, DBO e SST foram respectivamente inferiores a 116

mg/l, 50 mg/l e 40 mg/l e que 90% foram inferiores a 140mg/l, 60mg/l e 48mg/l.

Os valores indicam que durante os 232 dias de operação, a unidade de filtração biológica

utilizando meio suporte plástico e submetida à taxas de aplicação superficial de até

80m

.d apresentou bom desempenho. O fato deve ser destacado quando considerado

que as taxas usualmente aplicadas em meio de pedra limitam-se a 30m

(GONÇALVES et al, 2001)

5.1.2 - Fases Combinadas A Total e B Total

Quando somente utilizado o meio suporte tipo randômico, ainda que independente da

taxa de aplicação superficial, verificou-se a obtenção de concentrações médias efluentes

de DQO, DBO e SST de, respectivamente, 108 mg/l, 46mg/l e 40mg/l, sendo neste caso

75% das concentrações efluentes inferiores à 134 mg/l, 56mg/l e 47mg/l e 90% inferiores

à respectivamente 140mg/l, 65mg/l, 50mg/l.

Por outro lado, quando utilizado somente o meio suporte tipo cross flow e também

independente da taxa de aplicação superficial, verificou-se a obtenção de concentrações

médias efluentes de DQO, DBO e SST de, respectivamente, 84 mg/l, 34mg/l e 24mg/l.

Verificou-se ainda 75% das concentrações efluentes de DQO, DBO e SST inferiores a

105mg/l, 39mg/l e 30mg/l e da mesma forma, 90% das concentrações efluentes inferiores

à 131mg/l, 51mg/l e 33mg/l.

Os resultados sugerem que, em princípio, o meio suporte do tipo cross flow, independente

da carga hidráulica aplicada, tenha gerado concentrações efluentes inferiores às do meio

suporte tipo randômico e assim, melhor desempenho.

No entanto, observa-se que as concentrações afluentes na Fase B foram também

inferiores às concentrações na Fase A, como comprovado pelo teste estatístico (Anexo

A), o que impede a confirmação da sugestão anterior.

Por outro lado, considerando as eficiências de remoção de DQO, DBO e SST obtidas em

função das concentrações afluentes e efluentes ao filtro biológico, e aplicando o mesmo

teste estatístico t-student, não foi rejeitada a hipótese nula (eficiência Fase B = eficiência

Fase A), concluindo-se não haver diferença significativa entre o desempenho da unidade

em função dos diferentes meios plásticos utilizados.

5.1.3 - Fases Combinadas I, II e III

Tecnicamente compreende-se que o aumento das taxas de aplicação hidráulica

superficial e orgânica volumétrica decorram, preliminarmente, em insatisfatório

desempenho da unidade de filtração biológica. De fato, JORDÃO & PESSOA (no prelo)

sugerem, para os meios suporte em pedra, taxas de aplicação superficial de até 40

.d e, para os meios suporte em plástico, taxas de aplicação superficial de até 75

.d, classificados como filtros de alta capacidade.

Assim é que os resultados obtidos parecem também indicar, como demonstram os

gráficos das Figuras 5.5, 5.6 e 5.7, uma tendência de elevação das concentrações

efluentes em função do aumento das taxas de aplicação superficial.

No entanto, os testes estatísticos paramétricos do tipo t-student realizados e

apresentados no Anexo B não confirmam esta hipótese. Em função da normalidade das

amostras, quando comparadas as Fases Combinadas I e II e II e III, as hipóteses nulas

(concentração média I = concentração média II e concentração média II = concentração

média III) relativas às concentrações efluentes de DQO, DBO e SST não puderam ser

rejeitadas, indicando não haver diferença significativa entre os resultados.

Somente em relação às concentrações efluentes de DBO e SST, quando comparadas as

fases I e III obteve-se rejeição da hipótese nula, demonstrando haver diferença

significativa das concentrações efluentes de DBO e SST, quando as taxas de aplicação

superficial foram elevadas de 40m

.d para 80m

.d.

Este resultado corrobora com a compreensão de que a elevação da taxa de aplicação

superficial compromete o desempenho do processo, embora não indique a partir de qual

valor o comprometimento efetivamente ocorra, como desejava a concepção da pesquisa

ao sugerir, preliminarmente, a taxa intermediária de 65m

.d.

Por outro lado, destaca-se que o teste estatístico ao indicar não haver diferença

significativa entre os resultados das fases combinadas I e II, serve como mais uma

indicação para a admissão de taxas de aplicação superficial de até 65m

.d.

Os gráficos das Figuras 5.5, 5.6 e 5.7 ilustram a dispersão dos resultados das

concentrações efluentes de respectivamente DQO, DBO e SST, para cada uma das fases

totais I, II e III.

DQO

100

150

200

250

300

350

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

TAS (m3/m2/dia)

Efluente (mg/l)

Figura 5.5 – Dispersão das concentrações efluentes de DQO nas Fases Combinadas I, II e III

Fase I

Fase III

Fase II

DBO

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

TAS (m3/m2/dia)

Efluente (mg/l)

Figura 5.6 – Dispersão das concentrações efluentes de DBO nas Fases Combinadas I, II e III

SST

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85

TAS (m3/m2/dia)

Efluente (mg/l)

Figura 5.7 – Dispersão das concentrações efluentes de SST nas Fases Combinadas I, II e III

5.2 - Em relação ao Atendimento aos Padrões de Lançamento de Efluentes

Líquidos

Para a análise em relação aos padrões de lançamento de efluentes líquidos foram

considerados os instrumentos legais vigentes nos Estados do Rio de Janeiro, Minas

Gerais e São Paulo, respectivamente Diretriz FEEMA-RJ DZ.215-R.3, Deliberação FEAM-

MG COPAM n° 10 e CETESB-SP Decreto n° 8.468

Fase I

Fase III

Fase II

Fase I

Fase III

Fase II

A diretriz FEEMA-RJ DZ.215-R.3 estabelece para o controle de carga orgânica

biodegradável em efluentes líquidos de origem não industrial, concentrações efluentes

máximas e concomitantes de DBO e SST de 40mg/l, para carga orgânica afluente

superior a 80 kgDBO/dia; e concentrações efluentes máximas e concomitantes de DBO e

SST de 60mg/l, para carga orgânica afluente compreendida entre 25 kgDBO/dia e 80

kgDBO/dia.

A Deliberação Normativa FEAM-MG COPAM n° 10 estabelece normas e padrões para

qualidade das águas e lançamento de efluentes nas coleções de água impondo

concentrações efluentes máximas e concomitantes de DBO e SST de 60mg/l e de DQO

de 90mg/l.

O Decreto n° 8.468 da CETESB-SP regulamenta a Lei n° 997 que dispõe sobre a

prevenção e o controle da poluição do meio ambiente e prevê concentrações efluentes

máximas de DBO de 60mg/l.

Embora as citadas legislações também abordem a questão da eficiência do processo em

relação à remoção de poluentes, esta análise não será realizada uma vez que a unidade

experimental não é precedida por tratamento primário, descaracterizando a compreensão

do conceito de eficiência global do processo de tratamento.

A Tabela 5.4 apresenta, para cada uma das Fases Experimentais e Combinadas, a

quantidade relativa de resultados que encontra-se de acordo com os padrões

estabelecidos pelas diferentes legislações estaduais. Observa-se que a avaliação

considera o atendimento aos valores máximos permissíveis, preconizados pelos padrões

vigentes, sem considerar a obrigatoriedade do atendimento concomitante e considerando

tal obrigatoriedade, quando for o caso.

A análise dos resultados em relação ao atendimento aos padrões de lançamento de

efluentes líquidos encontra-se organizada de acordo com as Fases Experimentais e suas

respectivas combinações, da seguinte forma: Fase Combinada Total, Fases Combinadas

A Total e B Total e Fases Combinadas I Total, II Total e III Total.

Tabela 5.4 – Índice de atendimento (%) aos citados padrões estaduais de lançamento de efluentes

DBO SST

DBO

SST

DBO SST

DBO

SST

DQO

DBO

SST

DQO

40mg/l

40mg/l 40mg/l

60mg/l 60mg/l 60mg/l 90mg/l 60mg/l 90mg/l

Fases

(RJ) (SP) (RJ) (MG)

AI 75 87 75 100 100 100 37 37

AII 12 37 12 87 100 87 25 25

AIII 25 25 12 62 100 62 37 25

A Total 37 50 33 83 100 83 33 29

BI 71 100 71 93 100 93 64 64

BII 100 100 100 100 100 100 50 50

BIII 75 100 75 100 100 100 75 75

B Total 79 100 79 96 100 96 62 62

I Total 73 95 73 95 100 95 59 59

II Total 50 64 50 93 100 93 36 36

III Total 42 67 33 75 100 75 50 50

Total 58 75 56 90 100 90 48 42

Obs.: As colunas de DBO e SST ≤ 40mg/l e DBO e SST ≤ 60mg/l dizem respeito à legislação vigente no

estado do Rio de Janeiro, enquanto a coluna de DBO ≤ 60mg/l diz respeito á legislação de São Paulo e a de

DBO e SST ≤ 60mg/l e DQO ≤ 90mg/l, à de Minas Gerais.

5.2.1 - Fase Combinada Total

Analisando-se os resultados das concentrações efluentes frente aos padrões de

lançamento vigentes, percebe-se o satisfatório atendimento àqueles cujos valores

máximos permissíveis para DBO e SST limitam-se a 60 mg/l. De fato, a unidade satisfez

em 90% das amostras à DZ-215 e ao Decreto 8.468. Observa-se que quando o padrão de

SST é considerado de forma independente, o índice de atendimento alcança 100% das

amostras.

Por outro lado, verifica-se a dificuldade de enquadramento da tecnologia estudada, em

relação aos outros padrões. De fato, em relação ao atendimento concomitante de 40 mg/l

de DBO e SST, como preconiza também a DZ-215, o índice de atendimento alcançado foi

inferior à 60%. Neste caso, observa-se o padrão para DBO como o fator limitante ao

atendimento à legislação (58%), uma vez que, exclusivamente em relação à concentração

de SST, o atendimento foi alcançado em 75% das amostras.

É também possível refletir que o padrão de 90mg/l de DQO é o fator limitante para o

atendimento à Deliberação Normativa COPAM nº 10, uma vez que a consideração

concomitante entre este e as concentrações de DBO e SST reduz o índice de

atendimento de 90% para 42%.

5.2.2 - Fases Combinadas A Total e B Total

Segundo o mesmo raciocínio anterior, quando analisadas ambas as Fases Combinadas A

Total e B Total percebe-se também o satisfatório atendimento aos padrões que requerem

concentrações de DBO e SST máximas de 60 mg/l. Em 83% das amostras da Fase

Combinada A Total e em 96% das amostras da Fase Combinada B Total os padrões são

atendidos.

Em relação aos padrões mais restritivos, percebe-se que na Fase Combinada B Total

alcançou-se maior índice de atendimento que na Fase Combinada A Total. Enquanto para

o padrão de 40 mg/l de DBO e SST, na Fase Combinada B Total alcançou-se índice de

atendimento de 79%, na Fase Combinada A Total o valor foi de 33%. Para o atendimento

à Deliberação Normativa COPAM 10, enquanto na Fase Combinada B Total alcançou-se

índice de atendimento de 62%, na Fase Combinada A Total o valor não alcançou nem

mesmo 30%.

No caso da DZ-215 a limitação do atendimento ao padrão deve-se ao parâmetro de DBO:

37% para a Fase Combinada A Total e 79% para a Fase Combinada B Total. Já em

relação à Deliberação Normativa COPAM n

10 , a limitação do atendimento deve-se à

DQO: 33% para a Fase Combinada A Total e 62% para a Fase Combinada B Total.

5.2.3 - Fases Combinadas I, II e III

Somente nas Fases Combinadas I Total e II Total percebe-se satisfatório atendimento aos

padrões que requerem concentrações de DBO e SST máximas de 60 mg/l,

respectivamente 95% e 93%. No caso da Fase III Total este índice limitou-se à 75%.

São mais limitados ainda os índices de atendimento aos padrões mais restritivos que

estas fases alcançaram. Para o padrão de 40 mg/l de DBO e SST, enquanto na Fase I

Total alcançou-se 73% de atendimento, nas Fases II Total e III Total foram alcançados

índices de respectivamente 50% e 33%. Para a Deliberação Normativa COPAM nº 10, em

nenhuma das Fases Combinadas alcançou-se 60% de atendimento. Da mesma forma

que nos casos anteriores, a DBO e a DQO são os parâmetros que limitam o

enquadramento das amostras segundo o que preconizam os padrões mais restritivos.

A seguir, os gráficos Box and Whiskers das Figuras 5.8, 5.9 e 5.10 ilustram a relação

entre os índices de atendimento alcançados em relação às concentrações de DQO, DBO

e SST e os padrões de lançamento de efluentes vigentes nos Estados do Rio de Janeiro,

Minas Gerais e São Paulo.

100

150

200

250

300

I Total II Total III Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.8 – Gráfico Box and Whiskers para concentrações efluentes de DQO para as fases I, II , III

Padrão (MG)

90mg/l

I Total II Total III Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.9 – Gráfico Box and Whiskers para concentrações efluentes de DBO para as fases I, II , III

I Total II Total III Total

Fases

Concentração (mg/l)

25%

50%

90%

10%

Mín

Máx

75%

Figura 5.10 – Gráfico Box and Whiskers para concentrações efluentes de SST para as fases I, II, III

Padrão (RJ)

40mg/l

Padrão (RJ, MG, SP)

60mg/l

Padrão (RJ)

40mg/l

Padrão (RJ, MG, SP)

60mg/l

Baseadas no monitoramento efetuado durante os 232 dias de operação da unidade,

quando sujeita a diferentes taxas de aplicação superficial, as Figuras 5.11, 5.12 e 5.13

ilustram a freqüência relativa da ocorrência das concentrações efluentes de DQO, DBO e

SST.

Frequência Relativa das Concentrações Efluentes de DQO

= 0,9823

= 0,9288

= 0,9498

100

0 20 40 60 80 100 120 140

Concentração efluente (mg/l)

Frequência Relativa (%)

TAS = 40 TAS = 65 TAS = 80

Linear (TAS = 40) Linear (TAS = 65) Linear (TAS = 80)

Figura 5.11 – Gráfico resumo do índice de atendimento para diversas concentrações máximas

efluentes de DQO requeridas

Frequência Relativa das Concentrações Efluentes de DBO

= 0,9531

= 0,9779

= 0,9944

100

120

10 20 30 40 50 60

Concentração efluente (mg/l)

Frequência Relativa (%)

TAS = 40 TAS = 65 TAS = 80

Linear (TAS = 40) Linear (TAS = 65) Linear (TAS = 80)

Figura 5.12 – Gráfico resumo do índice de atendimento para diversas concentrações máximas

efluentes de DBO requeridas

Frequência Relativa das Concentrações Efluentes de SST

= 0,843

= 0,9779

= 0,8868

100

120

140

10 20 30 40 50 60

Concentração efluente (mg/l)

Frequência Relativa (%)

TAS = 40 TAS = 65 TAS = 80

Linear (TAS = 40) Linear (TAS = 65) Linear (TAS = 80)

Figura 5.13 – Gráfico resumo do índice de atendimento para diversas concentrações máximas

efluentes de SST requeridas

A unidade experimental da pesquisa encontra-se instalada em um centro de pesquisas da

UFRJ (CETE-UFRJ) e esteve ao longo de 232 dias de operação amparada pelo contínuo

acompanhamento da pesquisadora autora da presente dissertação, pelo apoio técnico

dos operadores de campo, e pelo suporte do laboratório de qualidade de águas (LEMA-

UFRJ).

Pode-se assim dizer, tratar-se de uma unidade de tratamento operada e mantida segundo

adequado padrão técnico. Os índices de atendimento aos padrões menos restritivos

foram bastante elevados, demonstrando excelente desempenho da unidade, mesmo para

cargas hidráulica de até 65m

.d, como demonstrado graficamente nas Figuras 5.9 e

5.10.

No entanto, é oportuno refletir que para os padrões mais restritivos (DQO < 90mg/l e DBO

< 40mg/l), o índice de atendimento não satisfez os valores preconizados sugerindo que

estes, possam ser por demais rigorosos e que valores realmente factíveis possam ser

aqueles extraídos das curvas estabelecidas nas Figuras 5.11, 5.12 e 5.13.

Os comentários efetuados anteriormente e relativos aos índices de atendimento aos

padrões de lançamento, alcançados por cada uma das Fases Experimentais e

Combinadas incorporaram o conceito de índice “satisfatório” de atendimento quando o

valor obtido era igual ou superior a 80%. O valor atribuído pela autora teve como base

aquele preconizado na Resolução CONAMA nº 274 (2000) que define as condições de

balneabilidade das coleções de água em função das concentrações de parâmetros

microbiológicos obtidas em amostras de águas.

Assim, segundo as curvas das Figuras 5.11, 5.12 e 5.13 percebe-se que para o

atendimento à 80% das amostras, as concentrações de DQO, DBO e SST estariam

respectivamente limitadas a 130 mg/l, 55 mg/l e 45 mg/l.

5.3 - Determinação do Valor K do Modelo de Eckenfelder

O modelo matemático baseado no critério de Eckenfelder considera o coeficiente de

remoção de DBO (K), como função do tipo de material suporte e da superfície específica

do meio. Considera também o parâmetros variando entre 0,2 e 1,1, sendo aceito o valor

médio de 0,5.

Considerando diferentes valores do parâmetro n, na Tabela 5.5 são apresentados os

valores dos coeficientes de remoção de DBO obtidos para os dois meios suporte

utilizados e para as três diferentes taxas hidráulicas aplicadas durante a pesquisa.

Verifica-se que os valores calculados apresentam larga variação em função do valor do

parâmetro n adotado. Verifica-se também que as variações de carga hidráulica impostas

ao longo da pesquisa pouco influenciaram a variação dos resultados dos valores

calculados e que os coeficientes K obtidos para o meio randômico foram superiores aos

do meio cross flow para a taxa de até 65 m³/m².d.

Tabela 5.5 – Coeficiente de Remoção K – Critério de Eckenfelder

n = 0,2 n = 0,5 n = 1,1

TAS

.d Randômico

Cross

Flow

Randômico

Cross

Flow

Randômico

Cross

Flow

40 0,72 0,56 2,16 1,70 19,79 15,56

65 0,56 0,50 1,95 1,75 23,81 21,48

80 0,42 0,46 1,52 1,70 21,13 23,55

6. CONCLUSÕES

Os resultados obtidos nas 12 diferentes fases (6 Fases Experimentais + 6 Fases

Combinadas) permitem as seguintes conclusões:

• Considerando os 232 dias de operação da unidade de filtração biológica aeróbia,

independente do meio suporte plástico utilizado e independente das cargas hidráulica e

orgânica aplicadas, obteve-se concentrações médias efluentes de DQO, DBO e SST

muito satisfatórias, de respectivamente 96mg/l, 40mg/l e 32mg/l;

• Da mesma forma, conclui-se que os padrões de lançamento de efluentes, vigentes nos

Estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo foram satisfatoriamente

atendidos, com exceção daqueles mais restritivos, para os quais a tecnologia de

tratamento pesquisada, para as condições locais, não é capaz de satisfazer;

• Os testes estatísticos t-student, aplicados aos resultados obtidos nas fases A e B, não

permitem conlusões sobre qual dos diferentes meios suporte plásticos apresenta

melhor desempenho.

• Na fase em que se aplicou carga hidráulica de 40 m³/m².d e carga orgânica de 0,9

kgDBO/m³.d, obteve-se os melhores resultados.

• Na fase seguinte, onde se aumentou a carga hidráulica para 65 m³/m².d e carga

orgânica para 1,5 kgDBO/m³.d, observou-se uma leve piora na qualidade do efluente,

mas ainda assim os resultados foram satisfatórios, alcançando concentrações médias

efluentes de DQO, DBO e SST de 98mg/l, 42mg/l e 34mg/l, próximas às concentrações

limites dos padrões de lançamento de efluentes mais restritivos.

• O teste estatístico realizado demonstrou somente haver diferença significativa ao se

dobrar a carga hidráulica inicial aplicada e assim, somente a taxa de 80m³/m².d passa

a comprometer efetivamente a qualidade do efluente.

7. RECOMENDAÇÕES

• Considerando que foram satisfatórias as concentrações médias efluentes obtidas ao

longo das fases operacionais em que a unidade esteve submetida às taxas de

40m

.d e 65m

.d; e que os testes estatísticos comparativos demonstraram não

haver diferenças significativas entre ambas as fases; sugere-se que a unidade de

filtração biológica possa ser submetida, em condições ambientais similares, a taxas de

65 m³/m².d, valor próximo ao limite máximo recomendado pela literatura;

• Para o modelo matemático baseado no critério de Eckenfelder obteve-se variação

muito ampla dos valores dos coeficientes de remoção de DBO (K). Ao se fixar o valor

do parâmetro n em 0,5, pode-se recomendar, para o coeficiente k, valores

compreendidos entre 1,5 e 2,0 para os dois diferentes meios suporte plásticos

utilizados na pesquisa.

• Considerando o índice “satisfatório” de atendimento de 80% aos padrões de

lançamento de efluentes, considerando as excelentes condições para o adequado

controle e operação de uma unidade de tratamento secundário; e considerando a

dificuldade de atendimento aos padrões mais restritivos de lançamento de efluentes;

sugere-se que a tecnologia seja plenamente capaz de em 80% das amostras,

satisfazer às concentrações efluentes de 130 mg/l de DQO, 55 mg/l de DBO e 45 mg/l

de SST.

• Considerando a variedade de meios suporte plásticos existentes no mercado,

recomenda-se a continuação da pesquisa, com outros meios suporte sintéticos, com

diferentes características físicas, tais como superfície específica, peso específico e

índice de vazios

• Recomenda-se a investigação da qualidade do efluente da unidade de filtração

biológica, especificamente, desconsiderando a unidade de decantação secundária, de

maneira similar à outras pesquisas realizadas com filtros biológicos com meio suporte

em pedra.

• Para maior elucidação e melhor compreensão dos mecanismos e processos

envolvidos com o transporte e a degradação do substrato em biofilmes, recomenda-se

a realização de análises microbiológicas dos mesmos.

• Recomenda-se ainda a investigação do comportamento da unidade de filtração

biológica operando com meio suporte plástico, em relação à remoção de nitrogênio, em

função de modificações operacionais do processo, tais como: recirculação do efluente

decantado para o reator biológico; utilização de estágio duplo de filtração, sendo o

primeiro para remoção de matéria orgânica carbonácea e o segundo para remoção de

matéria orgânica nitrogenada e; diminuição da carga hidráulica aplicada.

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ANEXO A

TESTES ESTATÍSTICOS PARAMÉTRICOS TIPO T-STUDENT (A TOTAL X B TOTAL)

A.I) Verificação da normalidade das amostras para concentrações afluentes

a) Verificação DQO (Fase AI)

AI empirico dist normal D

143 0,13 0,11 0,01

146 0,25 0,14 0,11

147 0,38 0,14 0,23

179 0,50 0,54 -0,04

191 0,63 0,71 -0,08

191 0,75 0,71 0,04

197 0,88 0,78 0,10

215 1,00 0,92 0,08

88 média D máximo 0,23

27 desv. Padrão D Crítico 0,47

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

b) Verificação DQO (Fase BI)

BI empirico dist normal D

55 0,07 0,02 0,05

78 0,14 0,07 0,07

109 0,21 0,23 -0,01

115 0,29 0,27 0,01

123 0,36 0,34 0,02

132 0,43 0,42 0,01

140 0,50 0,49 0,01

150 0,57 0,59 -0,02

151 0,64 0,60 0,05

164 0,71 0,71 0,01

175 0,79 0,79 0,00

182 0,86 0,83 0,02

192 0,93 0,89 0,04

203 1,00 0,93 0,07

141 média D máximo 0,16

42 desv. Padrão D Crítico 0,35

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

c) Verificação DQO (Fase AII)

AII empirico dist normal D

120 0,13 0,12 0,01

124 0,25 0,13 0,12

152 0,38 0,26 0,12

163 0,50 0,32 0,18

207 0,63 0,62 0,01

221 0,75 0,70 0,05

263 0,88 0,90 -0,02

267 1,00 0,91 0,09

108 média D máximo 0,18

30 desv. Padrão D Crítico 0,47

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

d) Verificação DQO (Fase BII)

BII empirico dist normal D

73 0,17 0,04 0,13

111 0,33 0,26 0,07

150 0,50 0,68 -0,18

150 0,67 0,68 -0,02

150 0,83 0,68 0,15

166 1,00 0,83 0,17

84 média D máximo 0,17

36 desv. Padrão D Crítico 0,53

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

e) Verificação DQO (Fase AIII)

AIII empirico dist normal D

135 0,13 0,17 -0,05

138 0,25 0,18 0,07

184 0,38 0,32 0,05

216 0,50 0,44 0,06

222 0,63 0,47 0,16

225 0,75 0,48 0,27

270 0,88 0,65 0,23

457 1,00 0,99 0,01

127 média D máximo 0,27

30 desv. Padrão D Crítico 0,47

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

f) Verificação DQO (Fase BIII)

BIII empirico dist normal D

109 0,33 0,13 0,21

161 0,67 0,65 0,01

173 1,00 0,77 0,23

0,23

92 média D máximo 0,34

82 desv. Padrão D Crítico 0,51

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

g) Verificação DBO (Fase AI)

AI empirico dist normal D

61 0,13 0,06 0,07

88 0,25 0,36 -0,11

89 0,38 0,37 0,00

90 0,50 0,39 0,11

90 0,63 0,39 0,23

97 0,75 0,52 0,23

121 0,88 0,87 0,00

133 1,00 0,95 0,05

35 média D máximo 0,23

10 desv. Padrão D Crítico 0,47

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

h) Verificação DBO (Fase BI)

empirico

dist normal

47 0,07 0,05 0,02

53 0,14 0,10 0,04

61 0,21 0,22 0,00

62 0,29 0,24 0,05

66 0,36 0,32 0,04

68 0,43 0,37 0,06

70 0,50 0,42 0,08

74 0,57 0,52 0,06

77 0,64 0,59 0,05

82 0,71 0,71 0,01

83 0,79 0,73 0,06

88 0,86 0,82 0,03

89 0,93 0,84 0,09

107 1,00 0,98 0,02

73 média D máximo 0,09

16 desv. Padrão D Crítico 0,35

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

i) Verificação DBO (Fase AII)

AII empirico dist normal D

72 0,13 0,09 0,04

85 0,25 0,20 0,05

93 0,38 0,30 0,08

98 0,50 0,37 0,13

107 0,63 0,51 0,12

123 0,75 0,74 0,01

123 0,88 0,74 0,13

152 1,00 0,96 0,04

51 média D máximo 0,13

9 desv. Padrão D Crítico 0,47

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

j) Verificação DBO (Fase BII)

BII empirico dist normal D

29 0,17 0,03 0,14

53 0,33 0,42 -0,08

60 0,50 0,61 -0,11

63 0,67 0,69 -0,02

64 0,83 0,72 0,12

67 1,00 0,78 0,22

30 média D máximo 0,22

10 desv. Padrão D Crítico 0,53

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

k) Verificação DBO (Fase AIII)

AIII empirico dist normal D

51 0,13 0,09 0,04

61 0,25 0,16 0,09

69 0,38 0,25 0,12

88 0,50 0,53 -0,03

90 0,63 0,56 0,07

91 0,75 0,57 0,18

110 0,88 0,82 0,05

130 1,00 0,95 0,05

53 média D máximo 0,18

18 desv. Padrão D Crítico 0,47

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

l) Verificação DBO (Fase BIII)

BIII

empirico

dist normal

52 0,33 0,16 0,18

67 0,67 0,51 0,16

81 1,00 0,84 0,16

37 média D máximo 0,18

10 desv. Padrão D Crítico 0,51

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

m) Verificação SST (Fase AI)

empirico

dist normal

47 0,13 0,06 0,07

59 0,25 0,22 0,03

64 0,38 0,34 0,04

66 0,50 0,39 0,11

69 0,63 0,47 0,15

81 0,75 0,78 -0,03

82 0,88 0,80 0,08

92 1,00 0,94 0,06

34 média D máximo 0,15

6 desv. Padrão D Crítico 0,47

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

n) Verificação SST (Fase BI)

empirico

dist normal

35 0,07 0,01 0,06

46 0,14 0,10 0,05

54 0,21 0,31 -0,09

56 0,29 0,38 -0,09

57 0,36 0,42 -0,06

58 0,43 0,45 -0,03

59 0,50 0,49 0,01

62 0,57 0,61 -0,04

62 0,64 0,61 0,03

63 0,71 0,65 0,07

64 0,79 0,68 0,10

65 0,86 0,72 0,14

70 0,93 0,86 0,07

77 1,00 0,96 0,04

59 média D máximo 0,14

10 desv. Padrão D Crítico 0,35

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

o) Verificação SST (Fase AII)

AII

empirico

dist normal

59 0,13 0,09 0,03

63 0,25 0,15 0,10

69 0,38 0,27 0,11

76 0,50 0,45 0,05

76 0,63 0,45 0,17

86 0,75 0,72 0,03

96 0,88 0,90 -0,02

97 1,00 0,91 0,09

44 média D máximo 0,17

7 desv. Padrão D Crítico 0,47

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

p) Verificação SST (Fase BII)

BII

empirico

dist normal

38 0,17 0,05 0,11

49 0,33 0,35 -0,02

52 0,50 0,49 0,01

54 0,67 0,57 0,09

56 0,83 0,66 0,17

65 1,00 0,92 0,08

20 média D máximo 0,17

8 desv. Padrão D Crítico 0,53

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

q) Verificação SST (Fase AIII)

AIII

empirico

dist normal

51 0,13 0,03 0,09

59 0,25 0,17 0,08

67 0,38 0,50 -0,12

68 0,50 0,55 -0,05

69 0,63 0,59 0,03

71 0,75 0,68 0,07

72 0,88 0,72 0,15

79 1,00 0,92 0,08

42 média D máximo 0,15

6 desv. Padrão D Crítico 0,47

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

r) Verificação SST (Fase BIII)

BIII

empirico

dist normal

51 0,33 0,25 0,09

54 0,67 0,32 0,35

76 1,00 0,87 0,13

30 média D máximo 0,35

6 desv. Padrão D Crítico 0,51

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

A.II) Resultado do teste t-student para as concentrações afluentes

a) Resultados DQO

p valor 0,047372

p valor 0,059045

p valor 0,212017

p valor 0,000929

AI x BI

AII x BII

AIII x BIII

A Total x B Total

b) Resultados DBO

p valor 0,010704

p valor 0,000905

p valor 0,25592

p valor 3,58E-05

AI x BI

AII x BII

AIII x BIII

A Total x B Total

c) Resultados SST

p valor 0,050657

p valor 0,002418

p valor 0,346031

p valor 0,000166

AI x BI

AII x BII

AIII x BIII

A Total x B Total

Obs.: Para valor p < 0,05 (95% de confiança), rejeita a hipótese nula

A.III) Resultado do teste t-student para as eficiências de remoção

a) Resultados DQO

p valor 0.528502

p valor 0.715648

p valor 0.378589

p valor 0.396289

A Total x B Total

AI x BI

AII x BII

AIII x BIII

b) Resultados DBO

p valor 0.168177

p valor 0.428038

p valor 0.732662

p valor 0.742245

A Total x B Total

AIII x BIII

AI x BI

AII x BII

c) Resultados SST

p valor 0.1103764

p valor 0.0215215

p valor 0.0698694

p valor 0.0000799

A Total x B Total

AII x BII

AIII x BIII

AI x BI

Obs.: Para valor p < 0,05 (95% de confiança), rejeita a hipótese nula

ANEXO B

TESTES ESTATÍSTICOS PARAMÉTRICOS TIPO T-STUDENT (I TOTAL X II TOTAL, II

TOTAL X III TOTAL E I TOTAL X III TOTAL)

B.I) Verificação da normalidade das amostras

a) Verificação DQO (Fase I Total)

AI+BI

empirico

dist normal

0.05 0.11 -0.07

0.09 0.11 -0.02

0.14 0.12 0.02

0.18 0.12 0.07

0.23 0.12 0.11

0.27 0.24 0.04

0.32 0.26 0.06

0.36 0.30 0.07

0.41 0.35 0.06

0.45 0.36 0.10

0.50 0.46 0.04

0.55 0.51 0.04

0.59 0.63 -0.04

0.64 0.64 -0.01

0.68 0.64 0.04

0.73 0.65 0.07

103

0.77 0.72 0.05

114

0.82 0.81 0.01

115

0.86 0.82 0.05

116

0.91 0.82 0.09

127

0.95 0.89 0.07

185

1.00 1.00 0.00

81 média D máximo 0.11

38 desv. Padrão D Crítico 0.27

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

b) Verificação DQO (Fase II Total)

AII+BII

empirico

dist normal

0.07 0.03 0.04

0.14 0.10 0.04

0.21 0.23 -0.02

0.29 0.24 0.05

0.36 0.25 0.11

0.43 0.43 0.00

0.50 0.45 0.05

0.57 0.47 0.11

105

0.64 0.58 0.06

113

0.71 0.67 0.04

132

0.79 0.84 -0.06

134

0.86 0.86 0.00

140

0.93 0.89 0.04

152

1.00 0.95 0.05

98 média D máximo 0.11

34 desv. Padrão D Crítico 0.34

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

c) Verificação DQO (Fase III Total)

AIII+BIII

empirico

dist normal

0.08 0.12 -0.03

0.17 0.20 -0.03

0.25 0.20 0.05

0.33 0.28 0.05

0.42 0.32 0.10

0.50 0.33 0.17

105

0.58 0.44 0.14

135

0.67 0.60 0.06

138

0.75 0.62 0.13

140

0.83 0.63 0.20

211

0.92 0.90 0.01

286

1.00 0.99 0.01

116 média D máximo 0.20

73 desv. Padrão D Crítico 0.37

DQO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

d) Verificação DBO (Fase I Total)

AI+BI

empirico

dist normal

0.05 0.09 -0.05

0.09 0.09 0.00

0.14 0.12 0.02

0.18 0.12 0.06

0.23 0.27 -0.04

0.27 0.27 0.00

0.32 0.27 0.05

0.36 0.30 0.07

0.41 0.30 0.11

0.45 0.35 0.10

0.50 0.42 0.08

0.55 0.48 0.07

0.59 0.54 0.05

0.64 0.54 0.09

0.68 0.58 0.11

0.73 0.61 0.12

0.77 0.75 0.02

0.82 0.77 0.04

0.86 0.84 0.02

0.91 0.93 -0.02

0.95 0.93 0.02

1.00 0.99 0.01

35 média D máximo 0.12

13 desv. Padrão D Crítico 0.27

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

e) Verificação DBO (Fase II Total)

AII+BII

empirico

dist normal

0.07 0.04 0.03

0.14 0.05 0.09

0.21 0.16 0.05

0.29 0.34 -0.05

0.36 0.42 -0.06

0.43 0.42 0.01

0.50 0.42 0.08

0.57 0.47 0.10

0.64 0.64 0.00

0.71 0.67 0.05

0.79 0.84 -0.05

0.86 0.84 0.02

0.93 0.86 0.07

1.00 0.95 0.05

42 média D máximo 0.10

14 desv. Padrão D Crítico 0.34

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

f) Verificação DBO (Fase III Total)

AIII+BIII

empirico

dist normal

0.08 0.11 -0.02

0.17 0.13 0.04

0.25 0.22 0.03

0.33 0.23 0.10

0.42 0.27 0.14

0.50 0.38 0.12

0.58 0.44 0.14

0.67 0.60 0.06

0.75 0.69 0.06

0.83 0.83 0.00

0.92 0.92 -0.01

1.00 0.97 0.03

48 média D máximo 0.14

17 desv. Padrão D Crítico 0.37

DBO

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

g) Verificação SST (Fase I Total)

AI+BI

empirico

dist normal

0.05 0.01 0.03

0.09 0.04 0.05

0.14 0.12 0.02

0.18 0.12 0.06

0.23 0.21 0.02

0.27 0.33 -0.05

0.32 0.37 -0.05

0.36 0.42 -0.05

0.41 0.46 -0.05

0.45 0.51 -0.06

0.50 0.56 -0.06

0.55 0.56 -0.01

0.59 0.61 -0.01

0.64 0.61 0.03

0.68 0.65 0.03

0.73 0.65 0.08

0.77 0.74 0.04

0.82 0.74 0.08

0.86 0.81 0.06

0.91 0.91 0.00

0.95 0.93 0.03

1.00 0.96 0.04

28 média D máximo 0.08

8 desv. Padrão D Crítico 0.27

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

h) Verificação SST (Fase II Total)

AII+BII

empirico

dist normal

0.07 0.05 0.02

0.14 0.06 0.08

0.21 0.17 0.04

0.29 0.21 0.08

0.36 0.27 0.08

0.43 0.40 0.03

0.50 0.51 -0.01

0.57 0.59 -0.02

0.64 0.62 0.03

0.71 0.80 -0.09

0.79 0.84 -0.05

0.86 0.84 0.02

0.93 0.87 0.06

1.00 0.91 0.09

34 média D máximo 0.09

15 desv. Padrão D Crítico 0.34

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

i) Verificação SST (Fase III Total)

AIII+BIII

empirico

dist normal

0.08 0.01 0.07

0.17 0.23 -0.06

0.25 0.23 0.02

0.33 0.34 0.00

0.42 0.38 0.04

0.50 0.55 -0.05

0.58 0.59 -0.01

0.67 0.59 0.07

0.75 0.71 0.04

0.83 0.75 0.08

0.92 0.91 0.01

1.00 0.91 0.09

38 média D máximo 0.09

9 desv. Padrão D Crítico 0.37

SST

Obs.: D máximo calculado < D Crítico;

Distribuição normal da amostra

B.II) Resultados do teste t-student para concentrações efluentes

a) Resultados DQO

AI x AII

Valor T -1.437674

Valor P 0.172502

Graus de Liberdade 14

AII x AIII

Valor T -0.707935

Valor P 0.490604

Graus de Liberdade 14

BI x BII

Valor T -0.328105

Valor P 0.746618

Graus de Liberdade 18

BII x BIII

Valor T -0.21362

Valor P 0.836187

Graus de Liberdade 8

I TOTAL x II TOTAL

Valor T -1.352827

Valor P 0.185039

Graus de Liberdade 34

II TOTAL x III TOTAL

Valor T -0.82001

Valor P 0.42028

Graus de Liberdade 24

I TOTAL x III TOTAL

Valor T -1.833917

Valor P 0.075981

Graus de Liberdade 32

b) Resultados DBO

AI x AII

Valor T -3.290872

Valor P 0.005359

Graus de Liberdade 14

AII x AIII

Valor T -0.20892

Valor P 0.83752

Graus de Liberdade 14

BI x BII

Valor T 0.747267

Valor P 0.464553

Graus de Liberdade 18

BII x BIII

Valor T -1.16747

Valor P 0.276636

Graus de Liberdade 8

I TOTAL x II TOTAL

Valor T -1.621383

Valor P 0.114174

Graus de Liberdade 34

II TOTAL x III TOTAL

Valor T -0.902809

Valor P 0.375599

Graus de Liberdade 24

I TOTAL x III TOTAL

Valor T -2.505786

Valor P 0.017498

Graus de Liberdade 32

c) Resultados SST

AI x AII

Valor T -3.271112

Valor P 0.005574

Graus de Liberdade 14

AII x AIII

Valor T 0.644714

Valor P 0.529536

Graus de Liberdade 14

BI x BII

Valor T 1.245287

Valor P 0.228994

Graus de Liberdade 18

BII x BIII

Valor T -3.855959

Valor P 0.002285

Graus de Liberdade 12

I TOTAL x II TOTAL

Valor T -1.569128

Valor P 0.125879

Graus de Liberdade 34

II TOTAL x III TOTAL

Valor T -0.850136

Valor P 0.403651

Graus de Liberdade 24

I TOTAL x III TOTAL

Valor T -3.255099

Valor P 0.002679

Graus de Liberdade 32

Obs.: Para valor p < 0,05 (95% de confiança), descarta a hipótese nula

ANEXO C

RESULTADOS DO COEFICIENTE DE REMOÇÃO DE DBO (K) PAR A O MODELO

MATEMÁTICO BASEADO NO CRITÉRIO DE ECKENFELDER

Os resultados estão apresentados em três tabelas, cada uma com um valor adotado para

o coeficiente n.

a) Valor n = 0,5

H TAS média

Afluente

Efluente

(m)

(m3/m2.d)

por fase

61 27 3 40 0,44 -0,82 0,47 1,72

97 32 3 40 0,33 -1,11 0,47 2,34

90 34 3 40 0,38 -0,97 0,47 2,05

90 44 3 40 0,49 -0,72 0,47 1,51

121 18 3 40 0,15 -1,91 0,47 4,02

133 53 3 40 0,40 -0,92 0,47 1,94

89 37 3 40 0,42 -0,88 0,47 1,85

88 36 3 40 0,41 -0,89 0,47 1,88

152 57 3 65 0,38 -0,98 0,37 2,64

123 65 3 65 0,53 -0,64 0,37 1,71

85 56 3 65 0,66 -0,42 0,37 1,12

72 41 3 65 0,57 -0,56 0,37 1,51

107 48 3 65 0,45 -0,80 0,37 2,15

98 47 3 65 0,48 -0,73 0,37 1,97

93 39 3 65 0,42 -0,87 0,37 2,34

123 56 3 65 0,46 -0,79 0,37 2,11

90 56 3 80 0,62 -0,47 0,34 1,41

130 64 3 80 0,49 -0,71 0,34 2,11

69 42 3 80 0,61 -0,50 0,34 1,48

110 79 3 80 0,72 -0,33 0,34 0,99

88 45 3 80 0,51 -0,67 0,34 2,00

51 37 3 80 0,73 -0,32 0,34 0,96

61 26 3 80 0,43 -0,85 0,34 2,54

0,79

-0,23

0,34

0,70

53 28 3 65 0,53 -0,64 0,37 1,71

67 17 3 65 0,25 -1,37 0,37 3,69

64 36 3 65 0,56 -0,58 0,37 1,55

60 39 3 65 0,65 -0,43 0,37 1,16

63 39 3 65 0,62 -0,48 0,37 1,29

0,66

-0,42

0,37

1,14

52 28 3 80 0,54 -0,62 0,34 1,85

81 34 3 80 0,42 -0,87 0,34 2,59

67 52 3 80 0,78 -0,25 0,34 0,76

0,58

-0,54

0,34

1,61

53 28 3 40 0,53 -0,64 0,47 1,35

68 47 3 40 0,69 -0,37 0,47 0,78

83 66 3 40 0,80 -0,23 0,47 0,48

61 20 3 40 0,33 -1,12 0,47 2,35

88 53 3 40 0,60 -0,51 0,47 1,07

74 43 3 40 0,58 -0,54 0,47 1,14

82 38 3 40 0,46 -0,77 0,47 1,62

107 27 3 40 0,25 -1,38 0,47 2,90

89 27 3 40 0,30 -1,19 0,47 2,51

70 30 3 40 0,43 -0,85 0,47 1,79

77 28 3 40 0,36 -1,01 0,47 2,13

47 36 3 40 0,77 -0,27 0,47 0,56

62 18 3 40 0,29 -1,24 0,47 2,61

0,30

-1,19

0,47

2,52

Valor médio de K para todo o período de operação 1,80

1,7

2,16

1,95

1,52

1,75

AIII

BII

BIII

KFase

AII

DBO (mg/l)

DBOe/DBOa ln (DBOe/DBOa) H/TAS^n

b) Valor n = 0,2

H TAS média

Afluente Efluente (m) (m3/m2.d) por fase

61 27 3 40 0,44 -0,82 1,43 0,57

97 32 3 40 0,33 -1,11 1,43 0,77

90 34 3 40 0,38 -0,97 1,43 0,68

90 44 3 40 0,49 -0,72 1,43 0,50

121 18 3 40 0,15 -1,91 1,43 1,33

133 53 3 40 0,40 -0,92 1,43 0,64

89 37 3 40 0,42 -0,88 1,43 0,61

0,41

-0,89

1,43

0,62

152 57 3 65 0,38 -0,98 1,30 0,75

123 65 3 65 0,53 -0,64 1,30 0,49

85 56 3 65 0,66 -0,42 1,30 0,32

72 41 3 65 0,57 -0,56 1,30 0,43

107 48 3 65 0,45 -0,80 1,30 0,62

98 47 3 65 0,48 -0,73 1,30 0,56

93 39 3 65 0,42 -0,87 1,30 0,67

123 56 3 65 0,46 -0,79 1,30 0,60

90 56 3 80 0,62 -0,47 1,25 0,38

130 64 3 80 0,49 -0,71 1,25 0,57

69 42 3 80 0,61 -0,50 1,25 0,40

110 79 3 80 0,72 -0,33 1,25 0,27

88 45 3 80 0,51 -0,67 1,25 0,54

51 37 3 80 0,73 -0,32 1,25 0,26

61 26 3 80 0,43 -0,85 1,25 0,68

91 72 3 80 0,79 -0,23 1,25 0,19

53 28 3 65 0,53 -0,64 1,30 0,49

67 17 3 65 0,25 -1,37 1,30 1,05

64 36 3 65 0,56 -0,58 1,30 0,44

60 39 3 65 0,65 -0,43 1,30 0,33

63 39 3 65 0,62 -0,48 1,30 0,37

29 19 3 65 0,66 -0,42 1,30 0,32

52 28 3 80 0,54 -0,62 1,25 0,50

81 34 3 80 0,42 -0,87 1,25 0,70

67 52 3 80 0,78 -0,25 1,25 0,20

0,58

-0,54

1,25

0,43

53 28 3 40 0,53 -0,64 1,43 0,44

68 47 3 40 0,69 -0,37 1,43 0,26

83 66 3 40 0,80 -0,23 1,43 0,16

61 20 3 40 0,33 -1,12 1,43 0,78

88 53 3 40 0,60 -0,51 1,43 0,35

74 43 3 40 0,58 -0,54 1,43 0,38

82 38 3 40 0,46 -0,77 1,43 0,54

107 27 3 40 0,25 -1,38 1,43 0,96

89 27 3 40 0,30 -1,19 1,43 0,83

70 30 3 40 0,43 -0,85 1,43 0,59

77 28 3 40 0,36 -1,01 1,43 0,71

47 36 3 40 0,77 -0,27 1,43 0,19

62 18 3 40 0,29 -1,24 1,43 0,86

0,30

-1,19

1,43

0,83

Valor médio de K para todo o período de operação 0,54

0,50

BIII 0,46

BI 0,56

0,72

AII 0,56

AIII 0,41

DBOe/DBOa ln (DBOe/DBOa) H/TAS^n KFase

DBO (mg/l)

BII

c) Valor n = 1,1

H TAS média

Afluente Efluente (m) (m3/m2.d) por fase

61 27 3 40 0,44 -0,82 0,05 15,72

97 32 3 40 0,33 -1,11 0,05 21,38

90 34 3 40 0,38 -0,97 0,05 18,77

90 44 3 40 0,49 -0,72 0,05 13,80

121 18 3 40 0,15 -1,91 0,05 36,74

133 53 3 40 0,40 -0,92 0,05 17,74

89 37 3 40 0,42 -0,88 0,05 16,92

0,41

-0,89

0,05

17,23

152 57 3 65 0,38 -0,98 0,03 32,26

123 65 3 65 0,53 -0,64 0,03 20,98

85 56 3 65 0,66 -0,42 0,03 13,73

72 41 3 65 0,57 -0,56 0,03 18,52

107 48 3 65 0,45 -0,80 0,03 26,37

98 47 3 65 0,48 -0,73 0,03 24,17

93 39 3 65 0,42 -0,87 0,03 28,58

123 56 3 65 0,46 -0,79 0,03 25,88

90 56 3 80 0,62 -0,47 0,02 19,61

130 64 3 80 0,49 -0,71 0,02 29,29

69 42 3 80 0,61 -0,50 0,02 20,52

110 79 3 80 0,72 -0,33 0,02 13,68

88 45 3 80 0,51 -0,67 0,02 27,72

51 37 3 80 0,73 -0,32 0,02 13,26

61 26 3 80 0,43 -0,85 0,02 35,25

91 72 3 80 0,79 -0,23 0,02 9,68

53 28 3 65 0,53 -0,64 0,03 20,99

67 17 3 65 0,25 -1,37 0,03 45,11

64 36 3 65 0,56 -0,58 0,03 18,92

60 39 3 65 0,65 -0,43 0,03 14,17

63 39 3 65 0,62 -0,48 0,03 15,77

29 19 3 65 0,66 -0,42 0,03 13,91

52 28 3 80 0,54 -0,62 0,02 25,59

81 34 3 80 0,42 -0,87 0,02 35,88

67 52 3 80 0,78 -0,25 0,02 10,48

0,58

-0,54

0,02

22,28

53 28 3 40 0,53 -0,64 0,05 12,30

68 47 3 40 0,69 -0,37 0,05 7,12

83 66 3 40 0,80 -0,23 0,05 4,42

61 20 3 40 0,33 -1,12 0,05 21,50

88 53 3 40 0,60 -0,51 0,05 9,78

74 43 3 40 0,58 -0,54 0,05 10,47

82 38 3 40 0,46 -0,77 0,05 14,83

107 27 3 40 0,25 -1,38 0,05 26,55

89 27 3 40 0,30 -1,19 0,05 23,00

70 30 3 40 0,43 -0,85 0,05 16,34

77 28 3 40 0,36 -1,01 0,05 19,51

47 36 3 40 0,77 -0,27 0,05 5,14

62 18 3 40 0,29 -1,24 0,05 23,85

0,30

-1,19

0,05

23,02

Valor médio de K para todo o período de operação 19,97

AIII

H/TAS^n K

Fase

DBO (mg/l)

DBOe/DBOa ln (DBOe/DBOa)

BI 15,56

19,79

23,81

21,13

21,48

23,55

BII

BIII

AII

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