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21º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental ABES – Trabalhos Técnicos 1 II-201 - AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICOS-QUÍMICAS DE BIOSSÓLIDOS PROVENIENTES DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ESGOTO DOMÉSTICO AERÓBIO E ANAERÓBIO EM PERNAMBUCO Ana Maria Ribeiro Bastos da Silva (1) Química Industrial formada pela Universidade Católica de Pernambuco (UNICAP). Mestranda em Engenharia Civil na área de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Técnica de Laboratório no Departamento de Engenharia Química, Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE. Mario Takayuki Kato Engenheiro Civil formado pela UFPR. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC/USP. PhD em Tecnologia Ambiental pela Universidade Agrícola de Wageningen, Holanda. Prof. Adjunto do Departamento de Engenharia Civil, Chefe do Laboratório de Saneamento Ambiental, Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE. Lourdinha Florencio Engenheira Civil formada pela UFPE. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC/USP. PhD em Tecnologia Ambiental pela Universidade Agrícola de Wageningen, Holanda. Coordenadora da Área de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos do Mestrado em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE. Edmilson Santos de Lima Geólogo formado pela Universidade Federal de Pernambuco. Mestre em Geociências pela UFPE. PhD em Geociências pela Universidade da Califórnia (Los Angeles), EUA. Professor Titular do Departamento de Geologia, Chefe Laboratório de ICP da UFPE. Endereço (1) : Av. Acadêmico Hélio Ramos, S/N – Cidade Universitária - Recife - PE- CEP: 50740-530 – Brasil - Tel: (81) 3271-8228/8743 . e-mail: -{[email protected] ; [email protected]} RESUMO Este trabalho apresenta os resultados da caracterização físico-química de biossólidos de Estações de Tratamento de Esgotos domésticos aeróbio e anaeróbio de localidades distintas do Recife e do Cabo de Santo Agostinho no estado de Pernambuco, visando alternativas de tratamento para disposição final apropriada e aproveitamento do valor econômico e agronômico. As amostras foram coletadas nos meses de fevereiro a setembro de 2000. Os parâmetros físico-químicos monitorados foram pH, condutividade elétrica, alcalinidade total, nitrogênio total Kjeldahl, fósforo, potássio, sulfato, umidade a 65 e 105°C, sólidos totais a 105°C, sólidos totais fixos e voláteis a 550°C, sódio, ferro, cálcio, magnésio, silício, alumínio, manganês, cobre, zinco, níquel, chumbo e cromo. Para avaliação do conjunto de dados obtidos no monitoramento das características físico-químicas dos biossólidos, empregou-se a técnica estatística multivariada de “Análise de Componentes Principais” (ACP), tendo-se obtido 72% da variância concentrada nas três primeiras componentes principais. PALAVRAS-CHAVE: Caracterização, Biossólidos, Aeróbio, Anaeróbio, Análise de Componentes Principais INTRODUÇÃO A remoção das impurezas que estão dissolvidas e suspensas no meio líquido nas estações de efluentes sanitários (ETEs), durante as etapas de tratamento preliminar, primário, secundário e terciário das estações de esgotos, gera um grande volume de resíduos sólidos (Nicoll, 1989; Lima, 1996). O tratamento biológico transforma em massa celular, através da síntese biológica, as impurezas em suspensão e as substâncias dissolvidas que estão contidas no esgoto bruto, formando um subproduto sólido do processo depurador, o lodo. Da matéria orgânica que ingressa nas estações de tratamento de esgoto, cerca da metade é convertida em lodo e a outra parte é eliminada por gaseificação ou por liquefação (Eden et al.,1981; Imhoff & Imhoff, 1986; Lima, 1996). FOTO NÃO DISPONIVEL

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II-201 - AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS FÍSICOS-QUÍMICAS DEBIOSSÓLIDOS PROVENIENTES DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DEESGOTO DOMÉSTICO AERÓBIO E ANAERÓBIO EM PERNAMBUCO

Ana Maria Ribeiro Bastos da Silva(1)

Química Industrial formada pela Universidade Católica de Pernambuco (UNICAP).Mestranda em Engenharia Civil na área de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pelaUniversidade Federal de Pernambuco (UFPE). Técnica de Laboratório no Departamento deEngenharia Química, Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE.Mario Takayuki KatoEngenheiro Civil formado pela UFPR. Mestre em Hidráulica e Saneamento pelaEESC/USP. PhD em Tecnologia Ambiental pela Universidade Agrícola de Wageningen,Holanda. Prof. Adjunto do Departamento de Engenharia Civil, Chefe do Laboratório de SaneamentoAmbiental, Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE.Lourdinha FlorencioEngenheira Civil formada pela UFPE. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC/USP. PhD emTecnologia Ambiental pela Universidade Agrícola de Wageningen, Holanda. Coordenadora da Área deTecnologia Ambiental e Recursos Hídricos do Mestrado em Engenharia Civil, Centro de Tecnologia eGeociências da UFPE.Edmilson Santos de LimaGeólogo formado pela Universidade Federal de Pernambuco. Mestre em Geociências pela UFPE. PhD emGeociências pela Universidade da Califórnia (Los Angeles), EUA. Professor Titular do Departamento deGeologia, Chefe Laboratório de ICP da UFPE.

Endereço(1): Av. Acadêmico Hélio Ramos, S/N – Cidade Universitária - Recife - PE- CEP: 50740-530 – Brasil- Tel: (81) 3271-8228/8743 . e-mail: -{[email protected]; [email protected]}

RESUMO

Este trabalho apresenta os resultados da caracterização físico-química de biossólidos de Estações deTratamento de Esgotos domésticos aeróbio e anaeróbio de localidades distintas do Recife e do Cabo de SantoAgostinho no estado de Pernambuco, visando alternativas de tratamento para disposição final apropriada eaproveitamento do valor econômico e agronômico. As amostras foram coletadas nos meses de fevereiro asetembro de 2000. Os parâmetros físico-químicos monitorados foram pH, condutividade elétrica, alcalinidadetotal, nitrogênio total Kjeldahl, fósforo, potássio, sulfato, umidade a 65 e 105°C, sólidos totais a 105°C,sólidos totais fixos e voláteis a 550°C, sódio, ferro, cálcio, magnésio, silício, alumínio, manganês, cobre,zinco, níquel, chumbo e cromo. Para avaliação do conjunto de dados obtidos no monitoramento dascaracterísticas físico-químicas dos biossólidos, empregou-se a técnica estatística multivariada de “Análise deComponentes Principais” (ACP), tendo-se obtido 72% da variância concentrada nas três primeirascomponentes principais.

PALAVRAS-CHAVE: Caracterização, Biossólidos, Aeróbio, Anaeróbio, Análise de Componentes Principais

INTRODUÇÃO

A remoção das impurezas que estão dissolvidas e suspensas no meio líquido nas estações de efluentessanitários (ETEs), durante as etapas de tratamento preliminar, primário, secundário e terciário das estações deesgotos, gera um grande volume de resíduos sólidos (Nicoll, 1989; Lima, 1996).

O tratamento biológico transforma em massa celular, através da síntese biológica, as impurezas em suspensãoe as substâncias dissolvidas que estão contidas no esgoto bruto, formando um subproduto sólido do processodepurador, o lodo. Da matéria orgânica que ingressa nas estações de tratamento de esgoto, cerca da metade éconvertida em lodo e a outra parte é eliminada por gaseificação ou por liquefação (Eden et al.,1981; Imhoff &Imhoff, 1986; Lima, 1996).

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A quantidade e a natureza do lodo gerado podem ser relacionadas com as características do esgoto e doprocesso de tratamento empregado, seu volume é tanto maior quanto mais avançado é o grau de tratamento.Comparando o lodo secundário com o lodo primário, observa-se que este é concentrado e desidrata maisrapidamente, devido à sua natureza mais fibrosa e grosseira (Imhoff & Imhoff, 1986; Jordão e Pessoa, 1995).

O lodo proveniente dos reatores anaeróbios possui produção bem baixa e elevada concentração. O lodo já saiestabilizado e pode ser simplesmente desidratado em leitos de secagem (Von Sperling, 1995).

Os lodos digeridos aerobicamente tendem a concentrar mais os nutrientes e patógenos; enquanto os lodosanaeróbios são naturalmente menos concentrados com relação a esses dois componentes (Ilhenfeld et al.,1999).

A respeito da composição química e outras características, pode-se dizer que os lodos apresentam qualidade equantidade próprias que dependem de vários fatores como: dieta da população contribuinte, o tipo (presençade algum despejo não doméstico), os processos e o grau do tratamento de esgoto, além de outros (Nicoll,1989; Lima, 1996).

O lodo pode ter na sua composição: substâncias inorgânicas e orgânicas (proteína, hidrato de carbono egordura), biodegradáveis e inertes, combustíveis ou não, separadas durante o processo de tratamento dosesgotos. No lodo se encontram 70% de matéria orgânica e 30% de matéria mineral (Imhoff & Imhoff, 1986Nicoll, 1989; Von Sperling, 1995).

Adicionalmente, o lodo das estações de tratamento de efluente doméstico contém pequena quantidade demetais pesados provenientes da própria natureza dos resíduos e das canalizações (Ferreira et al., 1999). Osmetais pesados em grandes concentrações são componentes perigosos, pois inibem o tratamento biológico esão tóxicos às plantas, aos animais e ao homem (Jordão e Pessoa, 1995; Santos e Tsutiya, 1997).

No tratamento aeróbio, os metais como o cromo podem ter efeito adverso, particularmente na fase denitrificação. O processo de digestão anaeróbia, por sua vez, está sujeito a inibições por metais, como zinco ecádmio (Eden et al., 1981).

Segundo Lima (1996), a presença do cálcio, do magnésio e de alguns micronutrientes minerais já foi detectadanos lodos e comprovada como necessária ao crescimento das plantas quando utilizados como adubos. Sabe-seque muitas plantas não se desenvolvem completamente quando o solo não dispõe de pequenas quantidades deboro, cobre, zinco e manganês. Sob esse aspecto, portanto, o valor dos lodos de esgotos é inestimável.

Quando se quer tratar o lodo, a primeira atividade a ser realizada é o levantamento das suas característicasqualitativas e quantitativas (Nicoll, 1989; Lima, 1996).

Jordão e Pessoa (1995) e Santos e Tsutiya (1997) afirmam que para se escolher os processos de tratamento edisposição final, os principais constituintes do lodo a serem levantados são: matéria orgânica, nutrientes,organismos patogênicos, metais pesados, produtos químicos e substâncias tóxicas.

A Water Environment Federation (WEF) recomenda para designar o lodo tratado ou beneficiado em estaçõesde tratamento de esgoto municipais pelo termo BIOSSÓLIDOS (Santos e Tsutiya, 1997).

Diante da grande quantidade dos parâmetros utilizados para monitorar as características físico-químicas dolodo das estações de tratamento de esgotos, neste trabalho empregou-se a técnica estatística multivariada de“Análise de Componentes Principais” (ACP). Esta técnica reduz a dimensionalidade do conjunto de dadoscom o mínimo de perda de informação estatística, separa a informação importante da redundante, reconhecepadrões de comportamento, detecta amostras que não se encaixam no modelo, facilita a visualização e ainterpretação dos resultados (Moita Neto e Moita, 1998; Egreja Filho et al., 1999).

Este trabalho teve por finalidade estudar as características físico-químicas dos biossólidos de três estações detratamento de esgotos domésticos, uma aeróbia e duas anaeróbias de sistemas de esgotamento sanitário delocalidades distintas do Recife e do Cabo de Santo Agostinho no estado de Pernambuco. Este estudo é parte deum trabalho mais amplo que visa alternativas de tratamento para disposição final apropriada e aproveitamentodo valor econômico e agronômico dos resíduos sólidos de esgotos sanitários.

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MATERIAIS E MÉTODOS

FONTE DE BIOSSÓLIDOS

Esta pesquisa foi realizada com biossólidos de três unidades, sendo dois provenientes de sistemas do tipocondominal e que tratam os esgotos pelo processo de Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo(UASB), construídos e instalados pela Companhia Pernambucana de Saneamento (COMPESA), e outro deuma ETE de lodo ativado com aeração prolongada, construído e instalado por um empreendimento hoteleirode alto padrão. Estes três sistemas de tratamento vem sendo monitorando há alguns anos pelo Grupo deSaneamento Ambiental do Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de Pernambuco.

1 - ETE Mangueira: localizada no bairro da Mangueira na Região Metropolitana do Recife, foi projetadapara atender a população dos bairros da Mangueira, San Martim e adjacências, somando aproximadamente18.000 habitantes, mas atualmente atendendo a 13.500 habitantes. A vazão média de esgoto que chega aestação é aproximadamente 2678,4 m3/dia, enquanto sua vazão máxima está em torno de 4406,4 m3/dia. Osistema de tratamento é composto por uma estação elevatória, uma calha Parshall, uma grade de barras, duascaixas de areia, um reator tipo UASB (projetado com oito células individuais operadas em paralelo) comvolume de 810 m3, uma lagoa de estabilização e oito leitos de secagem (Figura 1A). As descargas de lodo deexcesso foram efetuadas nas células dois e oito em janeiro de 1999, e em todas as células no mês de agosto de2000. Cada descarga correspondia a um volume total de 8,6 m3 de lodo de cada célula.

2 - ETE Vila São João: localizada no bairro do DETRAN na Região Metropolitana do Recife, foi projetadapara receber efluente das residências da Vila São João atendendo a aproximadamente 8.500 habitantes. Avazão média de esgoto do projeto que chega a estação é aproximadamente 1824 m3/dia, enquanto sua vazãomáxima está em torno de 2736 m3/dia e vazão mínima em 912 m3/dia. O sistema de tratamento é composto poruma estação elevatória, uma calha Parshall, uma grade de barras, duas caixas de areia, um reator tipo UASB(projetado com quatro células individuais operadas em paralelo) e quatro leitos de secagem (Figura 2A).

3 - ETE aeróbia localiza-se no Hotel Blue Tree Park no município do Cabo de Santo Agostinho, foi projetadapara receber efluente do hotel atendendo a aproximadamente 1.000 hóspedes. A vazão média de esgoto deprojeto que chega a estação é aproximadamente 360 m3/dia e a sua vazão máxima em 540 m3/dia. O sistema écomposto por duas estações elevatórias, duas caixas de entradas, duas grades de barras, três calhas Parshall,três tanques de aeração com difusores de ar tipo bolha média, três decantadores não mecanizado com fluxohorizontal, três dispositivo de “air lift” para retorno contínuo do lodo do decantador aos tanques de aeração etrês tanques de lodo para adensamento e estocagem (Figura 3A). A remoção do lodo é feita por caminhõeslimpa-fossa para desidratação em lagoa de lodo na ETE Janga, localizada no município de Paulista. Adescarga de lodo de excesso é efetuada quando o mesmo possui sólido sedimentável acima de 800 mL/L, issoocorre geralmente a cada dois meses, coincidindo com períodos de alta estação (julho e dezembro) e eventoscomo congresso ou convenções (maio e junho). O volume total de lodo descartado é de 210.000 litros a cadavez (70.000 litros em cada tanque de lodo).

AMOSTRAGEM E ANÁLISES

No presente estudo, as amostragens foram realizadas nos meses de fevereiro a setembro de 2000, sendocoletadas de cada ponto 2 litros de lodo em garrafas plásticas. Logo em seguida as amostras foramacondicionadas, etiquetadas, transportadas e analisadas no Laboratório de Saneamento Ambiental(Departamento de Engenharia Civil) e no Laboratório ICP-AES (Departamento de Geologia), ambos daUniversidade Federal de Pernambuco (UFPE).

As amostras de lodo anaérobio foram coletadas na ETE Mangueira na tubulação de descarga de lodo deexcesso, a 0,5m de altura do fundo, nas oito células do reator UASB e na superfície do lado direito na lagoa depolimento em operação (Figura 1).

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Figura 1 – Vista superior do reator UASB e da lagoa de polimento da ETE mangueira ETE (A),tubulação de tomada do lodo de excesso do reator UASB (B) e do local de amostragem na lagoa depolimento (C).

Na ETE Vila São João foram coletados biossólidos na tubulação de descarga de lodo de excesso, a 0,5m dealtura do fundo, nas quatro células do reator UASB (Figura 2).

Figura 2 – Vista frontal da ETE Vila São João (A) e da tubulação de tomada do lodo de excesso doreator UASB (B).

Na ETE aeróbia o lodo foi coletado na canaleta de recirculação de retorno do lodo de excesso do decantadorsecundário (Figura 3).

Figura 3 – Vista superior da ETE aeróbia (A) e da canaleta de tomada do lodo de excesso de retorno dodecantador secundário (B).

BA C

A B

A B

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Na caracterização físico-química das amostras de lodos semi-sólidos, foram analisados os seguintesparâmetros: pH, condutividade elétrica, alcalinidade total, umidade a 65 e 105°C, sólidos totais a 105°C,sólidos totais fixos e voláteis a 550°C. Nas amostras secas a 105°C foram analisados: sulfato, fósforo total,nitrogênio total Kjeldahl, potássio, sódio, ferro, cálcio, magnésio, silício, alumínio, manganês, cobre, zinco,níquel, chumbo e cromo. Os metais pesados foram analisados através de espectrômetro de emissão atômicacom indução de plasma (ICP- AES) (marca Plasma Spectrometer IRIS - modelo Termo Jarrell AshCorporation) em amostras trituradas, calcinadas e digeridas com os ácidos nítrico e nítrico+perclórico. Osprocedimentos analíticos foram baseados no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater(APHA, 1995); Silva (1977) e Kiehl (1985).

ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS

A técnica estatística multivariada de Análise de Componentes Principais (ACP) consiste numa transformaçãoda informação original (dados originais) projetando (comprimindo) em um número menor de dimensões deforma a permitir a visualização global dos dados no espaço n-dimensional através de gráficos bi outridimensionais (Esbensen et al. 1994 e Sena et al., 2000). Os novos eixos são combinações lineares dos eixosoriginais. Os escores são as projeções (localização) dos dados nesses novos eixos nas componentes principais(CP’s) e os pesos indicam a contribuição de cada variável original nos novos eixos (Sharaf et al. 1986,Massart et al. 1988 e Sena et al., 2000).

O conjunto de dados é colocado na matriz de dados “D” formada por mxn elementos, onde as linhascorrespondem aos “m” objetos e as colunas correspondem às “n” variáveis (Moita Neto & Moita, 1998).

Na ACP, os dados devem ser autoescalonados (média zero e variância um) para assegurar que todas asvariáveis contribuam igualmente para o modelo, independente da escala. Utiliza-se a técnica da validaçãocruzada para achar o melhor número de variáveis latentes calculando o número de componentes semacrescentar ruído, na qual o erro mínimo de previsão é determinado (Sena et al., 2000).

As projeções bidimensionais dos dados nas CPs podem ser examinadas em relações aos objetos através dosgráficos dos escores (Sena et al., 2000) e das variáveis através da combinação linear dos pesos (Egreja Filho etal., 1999).

Os resultados obtidos das análises dos biossólidos compõem um conjunto de dados de característicasmultivariadas. Para facilitar a visualização e a interpretação dos resultados, devido a essa grande quantidade deinformação, utilizou-se neste a técnica multivariada de análise de componentes principais, o programa THEUNSCRAMBLER ® versão 7.01, CAMO ASA 1998.

Dentre os 24 parâmetros físico-químicos monitorados, não foram incluídos na ACP os resultados dos teores deNi e Pb por apresentarem várias amostras com valores abaixo dos limites de detecção do método analítico(0,05 mg/ L de cada metal).

A matriz total dos dados representada no espaço tem, portanto, dimensões de 34 amostras por 22 parâmetros.

Na apresentação matemática dos pesos das CPs, atribuí-se as seguintes notações para as variáveis: pH,condutividade elétrica (CE), alcalinidade total (AT), sulfato (S), fósforo total (P), nitrogênio total Kjeldahl(N), potássio (K), umidade a 65 (U65) e 105°C (U105), sólidos totais a 105°C (ST), sólidos totais fixos (STF)e voláteis a 550°C (STV), sódio (Na), ferro (Fe), cálcio (Ca), magnésio (Mg), silício (Si), alumínio (Al),manganês (Mn), cobre (Cu), zinco (Zn) e cromo (Cr).

Na apresentação dos gráficos dos escores, foram atribuídas as seguintes notações para as amostras da ETEMangueira, célula 1 (M1); célula 2 (M2); célula 3 (M3); célula 4 (M4); célula 5 (M5); célula 6 (M6); célula 7(M7); célula 8 (M8) e lagoa de polimento (MLP); para a ETE Vila São João utilizou-se para célula 1 (VSJ1),célula 2 (VSJ2), célula 3 (VSJ3), célula 4 (VSJ4) e para a ETE aeróbia usou-se (BTP) para o lodo de retornodo decantador secundário.

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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

A variação dos resultados obtidos na caracterização físico-química dos biossólidos aeróbio e anaeróbios daRegião Metropolitana do Recife (RMR) no período em estudo utilizado na ACP estão apresentados na Tabela1.

Tabela 1 - Características físico-química dos biossólidos aeróbio e anaeróbios da RMR, PEETE Mangueira

PARÂMETROS (reator UASB) (lagoa depolimento)

ETE Vila São João(reator UASB)

ETE Aeróbia(decantadorsecundário)

pH 6,83 – 8,39 6,65 – 8,02 7,33 – 7,89 6,93 – 7,86Condutividade Elétrica(1)

864 - 1914 942 - 1151 2280 - 6380 356 - 516

Alcalinidade Total (2) 383,1 – 966,4 332,9 – 420,5 1086,5 – 3496,9 98,8 – 146,1Sulfato (em S) (3) 2,80 – 16,6 8,52 – 23,6 2,96 – 10,7 31,5Fósforo Total (em P) (3) 0,17 – 0,56 0,54 – 0,78 0,27 – 0,84 0,60 – 0,80Nitrogênio Total deKjeldahl (em NTK-N) (3)

14,8 – 21,7 19,4 – 24,4 12,7 – 21,0 3,80 – 66,3

Potássio (em K) (3) 0,99 – 4,52 3,97 – 3,98 1,87 – 21, 2 4,5 – 12,1Umidade a 65 °°C (4) 86,2 – 94,7 97,6 – 98,4 79,3 – 99,7 99,8 – 99,9Umidade a 105 °°C (4) 86,4 – 94,78 97,66 – 98,45 81,0 – 99,72 99,8 – 99,9Sólidos totais a 105°°C (4) 5,22 – 13,6 1,55 – 2,34 0,28 – 19,0 0,08 – 0,19Sólidos totais fixos a550°°C (5)

61,2 – 69,3 62,1 – 63,2 68,1 – 78,6 30,2 – 49,4

Sólidos totais voláteis a550°°C (5)

30,7 – 38,8 36,8 – 37,9 21,4 – 31,9 50,6 – 69,8

Sódio (em Na) (3) 1,30 – 4,26 3,28 – 5,30 1,14 – 36,3 11,9 – 56,8Ferro (em Fe) (3) 15,6 – 43,9 0,22 – 32,9 18,2 – 35,5 4,0 – 5,8Cálcio (em Ca) (3) 17,7 – 35,6 0,26 – 28,8 13,1 – 21,5 13,6 – 16,8Magnésio (em Mg) (3) 2,31 – 5,96 2,39 – 2,91 1,8 – 4,62 3,07 – 4,32Silício (em Si) (3) 0,09 – 0,36 0,1 – 0,26 0,12 – 6,14 0,48 – 15Alumínio (em Al) (3) 2,51 - 60 0,34 - 61 25,6 – 88,2 7,31 – 20,3Manganês (em Mn) (3) 0,15 – 0,34 0,24 – 0,35 0,13 – 0,17 0,05 – 0,71Cobre (em Cu) (6) 44,6 – 87,4 74 – 81,1 20,3 – 85,6 1284,9 – 3963,7Zinco (em Zn) (6) 273,4 – 587,2 464,3 – 470 45,6 – 490,5 348,4 – 975Cromo (em Cr) (6) 36,8 – 83,3 54,9 – 72 43,2 – 99 N.D. – 167,9Níquel (em Ni) (6) 10,8 – 33 – N.D. – 87,9 N.D.Chumbo (em Pb) (6) 32,1 – 36 – N.D. N.D. – 64,5N.D. – não detectado pelo método analítico (0,05 mg/ L de cada metal).detectado(1) µS/cm(2) mg de CaCO3/L(3) g/kg de lodo seco(4) % massa úmida(5) % sólidos totais(6) mg/kg de lodo seco

RESULTADOS E DISCUSSÕES DA ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS

Na análise de componentes principais dos dados das amostras de biossólidos, 41% da informação original estácontida na primeira componente (CP1), que pode ser representada, em termos dos pesos:

PC1 = 1.12e-02 pH – 0.13 CE – 0.16 AT + 0.37 S + 0.29 P + 0.29 N + 0.12 K + 0.24 U65 + 0.24 U105 –0.24 ST – 0.26 STF + 0.26 STV + 0.18 Na – 0.25 Fe – 0.12 Ca + 0.14 Mg + 0.13 Si – 0.20 Al + 0.11 Mn +0.26 Cu + 0.16 Zn + 0.21 Cr. (1)

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A análise dos pesos revelam que a CP1 é constituída principalmente pelo sulfato e em menores proporções porfósforo, nitrogênio, sólidos totais voláteis, umidade a 65 e 105°C e cobre (com sinal positivo) e sólidos totais,sólidos totais fixos e ferro (com sinal negativo). O fato destas variáveis estarem representadas na mesmacomponente implica numa correlação entre elas. Podemos interpretar que a CP1 é constituída principalmentepelas variáveis relacionadas com os nutrientes. Estes parâmetros são influenciados pelo esgoto e o tipo dosistema de tratamento que produz lodos de diferentes características.Na segunda componente principal (CP2) são explicados 19% da informação original, e pode ser apresentadamatematicamente como se segue:

PC2 = 7.41e-02 pH + 0.23 CE + 0.27 AT – 0.11 S + 0.23 P – 7.04e-02 N + 0.36 K + 0.18 U65 + 0.18 U105 –0.18 ST + 0.22 STF – 0.22 STV + 0.29 Na – 3.94e-02 Fe – 0.11 Ca + 0.14 Mg + 0.37 Si – 4.70e-02 Al –0.11Mn – 0.14 Cu – 0.38 Zn – 0.19 Cr. (2)

A análise dos pesos revela que a CP2 é constituída principalmente pelas variáveis zinco (com valoresnegativos) e com valores positivos potássio e silício, em menores proporções pelo sódio.Na terceira componente principal (CP3) são retidos 12% da informação original e os pesos podem ser assimrepresentados:

PC3 = 9.01e-02 pH – 0.43 CE – 0.39 AT – 0.11 S – 4.53e-02 P – 0,14 N – 2.16e-02 K + 0,11 U65 + 9.20e-02

U105 – 9.20e-02 ST + 8.41e-02 STF – 8.41e-02 STV – 6.38e-02 Na – 2.27e-02 Fe + 0.37 Ca + 0.28 Mg – 7.71e-02

Si – 0.34 Al + 0.27 Mn – 0.19 Cu – 9.29e-02 Zn – 0.35 Cr. (3)

A PC3 pode ser interpretada em termos de composição iônica que é influenciada pelo esgoto produzido nasatividades humanas (residenciais e comerciais) que chega a ETE. Na PC3, os maiores pesos são atribuídos asvariáveis cálcio (com sinal +) e condutividade elétrica, alcalinidade total, alumínio e cromo (com sinal –) Emmenores proporções contribuem as variáveis magnésio e manganês (sinal positivo)As três primeiras componentes retêm, portanto 72% da informação original total dos dados. A Figura 1apresenta o gráfico dos escores dos objetos na componente principal 1 versus a componente principal 2. NaFigura 2 encontra-se o gráfico dos escores dos objetos na componente principal 1 versus da componenteprincipal 3.

Figura 1 – Gráfico dos escores dos objetos nas duas primeiras componentes principais da Análise deComponentes Principais para a caracterização de lodo de ETE’s, segundo parâmetros físico-químicos.

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Na Figura 1 observa-se que as amostras apresentam uma certa estrutura, refletindo as características dos tiposde lodos formados nos ETE’s. No eixo horizontal, pode-se observar a formação de um grupo com as amostrasde lodo da ETE aeróbia na extrema direita dos demais na CP1. As amostras da ETE Vila São João coletadasno mês de julho de 2000 apresentam maiores escores com valores negativos na CP1, situando-se na extremaesquerda do gráfico. As amostras de lodo anaeróbio da ETE Mangueira encontram-se em posiçãointermediária. A amostra de lodo da ETE Mangueira, da lagoa de polimento, coletada no mês de maio de2000 apresenta-se anômala em relação às demais amostras desta estação, com maiores valores positivos naCP1. No eixo vertical, as amostras da ETE Vila São João coletadas no mês de junho de 2000 apresentam-sedestacadas com altos escores positivos na CP2.

Pela estrutura apresentada no gráfico dos escores CP1 versus CP2 e pela composição de cada componenteprincipal, conclui-se que o lodo da ETE aeróbia caracteriza-se por apresentarem, em geral, valores altos dasvariáveis: sulfato (31,5 g de S/kg de lodo seco), fósforo (0,60 - 0,80 g de P/kg de lodo seco), nitrogênio totalde Kjeldahl (47,3 – 66,3 g de N-NTK/kg de lodo seco), umidade a 65°C (99,8 – 99,9% de massa úmida),umidade a 105°C (99,8 – 99,9% de massa úmida), e sólidos totais voláteis (50,6 – 69,8% dos sólidos totais) ecobre (1284,9 - 3963,7 mg de Cu/kg de lodo seco). Podemos ainda observar que a amostra de lodo da ETE demaio apresentava valores altos das variáveis de sódio (56,8 g de Na/kg de lodo seco) e silício (15 g de Si/kg delodo seco). Enquanto que as amostras da ETE de agosto a setembro de 2000 apresentaram valores elevadosda variável zinco (708,7 – 975 mg de Zn/kg de lodo seco). Esta ETE contêm o teor de cobre acima doespecificado pela lei Federal Alemã (Imhoff & Imhoff, 1986). Segundo relato de funcionários do Hotel, issoprovavelmente ocorreu devido a problema no sistema de refrigeração, sendo o líquido enviado a ETE.

A amostra de lodo anaeróbio da ETE Mangueira, da lagoa de polimento, de maio de 2000, caracteriza-se naPC1 por apresentarem valores altos das variáveis: sulfato (23,6 g de S/kg de lodo seco), fósforo (0,78 g de P/kgde lodo seco), nitrogênio total de Kjeldahl (24,4 g de N-NTK/kg de lodo seco), umidade a 65°C (98,4% demassa úmida), umidade a 105°C (98,45% de massa úmida) e sólidos totais voláteis (37,9% dos sólidos totais).Também apresentava valores altos das variáveis: potássio (3,98 g de K/kg de lodo seco) e silício (0,26 g deSi/kg de lodo seco).

As amostras de lodo da ETE Vila São João, de julho de 2000, caracteriza-se na PC1 por apresentarem valoresaltos das variáveis: sólidos totais (14,0 – 19,0% de massa úmida), sólidos totais fixos (69,45 – 69,78% dossólidos totais) e ferro (29,9 – 35,5 g de Fe/kg de lodo seco). Também apresentaram valores altos da variávelzinco (429,4 – 490,5 mg de Zn/kg de lodo seco). Este lodo anaeróbio destaca-se nesta componente porque foicoletado após quinze dias da paralisação da ETE Vila São João devido a problemas operacionais.

Na CP2, observa-se claramente a diferenciação das amostras do lodo anaeróbio da ETE Vila São João, dejunho de 2000, que se caracterizam por apresentarem valores altos das variáveis: potássio (5,55 – 21,2 g deK/kg de lodo seco), sódio (11,3 – 36,3 g de Na/kg de lodo seco) e silício (4,41 – 6,14 g de Si/kg de lodo seco).Podemos ainda observar que a amostra de lodo das célula 1 apresentava valor alto da variável: ferro (33 g deFe/kg de lodo seco). Enquanto que as amostras de lodo das células 2 e 4 apresentaram valores altos davariáveis: fósforo (0,48 - 0,84 g de P/kg de lodo seco), nitrogênio total de Kjeldahl (19,6 – 21,0 g de N-NTK/kg de lodo seco), umidade a 65°C (99,5 – 99,7% de massa úmida) e umidade a 105°C (99,51 – 99,72%de massa úmida).

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Figura 2 – Gráfico dos escores da primeira e terceira CP’s da ACP para a caracterização de lodo deETE’s, segundo parâmetros físico-químicos.

De maneira geral, as amostras da ETE Mangueira encontram-se nas CPs em posição intermediária. No eixovertical, as amostras de lodo anaeróbio das células 4 e 6 no mês de fevereiro de 2000 destacam-se porapresentarem os maiores escores positivos na CP3 das variáveis: cálcio (29,8 – 30,5 g de Ca/kg de lodo seco),magnésio (5,92 – 5,96 g de Mg/kg de lodo seco) e manganês (0,32 mg Mn/kg de lodo seco).

Pelo método das Análises dos Componentes Principais, observa-se a separação nítida do conjunto original dosdados das variáveis autoescalonadas em categorias caracterizadas, principalmente pela ETE. A maior variaçãodos dados está relacionada com as concentrações de nutrientes e umidade que separam a ETE aeróbia dasdemais ETE’s. Este comportamento evidencia a influência do tipo de sistema de tratamento de esgoto com olodo gerado.

CONCLUSÕES

- A aplicação da ACP possibilitou a identificação das principais tendências nos dados (de acordo com as PCs),além de relacionar a caracterização físico-química dos biossólidos aeróbios e anaeróbios em estudo, com ascaracterísticas do esgoto do qual foi gerado e o processo de tratamento empregado.

- As diferentes possibilidades de disposição final e usos dos biossólidos indicam a sua potencialidade deaplicação. Segundo Mendonça & Campos (1999), a utilização de lodos para fins agrícolas necessita detratamento para desinfetá-los, como calagem, compostagem e vermicompostagem, estes tratamentos já vemsendo estudado em diversos estados do Brasil. A sua utilização em solos deve respeitar as características locais(solo, condições pluviométricas, etc.) e o tipo de cultura em questão.

- Durante o tempo de experimento, verificou-se um alto teor de sais, exceto para o lodo da ETE aeróbia. Osvalores dos metais (alumínio, ferro, cálcio e outros) pesquisados altos comprovam esta teoria, mostrando que asua utilização em solos para reflorestamento, plantios de árvores frutíferas e plantas ornamentais deve ser feitocom algumas reservas.

- Atualmente, a disposição final dos lodos estudados ocorre no terreno das próprias ETE’s, pois o aterrocontrolado da Muribeca em Jaboatão dos Guararapes em Pernambuco não recebe este tipo de resíduo. Éimportante ressaltar que os lodos das ETE’s em estudo não recebem nenhum tipo de tratamento para remoçãode patógenos e também dos metais tóxicos (como no caso do cobre da ETE aeróbia), e que estes são utilizadoscomo adubo pelos moradores das localidades próximas das ETEs.

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