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O presente estudo foi feito em parceria com a Empresa Tega Engenharia e Meio Ambiente (https://www.tegaengenharia.com.br/).


Para efeito de sigilo da contratante do estudo, os efluentes avaliados foram nomeados com nomes fantasias.


O escopo do trabalho foi avaliar o potencial txico/biodegradvel de quatro mix de substratos contendo esgoto domstico e efluentes industriais, atravs de ensaios de respirometria.


1.     FUNDAMENTAO TERICA


A respirometria pode ser definida como o estudo dos processos de tratamento que envolve consumo de oxignio; atravs dela possvel determinar a taxa de respirao, ou taxa de consumo de oxignio (OUR ? Oxygen Uptake Rate), dos microrganismos aerbios heterotrficos presentes na biomassa dos processos de tratamento biolgico aerbio.


A obteno da OUR leva em conta o emprego de equipamentos denominados Respirmetros, os quais consistem em um medidor de oxignio dissolvido (OD) acoplado a um computador, onde os dados da concentrao de oxignio em funo do tempo so armazenados e posteriormente tratados estatisticamente por um software, e ento apresentados na forma de diagramas da OUR em funo do tempo, chamados de ?respirogramas?.


O princpio de funcionamento relativamente simples: atravs do software instalado no computador possvel controlar o acionamento da aerao ligando os aeradores quando a concentrao de OD menor do que o valor de referncia estabelecido para o teste, bem como o desligamento dos aeradores, quando a concentrao de OD superior ao estabelecido ao teste.


Dessa forma, ao longo do teste, os aeradores sero ligados e desligados de acordo com a concentrao de oxignio; nos intervalos dessas ocorrncias, a sonda de OD enviar os valores medidos ao computador, determinando-se a OUR de forma semi-contnua.


A realizao de ensaios de respirometira pela forma semi-contnua, baseia-se em interrupes planejadas da aerao em um reator contendo a biomassa, onde, durante os perodos sem aerao, se observa a diminuio da concentrao de OD.


Dessa forma, estabelecem-se duas concentraes de referncia: uma superior, ODsup e uma inferior, ODinf, quando se aplica aerao, a concentrao de OD tender a subir e quando atingir ao valor ODsup, interrompe-se a aerao mediante um comando automtico gerado pelo software e observa-se sua diminuio em funo do consumo pelas bactrias, quando a concentrao de OD chega ao valor ODinf, aps um tempo ?t? de respirao, o software faz com que se reinicie a aerao.


Assim, a OUR calculada como a declividade da curva durante a diminuio da concentrao de OD, de forma contnua pelo software, como apresentado na Equao (01).


                                                                                                   Eq(01)


Onde:


OUR = taxa de consumo de oxignio (mgO2/L.h);

?O2 = variao da concentrao de OD (mgO2/L);

?t = variao da do tempo (h).


O consumo de oxignio observado pode se desenvolver em duas fases principais:



Durante a fase exgena, o consumo de oxignio pode ser influenciado pelo tipo de substrato presente na amostra estudada, dessa forma, tem-se:



Em condies endgenas a respirao do lodo tende a uma contnua utilizao de oxignio em velocidade relativamente constante e de pouca relevncia.


Ponto importante para o referido estudo o fato de que o material biodegradvel do afluente removido da fase lquida e metabolizado pelo lodo biolgico, resultando na incorporao de 2/3 do material biodegradvel (anabolismo), enquanto o restante (1/3) oxidado (catabolismo).


O anabolismo resulta em crescimento de massa de lodo ativo, enquanto o catabolismo se manifesta pelo consumo de oxignio, passvel de ser monitorado pelos testes respiromtricos.


Quando a velocidade de consumo de oxignio (OUR) representada por unidade mssica de biomassa, avalia-se ento a taxa de consumo especfico de oxignio, SOUR (Specific Oxygen Uptake Rate), a qual mais consistente, pois independe da concentrao de biomassa utilizada nos testes, servindo como parmetro fundamental para a avaliao de efeitos txicos de determinados compostos sobre a atividade microbiana.


A taxa especfica de consumo de oxignio (SOUR) obtida dividindo o valor do OUR pela concentrao de slidos suspensos volteis contida no inculo de lodo biolgico utilizado no teste, sendo expresso em mgO2/gSSV.h. A Equao (02) representa seu clculo.


                                                                                                Eq(02)


Onde:


SOUR = taxa especfica de consumo de oxignio (mgO2/mgSSV.h);

OUR = taxa de consumo de oxignio (mgO2/L.h);

SSV = slidos em suspenso volteis (mg/L).


Uma forma de verificar se o consumo de oxignio condizente com a massa de material orgnico adicionada, estimar o consumo de oxignio correspondente respirao exgena.


Para tanto, deve-se proceder ao clculo da rea debaixo da curva de linha interrompida, isto pode ser feito considerando que a rea da curva composta de uma sria de trapzios, assim a rea de cada trapzio formada pelos valores de duas UOR?s consecutivas e sua projeo no eixo do tempo permite formular a Equao (03).


                                                                                      Eq(03)


Onde:


An = rea debaixo da curva entre os momentos tn e tn+1;

OURn = OUR exgena no momento tn.


A rea total a soma de todos os trapzios, como demonstra a Equao (04).


                                                                                                       Eq(04)


Onde:


N = nmero de pontos da OUR exgena.


Dessa forma, possvel avaliar o uso do substrato pelos microrganismos em seus processos metablicos na medida em que, caso a porcentagem de recuperao (Aexo) tenda a 100%, pode-se concluir que o substrato facilmente utilizado pela microbiota, e em caso de baixa recuperao, que o substrato ou txico microbiota, ou de baixa assimilao.


A biodegradabilidade do substrato funo das substncias que o compe, e pode ser expressa atravs da anlise da relao DQO/DBO, assim, tem-se que:



Embora inicialmente a respirometria fosse utilizada principalmente para caracterizar a concentrao e composio de substratos, em desenvolvimentos posteriores ficou evidente que a respirometria tambm tem grande possibilidades de aplicao em outros campos, notadamente o controle e automao de sistemas de tratamento de esgoto e a cintica de bactrias heterotrficas e autotrficas.


Outros campos de aplicao que permite o uso de respirometria so a avaliao da biodegradabilidade e a toxicidade de efluentes industriais e compostos especficos, ponto esse onde se insere sua aplicabilidade nesse estudo.


Assim, o ensaio de respirometria ser empregado para avaliar o eventual potencial txico e/ou a biodegradabilidade de quatro substratos especficos.


2.     DELINEAMENTO EXPERIMENTAL


A seguir foram detalhados as metodologias e procedimentos adotados para atingir aos objetivos propostos por esse estudo.


2.1 Substratos


O objetivo deste estudo centrou-se na anlise de trs amostras encaminhadas pelo CONTRATANTE, a saber: Esgoto Domstico; Efluente Industrial A (Efl-A) e Efluetne Industrial B (Efl-B), aonde, por meio de misturas, chegaram-se ao nmero de quatro ?mix? que foram empregadas nos testes que se seguem.


Os ?mix? estudados foram:


a)     50% Efl-A + 50% Esgoto;

b)     48,8% Efl-A + 48,8% Esgoto + 1,2% Efl-B;

c)     95% Efl-A + 5% Efl-B;

d)     100% Efl-B.


Para efeito de controle dos ensaios, adotou-se o uso de um 5 substrato, uma soluo de Acetado de sdio (1gacetato/L), simulando um composto de matria orgnica rapidamente biodegradvel.


2.2 Ensaios de Respirometria


Para a realizao dos ensaios de respirometria, foi utilizado o Respirmetro da marca Beluga S32c, do tipo aberto e semi-contnuo, conectado a um notebook. A Figura 1 ilustra o arranjo para os testes.



1 ? respirmetro Beluga S32c; 2 ? agitador mecnico para garantir que o lodo biolgico mantenha-se em suspenso; 3 ? reator em vidro para introduo do lodo biolgico; 4 ? minicompressor de ar; 5 ? sonda de OD ligada ao respirmetro.


O lodo biolgico utilizado ao longo do estudo foi proveniente de duas estaes de tratamento de esgoto operadas pela SABESP/SP, a ETE Paineiras (lodos ativados em batelada) e a ETE Parque Novo Mundo (lodos ativados do tipo convencional).


O procedimento metodolgico adotado o que segue abaixo:


1.     Inicialmente liga-se o respirmetro e aguarda-se 10 minutos para ento se calibrar o eletrodo de oxignio com o valor de saturao da temperatura ambiente e altitude local;

2.     Transfere-se uma alquota (1 litro) do lodo biolgico para o reator, contendo o difusor de ar (ligado ao minicompressor) e o eletrodo de OD;

3.     Introduz-se a haste de agitao do agitador mecnico e mantem-se o lodo sob mistura (sem provocar aerao);

4.     Ajusta-se os valores de ODinf e ODsup pelo software e inicia-se o ensaio;

5.     Estabelecida respirao endgena, deve-se adicionar um volume pr-estabelecido do substrato a ser avaliado no ensaio;

6.     Aps a resposta dada pela ocorrncia da respirao exgena, e retorno respirao endgena, deve-se repetir o item 5 com outro substrato (ou com o mesmo a fim de realizar rplicas);

7.     Caso no ocorra resposta para respirao exgena, deve-se concluir que o substrato adicionado possui potencial de toxicidade aguda ou totalmente recalcitrante (no biodegradvel).


Ao longo do ensaio, o software do respirmetro gerava, continua e simultaneamente, as curvas para a variao de oxignio (introduo e consumo) e para a determinao do OUR.


1.1 Anlises Laboratoriais


Com o intuito de caracterizar os ?mix?s? de substratos, bem como o lodo biolgico utilizado nos ensaios, foram realizadas as anlises de:



3.4 Roteiro


Diante do apresentado no item 3.2, seguiu-se o seguinte roteiro para os ensaios de respirometria:


1.     Preparo do ensaio, como descrito no item 3.1 (Procedimento do item 1 ao 5);

2.     Adio de 50mL de soluo de Acetato de sdio;

3.     Aguardar o trmino da respirao exgena do substrato adicionado e retorno ao patamar da respirao endgena;

4.     Adio de 50mL de um dos ?mix? de substrato (exceto para o mix ?100% Efl-B? onde se aplicou 10mL);

5.     Aguardar o trmino da respirao exgena do substrato adicionado e retorno ao patamar da respirao endgena;

6.     Repetir os itens 4 e 5 at concluir todas as amostras.


4 RESULTADOS E DISCUSSO

A seguir sero apresentados os resultados obtidos nos ensaios de respirometria e anlises laboratoriais, bem como as discusses e inferncias pertinentes.


4.1 Resultados das Anlises Laboratoriais


A Tabela 1 apresenta os valores obtidos para as anlises de DQO e DBO dos substratos utilizados nos testes, e a Tabela 2, os resultados de SST, SSF e SSV dos lodos biolgicos.



Os resultados dispostos na Tabela 1 indicam uma concentrao de matria orgnica nos quatro mix de substratos avaliados superiores ao encontrado em um esgoto domstico considerado ?forte?, sendo que o substrato 100% EFl-B o que aparece com elevada concentrao de DQO e DBO, alm de alta condutividade.


A relao DQO/DBO indica serem substratos passveis de serem tratados por processos biolgicos, contudo, deve-se fazer uma ressalva, novamente, ao substrato 100% Efl-B, dado sua composio em termos de matria orgnica e slidos dissolvidos (condutividade).


O lodo biolgico da ETE Paineiras foi coletado no dia 02/06/2021, apresentando elevada concentrao de slidos em suspenso, com pode ser observado na Tabela 2, indicando tratar-se de um processo operado com alta idade do lodo, gerando um lodo biolgico ?velho?. Esse lodo foi utilizado como inculo do ensaio no mesmo dia e na manh do dia seguinte.


J o lodo da ETE Parque Novo Mundo foi coletado no dia 04/06/2021 e, os resultados para slidos em suspenso na Tabela 2, indicam tratar-se de um lodo operado com uma idade do lodo convencional, gerando um lodo mais ?novo?. Esse lodo foi utilizado como inculo do ensaio no mesmo dia e na manh do dia seguinte, de forma a mant-los viveis para o teste.


4.2 Resultados dos Ensaios de Respirometria


Foram realizados cinco ensaios de respirometra, sendo obtido valores de OURmx e, com auxlio da Equao (02), os valores de SOUR para cada substrato.


Deve-se ressaltar que o ensaio de respirometria muito sensvel a qualquer oscilao que ocorra no reator, dessa forma acaba sendo comum a ocorrncia de pontos anmalos, os chamados outliers.


Por vezes, o agitador mecnico, por estar operando em uma velocidade muito baixa, parava, ou o eletrodo de OD acaba sofrendo algum movimento mais brusco, gerando esses outliers, contudo, a anlise macro do respirograma permite avaliar a tendncia dos resultados e desconsiderar esses pontos fora da curva.


A Figura 2 ilustra dois dos respirogramas obtidos ao longo dos ensaios.