Tratamento de resíduos agroindustriais

Tratamento de resíduos agroindustriais

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Além das unidades de remoção dos sólidos grosseiros, pode ser incluída, também, uma unidade para a medição da vazão. Tem sido utilizados, com este fim, calhas Parshall e vertedores (retangulares ou triangulares).

Primário

O tratamento primário é, também, uma etapa de tratamento parcial, podendo ser intermediária em sistema de tratamento mais completo ou final, no caso de disposição da água residuária no solo. As águas residuárias, após passarem pelas unidades de tratamento preliminar, podem conter, ainda, grande quantidade de sólidos em suspensão não grosseiros, os quais podem ser parcialmente removidos em unidades de decantação. Uma parte significativa destes sólidos em suspensão é compreendida pelo material orgânico em suspensão. Assim, a sua remoção por processos simples, como a decantação, implica na redução da carga de DBO dirigida ao tratamento secundário, onde a sua remoção é, de certa forma, mais custosa.

No tratamento Primário, tem-se por objetivo a remoção de sólidos em suspensão, e que são passíveis de decantação, além de sólidos flutuantes. Para que isso seja possível, podem ser utilizados processos de decantação, digestão anaeróbia, filtros biológicos, filtros orgânicos, lagoas anaeróbias ou reatores anaeróbios.

Nos decantadores, as águas residuárias devem fluir vagarosamente, de forma a permitir que os sólidos em suspensão, de maior massa específica que o líquido em tratamento, possam decantar, gradualmente, no fundo do tanque. Essa massa de sólidos é denominada lodo primário bruto.

Materiais flutuantes, como graxas e óleos, tendo uma menor massa específica que o líquido em tratamento e que não foram removidos na caixa de gordura, sobem para a superfície dos decantadores, onde são coletados e removidos do tanque, devendo ser conduzidos para receber tratamento posterior (digestão ou secagem em “leitos de secagem”).

As fossas sépticas e suas variantes, como os tanques Imhoff são também formas de tratamento de águas residuárias consideradas de nível primário. Essas unidades de tratamento são basicamente constituídas por decantadores, onde os sólidos sedimentáveis são removidos, permanecendo neste local por períodos de tempo suficientes (3-5 anos) para a sua estabilização bioquímica.

Para remoção de grande parte do material orgânico em suspensão, como etapa posterior ao decantador ou mesmo quando eles não estão presentes, podem ser utilizados filtros orgânicos. Nesse caso, alguns resíduos agrícolas, tais como bagaço de cana-de-açúcar, sabugo de milho triturado, serragem de madeira, casca de arroz, pergaminho do grão de café e a própria casca do fruto do cafeeiro podem ser utilizadas como materiais filtrantes para separação de sólidos da água residuária. O material filtrante, após exaurida sua capacidade de remoção de material orgânico da água residuária, deve ser substituído por materiais orgânicos “limpos”. O material orgânico retirado dos filtros pode ser submetido ao processo de compostagem e, após estabilizado bioquimicamente, ser usado na adubação de culturas agrícolas.

No caso do aproveitamento agrícola ou o tratamento da água residuária por disposição no solo, o tratamento primário, geralmente, já coloca a água residuária em condições de ser transportada e aplicada ao solo. Caso a opção seja pelo lançamento em corpos hídricos, para atendimento da legislação ambiental, o tratamento deverá ser, necessariamente, continuado, sendo o líquido enviado para recebimento de tratamento secundário.

Considera-se que, no geral, a eficiência de remoção de poluentes no tratamento primário seja a seguinte:

• Coliformes: 30-40%

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Com o uso de filtros orgânicos tem se conseguido eficiências de remoção maiores que 40% para sólidos totais, que 90% para sólidos em suspensão, que 95% para óleos e graxas e que 60% para DBO de águas residuárias da suinocultura.

Secundário

Em razão de apresentarem elevadas concentrações de material orgânico biodegradável, as águas residuárias agroindustriais apresentam maior aptidão para o tratamento biológico, o qual tem sido utilizado para obtenção de mais completa remoção do material orgânico.

No tratamento Secundário visa-se a remoção de parte significativa do material orgânico em suspensão fina (DBO em suspensão), não removido no tratamento primário, e parte do material orgânico na forma de sólidos dissolvidos (DBO solúvel). Para isso, pode ser usada a filtração biológica, lodos ativados, lagoas de estabilização, tratamento por escoamento superficial ou sistemas de tratamento em áreas alagadas (”wetlands”).

Enquanto nos tratamentos preliminar e primário predominam mecanismos de ordem física, no tratamento secundário, a remoção do material orgânico é, predominantemente, decorrente de transformações bioquímicas proporcionadas pelos microrganismos.

Uma grande variedade de microrganismos pode tomar parte nesse processo: bactérias, protozoários, fungos etc. A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nas águas residuárias, de tal forma que esse possa ser utilizado como alimento pelos microrganismos. Os microrganismos aeróbios convertem o material orgânico em gás carbônico, água, nitratos

(NO3-), sulfatos (SO42-) e outros compostos estáveis, além de material celular (estruturas biológicas dos microrganismos), enquanto bactérias anaeróbias transformam material orgânico em dióxido de carbono (CO2) e compostos orgânicos simples como metano (CH4), sulfeto de hidrogênio (H2S) e amônia (NH3), conforme esquema apresentado na Figura 1.

A decomposição anaeróbia, por sua vez, tem sido o processo mais indicado para tratamento de águas residuárias de elevada carga orgânica.

A decomposição aeróbia é um processo essencialmente inodoro, que possibilita maior destruição de organismos patogênicos, proporcionando grande redução nas características poluidoras das águas residuárias.

FIGURA 1. Esquema ilustrativo do tratamento biológico em lagoas facultativas.

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O tratamento secundário, geralmente, requer que a água residuária tenha recebido tratamento preliminar, entretanto, pode ou não ser antecedido pelo tratamento primário. Existe uma grande variedade de métodos de tratamento em nível secundário, sendo que os mais comuns os de lagoas de estabilização, sistemas de Lodos ativados e disposição sobre o solo.

A eficiência obtida na remoção de poluentes no tratamento secundário é mais dependente do sistema utilizado e de detalhes de dimensionamento e projeto do que no tratamento primário. Entretanto, pode-se considerar que, de forma geral, a remoção de DBO e de bactérias coliformes deve ocorrer na faixa de 60 a 9%.)

Terciário

Com o tratamento terciário objetiva-se a remoção de poluentes específicos (nitrogênio, fósforo, metais pesados ou outras substâncias tóxicas ou compostos não biodegradáveis), agentes patogênicos ou ainda, a remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário, sendo, por isso, geralmente utilizados processos químicos ou físico-químicos de remoção. Entretanto, com o maior conhecimento de sistemas solo-planta como reatores, altamente eficientes na remoção de sólidos dissolvidos e de agentes patogênicos das águas residuárias, o emprego de sistemas alternativos, de baixo custo de operação e manutenção começaram a ser implantados, notadamente em locais onde a disponibilidade de área para implantação do sistema de tratamento não seja problema. Com isso, importantes resultados têm sido obtidos sob o ponto de vista de minimização dos riscos de eutrofização de mananciais de água.

3.3. OPERAÇÕES, PROCESSOS E SISTEMAS DE TRATAMENTO

Os principais sistemas utilizados para tratamento de águas residuárias são: 3.3.1. Sistemas anaeróbios

Sistemas anaeróbios são bastante apropriados como primeira etapa, e eventualmente a única etapa, no tratamento de efluentes com elevadas concentrações de material orgânico, como é o caso das águas residuárias da agroindústria que venham a ser dispostas ou tratadas no solo.

Filtro Anaeróbio

No sistema de tratamento em filtros anaeróbios, a DBO é estabilizada anaerobiamente por bactérias aderidas a um meio suporte, constituído por uma coluna de material inerte (geralmente brita no. 4), acondicionada dentro do reator. O fluxo de líquido a ser tratado ocorre meio filtrante saturado e no sentido ascendente.

O sistema requer decantação primária (freqüentemente fossas sépticas ou tanque de Imhoff) seguida de lagoa facultativa (Figura 2). A inclusão de uma lagoa facultativa no sistema de tratamento justifica-se por apresentar o efluente do filtro anaeróbio aspecto desagradável, concentração muito elevada de N, P e sólidos em suspensão e, em determinadas situações, maus odores, o que o lhe proporciona condições inadequadas para lançamento em corpos hídricos receptores.

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FIGURA 2. Esquema de sistema de tratamento com filtro anaeróbio

A produção de lodo nos sistemas anaeróbios é baixa, saindo o lodo já estabilizado do sistema e, portanto, em condições de ser conduzido diretamente para um leito de secagem. Entretanto, por ser um sistema anaeróbio, sempre há o risco da geração de maus odores, ainda que procedimentos de projeto e operacionais possam contribuir para reduzir estes riscos.

A eficiência de remoção de DBO no sistema fossa-filtro anaeróbio é baixa, exigindo, conforme já discutido, para águas residuárias agroindustriais, tratamento posterior (lagoa facultativa) a fim de atender as exigências da legislação referente ao lançamento de efluentes em corpos receptores. No caso de disposição no solo, a inclusão da lagoa facultativa pode ser dispensável.

Dentre as vantagens apresentadas pelo sistema fossa-filtro anaeróbio é a boa adaptação aos diferentes tipos e concentrações de águas residuárias e boa resistência às variações de carga orgânica aplicada, o que é muito comum no caso de atividades agroindustriais. A principal desvantagem é a de ser insuficiente para atendimento dos padrões de lançamento em corpos d’água receptores, exigindo, no caso de águas residuárias agroindustriais, eficiente tratamento em nível secundário.

Reatores Anaeróbios

Nos Reatores Anaeróbios de Fluxo Ascendente (RAFA), também denominados UASB (Upflow

Anaerobic Sludge Blanket Reactors) ou Reatores Anaeróbios de Manta de Lodo, a biomassa cresce dispersa no meio, e não aderida a um meio suporte, como no caso dos filtros biológicos e anaeróbios.

Como nas reações em meio anaeróbio há geração de gases (principalmente metano e gás carbônico), as bolhas formadas, apresentando tendência ascendente e carreiam consigo sólidos. Na parte superior dos reatores é instalada uma estrutura capaz de promover a separação de fases sólida, líquida e gasosa, construída de forma a fazer retornar a biomassa em suspensão para a base do reator possibilitando a saída do gás metano de forma canalizada do reator. O gás metano, quando produzido em grande quantidade pode tornar viável seu aproveitamento como fonte de energia, quando produzido em pequenas vazões isso não compensa e ele deve ser queimado antes de ser lançado para a atmosfera, a fim de se minimizar os impactos de gases que proporcionam efeito estufa no planeta.

Para a operação de um RAFA (Figura 3) não é necessário que seja efetuada, previamente, a decantação primária e, caso o efluente seja direcionado para disposição no solo, pode ser a única etapa de tratamento. O uso do efluente de reatores anaeróbios na fertirrigação, desde que feito de forma adequada, é opção importante e deve ser considerada quando do projeto de sistemas de tratamento de águas residuárias agroindustriais. Entretanto, como o efluente de RAFA não adquire condição para ser lançado em corpos hídricos receptores, uma vez que ainda apresenta relativamente alta DBO, aspecto desagradável e, possivelmente, com maus odores, além de elevada concentração de N e P, torna-se necessário a inclusão do tratamento secundário em seqüência, o que pode ser obtido em uma lagoa facultativa, tratamento por escoamento superficial no solo, tratamento em áreas alagadas (“wetland”) e outros.

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Dentre as vantagens apresentadas por reatores anaeróbios de fluxo ascendente, destaca-se os relativamente baixos requerimentos de área e a parcial estabilização do lodo no próprio reator. Dentre as desvantagens, devem ser citadas a relativa sensibilidade às variações de carga e o mau desempenho no tratamento de águas residuárias ricas em óleos e graxas, desbalanceadas em termos de nutrientes para os microrganismos ou que contenham substâncias tóxicas aos microrganismos. Porém, as principais desvantagens desses sistemas de tratamento são os custos de instalação, manutenção e operação (necessidade de relativamente grande conhecimento técnico para a adequada operação do reator), o que torna sua instalação pouco interessante em áreas não urbanas.

FIGURA 3. Esquema de sistema que inclui Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente (RAFA)

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