Resolver problemas de tratamento das lagoas de efluentes

O processo de tratamento das lagoas geralmente funciona bem para o tratamento de águas residuais em pequenas comunidades; no entanto nem sempre é mantida a qualidade da efluente exigida pelos regulamentos. Os problemas mais frequentes são os níveis elevados de CBO5, TSS e amónia (quando os mesmos estiverem regulados), e o pH alto ou baixo. Além disso, o odor das lagoas pode ser um problema. Vamos apresentar aqui a resolução possível para alguns problemas típicos e também as situações onde a bioaumentação pode ser uma solução rentável e fácil de implementar para muitos problemas de tratamento de efluentes das lagoas.

CAUSAS DA NÃO CONFORMIDADE NAS LAGOAS DE EFLUENTES

Os problemas das lagoas de efluentes têm várias causas. Os mais comuns são: sobrecarga orgânica e o concomitante decréscimo de oxigénio dissolvido; curto tempo de detenção hidráulica ou curto-circuito; crescimento excessivo de algas ou de bactérias sulfurosas; acumulação de lamas residuais (lodo); e nitrificação parcial.

CBO

A alta concentração do efluente CBO5 pode ter várias causas. Estas incluem o tratamento incompleto das águas residuais devido à sobrecarga orgânica, baixa concentração de oxigénio e curto tempo de detenção hidráulica; curto-circuito físico; crescimento excessivo de algas ou de bactérias sulfurosas; a acumulação de lamas residuais e perda de lodo antigo para os efluentes. Os valores altos de CBO5 também podem ser causados pela alta concentração de amónia no efluente e nitrificação no ensaio em frasco da CBO, gerando uma elevada utilização de oxigénio no teste da CBO, quando os valores reais da Carência Bioquímica de Oxigénio da matéria carbonácea dos efluentes são baixos.

TSS

Um TSS alto é geralmente causado pelo crescimento excessivo de algas ou de bactérias sulfurosas, pela perda de lodo antigo para os efluentes, ou pela sobrecarga orgânica e crescimento bacteriano disperso.

pH

Os problemas de pH alto ou baixo nos efluentes podem ocorrer por diversas razões. O pH baixo dos efluentes (<7.0) pode dever-se à sobrecarga orgânica e condições de baixo nível de oxigénio, ou à nitrificação, quando a alcalinidade da lagoa (capacidade de tampão) é baixa. O pH alto dos efluentes deve-se sempre ao extenso crescimento das algas. As algas consomem alcalinidade (carbono inorgânico) para crescerem e o pH aumenta quando as algas consomem alcalinidade nesta ordem, dióxido de carbono, bicarbonato e carbonato.
Amónia

A amónia é removida em primeiro lugar nos sistemas de lagoa através da nitrificação microbiológica ao nitrato. As lagoas apoiam muitas vezes a nitrificação e têm baixas concentrações de amónia nos efluentes. No entanto, um grande problema nas lagoas é as baixas temperaturas do inverno devido ao tempo alargado de detenção hidráulica e à perda da temperatura mais quente do afluente das águas residuais. As águas residuais mantêm-se suficientemente quentes para a nitrificação durante todo o ano (5-8C) no processo de lamas activadas devido ao tempo de detenção hidráulica relativamente baixo (4-24 horas) durante o qual as águas residuais são tratadas. Em climas mais frios, a nitrificação cessa nas lagoas no inverno e no início da primavera.

Outros factores que limitam a nitrificação nas lagoas são a baixa concentração de oxigénio e a baixa alcalinidade. A nitrificação requer 2.0 mg/l ou uma maior concentração de oxigénio dissolvido para um desempenho perfeito. A alcalinidade (carbono inorgânico) é reclamada pelas bactérias nitrificantes e a nitrificação fica limitada a um total de alcalinidade carbonada de <60-80 mg/l. Um sinal de uma limitação de alcalinidade para a nitrificação é a acumulação de nitrito em cerca de 1-2 mg/l. A nitrificação pode ser aumentada subindo a concentração de oxigénio dissolvido e suplementando a alcalinidade (geralmente com cal), mas não se pode fazer nada sobre as temperaturas baixas.

Odor
O odor em lagoas é sempre causado pelas condições de baixo oxigénio onde as bactérias utilizam receptores de electrões alternativos para oxidar a CBO; sulfato, produzindo sulfureto de hidrogénio, e a fermentação real de materiais orgânicos, produzindo ácidos orgânicos odoríferos. Esta condição ocorre na sobrecarga orgânica, em condições de baixo oxigénio, e quando a acumulação de lamas residuais se torna excessiva. A bioaumentação é uma solução tipicamente eficaz para os problemas de odor, pois pode ajudar a resolver problemas associados à septicidade e evita a produção de sulfureto de hidrogénio.

TESTES PARA DETERMINAR AS CAUSAS DA NÃO CONFORMIDADE DOS EFLUENTES
Os testes necessários para a resolução de problemas dos sistemas de lagoas incluem:

1. Dados da CBO5 e TSS dos efluentes por pelo menos três anos.
2. Medição do cCBO no efluente
3. CBO5 solúvel dos efluentes e o total de concentrações da CBO
4. pH dos efluentes e a sua variação diurna
5. Concentração de oxigénio dissolvido da lagoa e a sua variação diurna
6. Resultados dos exames microscópicos
7. A altura do ano em que ocorrem os problemas dos efluentes.

Exames Microscópicos
A examinação microscópica do efluente, utilizando um microscópio com contraste de fase, pode identificar e quantificar os organismos específicos que causam os problemas dos efluentes. Os três grupos de organismos indicadores mais úteis são as bactérias filamentosas, algas e as bactérias sulfurosas.
As bactérias filamentosas são um grande problema na operação de lamas activadas, onde o crescimento elevado das mesmas provoca um volume excessivo de lamas residuais. Cerca de 20 espécies diferentes de bactérias filamentosas ocorrem nas lamas activadas, cada uma com uma causa específica. Muitas dessas bactérias filamentosas ocorrem em lagoas activadas, onde não causam um problema de volume, mas são úteis para diagnosticar as condições de crescimento na lagoa e os problemas que estão a ocorrer. Dois grupos de filamentos: Sphaerotilus natans, tipo 1701 e Haliscomenobacter hydrossis; e (2) os filamentos causados pela septicidade: Thiotrix I e II, tipo 0914, tipo 0411 e Beggiatoa spp. Um grande volume destes filamentos nas lagoas de efluentes indica que existem condições de baixos níveis de oxigénio ou de septicidade.

As algas são um componente biológico normal e necessário numa lagoa, responsáveis por grande parte do oxigénio utilizado na estabilização da CBO mesmo se o sistema for arejado mecanicamente. No entanto podem crescer demasiado e aumentar o TSS, CBO5 e pH dos efluentes. Existem muitas espécies de algas nas lagoas, e cada espécie pode ter impacto na CBO5 dos efluentes >30 mg/l (não está em conformidade). As causas do crescimento excessivo das algas são variadas, e incluem um sistema de tempo longo de detenção hidráulica, grande mistura e acumulação de lamas residuais antigas libertando nutrientes que nutrem as algas.

A descoberta de uma grande quantidade de bactérias sulfurosas anaeróbias numa lagoa de efluentes indica um ambiente anaeróbico significativo na lagoa. Dezassete géneros de bactérias sulfurosas oxidantes, fotossintéticas e anaeróbicas, foram identificados em lagoas. Os mais comuns nas lagoas municipais são a Thiocystis e a Rhodococcus. Estas bactérias fotossintetizantes crescem em ácidos orgânicos na presença da luz solar, e são anaeróbias para a microaerofilia (o oxigénio inibe-as). Uma grande quantidade destas bactérias indica um ambiente anaeróbico na lagoa.

O exame microscópico do efluente também pode identificar um curto-circuito e problemas de acumulação de lodo. Aqui, os materiais de esgoto bruto e especialmente as fibras de papel higiénico são diagnósticos de curto-circuitos. A observação das partículas de lodo antigo no efluente indica a acumulação de lamas residuais em excesso e perda destas para o efluente.

O TSS dos efluentes / Rácio da CBO5

O TSS dos efluentes / rácio da CBO5 podem ser diagnosticados para os problemas específicos que ocorrem. Esta pode ser a única informação disponível para muitos sistemas pequenos. Estas informações estão geralmente disponíveis como TSS dos efluentes e concentração da CBO5 por um longo período de tempo. É apenas necessário fazer a relação entre estes dois parâmetros e criar um gráfico destes versus o tempo.

TSS dos efluentes / Rácios CBO5 e a sua importância
1.0 – 1.5…..Águas residuais não tratadas típicas

<1.0………….CBO solúvel no efluente
…………………..Mau tratamento de águas residuais        
…………………..Nitrificação no teste de CBO

1.5 – 4.0….Valores baixos de CBO5 mas altos de TSS no efluente
………………….Crescimento excessivo das algas
………………….Perda de lamas residuais antigas

Embora seja extremamente útil, deve ser recordado que o TSS dos efluentes / Rácio da CBO5 pode reflectir uma combinação de problemas, e divergem do acima exposto.

O TSS dos efluentes / Rácio da CBO5 pode-se alterar conforme a estação que pode ser diagnosticada. Um rácio elevado no tempo mais quente do ano normalmente indica o crescimento excessivo de algas. Um rácio baixo na altura mais quente do ano geralmente indica uma nitrificação parcial da lagoa com nitrificação continuada no ensaio em frasco CBO. Aqui, o cCBO é muito menor do que o CBO5. Um rácio baixo no inverno indica frequentemente a perda de efluentes não tratados, devido ao curto tempo de detenção hidráulica quando a temperatura está fria ou a curto-circuitos.

Concentração da CBO5 do Efluente Solúvel

A CBO5 das águas residuais domésticas típicas é geralmente 40-50% solúvel e o restante são partículas (filtráveis). O componente solúvel da CBO5 é consumido rapidamente e preferencialmente por bactérias, e é reduzido a um valor baixo (<5 mg/l) até ao final da primeira célula lagunar. A descoberta de um valor alto de CBO5 solúvel na lagoa de efluentes (mais de 30% do total) pode indicar um mau tratamento; curto-circuito; alta concentração de amónia, ou libertação de CBO solúvel vindo das lamas residuais digeridas. A concentração de CBO5 solúvel será alta em todas as células lagunares nos três primeiros casos acima, mas será baixa após a primeira célula lagunar e alta a partir daí, para o último caso. Outra indicação de problemas devido à acumulação de lamas residuais antigas é um aumento na concentração de amónia que acompanha o aumento da concentração de CBO5 solúvel, ambos derivados do lodo em decomposição. O teste de CBO5 solúvel é semelhante ao teste de CBO5 regular, mas a amostra é primeiro filtrada através de um filtro de membrana de 0.45 μm antes do teste de CBO.

UTILIZAÇÃO DOS RESULTADOS DO TESTE AO DIAGNOSTICAR A CAUSA DA NÃO CONFORMIDADE DOS EFLUENTES

Sobrecarga Orgânica e Condições de Baixos Níveis de Oxigénio Dissolvido

A sobrecarga orgânica causa uma concentração de oxigénio dissolvido (< 1,0 mg/l) e limita o tratamento. Esta condição pode ser diagnosticada através da realização de um perfil de oxigénio dissolvido para o sistema lagunar (todas as células). A concentração de oxigénio dissolvido não deve ser <1,0 mg/l em todas as células lagunares e deve ser medida num local representativo das células (não ao lado de um ventilador) e de madrugada. A concentração de oxigénio dissolvido nas lagoas é mais baixo de madrugada, devido à falta de oxigenação das algas durante a noite. As medições do oxigénio dissolvido na parte da tarde podem ser muito enganadoras pois indicam a combinação de ambas a aeração mecânica e a oxigenação das algas. As condições de baixo oxigénio também podem ser diagnosticadas encontrando os filamentos causados pela descida de oxigénio ou septicidade, e por uma alta concentração de CBO5 solúvel no efluente. O TSS dos efluentes/CBO5 no efluente. O TSS dos efluentes /rácio da CBO5 nesta condição são geralmente os mesmos que nas águas residuais afluentes, variando 1.0-1.5. Crescimento excessivo das Algas O crescimento excessivo das algas pode ser diagnosticado através de vários métodos. O mais directo é o exame microscópico do efluente e a contagem das algas presentes. Uma concentração de algas >3-5 x 10^5/ml geralmente provoca uma concentração de CBO5 no efluente >30 mg/l. Outros indicadores do crescimento excessivo de algas incluem: um aumento significativo do pH através do sistema lagunar, muitas vezes para >9.0 no efluente; um aumento na concentração de oxigénio dissolvido através do sistema lagunar, muitas vezes para supersaturado na última célula lagunar; e um TSS dos efluentes/rácio da CBO5 >2. A CBO5 solúvel do efluente é geralmente muito baixa quando há crescimento excessivo das algas. Ao utilizar o sistema de bioaumentação numa lagoa introduzindo bactérias que requerem nutrientes semelhantes aos exigidos pelas algas, é possível reduzir drasticamente o crescimento das algas e esta pode ser muitas vezes a solução mais rentável e de mais fácil implementação.

Curto-circuito

Curto-circuito é a passagem de águas residuais não tratadas através do sistema lagunar num curto período de tempo. Isso pode ocorrer devido a uma mistura pobre e à localização inadequada da entrada da lagoa e dos pontos de descarga de efluentes. Os curto-circuitos são mais prováveis de ocorrer no inverno, quando as águas residuais afluentes e as temperaturas das lagoas divergem significativamente. A observação de uma temperatura da célula lagunar de efluentes maior do que a da lagoa num ponto central representativo é uma clara indicação de curto-circuito. Os curto-circuitos também podem ser detectados pela observação microscópica de sólidos de esgoto bruto no efluente, e fazendo um estudo de marcação com corante reactivo. O TSS/rácio da CBO5 no efluente será o mesmo que se encontra nas águas residuais afluentes, na faixa de 1.0-1.5.

Elevada Concentração de Amónia no Efluente

A elevada concentração de amónia no efluente tem várias causas. A concentração de amónia no efluente seria de esperar ser elevada em temperaturas frias, 5ºC, devido à inibição da nitrificação nas temperaturas frias. A elevada concentração de amónia no efluente também pode ser causada por uma sobrecarga orgânica, baixa concentração de oxigénio, curto tempo de detenção hidráulica e pela libertação de amónia a partir da digestão de lamas residuais antigas, mais comum no fim do verão e no outono quando as lagoas têm uma temperatura morna.

Nitrificação Parcial
A Nitrificação Parcial num sistema lagunar pode provocar uma concentração de amónia e bactérias nitrificantes no efluente. As bactérias nitrificantes continuam a oxidar a amónia no ensaio em frasco da CBO, elevando o uso de oxigénio e o valor resultante de CBO5. A nitrificação como causa da CBO5 elevada pode ser determinada através da análise da amostra de efluente utilizando testes regulares à CBO5 e o teste à CBO5 inibida ou carbonácea (cCBO). Estes dois resultados encontram-se geralmente a 10-20% um do outro quando a nitrificação não é significativa (o valor da cCBO é geralmente um pouco menor do que o valor da CBO5). Um valor elevado de CBO5 e um valor muito menor de cCBO (geralmente 2-3 vezes de diferença) indica nitrificação e não CBO da matéria carbonácea como a causa para a elevada CBO5. O TSS dos efluentes/rácio da CBO5 é geralmente muito baixo (0.2-0.6) quando está a ocorrer uma nitrificação parcial. Muitos sistemas que têm este problema, que ocorre apenas na altura mais quente do ano, mudam o seu padrão de efluentes de CBO5 para cCBO. A nitrificação também pode ser encorajada na lagoa e não no ensaio em frasco CBO, aumentando a aeração e suplementando a alcalinidade se esta for baixa, e influenciando a população bacteriana através da bioaumentação.

Ocorrência Sazonal de Problemas nos Efluentes
A maioria dos problemas nas lagoas que afectam a qualidade do efluente ocorrem sazonalmente e a altura do ano em que o problema ocorre pode ajudar a diagnosticar a sua causa.
As sobrecargas orgânicas e as condições de baixo oxigénio dissolvido podem ocorrer a qualquer momento, mas são mais pronunciadas quando a temperatura está mais fria e o crescimento e oxigenação das algas são reduzidos. Os curto-circuitos também podem ocorrer a qualquer momento, mas ocorrem com mais frequência no inverno, quando a temperatura da lagoa é baixa mas as águas residuais afluentes são mornas. As águas residuais mais quentes tendem a não se misturar com a água mais fria da lagoa e fluem à superfície da lagoa até ao efluente sem se misturarem.

RESUMO
Determinar a causa para a não conformidade com os valores regulamentados para as lagoas de efluentes é muitas vezes um problema difícil e confuso. O primeiro passo a dar é efectuar uma análise das lagoas de efluentes para entender o problema, sendo que muitas vezes a bioaumentação é uma grande ajuda no sentido de trazer a lagoa de volta aos níveis aceitáveis de descarga.