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UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS
RAFAELLA CAMPOS
Estudo da tratabilidade das solues de lactose com cidos hmicos e lactose com
lixiviado de aterro sanitrio por lodos ativados em escala de bancada
So Carlos 2013
Verso corrigida
RAFAELLA CAMPOS
Estudo da tratabilidade das solues de lactose com cidos hmicos e lactose com
lixiviado de aterro sanitrio por lodos ativados em escala de bancada
So Carlos 2013
Dissertao apresentada a Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Cincias, Programa de Engenharia Hidrulica e Saneamento Orientador: Prof. Tit. Jurandyr Povinelli
Dedico este trabalho aos meus pais, Iza e Glez Eliza,
pelo amor desmedido, incansvel dedicao e incentivo
dado durante toda a minha trajetria at aqui.
AGRADECIMENTOS
Agradeo a Deus por ser um amigo fiel, fonte de toda fora para superar os
obstculos e concessor da ddiva da vida.
Ao Prof. Jurandyr Povinelli por ter me aceitado como orientada, pelos aprendizados
acadmicos, pacincia, ateno, disponibilidade e por ser este exemplo de
profissional e pessoa.
Aos meus pais pela incansvel dedicao, amor, apoio e incentivo.
Aos meus tios, Glesmar e Joo, e aos meus primos, Fernanda e Rodrigo, por todo
carinho, amizade e amor.
minha av, Cisira, que hoje no se encontra entre ns, mas foi um exemplo de
pessoa por sua imensa bondade e f.
Escola de Engenharia de So Carlos, pela oportunidade de realizao do curso de
mestrado.
Ao Prof. Luiz Daniel e Prof. Eny Maria por terem aceitado compor a banca
examinadora de qualificao e contribudo para a melhoria deste trabalho.
Prof. Lyda pelo aprendizado adquirido durante o perodo que fui sua estagiria no
PAE.
A todos os professores do Departamento de Engenharia Hidrulica e Saneamento
pelos conhecimentos adquiridos durante minha passagem por aqui.
Aos tcnicos do Laboratrio de Saneamento: Jlio Csar Trofino, Paulo Fragicomo,
Natlia Santos, Maria Aparecida P. Viudes (Cidinha), Bianca Rodrigues Aline Musetti
e Sabrina Marini pela ajuda, torcida, pacincia, companheirismo e ensinamentos
referentes s anlises de rotina do laboratrio.
Eloiza Pozzi pela disponibilidade e auxlio dado na execuo dos trabalhos
microbiolgicos.
S, Rose, Pavi, Fernanda e Flvia pela disponibilidade e ajuda ao longo do
mestrado.
Ao Roberto Brgamo e ao Alcino pelo auxilio na montagem e manuteno do
aparato experimental dado durante toda a execuo da pesquisa.
Ao Igor pelo incentivo e exemplo.
Fernanda, pela amizade, companheirismo, orientao, momentos de descontrao
e por me tranquilizar nos momentos difceis.
Aurlia pela amizade, apoio e pela valiosa ajuda nos momentos de dvidas.
Aos amigos do mestrado: Jaqueline, Guilherme, Thyago, Pricila, Natlia Fisher,
Nayara e Rodrigo pela companhia e amizade nos momentos em que mais precisei.
Ao Davi pela colaborao na impresso da verso preliminar.
Aos amigos de Viosa: Sara, Renata, Ana Paula, Paula, Isa, Maria Eugnia,
Mariana, Nayara, Fbio, Pedro e Diego que mesmo longe sempre se fizeram
presentes.
CAPES, pela concesso da bolsa de mestrado e pelo apoio financeiro para a
realizao desta pesquisa.
Fundao de Amparo Pesquisa do Estado de So Paulo (FAPESP), pelo apoio
financeiro para a realizao desta pesquisa - Auxlio Pesquisa - Processo n
2010/51955-2.
A todos que contriburam de forma direta e indireta pela a realizao deste trabalho.
RESUMO
O lixiviado de aterro sanitrio uma gua residuria com elevada concentrao de
DQO, DBO, amnia, traos de metais pesados e substncias orgnicas dificilmente
biodegradveis, tais como substncias hmicas e celulsicas (lignina). Dada essas
caractersticas, torna-se necessrio que ele seja recolhido e devidamente tratado
para evitar danos ao meio ambiente e sade humana. Uma prtica que tem sido
adotada por alguns municpios brasileiros o direcionamento do lixiviado para
tratamento consorciado em estaes de tratamento de esgoto (ETE). No entanto,
so poucos os estudos que avaliam a eficcia desse procedimento. Um dos
questionamentos sobre o tratamento biolgico diz respeito remoo do material
orgnico dificilmente biodegradvel, representado principalmente pelas substncias
hmicas e, dentro dessa classe, destaca-se a frao de cidos hmicos no lixiviado.
Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo verificar a tratabilidade das
solues contendo lactose, lactose com cidos hmicos, lactose com 2 % em
volume de lixiviado de aterro sanitrio bruto e lactose com 2 % em volume de
lixiviado pr-tratado por air stripping, quando submetidas ao tratamento biolgico
em reatores de lodos ativados em escala de bancada. Assim, buscou-se verificar se
essa tecnologia de tratamento capaz de estabilizar, ainda que parcialmente,
compostos orgnicos de difcil biodegradao presentes no lixiviado. A quantificao
das substncias de difcil biodegradao antes e aps o tratamento foi realizada pelo
mtodo tentativo do Equivalente em cidos Hmicos que se encontra em fase de
estudo. Os resultados demonstraram que houve uma remoo parcial dessas
substncias. As anlises de espectroscopia na regio do infravermelho indicaram
que no ocorreu a adsoro dos cidos hmicos no lodo, o que pode ser uma
evidencia de que a reduo da concentrao dessas substncias de fato devida ao
seu consumo e no pela precipitao no lodo. Alm disso, a adio de 2 % em
volume do lixiviado no ocasionou reduo da populao de microrganismos no
sistema.
. Palavras-chave: Lixiviado de aterro sanitrio. Compostos orgnicos dificilmente
biodegradveis. cidos hmicos. Lodos ativados.
ABSTRACT
Leachate from sanitary landfills is a type of effluent with high concentrations of COD,
BOD, ammonia, heavy metal traces and hardly biodegradable organic compounds
such as humic and cellulosic substances (lignin). Thus this effluent needs to be
collected and treated in order to prevent damages to the environment and to human
health. A common practice in Brazilian cities is to destine the leachate to a sewage
treatment plant (STP). However, there are few studies that assess the efficiency of
this procedure. One of the questions regarding the biological treatment concerns its
efficiency in removing hardly biodegradable organic compounds, represented in the
most part by the humic substances, given the high levels of humic acid in the
leachate. Within this context, the present study had the objective to verify the
treatability of solutions containing lactose, lactose with humic acids, lactose with 2%
(in volume) of untreated sanitary landfill leachate, and lactose with 2% of leachate
pre-treated by air stripping, submitted to biological treatment in laboratory-scale
activated sludge reactors. Thus this paper assessed if such treatment technology can
stabilize, even if only partially, the hardly biodegradable organic compounds found in
leachate. The quantification of these substances prior to and after treatment was
made by using a tentative method called Humic Acids Equivalent, which is still in
the phase of studies. The results show that there was a partial removal of these
substances. The spectroscopy analyses on the infrared region indicated that there
was no adsorption of humic acids onto the sludge, which evidences that the
decrease in the levels of these substances was due to their consumption and not
precipitation onto the sludge. Also, the addition of 2% of leachate did not reduce the
population of microorganisms in the system.
. Keywords: Sanitary landfill leachate. Hardly biodegradable organic compounds.
Humic acids. Activated sludge.
II
LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS
ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas
AH cidos Flvicos
AH cidos Hmicos
AP Aerao prolongada
CAPES Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior
CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente
COT Carbono orgnico Total
COT Carbono orgnico total
BAT 1 Batelada 1
BAT 2 Batelada 2
BAT 3 Batelada 3
BAT AP Batelada com aerao prolongada
DBO Demanda bioqumica de oxignio
DQO Demanda qumica de oxignio
COD Carbono orgnico dissolvido
EESC Escola de Engenharia de So Carlos
Eq Equao
Eq. AH Equivalente em cidos hmicos
ETE Estao de Tratamento de Esgoto
HU Huminas
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica
IQSC Instituto de Qumica de So Carlos
LA Lodos ativados
LAC Soluo de lactose
LAC/AH Soluo de lactose com 2 % em volume de soluo de cidos hmicos
LAC/LIX BR Soluo de lactose com 2 % em volume de lixiviado bruto
LAC/LIX PT Soluo de lactose com 2 % em volume de lixiviado pr-tratado
LPB Laboratrio de Processos biolgicos
LATAR Laboratrio de Tratamento Avanado e Reso de gua
LIX BR Lixiviado bruto
LIX PT Lixiviado pr-tratado
III
NA No avaliado
OD Oxignio Dissolvido
PCR Reao de Polimerizao em Cadeia
PNSB Pesquisa Nacional de Saneamento Bsico
Rem Eficincia de remoo
rpm Rotao por minuto
RSU Resduos Slidos Urbanos
SH Substncias hmicas
ST Slidos totais
STF Slidos totais fixos
STV Slidos totais volteis
SST Slidos suspensos totais
SSF Slidos suspensos fixos
SSV Slidos suspensos volteis
TDH Tempo de deteno hidrulica
USEPA Environmental Protection Agency
rem Concentrao do parmetro removida durante o tratamento
c Tempo de residncia celular
IV
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. ESTRUTURA HIPOTTICA BIDIMENSIONAL PROPOSTA PARA OS CIDOS HMICOS.
FONTE: SCHULTEN E SCHNITZER (1997). ............................................................... 22
FIGURA 2. ESTRUTURA MOLECULAR DAS FORMAS ISOMRICAS DA LACTOSE NAS
CONFIGURAES E . FONTE: GNZLE (2008). .................................................... 24
FIGURA 3. CICLOS DE OPERAO DE UM REATOR DE LODOS ATIVADOS OPERADO EM
BATELADA. FONTE: ALMEIDA (2004). ..................................................................... 27
FIGURA 4. SOLUO DE LACTOSE SOB AERAO DURANTE A FASE DE ADAPTAO. .......... 33
FIGURA 5. FOTOGRAFIA AREA DO ATERRO SANITRIO DE SO CARLOS SP (2008).
FONTE: ADAPTADA DE VEGA ENGENHARIA APUD CONTRERA (2008). ....................... 37
FIGURA 6. REATOR DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA. FONTE: TURETTA (2011).
.......................................................................................................................... 38
FIGURA 7. CORTE ESQUEMTICO TRANSVERSAL DO REATOR. FONTE: TURETTA (2011). ... 38
FIGURA 8. AERADOR UTILIZADO NO EXPERIMENTO. ........................................................ 39
FIGURA 9. PEDRAS POROSAS UTILIZADAS NO EXPERIMENTO. ........................................ 39
FIGURA 10. REATOR DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA UTILIZADO NO PRESENTE
TRABALHO. .......................................................................................................... 40
FIGURA 11. APARATO EXPERIMENTAL UTILIZADO PARA O ENSAIO EM FLUXO CONTNUO. (A)
AERADORES; (B) BOMBONAS QUE ARMAZENAVAM O AFLUENTE; (C) UNIDADE DE LODOS
ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA; (D) TUBULAO DE SADA DO EFLUENTE; (E)
BOMBAS UTILIZADAS PARA RECALCAR O AFLUENTE DAS BOMBONAS PARA AS CMARAS
DO REATOR. ......................................................................................................... 41
FIGURA 12. IMAGEM DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE NANQUIM. (A) IMAGEM
ORIGINAL; (B) IMAGEM TRATADA COM A ESCALA DE CORES; (C) LEGENDA COM A
PERCENTAGEM DE REA OCUPADA POR CADA TONALIDADE. ..................................... 48
FIGURA 13. REFRATRIOS COM AS AMOSTRAS LQUIDAS NO INTERIOR DA ESTUFA. ............ 50
FIGURA 14. FRAO SLIDA RETIDA NO REFRATRIO APS 48 HORAS NA ESTUFA A 104C.
.......................................................................................................................... 50
FIGURA 15. FRAO SLIDA COLETADA NOS REFRATRIOS COM O AUXLIO DE UMA
ESPTULA. ........................................................................................................... 50
FIGURA 16. CURVA PADRO DO EQUIVALENTE EM CIDOS HMICOS PLOTADA A PARTIR DA
CORRELAO DAS CONCENTRAES DE CIDOS HMICOS E AS RESPECTIVAS
CONCENTRAES DE DQO SOLVEL POR ELAS GERADAS. ....................................... 52
V
FIGURA 17. CURVA PADRO DO EQUIVALENTE EM CIDOS HMICOS PLOTADA A PARTIR DA
CORRELAO DAS CONCENTRAES DE CIDOS HMICOS E AS RESPECTIVAS
CONCENTRAES DE COD POR ELAS GERADAS. ..................................................... 52
FIGURA 18. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 1. ............................. 60
FIGURA 19. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 2. ............................. 60
FIGURA 20. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 3. ............................. 60
FIGURA 21. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT AP. .......................... 60
FIGURA 22. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO BRUTA NA BAT 1. ................ 66
FIGURA 23. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO BRUTA NA BAT 2. ................ 66
FIGURA 24. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO BRUTA NA BAT 3. ................ 66
FIGURA 25. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO BRUTA NA BAT AP. ............. 66
FIGURA 26. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO SOLVEL NA BAT 1. ............ 67
FIGURA 27. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO SOLVEL NA BAT 2. ............ 67
FIGURA 28. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO SOLVEL NA BAT 3. ............ 67
FIGURA 29. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DA DQO SOLVEL NA BAT AP. ......... 67
FIGURA 30. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DO COD - BAT 1. ............................. 71
FIGURA 31. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DO COD - BAT 2. ............................. 71
FIGURA 32. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DO COD - BAT 3. ............................. 71
FIGURA 33. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO DO COD - BAT AP. .......................... 71
FIGURA 34. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC
NA BAT 1. ............................................................................................................ 74
FIGURA 35. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/AH NA BAT 1. .............................................................................................. 74
FIGURA 36. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/LIX BR NA BAT 1. ........................................................................................ 74
FIGURA 37. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC
NA BAT 2. ............................................................................................................ 75
FIGURA 38. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/AH NA BAT 2. .............................................................................................. 75
FIGURA 39. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC/
LIX BR NA BAT 2. ................................................................................................ 75
FIGURA 40. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC
NA BAT 3. ............................................................................................................ 76
VI
FIGURA 41. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC/
AH NA BAT 3. ..................................................................................................... 76
FIGURA 42. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC/
LIX PT NA BAT 3.. ............................................................................................... 76
FIGURA 43. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC/
LIX BR NA BAT 3. ............................................................................................... 76
FIGURA 44. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC
NA BAT AP. ........................................................................................................ 77
FIGURA 45. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/AH NA BAT AP. ........................................................................................... 77
FIGURA 46. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/LIX PT NA BAT AP. ..................................................................................... 77
FIGURA 47. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/LIX BR NA BAT AP. .................................................................................... 77
FIGURA 48. EFLUENTE FINAL DE LACTOSE (LAC), LACTOSE COM CIDOS HMICOS
(LAC/AH), LACTOSE COM LIXIVIADO PR-TRATADO (LAC/LIX PT) E LACTOSE COM
LIXIVIADO BRUTO (LAC/LIX BR). ........................................................................... 78
FIGURA 49. EFLUENTE CONTROLE (LAC) APS UMA SEMANA DE PERMANNCIA NA CMARA
DO REATOR DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA. ...................................... 80
FIGURA 50. COMPORTAMENTO DA REMOO DE COR VERDADEIRA NA BAT 1. ................. 81
FIGURA 51. COMPORTAMENTO DA REMOO DE COR VERDADEIRA NA BAT 2. ................. 81
FIGURA 52. COMPORTAMENTO DA REMOO DE COR VERDADEIRA NA BAT 3. ................. 81
FIGURA 53. COMPORTAMENTO DA REMOO DE COR VERDADEIRA NA BAT AP. ............... 81
FIGURA 54. ESPECTROS DOS COMPOSTOS PADRES (LACTOSE E CIDOS HMICOS) E DO
LIXIVIADO BRUTO E PR-TRATADO. ONDE: LIX STRIP: LIXIVIADO PR-TRATADO POR AIR
ATRIPPING; LIX BR: LIXIVIADO BRUTO: AH: CIDOS HMICOS. ................................. 82
FIGURA 55. ESPECTROS OBTIDOS PARA OS AFLUENTES E EFLUENTES DA CONDIO LAC E
LAC/AH, RESPECTIVAMENTE. ............................................................................... 85
FIGURA 56. ESPECTROS OBTIDOS PARA OS AFLUENTES E EFLUENTES DA CONDIO LAC E
LAC/LIX PT, RESPECTIVAMENTE. ......................................................................... 86
FIGURA 57. ESPECTROS OBTIDOS PARA OS AFLUENTES E EFLUENTES DA CONDIO LAC E
LAC/LIX BR RESPECTIVAMENTE. .......................................................................... 87
VII
FIGURA 58. ESPECTROS OBTIDOS PARA OS LODOS PRODUZIDOS NAS QUATRO CONDIES
AVALIADAS (LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT E LAC/LIX BR). ....................................... 88
FIGURA 59. IMAGENS TRATADAS OBTIDAS DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE
NANQUIM PARA A CONDIO LAC. .......................................................................... 92
FIGURA 60. IMAGENS TRATADAS OBTIDAS DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE
NANQUIM PARA A CONDIO LAC/AH. .................................................................... 93
FIGURA 61. IMAGENS TRATADAS OBTIDAS DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE
NANQUIM PARA A CONDIO LAC/LIX PT. .............................................................. 94
FIGURA 62. IMAGENS TRATADAS OBTIDAS DA MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE
NANQUIM PARA A CONDIO LAC/LIX BR. .............................................................. 94
FIGURA 63. CURVA PADRO DO EQUIVALENTE EM CIDOS HMICOS PLOTADA A PARTIR DA
CORRELAO DAS CONCENTRAES DE CIDOS HMICOS E AS RESPECTIVAS
CONCENTRAES DE DQO SOLVEL POR ELAS GERADAS. ....................................... 98
FIGURA 64. CURVA PADRO DO EQUIVALENTE EM CIDOS HMICOS PLOTADA A PARTIR DA
CORRELAO DAS CONCENTRAES DE CIDOS HMICOS E AS RESPECTIVAS
CONCENTRAES DE COD POR ELAS GERADAS. ..................................................... 98
FIGURA 65. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 1 PARA A CONDIO LAC. . 118
FIGURA 66. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 1 PARA A CONDIO LAC/AH.
......................................................................................................................... 118
FIGURA 67. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 1 PARA A CONDIO LAC/LIX
BR. ................................................................................................................... 118
FIGURA 68. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 2 PARA A CONDIO LAC. . 119
FIGURA 69. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 2 PARA A CONDIO LAC/AH.
......................................................................................................................... 119
FIGURA 70. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 2 PARA A CONDIO LAC/LIX
BR. ................................................................................................................... 119
FIGURA 71. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 3 PARA A CONDIO LAC. . 120
FIGURA 72. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 3 PARA A CONDIO LAC/AH.
......................................................................................................................... 120
FIGURA 73. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 3 PARA A CONDIO LAC/PT.
......................................................................................................................... 120
FIGURA 74. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT 3 PARA A CONDIO LAC/LIX
BR. ................................................................................................................... 120
VIII
FIGURA 75. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT AP PARA A CONDIO LAC.
..........................................................................................................................119
FIGURA 76. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT AP PARA A CONDIO
LAC/AH. ........................................................................................................... 121
FIGURA 77. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT AP PARA A CONDIO
LAC/PT. ........................................................................................................... 121
FIGURA 78. VARIAO DAS FORMAS DE NITROGNIO NA BAT AP PARA A CONDIO
LAC/BR. ........................................................................................................... 121
FIGURA 79. FLOCOS FORMADOS NA UNIDADE DE LODOS ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA.
........................................................................................................................ 125
FIGURA 80. HIFA. ...................................................................................................... 125
FIGURA 81. PROTOZORIO RIZPODE. ........................................................................ 126
FIGURA 82. BACTRIAS FILAMENTOSAS. ...................................................................... 126
FIGURA 83. BACTRIAS EM SUSPENSO. ..................................................................... 126
FIGURA 84. LEVEDURA. ............................................................................................. 126
FIGURA 85. ROTFERO. .............................................................................................. 126
FIGURA 86. PROTOZORIO PEDUNCULADO FIXO. .......................................................... 126
FIGURA 87. PROTOZORIO PEDUNCULADO FIXO. .......................................................... 127
FIGURA 88. ROTFEROS. ............................................................................................ 127
FIGURA 89. PROTOZORIO FLAGELADO. ...................................................................... 127
FIGURA 90. PROTOZORIO CILIADO RASTEJANTE. ........................................................ 127
FIGURA 91. NEMATIDE. ........................................................................................... 127
FIGURA 92. VISO GERAL DE UM FLOCO. ..................................................................... 127
FIGURA 93. DENDROGRAMA BASEADO NO COEFICIENTE DE SIMILARIDADE DE PEARSON A
PARTIR DO PADRO DE BANDAS DO DGGE PARA O DOMNIO BACTRIA. 1: LACTOSE
MANTIDA SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 2: LACTOSE COM 2 % EM VOLUME DE
LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 3: LACTOSE MAIS 2
% EM VOLUME DE LIXIVIADO BRUTO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 4:
LACTOSE MAIS 2 % EM VOLUME DE LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB
TRATAMENTO POR 50 DIAS. ................................................................................. 133
FIGURA 94. DENDROGRAMA BASEADO NO COEFICIENTE DE SIMILARIDADE DE PEARSON A
PARTIR DO PADRO DE BANDAS DO DGGE PARA O DOMNIO EUCARIA. 1: LACTOSE
MANTIDA SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 2: LACTOSE COM 2 % EM VOLUME DE
IX
LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 3: LACTOSE MAIS 2
% EM VOLUME DE LIXIVIADO BRUTO MANTIDOS SOB TRATAMENTO POR 20 DIAS; 4:
LACTOSE MAIS 2 % EM VOLUME DE LIXIVIADO PR-TRATADO MANTIDOS SOB
TRATAMENTO POR 50 DIAS................................................................................... 134
FIGURA 95. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO LAC
NO ENSAIO COM AERAO PROLONGADA. .............................................................. 145
FIGURA 96. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA A CONDIO
LAC/AH NO ENSAIO COM AERAO PROLONGADA. ................................................ 145
FIGURA 97. VARIAO DA CONCENTRAO DE SLIDOS SUSPENSOS PARA ..................... 145
X
LISTA DE TABELAS
TABELA 1. CARACTERIZAO DO LIXIVIADO PRODUZIDO EM FUNO DA IDADE DO ATERRO.20
TABELA 2. COMPOSIO ELEMENTAR MDIA PARA OS CIDOS HMICOS. ......................... 22
TABELA 3. PARMETROS FSICO-QUMICOS UTILIZADOS PARA A CARACTERIZAO DO
LIXIVIADO DO ATERRO MUNICIPAL DE SO CARLOS. ................................................. 37
TABELA 4. CARACTERSTICAS DAS SOLUES QUE FORAM INOCULADAS EM CADA CMARA.
.......................................................................................................................... 39
TABELA 5. CONDIES ADOTADAS NOS ENSAIOS REALIZADOS NO REATOR DE LODOS
ATIVADOS EM ESCALA DE BANCADA. ....................................................................... 42
TABELA 6. APRESENTAO DOS PARMETROS E A FREQUNCIA QUE SERO ANALISADOS EM
CADA ETAPA. ........................................................................................................ 43
TABELA 7. CARACTERIZAO FSICO-QUMICA DOS AFLUENTES E DOS LIXIVIADOS
EMPREGADOS. ..................................................................................................... 57
TABELA 8. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 1. .................... 59
TABELA 9. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 2. .................... 59
TABELA 10. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT 3. .................. 59
TABELA 11. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DBO - BAT AP. ................ 59
TABELA 12. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOBRUTA - BAT 1. ............ 62
TABELA 13. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOBRUTA - BAT 2. ............ 62
TABELA 14. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOBRUTA - BAT 3. ............ 62
TABELA 15. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOBRUTA - BAT AP. ......... 62
TABELA 16. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOSOLVEL - BAT 1. ......... 65
TABELA 17. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOSOLVEL - BAT 2. ......... 65
TABELA 18. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOSOLVEL - BAT 3. ......... 65
TABELA 19. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE DQOSOLVEL - BAT AP. ...... 65
TABELA 20. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE COD NA BAT 1. ................ 69
TABELA 21. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE COD NA BAT 2. ................ 69
TABELA 22. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE COD NA BAT 3. ................ 69
TABELA 23. EFICINCIA NA REMOO DA CONCENTRAO DE COD NA BAT AP. ............. 69
TABELA 24. EFICINCIA DA REMOO DE COR NA BAT 1. ............................................... 79
TABELA 25. EFICINCIA DA REMOO DE COR NA BAT 2. ............................................... 79
XI
TABELA 26. EFICINCIA DA REMOO DE COR NA BAT 3. ............................................... 79
TABELA 27. EFICINCIA DA REMOO DE COR NA BAT AP.............................................. 79
TABELA 28. TABELA COM AS BANDAS DOS ESPECTROS DA FIGURA 54 E OS RESPECTIVOS
GRUPOS FUNCIONAIS (SILVERTEINS ET AL., 2007; SMIDT E MEISSL, 2007; BARBER ET
AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 83
TABELA 29. TABELA COM AS BANDAS DOS ESPECTROS DA FIGURA 55 E OS RESPECTIVOS
GRUPOS FUNCIONAIS (SILVERTEINS ET AL., 2007; SMIDT E MEISSL, 2007; BARBER ET
AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 86
TABELA 30. TABELA COM AS BANDAS DOS ESPECTROS DA FIGURA 56 E OS RESPECTIVOS
GRUPOS FUNCIONAIS (SILVERTEINS ET AL., 2007; SMIDT E MEISSL, 2007; BARBER ET
AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 87
TABELA 31. TABELA COM AS BANDAS DOS ESPECTROS DA FIGURA 57 E OS RESPECTIVOS
GRUPOS FUNCIONAIS (SILVERTEINS ET AL., 2007; SMIDT E MEISSL, 2007; BARBER ET
AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 88
TABELA 32. TABELA COM AS BANDAS DOS ESPECTROS DA FIGURA 58 E OS RESPECTIVOS
GRUPOS FUNCIONAIS (SILVERTEINS ET AL., 2007; SMIDT E MEISSL, 2007; BARBER ET
AL., 2001; LIN ET AL., 2010). ................................................................................. 89
TABELA 33. MDIA DA PERCENTAGEM DA REA QUE PERMANECEU COM MATERIAL ORGNICO
NO BIODEGRADADO. ............................................................................................ 95
TABELA 34. VALORES DO EQ.AH, EM RELAO DQO FILTRADA, NOS AFLUENTES E
EFLUENTES. ......................................................................................................... 99
TABELA 35. VALORES DO EQ.AH, EM RELAO AO COD, NOS AFLUENTES E EFLUENTES.100
TABELA 36. ESTIMATIVA DA REMOO DO MATERIAL DE DIFCIL BIODEGRADAO DA BAT 1
ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. .......................................................... 103
TABELA 37. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT
1 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. ....................................................... 103
TABELA 38. ESTIMATIVA DA REMOO DO MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT
2 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. ....................................................... 105
TABELA 39. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT
2 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. ....................................................... 105
TABELA 40. ESTIMATIVA DA REMOO DO MATERIAL ORGNICO DIFICILMENTE
BIODEGRADVEL DA BAT 3 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. .................. 106
XII
TABELA 41. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL ORGNICO DIFICILMENTE
BIODEGRADVEL DA BAT 3 ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. ................. 106
TABELA 42. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT
AP ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X DQO. .................................................... 108
TABELA 43. ESTIMATIVA DA REMOO DE MATERIAL DIFICILMENTE BIODEGRADVEL DA BAT
AP ATRAVS DO EMPREGO DO EQ. AH X COD. .................................................... 108
TABELA 44. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO TOTAL KJELDHAL NA PRIMEIRA
BATELADA. ......................................................................................................... 112
TABELA 45. EFICINCIA DA REMOO DE NITROGNIO AMONIACAL TOTAL NA PRIMEIRA
BATELADA. ......................................................................................................... 112
TABELA 46. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO TOTAL KJELDHAL NA SEGUNDA
BATELADA. ......................................................................................................... 113
TABELA 47. EFICINCIA DA REMOO DE NITROGNIO AMONIACAL TOTAL DA SEGUNDA
BATELADA. ......................................................................................................... 113
TABELA 48. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO TOTAL KJELDHAL NA TERCEIRA
BATELADA COM AERAO PROLONGADA. .............................................................. 115
TABELA 49. EFICINCIA DE REMOO DE NITROGNIO AMONIACAL TOTAL (NAT) NA
TERCEIRA BATELADA COM AERAO PROLONGADA. ............................................... 115
TABELA 50. CARACTERIZAO MICROBIOLGICA DA BAT 1. ......................................... 128
TABELA 51. CARACTERIZAO MICROBIOLGICA DA BAT 2. ......................................... 129
TABELA 52. CARACTERIZAO MICROBIOLGICA DA BAT 3. ......................................... 130
TABELA 53. CARACTERIZAO MICROBIOLGICA DA BATELADA COM AERAO PROLONGADA.
........................................................................................................................ 131
TABELA 54. VALORES DO NDICE DE SHANNON-WIENER OBTIDOS PARA AS CONDIES
AVALIADAS. ........................................................................................................ 135
TABELA 55. MORFOLOGIAS ENCONTRADAS NO EFLUENTE UTILIZADO PARA DAR PARTIDA NO
REATOR EM ESCALA DE BANCADA DE LODOS ATIVADOS OPERADO EM REGIME DE FLUXO
CONTNUO. ........................................................................................................ 137
TABELA 56. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DA DBO NO SISTEMA
OPERADO EM FLUXO CONTNUO. .......................................................................... 138
TABELA 57. COMPORTAMENTO DE DQO BRUTA MEDIDA SEMANALMENTE NO SISTEMA
OPERADO EM FLUXO CONTNUO. .......................................................................... 139
XIII
TABELA 58. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE DQO SOLVEL NO
SISTEMA OPERADO EM FLUXO CONTNUO. .............................................................. 139
TABELA 59. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE COT NO SISTEMA
OPERADO EM FLUXO CONTNUO. ........................................................................... 141
TABELA 60. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE NTK NO SISTEMA
OPERADO EM FLUXO CONTNUO. ........................................................................... 141
TABELA 61. COMPORTAMENTO DA CONCENTRAO SEMANAL DE N-NH3- NO SISTEMA
OPERADO EM FLUXO CONTNUO. ........................................................................... 142
SUMRIO
LISTA DE ABREVIATURAS E SMBOLOS ............................................................ II
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. IV
LISTA DE TABELAS.............................................................................................. X
1 INTRODUO .................................................................................................. 16
2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 17
2.1 OBJETIVO GERAL ........................................................................................... 17
2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................ 18
3 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................. 19
3.1 LIXIVIADO ...................................................................................................... 19
3.2 SUBSTNCIAS HMICAS - CIDOS HMICOS ..................................................... 21
3.3 LACTOSE ...................................................................................................... 23
3.4 LODOS ATIVADOS ........................................................................................... 25
4 MATERIAL E MTODOS .................................................................................. 28
4.1 PREPARO DAS GUAS RESIDURIAS ................................................................. 29
4.1.1 Soluo de lactose Substrato ....................................................... 29
4.1.2 Soluo lactose (L) e cidos hmicos (AH) ..................................... 34
4.1.3 Soluo de lactose e lixiviado pr-tratado (LAC/LIX PT) e lactose com
lixiviado bruto (LAC/LIX BR) ................................................................................. 35
4.2 LIXIVIADO UTILIZADO ...................................................................................... 36
4.2.1 Coleta do lixiviado ............................................................................ 36
4.2.2 Caracterizao do lixiviado .............................................................. 37
4.3 UNIDADE EXPERIMENTAL DE TRATAMENTO LODOS ATIVADOS (LA) EM ESCALA DE
BANCADA ............................................................................................................. 38
4.4 ANLISES FSICO-QUMICAS ............................................................................ 42
4.5 EXAMES MICROBIOLGICOS ............................................................................ 43
4.5.1 Microscopia ptica de campo claro .................................................. 43
4.5.2 PCR-DGGE ..................................................................................... 44
4.6 MICROSCOPIA COM APLICAO DO CORANTE NANQUIM ..................................... 45
4.7 ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO ........................................................... 48
4.8 CURVA DE EQUIVALNCIA EM CIDOS HMICOS E DETERMINAO DA EFICINCIA NA
BIODEGRADAO DOS COMPOSTOS RECALCITRANTES ............................................. 51
4.8.1 Construo da curva padro ............................................................ 52
4.8.2 Determinao do equivalente em cidos hmicos (Eq.AH) nos
afluentes. 54
4.8.3 Determinao do Equivalente em cidos Hmicos nos efluentes. 54
4.8.4 Verificao da remoo das substncias dificilmente biodegradveis55
5 RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................ 56
5.1 ENSAIO EM BATELADA ................................................................................... 56
5.1.1 Caracterizao das guas residurias ............................................. 57
5.1.2 Matria Orgnica .............................................................................. 58
5.1.3 Nitrognio ....................................................................................... 111
5.1.4 Microscopia de campo claro ........................................................... 122
5.1.5 PCR-DGGE .................................................................................... 132
5.2 ENSAIO COM FLUXO CONTNUO ..................................................................... 136
6 CONCLUSES ............................................................................................... 146
7 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................. 150
8 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................... 151
16
1 INTRODUO
O crescimento populacional somado ao acelerado desenvolvimento
econmico tem provocado o aumento do volume de resduos produzidos. No Brasil,
a Poltica Nacional de Resduos Slidos - Lei 12305/10 recomenda que a disposio
final de rejeitos seja realizada no aterro sanitrio. Entretanto esta tecnologia no
est isenta de causar impactos ambientais negativos, uma vez que sua operao
produz metano, lixiviado, atrai vetores de doenas e, quando operado
inadequadamente, pode causar maus odores.
O lixiviado um lquido de colorao escura, odor forte e desagradvel, rico
em matria orgnica biodegradvel e recalcitrante, alm de conter substncias
txicas, como metais pesados e amnia.
De acordo com Mannarino (2011), quando esta gua residuria no
coletada e tratada, como na maioria dos aterros brasileiros, ela infiltra no solo e pode
contaminar colees hdricas. A contaminao de mananciais de gua por lixiviado
pode ocasionar danos ao meio ambiente, sade humana e biota aqutica.
Para evitar o contato com esses mananciais, j usual, em alguns aterros
brasileiros, encaminhar o lixiviado para as estaes de tratamento de esgoto (ETE),
para que o seu tratamento seja realizado em consrcio com o esgoto sanitrio. No
entanto, essa prtica questionada, pois so escassos os estudos que comprovam
que tal procedimento realmente eficaz no tratamento do lixiviado.
Trnkler et al. (2005) comentam que o maior obstculo para o tratamento de
lixiviado de aterro a dificuldade em identificar e quantificar a sua composio.
Morais e Zamora (2005) relatam que a composio e a concentrao de
contaminantes no lixiviado so influenciadas pelo tipo de resduos depositados,
clima, fatores socioeconmicos, alm da idade do aterro.
17
O lixiviado oriundo de aterros antigos, por exemplo, muito complexo e
apresenta alta concentrao de substncias hmicas, assim como, sais e baixa
relao DBO/DQO (Bashir et al., 2010; Foo e Hameed, 2009; Lo, 1996).
As substncias hmicas (cidos hmicos, cidos flvicos e huminas) so
produtos da decomposio de material orgnico. Devido complexidade de suas
estruturas moleculares so consideradas substncias de difcil biodegradabilidade, o
que as tornam responsveis por uma quantidade significativa da recalcitrncia do
lixiviado de aterros antigos.
Dessa forma, este trabalho destinou-se a verificar a tratabilidade de uma
soluo sinttica contendo concentraes conhecidas de lactose (substncia de fcil
assimilao pelos microrganismos) com cidos hmicos e, paralelamente, tambm
foi avaliada a tratabilidade da soluo mista composta por lactose e lixiviado de
aterro sanitrio.
As solues foram submetidas ao tratamento por lodos ativados, processo
comumente adotado em ETE e, atravs do emprego do mtodo tentativo do
equivalente em cidos hmicos, foi averiguado se este tratamento capaz de
degradar materiais dificilmente biodegradveis presentes no lixiviado.
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Este trabalho teve como objetivo geral, verificar a tratabilidade das solues
contendo lactose com cidos hmicos e lactose com lixiviado de aterro sanitrio
quando submetidas ao tratamento por lodos ativados.
18
2.2 Objetivos especficos
- Verificar a tratabilidade dos cidos hmicos utilizando anlises fsico-
qumicas dos afluentes e efluentes do sistema de lodos ativados;
- testar a aplicao do mtodo tentativo da curva de Equivalncia em cidos
Hmicos, ferramenta proposta e em fase de estudo por Ferraz et al (2012), cuja
finalidade simplificar a determinao da concentrao de substncias dificilmente
biodegradveis no efluente, ao correlacionar valores de DQO e COD (carbono
orgnico dissolvido) com concentraes de cidos hmicos;
- verificar, por meio de anlises fsico-qumicas e exames microbiolgicos, o
efeito da adio de cidos hmicos e lixiviado de aterro sanitrio no desempenho de
um sistema de lodos ativados, tendo como substrato a lactose aclimatada (diluda
em gua deionizada acrescida de inculo e nutrientes);
- verificar por meio de anlises de espectroscopia de infravermelho se as
substncias de difcil biodegradao foram adsorvidas no lodo produzido durante o
experimento,
- identificar a morfologia dos microrganismos e acompanhar, por microscopia
ptica de campo claro, as sucesses ocorridas na comunidade microbiana no
sistema de lodos ativados;
- avaliar, por microscopia ptica de campo claro, se a adio de cidos
hmicos e do lixiviado na soluo de lactose inibe o estabelecimento dos
microrganismos.
19
3 REVISO BIBLIOGRFICA
3.1 Lixiviado
De acordo com Bidone e Povinelli (2010), devido umidade dos resduos
acondicionados nos aterros sanitrios e ao de microrganismos decompositores,
gerado o chorume, resduo lquido de colorao escura e forte odor.
Nos perodos de chuvas mais intensas, ainda que exista um sistema de
drenagem de guas pluviais, o aterro fica sujeito infiltrao de gua em suas
clulas e, conforme a saturao da massa dos resduos atingida, o lquido que
infiltra pode misturar-se com o chorume, gerando o lixiviado.
Segundo Christensen et al. (2001), o lixiviado considerado um lquido de
matriz complexa, composta por quatro fraes principais: (1) matria orgnica
dissolvida (formada principalmente por cidos graxos volteis, cidos hmicos e
cidos flvicos); (2) compostos orgnicos xenobiticos (representados por
hidrocarbonetos aromticos, compostos de natureza fenlica e compostos
organoclorados alifticos); (3) macro componentes inorgnicos (dentre os quais se
destacam Ca, Mg, Na, K, NH3, NH4+, Fe, Mn, Cl, SO4
2- e HCO3-); e (4) metais
potencialmente txicos ( Cd, Cr, Cu, Pb, Ni e Zn).
A composio do lixiviado produzido em aterros bastante varivel em
funo do tipo de resduos por ele recebido, das caractersticas socioeconmicas
locais, do clima, da sazonalidade, do tipo de operao adotada e pela idade do
aterro (Morais e Zamora, 2005). Na Tabela 1 apresentada a variao da sua
composio em funo da idade do aterro.
De acordo com a Tabela 1, pode ser verificado que a biodegradabilidade do
lixiviado varia com a idade do aterro. Esta alterao pode ser constatada pela
20
reduo da razo DBO/DQO. Inicialmente, a razo maior ou igual a 0,5, indicativo
de que a matria orgnica presente no lixiviado facilmente biodegradvel.
Tabela 1. Caracterizao do lixiviado produzido em funo da idade do aterro.
Novo Intermedirio Velho
Idade (anos) < 5 5 - 10 > 10
pH 6,5 6,5 - 7,5 > 7,5
DQO (mg L-1) > 10.000 4000 - 10000 < 4000
DBO5/DQO > 0,3 0,1 - 0,3 < 0,1
Compostos orgnicos
80 % cidos graxos volteis
5 - 30 % de cidos graxos volteis + cidos hmicos e
flvicos
cidos hmicos e flvicos
Concentrao de metais pesados
baixa/intermediria - baixa
Biodegradabilidade alta mdia baixa
Fonte: Renou et al. (2008).
Em aterros sanitrios velhos, a razo DBO/DQO est frequentemente na faixa
de 0,05 a 0,2. Tal reduo devida, em parte, presena de cidos hmicos e
cidos flvicos, que so compostos recalcitrantes, ao contrrio dos cidos volteis
(Tchobanoglous et al., 1993).
Alm disso, Rita (2002) relata que a biodegradabilidade do lixiviado pode ser
influenciada pela presena de compostos aromticos provenientes de protenas e
ligninas, tais como os cidos fenil actico e fenil propinico, e por compostos
acclicos e solventes organoclorados oriundos geralmente de resduos industriais
que so dispostos nos aterros sanitrios juntamente com os RSU (resduos slidos
urbanos).
Quando descartado sem tratamento prvio, essa gua residuria causa
problemas ambientais como a toxicidade para a biota existente no solo e nas
comunidades aquticas atingidas, diminuio do oxignio dissolvido, eutrofizao
dos corpos de gua receptores, alm da possibilidade de danos sade das
pessoas que entrarem em contato direto ou indireto com o lixiviado.
21
3.2 Substncias Hmicas - cidos hmicos
As substncias hmicas (SH) so oriundas da biodegradao de compostos
orgnicos de origem animal e vegetal. Segundo Stevenson (1994), elas so
produzidas por reaes de snteses secundrias, biticas e abiticas, apresentam
uma srie de polmeros amorfos de colorao amarela-marrom a preta e, alm
disso, possuem alta massa molecular.
Essas substncias so classificadas em trs classes baseadas na sua
solubilidade em meio aquoso sob diferentes faixas de pH: cidos hmicos (AH),
cidos flvicos (AF) e huminas (HU).
A frao de AH solvel em meio alcalino e insolvel em meio cido (pH
menor que 2); os AF, aps a solubilizao em meio alcalino, se mantm solvel a
qualquer valor de pH; enquanto que a frao humina insolvel em qualquer
condio de pH (Stevenson, 1994).
Devido complexidade qumica e estrutural, difcil realizar a caracterizao
precisa dessas molculas, mas se acredita que o AH constitudo de dois
componentes principais: anis aromticos derivados de lignina e nitrognio de
protenas de microrganismos (Rodrigues Filho, 2007). Na Tabela 2 e na Figura 1 so
apresentadas a composio elementar e a estrutura dos cidos hmicos.
Pesquisas apontam que a colorao escura do lixiviado devido presena
de substncias hmicas (Ntampou et al., 2006; Monje-Ramirez et al., 2004). Essa
informao ficou evidenciada por Souto (2009), que ao reduzir o pH para abaixo de
2, ocorreu simultaneamente a reduo da cor do lixiviado. Tal fenmeno ocorre
porque abaixo desse pH h a precipitao da frao de cidos hmicos e, portanto,
tem-se a sua separao da fase lquida.
22
Tabela 2. Composio elementar mdia para os cidos hmicos.
Elemento cidos hmicos (%)
Carbono 53,8 58,7 Hidrognio 3,2 6,2 Oxignio 32,8 38,3
Nitrognio 0,8 4,3 Enxofre 0,1 1,5
Fonte: Adaptado de Sparks (2003).
Urase et al. (1997), El Fadel e Khoury (2000), Kang et al. (2002) e Zouboulis
et al. (2004) associam a recalcitrncia do lixiviado antigo presena de compostos
de elevada massa molecular e estruturas complexas, como as substncias hmicas.
Figura 1. Estrutura hipottica bidimensional proposta para os cidos hmicos. Fonte: Schulten e Schnitzer (1997).
Christensen et al. (1998) desenvolveram um trabalho cujo objetivo foi
caracterizar a matria orgnica dissolvida no lixiviado de aterros sanitrios. Nesta
23
pesquisa foi constatado que os cidos flvicos e hmicos so responsveis por 10 e
60%, respectivamente, da frao total isolada de matria orgnica dissolvida.
No estudo realizado por Kang et al. (2002) foi determinado que 50 a 60 % do
contedo de DQO do lixiviado estabilizado, descrita em funo de pH e da idade do
aterro, era constitudo por substncias hmicas. Fortuny e Fuller (1981) relatam que
as substncias hmicas representam mais de 60 % do carbono orgnico total
encontrado em lixiviado de aterro sanitrio.
Portanto, de acordo com o que foi citado, fica evidenciado que esses
compostos de difcil biodegradao esto presentes em grande quantidade no
lixiviado e podem ser responsveis, de forma significativa, pela sua recalcitrncia.
3.3 Lactose
A lactose um carboidrato de baixo custo comercial, gerado em grande
quantidade na produo de queijo e outros produtos lcteos. Conforme apresentado
por Gnzle (2008), a lactose (4-0--galactopiranosil-D-glicose) composta por uma
molcula de glicose ligada outra de galactose.
A sua composio molecular C12H22O11, enquanto sua massa molar de
342,296 g mol-1. Segundo Bobbio e Bobbio (1992), a solubilidade mdia da lactose a
20C de 20g/100 g gua. Quando presente em solues aquosas, pode se
apresentar nas formas isomricas e , conforme ilustrado na Figura 2.
Giroto (2001) relata que a lactose adotada como fonte energtica para
vrios processos biotecnolgicos e, de acordo com Cordi et al. (2007), a presena
desse composto no efluente, introduz uma DBO solvel facilmente biodegradvel
por microrganismos presentes em sistemas de tratamento biolgico aerbio, como o
lodos ativados, por exemplo.
24
Figura 2. Estrutura molecular das formas isomricas da lactose nas configuraes e . Fonte: Gnzle (2008).
Devido a essas caractersticas, Cordi et al. (2007) relatam que efluentes
contendo grande quantidade de carboidrato, como a lactose, propicia a ocorrncia
do crescimento excessivo de microrganismos filamentosos, que ocasiona o
intumescimento (bulking) do lodo. Esse fenmeno prejudica a formao e
sedimentao do lodo, o que pode comprometer todo o processo de tratamento por
lodos ativados.
No processo de biodegradao desse carboidrato pelo tratamento biolgico
aerbio, a lactose ser o substrato e como produto, haver a formao de dixido de
carbono e gua. As Equaes 1 e 2 apresentam a reao que rege esse processo e
a sua estequiometria, respectivamente.
............................ (Eq 1)
(Eq 2)
Pela estequiometria da reao apresentada nas Equaes 1 e 2, possvel
estimar a DBO terica (consumo de oxignio exigido caso toda a massa de lactose
presente no sistema seja oxidada) que demandada para estabilizar um mol de
lactose durante o processo de sntese celular do processo de lodos ativados.
-lactose -lactose
25
3.4 Lodos ativados
O sistema de lodos ativados um processo de tratamento biolgico de guas
residurias muito aplicado em ETE para o tratamento de despejos domsticos e
industriais.
De acordo com Metcalf e Eddy (2003), este processo composto por trs
unidades: (1) um reator no qual os microrganismos aerbios responsveis pela
assimilaao da matria orgnica so mantidos em suspenso e sob aerao; (2) o
tanque de sedimentao em que ocorre a separao das fases lquida e slida; e (3)
um sistema de reciclagem que retorna uma percentagem de slidos sedimentados
na unidade de separao lquido-slido para o tanque de aerao.
Algumas das consideraes propostas por Metcalf e Eddy (2003) para a
implantao de um projeto de lodos ativados so: seleo do tipo de reator,
aplicao das relaes cinticas de crescimento de biomassa e das de consumo de
substrato, produo de lodo, consumo e transferncia de oxignio, concentrao de
nutrientes, caractersticas de sedimentao dos biosslidos e caractersticas do
efluente.
Para obter um resultado satisfatrio, ao utilizar esse tipo de tratamento, deve-
se adotar adequadamente o tempo de reteno celular ou idade do lodo (c) e o
tempo de deteno hidrulica (TDH).
Jordo e Pessoa (2009) definem c como o tempo mdio que uma partcula
em suspenso permanece sob aerao. Metcalf e Eddy (2003) enfatizam que tal
parmetro importante para o projeto de um sistema de lodos ativados, pois ele
afeta o desempenho do processo, o volume do tanque de aerao, produo de lodo
e o consumo de oxignio. A Equao 3 utilizada para calcul-lo.
(Eq. 3)
26
O TDH diz respeito ao tempo que o efluente permanece no tanque de
aerao do sistema, seu valor menor que o c devido a grande concentrao de
biomassa proporcionada pela recirculao de slidos. A Equao 4 apresenta a
frmula utilizada para a o obteno desse parmetro.
(Eq. 4)
H muitas variantes do processo de lodos ativados. No que diz respeito ao
fluxo, h os processos que aplicam fluxo contnuo e os que utilizam o intermitente
(batelada).
O reator operado em batelada caracterizado pela incorporao de todas as
unidades, processos e operaes (decantao primria, oxidao biolgica e
decantao secundria) em um nico tanque (Contrera, 2008). A Figura 3 apresenta
os quatro ciclos de operao (enchimento, reao, sedimentao e descarte) de um
reator de lodos ativados operado em batelada.
A operao em fluxo contnuo caracterizada pela constante entrada de gua
residuria, com o auxlio de uma bomba dosadora (de escala laboratorial), a partir do
reservatrio de alimentao para a cmara de aerao. Aps essa unidade, ela
direcionada para o decantador, onde continuamente recolhida atravs de um
vertedor (Jordo e Pessa, 2009).
27
Figura 3. Ciclos de operao de um reator de lodos ativados operado em batelada. Fonte: Almeida (2004).
No Brasil, o sistema de lodos ativados utilizado em muitas estaes de
tratamento de esgoto (ETE), portanto cidades que tratam o lixiviado de aterro
sanitrio consorciado com o esgoto sanitrio recebem esse efluente de difcil
tratabilidade nessas unidades de tratamento biolgico.
O problema envolvido nesta tecnologia de tratamento quanto s
interferncias que a adio de lixiviado pode gerar no sistema de tratamento.
Levantam-se questionamentos quanto aos distrbios que podem ser ocasionados
devido s elevadas concentraes de poluentes (como a amnia, por exemplo),
compostos recalcitrantes e micropoluentes orgnicos dos lixiviados.
Alm disso, no h indcios que comprovem cientificamente que o sistema de
tratamento biolgico por lodos ativados seja capaz de estabilizar o material orgnico
dificilmente biodegradvel (como as substncias hmicas) que aporta nessas
unidades devido a adio do lixiviado, fato que leva pesquisadores a questionarem
se h a remoo desses compostos ou apenas sua diluio no esgoto sanitrio.
Outra discusso sobre a possvel presena de metais pesados e sua
toxicidade nos efluentes tratados e no lodo produzido durante a operao. Tais
questionamentos tm levado pesquisadores a desenvolverem estudos sobre o
28
impacto do lixiviado no tratamento combinado com o esgoto sanitrio em uma ETE
(Franco, 2009).
O tratamento combinado de esgoto sanitrio e lixiviado de aterro sanitrio por
processos biolgicos aerbios pode atingir eficincias de remoo que atendam aos
padres de lanamento. No entanto, estudos foram realizados para estabelecer
limites para os percentuais de mistura de lixiviado no esgoto, de forma a no
ocasionar prejuzos ao tratamento.
Segundo McBean et al. (1995), a relao volumtrica no deve ultrapassar
2 %. No estudo realizado por Albuquerque (2012) foram avaliadas as propores de
0,2 %, 2 %, 5 % e 10 %, sendo que o melhor resultado foi obtido para a mistura
contendo 0,2 e 2 % de lixiviado.
Alguns exemplos de experincias brasileiras que empregam o tratamento
combinado de lixiviado e esgoto sanitrio so: os aterros sanitrios Bandeirantes,
So Joo, Vila Albertina e Santo Amaro, em So Paulo (SP); da Extrema, em Porto
Alegre (RS); Salvaterra, em Juiz de Fora e CTR-BR-040, em Belo Horizonte (MG); e
o aterro do Morro do Cu, em Niteri (RJ), (Facchin et al., 2000; Ferreira et al., 2005;
Paganini et al., 2003).
4 MATERIAL E MTODOS
A unidade experimental foi instalada no Laboratrio de Tratamento de
Resduos Orgnicos do Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de
Engenharia de So Carlos EESC/USP.
Para avaliar a remoo do material de difcil biodegradao, foi proposto o
acompanhamento da tratabilidade de quatro solues em um reator de lodos
ativados de escala de bancada: lactose (LAC), lactose com cidos hmicos
29
(LAC/AH), lactose com lixiviado pr-tratado por air atripping (LAC/LIX PT) e lactose
com lixiviado bruto (LAC/LIX BR).
A avaliao da eficincia do tratamento e das possveis interferncias
advindas da adio do lixiviado e dos cidos hmicos foi mediante a realizao de
anlises fsico-qumicas, exames microbiolgicos e pelo emprego da tcnica de
espectroscopia de infravermelho e microscopia com aplicao do corante nanquim
(Jenkins, 2004). A remoo do material dificilmente biodegradvel foi mensurada
com o emprego do mtodo tentativo do Equivalente em cidos Hmicos (FERRAZ
et al., 2012).
Foram realizadas trs bateladas com durao de 20 dias cada uma, sendo
que a ltima ficou sob aerao prolongada por um perodo de 50 dias. Os
procedimentos para a realizao do experimento esto devidamente apresentados
nos tpicos a seguir.
4.1 Preparo das guas residurias
4.1.1 Soluo de lactose Substrato
A soluo de lactose foi o substrato utilizado que serviu de base para a
composio das demais guas residurias. A escolha desse substrato foi devido a
sua fcil biodegradabilidade pelos microrganismos e para garantir a ausncia de
material dificilmente biodegradvel na condio controle e na soluo que receberia
os cidos hmicos e lixiviado.
Dessa forma buscou-se eliminar a interferncia que poderia ocorrer caso
fosse utilizado o esgoto sanitrio bruto, visto que este pode ter a presena de
material de difcil biodegradao, o que prejudicaria a interpretao dos resultados.
30
Para o preparo dessa soluo, diluiu-se 1000 mg L-1 de lactose, reagente
analtico comercializado por Labsynth e nutrientes (K2HPO4, NH4Cl, FeCl3H2O,
MgSO47H2O e CaCl2) em gua aerada inoculada (gua deionizada inoculada com
microrganismos oriundos de esgoto sanitrio). A quantidade de nutrientes
adicionada foi tal que mantivesse uma relao C:N:P de 100:5:1, conforme as
recomendaes encontradas na literatura.
A concentrao da soluo de lactose foi estipulada a partir de ensaios
preliminares realizados no Laboratrio de Tratamento de Resduos Orgnicos da
EESC/USP, em que foi verificado que devido facilidade de biodegradao desse
carboidrato pelos microrganismos, uma concentrao de 1000 mg L-1 seria a ideal a
ser utilizada.
A inoculao da gua deionizada com o esgoto sanitrio bruto seguiu os
mesmos procedimentos apresentados pelo Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater (APHA, 2005) para o preparo da gua de diluio empregada
nas anlises de DBO.
Optou-se em utilizar essa metodologia para que a presena de substncias
dificilmente biodegradveis no sistema fosse desprezvel. Por outro lado, caso fosse
utilizado o lodo de uma ETE como inculo, a possibilidade de entrada de outras
substncias dificilmente biodegradveis, que no fossem aquelas oriundas da
adio de cidos hmicos e do lixiviado, aumentaria e, assim, haveria a interferncia
das mesmas nos resultados finais.
Para a operao do reator em regime de batelada, foi preparado um volume
inicial de 45 L da soluo de lactose, do qual foram retiradas pores de 10 litros,
que compuseram as demais condies: o controle (contendo apenas lactose),
31
soluo mista de lactose com cidos hmicos (LAC/AH), lactose com lixiviado pr-
tratado (LAC/LIX PT) e lactose com lixiviado bruto (LAC/LIX BR).
Uma vez preparadas, as solues eram encaminhadas diretamente para o
reator, sem passar pelo perodo de adaptao. A ausncia da adaptao foi
necessria, pois durante o primeiro ensaio constatou-se que caso se realizasse a
adaptao das solues antes delas serem direcionadas ao reator, a matria
orgnica teria quase sua totalidade consumida.
Embora a soluo no tenha sido submetida adaptao, o perodo em que
ela permaneceu no tanque de aerao do reator foi suficiente para estabelecer uma
populao de microrganismos diversificada e para consumir o material orgnico
satisfatoriamente, o que pode ser verificado nos resultados apresentados nos
tpicos 5.2 e 5.4.
Semanalmente era retirado um volume de 1 L de efluente de cada cmara
para a realizao das anlises fsico-qumicas e dos exames microbiolgicos.
Imediatamente aps a coleta, a DQO das amostras coletadas era determinada.
Em seguida uma nova soluo de lactose era produzida, com a mesma
concentrao de DQO presente nos volumes retirados, para completar o volume
inicial de 10 litros das misturas (LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT e LAC/LIX BR). Ao agir
dessa forma, buscou-se manter as mesmas caractersticas das guas residurias
retiradas e, consequentemente, conservar o TDH de 20 dias.
Sempre que necessrio foi adicionado bicarbonato de sdio (NaHCO3) para a
correo e tamponamento do pH, para mant-lo na faixa de 7,5 e evitar variaes
bruscas que pudessem reduzir a eficincia do tratamento.
Para a operao do sistema em fluxo contnuo, utilizou-se o efluente tratado
contendo apenas lactose. Tal procedimento teve como objetivo introduzir uma
32
populao microrganismos pr-estabelecida que fosse capaz de realizar a
estabilizao do substrato que aportaria constantemente ao sistema.
Para tanto, foi preparado um volume inicial de 50 litros de soluo de lactose
(1000 mL L-1) e nela foram adicionados os micro e macronutrientes necessrios
(K2HPO4, NH4Cl, FeCl3H2O, MgSO47H2O e CaCl2) e esgoto sanitrio bruto. A
adio de nutrientes se deu de tal forma a garantir a relao C:N:P igual 100:5:1.
A inoculao com esgoto sanitrio bruto seguiu as diretrizes fornecidas pelo
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005) para
o preparo da gua de diluio empregada na anlise de DBO.
Esta soluo foi mantida sob aerao durante um perodo de 15 dias (Figura
4) at que fosse verificada, atravs de microscopia ptica de campo claro, a a
presena de microrganismos indicadores de estabilidade do sistema, tais como
protozorios e rotferos, por exemplo.
Uma vez observada a presena desses indivduos, foram retiradas trs
pores de 10 litros para compor as condies a serem avaliadas: lactose (LAC),
lactose com 2 % em volume de soluo de cidos hmicos (LAC/AH) e lactose com
2 % em volume de lixiviado pr-tratado (LAC/LIX PT).
33
Figura 4. Soluo de lactose sob aerao durante a fase de adaptao.
A alimentao do sistema com afluente foi realizada continuamente ao longo
do dia e consistiu na produo de 10 litros de cada soluo com as mesmas
caractersticas do afluente inicial.
O substrato preparado tinha o pH corrigido para aproximadamente 7,5 e,
ento, era armazenado em bombonas plsticas. As guas residurias eram
recalcadas at as cmaras do reator com o auxilio de bombas dosadoras (Concept
Plus ProMinent) que funcionavam com vazo de 420 mL h-1.
As bombonas que armazenavam os afluentes eram lavadas diariamente para
a remoo do biofilme que se formava em seu interior. Com isso, buscou-se eliminar
possveis alteraes que pudessem vir a ocorrer nas caractersticas qumicas e
biolgicas dos afluentes advindas da presena desse biofilme.
De forma a atender as recomendaes da NBR 12.209 Projeto de Estaes
de Tratamento de Esgoto Sanitrio a concentrao de oxignio dissolvido (OD) foi
monitorada para que a sua concentrao no fosse inferior a 2,0 mg L-1.
34
4.1.2 Soluo lactose (L) e cidos hmicos (AH)
A base para a composio dessa mistura foi a soluo de lactose (produzida
segundo as instrues do item 4.1.1). Nela foram adicionados 2 % em volume de
uma soluo contendo 2.200 mg L-1 de cidos hmicos (comercializados pela Sigma
Aldrich) diludos em gua deionizada.
A lactose, como j foi afirmado, composto facilmente biodegradvel e, como
consequncia disso, a primeira a ser consumida pelos microrganismos presentes
no tanque de aerao.
No entanto, o tempo em que as solues mistas permaneceram sob
tratamento foi suficiente para promover o consumo da lactose. Sendo assim, tornou-
se necessrio que os microrganismos consumissem outras fontes alternativas de
carbono presentes na mistura, tal como os cidos hmicos.
A concentrao de cidos hmicos na soluo foi baseada nos trabalhos de
Kang et al. (2002), em que foi observado que 50 a 60 % do contedo de DQO do
lixiviado estabilizado era constitudo por substncias hmicas, e no trabalho de
Fortuny e Fuller (1981) que associaram mais de 60 % do carbono orgnico total
encontrado no lixiviado de aterro sanitrio s substncias hmicas.
Essas porcentagens foram aplicadas s concentraes de DQO, COT, COD
obtidas nas anlises de caracterizao do lixiviado empregado no experimento. A
partir de ento, foi possvel, atravs da curva de equivalncia em cidos hmicos
que correlaciona DQO, COT, COD a concentraes de cidos hmicos (apresentada
no tpico 4.5), calcular a concentrao da soluo de AH capaz de produzir uma
gua residuria com tais caractersticas.
35
Assim, para esta pesquisa, a concentrao da soluo de cidos hmicos foi
de 2400 mg L-1, valor que corresponde a 60 % da DQO do lixiviado empregado para
na execuo dos experimentos.
O emprego da soluo mista de LAC/AH teve como objetivo verificar se a
adio de AH interfere na tratabilidade do efluente, inibe o estabelecimento da
comunidade microbiana e ainda se ocorre a degradao dessa substncia de difcil
biodegradao.
Esta condio simulou o comportamento de substncias orgnicas
dificilmente biodegradveis quando submetidas ao tratamento biolgico de lodos
ativados junto com outra substncia orgnica de fcil degradao (lactose), tal como
ocorre em ETE que recebem lixiviado para ser tratado em consrcio com esgoto
sanitrio.
4.1.3 Soluo de lactose e lixiviado pr-tratado (LAC/LIX PT) e lactose com
lixiviado bruto (LAC/LIX BR)
A base para compor essas duas misturas tambm foi a soluo de lactose
produzida segundo as instrues do item 4.1.1. O lixiviado bruto e o pr-tratado
foram adicionados na mesma proporo volumtrica de 2%, assim como feito para a
soluo mista de lactose com cidos hmicos. O lixiviado pr-tratado foi alcalinizado
e, em seguida, passou pelo tratamento de air stripping, de acordo com metodologia
utilizada por Ferraz (2013), para remoo de nitrognio amoniacal.
Assim como para a soluo mista de cidos hmicos, aqui tambm foi
empregado um substrato facilmente biodegradvel (lactose) que preferencialmente
consumido pelos microrganismos. No entanto, devido ao elevado TDH (20 e 50 dias)
e ao rpido consumo da lactose, h a necessidade da comunidade microbiana
36
utilizar um substrato alternativo como fonte de carbono, tal como o lixiviado bruto e
pr-tratado.
Os resultados obtidos para essas condies foram comparados entre si
(LAC/LIX PT e LAC/LIX BR) e com aqueles obtidos para a da soluo LAC e
LAC/AH, de forma a verificar se houve degradao, ainda que parcial, dos
compostos dificilmente biodegradveis e se ocorreu inibio do tratamento biolgico
devido s suas substncias txicas presentes no lixiviado.
4.2 Lixiviado utilizado
4.2.1 Coleta do lixiviado
O lixiviado utilizado foi coletado no Aterro Sanitrio do municpio de So
Carlos-SP, que considerado um aterro velho e, portanto, na fase metanognica. O
ponto de coleta foi em uma das lagoas de armazenamento do aterro, de acordo com
o apresentado na Figura 5.
Foi realizada uma nica coleta no final de abril de 2012, em que foi obtido o
volume total necessrio para a realizao do experimento. O lixiviado foi
armazenado em bombonas plsticas e mantido sob refrigerao temperatura de
4C. No incio de cada experimento, o mesmo era caracterizado qumica e
fisicamente.
37
Figura 5. Fotografia area do aterro sanitrio de So Carlos SP (2008). Fonte: Adaptada de Vega Engenharia apud Contrera (2008).
4.2.2 Caracterizao do lixiviado
O lixiviado coletado foi caraterizado em relao aos parmetros fsico-
qumicos apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Parmetros fsico-qumicos utilizados para a caracterizao do lixiviado do aterro municipal de So Carlos.
Parmetros
pH Alcalinidade Total (mg L-1)
Cor (PtCo)
Condutividade ( S/cm) DQO bruta (mg L-1)
DQO solvel (mg L-1) COD (mg L-1) NTK (mg L-1) NAT (mg L-1) ST (mg L-1)
STF (mg L-1) STV (mg L-1)
Fosfato (mg L-1)
38
4.3 Unidade experimental de tratamento Lodos ativados (LA) em escala de
bancada
O reator de bancada utilizado nesta pesquisa simula um sistema de lodos
ativados. Ele foi construdo em acrlico e contm quatro cmaras com volume til de
10 litros cada. A Figura 6 e Figura 7 ilustram a estrutura do reator.
Figura 6. Reator de lodos ativados em escala de bancada. Fonte: Turetta (2011).
Figura 7. Corte esquemtico transversal do reator. Fonte: Turetta (2011).
A configurao do reator permite simular quatro condies simultaneamente.
O suprimento de oxignio foi garantido por compressores de ar Big Air A-420 (Figura
8), cuja vazo foi ajustada para que a concentrao de oxignio dissolvido fosse
superior a 2 mg L-1. A distribuio do ar foi realizada atravs do uso de pedras
porosas (Figura 9), pois so capazes de propiciar uma melhor difuso do ar na
cmara do reator.
Foram testadas as seguintes condies: o controle (LAC), a mistura de
lactose com cidos hmicos (LAC/AH), a mistura de lactose com lixiviado pr-tratado
(LAC/LIX PT) e lactose com lixiviado bruto (LAC/LIX BR). Na Tabela 4 so
39
apresentadas as porcentagens volumtricas das solues que foram adicionadas em
cada uma das cmaras.
Figura 8. Aerador utilizado no experimento.
Figura 9. Pedras porosas utilizadas no experimento.
Tabela 4. Caractersticas das solues que foram inoculadas em cada cmara.
SOLUO
LACTOSE (%)
SOLUO CIDOS
HMICOS (%)
LIXIVIADO PR
TRATADO (%)
LIXIVIADO BRUTO
(%)
Cmara 1 100 0 0 0
Cmara 2 98 2 0 0
Cmara 3 98 0 2 0
Cmara 4 98 0 0 2
Antes do incio da operao, o reator foi envolto por papel alumnio (Figura
10) para que a luminosidade fosse impedida de penetrar no interior de suas
cmaras. Dessa forma, buscou-se inibir a ocorrncia de microrganismos auttrofos
fotossintetizantes e favorecer os heterotrficos, que so os responsveis por
consumir o substrato disponibilizado.
Esse reator foi utilizado na pesquisa de Turetta (2011) e Alburqueque (2012)
para o tratamento consorciado de lixiviado com esgoto sanitrio em regime de
batelada. Baseado nos critrios operacionais adotados por tais autores, o tempo de
deteno hidrulica (TDH) de cada batelada, assim como o tempo de reteno
40
celular (c) foram de 20 dias. Devido baixa produo de lodo, no houve descartes
do mesmo durante o perodo de operao.
Figura 10. Reator de lodos ativados em escala de bancada utilizado no presente trabalho.
Com o intuito de avaliar o comportamento da remoo do material de difcil
biodegradao quando este permanece um perodo maior sob tratamento, realizou-
se um ensaio de aerao prolongada com durao de 50 dias.
Para tanto, na terceira batelada, quando completou o perodo de 20 dias,
coletou-se amostra dos efluentes para realizar as anlises de rotina e a aerao foi
mantida por mais 30 dias, totalizando um TDH 50 dias. Nesse perodo tambm no
foi realizado nenhum descarte de lodo, logo o tempo de reteno celular tambm foi
de 50 dias.
Para a operao em regime de fluxo contnuo, o TDH adotado foi de 24 horas
e o c foi de 20 dias. Assim como no regime de batelada, a produo de biomassa foi
baixa e, portanto, no houve remoo do lodo. O aparato instrumental utilizado para
esse ensaio encontra-se ilustrado na Figura 11.
41
Figura 11. Aparato experimental utilizado para o ensaio em fluxo contnuo. (a) Aeradores; (b) Bombonas que armazenavam o afluente; (c) Unidade de lodos ativados em escala de bancada; (d) Tubulao de sada do efluente; (e) Bombas utilizadas para recalcar o afluente das bombonas para as cmaras do reator.
A coleta do efluente quando o sistema foi operado no fluxo contnuo se deu
pela tubulao de sada indicada na Figura 11. O anteparo presente em cada uma
das quatro cmaras dividia o volume em duas subunidades: o tanque de mistura
completa e o decantador secundrio, o que permitiu a coleta de efluente clarificado.
Na Tabela 5 esto apresentadas as condies avaliadas em cada ensaio,
bem como os critrios operacionais adotados. vlido ressaltar que a repetio de
ensaios com as mesmas condies buscou certificar a reprodutibilidade dos
resultados.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
42
Tabela 5. Condies adotadas nos ensaios realizados no reator de lodos ativados em escala de bancada.
Ensaios guas
residurias Prop. Vol.
(%) Aerao
(h) TDH
(dias) c
(dias) Durao
(dias)
BAT 1 LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR
0; 2; 2 24 20 20 20
BAT 2 LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR
0; 2; 2 24 20 20 20
BAT 3 LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR, LAC/LIX PT
0; 2; 2; 2 24 20 20 20
BAT AP LAC, LAC/AH, LAC/LIX BR, LAC/LIX PT
0; 2; 2; 2 24 50 50 50
Contnuo LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT
0; 2; 2
24 1 20 20
Prop. Vol.: proporo volumtrica da gua residuria que contm material de difcil biodegradao adicionada no substrato (lactose); LAC: lactose; LIX BR: lixiviado bruto; LIX PT: lixiviado pr-tratado por air stripping; AP: aerao prolongada.
4.4 Anlises fsico-qumicas
As anlises fsico-qumicas foram feitas no Laboratrio de Saneamento do
Departamento de Engenharia Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de
So Carlos EESC/USP.
Todas as anlises fsico-qumicas foram realizadas de acordo com Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 2005).
As amostras analisadas foram coletadas antes, durante e aps a submisso
das solues ao processo de tratamento por LA. Isto permitiu determinar a eficincia
do tratamento, bem como o comportamento da remoo da concentrao dos
parmetros de interesse ao longo do tempo. Na Tabela 6 esto apresentadas as
anlises realizadas, bem como as suas frequncias.
43
Tabela 6. Apresentao dos parmetros e a frequncia que sero analisados em cada etapa.
Parmetro Unidade Mtodo (APHA 2005)
Afluente Clula
de Aerao Efluente Lodo
pH - 4 500 B I D F -
Temperatura C - I D F -
Cor Pt Co 2120 C I S F -
OD mg O2, L-1 - I D F -
Condutividade S cm-1 2510 B I D F -
Alcalinidade mg CaCO3 L-1 2 320 B I S F -
Srie de Slidos
mg L-1 2540 D, E e
F I S F S
DBO mg O2 L-1 5210 B I S F S
DQO mg O2 L-1 5 220 D I S F S
COD mg C L-1 5310 C I S F S
NTK mg NH3 L-1 4 500 NH3 C I S F -
Nitrito mg N-NO2- L-1 4500 - I I S F -
Nitrato mg N-NO3- L-1 4500 (B) I S F -
I Incio de cada batelada D Diariamente F Final de cada batelada S Semanalmente
4.5 Exames microbiolgicos
A anlise microbiolgica consistiu nas observaes por microscopia ptica de
campo claro que foi realizada no Laboratrio de Processos Biolgicos do
Departamento de Engenharia Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de
So Carlos EESC/USP.
4.5.1 Microscopia ptica de campo claro
Os exames de microscopia ptica de campo claro foram realizadas
semanalmente no lodo com o emprego do microscpio tico Olympus, modelo DP-
72 e com a utilizao do software Image-Pro Plus, responsvel pela aquisio e
processamento das imagens.
O procedimento para a coleta do lodo a ser analisado seguia a seguinte
ordem: eram retirados 5 litros de cada soluo nas cmaras de aerao e os
44
armazenavam em um balde plstico por meia hora. O sobrenadante era retornado
para o reator e, ento, 15 mL do lodo sedimentado era coletado.
As observaes foram de carter quali-quantitativo, uma vez que alm de
identificar as morfologias presentes, elas tambm foram quantificadas em uma
tabela de frequncia, cuja ocorrncia era classificada em: ausentes (-), baixa
frequncia (+), mdia frequncia (++) e alta frequncia (+++).
Assim foi possvel identificar a morfologia dos microrganismos e acompanhar
a dinmica das sucesses que ocorreram na comunidade microbiana presente no
lodo ao longo do tempo.
4.5.2 PCR-DGGE
A avaliao das comunidades microbianas que se desenvolveram em cada
uma das condies avaliadas (LAC, LAC/AH, LAC/LIX PT e LAC/LIX BR) tambm foi
realizada por meio do emprego da tcnica de PCR-DGGE. Diferentemente dos
exames microscpicos realizados, o DGGE retorna um resultado apenas qualitativo.
A tcnica utilizada avaliou o comportamento do domnio eucaria e bactria.
Para a realizao dos procedimentos foi necessrio coletar um volume de 15 mL do
lodo de cada condio no final do perodo de tratamento (vigsimo dia ou, no caso
da aerao prolongada, no quinquagsimo dia).
O levantamento qualitativo da diversidade microbiana foi realizado pela
tcnica da PCR/DGGE, que consistiu em: a) extrao do DNA; b) amplificao por
reao em cadeia de polimerase, usando os primers; c) separao do fragmento
alvo pela desnaturao parcial da dupla hlice, pela tcnica de DGGE.
45
A metodologia utilizada para desenvolver os procedimentos do DGGE foi a
proposta por Griffiths et al. (2000) e empregada por Penteado (2012) no
desenvolvimento de seu trabalho.
A comparao entre os padres de bandas obtidos para as condies
testadas se deu pelo emprego do coeficiente de similaridade de Pearson por meio
do programa Bionumerics.
Tambm foi utilizado o ndice de Shannon-Wiener (H) para avaliar a
diversidade microbiana que se estabeleceu em cada situao. O clculo do ndice
seguiu a metodologia apresentada por Abreu et al. (2010), que baseia-se nas
intensidades de bandas obtidas e na avaliao da altura atingida pelos picos das
curvas densiomtricas. Dessa forma, a equao utilizada para a determinao do
ndice a seguinte:
Onde:
H = ndice de diversidade de Shannon-Wiener;
Pi = valor da probabilidade da banda em uma linha de corrida do gel;
ni = altura de um pico individual;
N = soma de todas as alturas dos picos nas curvas densiomtricas.
4.6 Microscopia com aplicao do corante Nanquim
Outra metodologia empregada foi a microscopia de contraste de fase com a
adio do corante nanquim nas amostras. Ela foi realizada no Laboratrio de
Processos Biolgicos do Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de
Engenharia de So Carlos EESC/USP.
46
O emprego desta tcnica permitiu auxiliar na averiguao da biodegradao
dos compostos orgnicos presentes nos efluentes que foram tratados na unidade de
lodos ativados de escala de bancada.
Para a realizao da anlise foi necessrio coletar 15 mL de lodo e centrifug-
lo a 3000 rpm para concentrar o material, o sobrenadante foi descartado. A partir de
ento foi seguido o protocolo apresentado por Jenkins (2004), que consiste em
homogeneizar uma gota do material retido aps a centrifugao com a mesma
quantidade do corante nanquim.
Aps esse procedimento, preparou-se uma lmina com essa amostra para ser
submetida microscopia de contraste de fase. Para tanto, utilizou-se o microscpio
tico Olympus, modelo DP-72, e com a utilizao do software Image-Pro Plus, as
imagens foram obtidas e processadas.
Essa tcnica foi utilizada para complementar e auxiliar na avaliao da
biodegradao do material dificilmente biodegradvel. De acordo com Jenkins
(2004), a avaliao do quanto o material foi biodegradado est relacionada com a
capacidade de o corante penetrar e colorir a extenso da amostra analisada.
Para Jenkins (2004), nas amostras coletadas em uma unidade de lodos
ativados em boas condies operacionais, ou seja, aquela em que o material
orgnico encontra-se estabilizado e que no apresenta escassez de nutrientes, o
corante nanquim capaz de penetrar no floco quase que completamente, quando
muito, deixando alguns centros claros. No entanto, em unidades que contenham
grandes quantidades de material polimrico exocelular, as imagens obtidas so
caracterizadas por apresentar grandes reas claras e com baixa densidade celular.
Porm, em condies reais, dificilmente ser possvel se deparar com um
reator que tenha estabilizado 100 % do seu material polimerizado, portanto, Jenkins
47
(2004) elucida que amostras de lodo que apresentem colorao marrom-dourada
podem ser consideradas dentro de condies operacionais normais.
Aps a obteno das imagens, elas foram tratadas de acordo com a
metodologia proposta e em fase de estudo por Ferraz1 em sua Tese de Doutorado,
que encontra-se em fase de desenvolvimento. O tratamento das imagens consiste
na classificao dos tons observados nas lminas para a obteno de resposta
quantitativa, em termos de porcentagem de rea, sobre o carbono no assimilado
pelos microrganismos.
No tratamento de imagem mostrado na Figura 12, por exemplo, os tons
negro, dourado escuro e dourado de brilho intenso correspondem, respectivamente,
s cores preta, vermelha e amarela. Para cada amostra, devem ser registradas ao
menos quatro imagens, calculando-se a rea das regies de interesse, que so
aquelas com dourado de brilho intenso. Posteriormente, obtm-se a mdia da rea
de interesse para que se possa verificar em qual condio operacional foi mais
efetiva a remoo do carbono orgnico dissolvido.
A aplicao desse tratamento de imagem ao teste de nanquim consiste em
uma ferramenta alternativa para controle operacional dos reatores, de fcil execuo
e baixo custo. Contudo, ressalta-se que sua aplicao no dispensa a realizao de
importantes anlises fsico-qumicas como a DQO.
1 Tese em desenvolvimento no Departamento de Hidrulica e Saneamento da Escola de Engenharia de
So Carlos - Universidade de So Paulo.
48
Figura 12. Imagem da microscopia com aplicao do corante nanquim. (a) Imagem original; (b) Imagem tratada com a escala de cores; (c) Legenda com a percentagem de rea ocupada por cada tonalidade.
4.7 Espectroscopia de Infravermelho
Alm das a
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