Analyse av resultater fra spørreundersøkelse

Ao longo do tempo de funcionamento, autores como Dornelas (2008), Paoli (2010), Costa (2013) realizaram o monitoramento da qualidade do afluente e efluente das unidades acompanhando a variação na concentração de oxigênio dissolvido (OD), temperatura do meio líquido, condutividade elétrica (CE), potencial redox ou de oxidação-redução (POR), potencial hidrogeniônico (pH), turbidez, série de sólidos (SSV, SSF e SST) e de nitrogênio, fósforo (P), alcalinidade e demandas bioquímica (DBO) e química (DQO) de oxigênio. A análise de algumas variáveis não foi contínua ou completa, o que se deveu ao início tardio ou interrupção no monitoramento. O fósforo, por exemplo, teve sua análise encerrada em 2013. Dando continuidade ao trabalho dos autores, também foram feitas determinações in loco e no Laboratório de Análises Físico-Químicas do Departamento de Engenharia Sanitária e

método de análise de cada variável será apresentado a seguir. O período de análises específico deste trabalho ficou compreendido entre outubro de 2013 e julho de 2015, tendo sido feitas semanalmente as análises do efluente dos SACs-EHSS.

5.3.1. Determinações in loco

As medições de concentração de OD, pH, POR e turbidez foram feitas em campo, com auxílio de uma sonda multiparâmetro HQ40d da empresa HACH e do turbidímetro P2100 da mesma empresa. Como as medidas de POR são obtidas ao se utilizar eletrodos de Ag/AgCl ou calomelano, é necessário a conversão dos resultados para valores condizentes com os obtidos quando se utiliza o eletrodo de hidrogênio, medidas apresentadas como EH, que é a referência padrão no que se refere à forma na apresentação dos resultados de medida de potencial redox. Na literatura encontram-se alguns valores para transformação dos valores medidos in situ utilizando os citados eletrodos para o que seria medido com o eletrodo padrão (hidrogênio), e que varia com a temperatura da água, tal como apresentado em Matos (2015). Porém, tem sido considerado que a soma de +200 mV às determinações obtidas com eletrodos de Ag/AgCl ou calomelano (ORP) (PARKER; MALLORY, 2003), não proporciona erros consideráveis na transformação do valor para EH, para condições normais de temperatura de países de clima tropical. Além das variáveis medidas utilizando-se a sonda, também, in loco, foi medida a concentração de sólidos sedimentáveis, usando o cone Imhoff.

Na tubulação de amostragem da Figura 5.9 e no poço de visita da Figura 5.10, foram feitas as coletas de amostras utilizando frascos plásticos. Como pode haver acúmulo de sólidos na derivação de amostragem, já que em boa parte do tempo, essa permanecia fechada, aguardava-se de 30 a 60 segundos para a retirada das amostras. Nesses mesmos pontos, foram medidas as vazões afluente e efluente, com uso de cronômetro e recipientes graduados.

Assim como as demais variáveis, as vazões foram obtidas semanalmente, com exceção do período da execução de outros experimentos pontuais, quando foi medida com maior frequência. A importância da medição do volume afluente e efluente ao sistema, por unidade de tempo, decorre do fato que é utilizada na estimativa das cargas aplicadas e removidas e no cálculo das eficiências reais. Sistemas naturais, vegetados e expostos às condições ambientais externas tendem a perder água por evapotranspiração, implicando na obtenção de um efluente mais concentrado, o que proporciona subestimativa da eficiência de remoção do reator, caso se avalie as concentrações e não as cargas de entrada e saída do sistema (BRASIL; MATOS, 2008).

5.3.2. Determinações em laboratório

As determinações das variáveis químicas (DQO e concentração de nitrogênio), bioquímicas (DBO) e físicas (cadeia dos sólidos, excetuando-se o SP), foram realizadas no Laboratório de Análises Físico-Químicas e no Setor de Cromatrografia do DESA/UFMG. As metodologias de coleta e análise seguiram recomendações apresentadas no Standard Methods for

Examination of Water and Wastewater (APHA, 2012). A importância da análise dessas

variáveis está no conhecimento da variação da eficiência ao longo do tempo, verificando se houve perda de eficiência com o avançar do processo de colmatação.

a) DBO

Para obtenção da concentração de oxigênio, utilizou-se um oxímetro, sendo medida assim que as amostras eram trazidas ao laboratório e após o período de incubação nas condições padrão especificadas pelo método (5 dias e à 20 oC). Nesse estudo avaliaram-se as amostras do Esgoto Sanitário Bruto (EB), efluentes do UASB (geminado e compacto), do Filtro Biológico Percolador Aberto (FBPA) e dos Sistemas Alagados Construídos Plantado (SAC P) e Não Plantado (SAC C). Para cada dia e amostra, foram realizadas 3 repetições, de forma a se obter resultados mais fidedignos.

b) DQO

Para determinação da DQO, utilizou-se o método titulométrico de refluxo fechado, que segundo APHA (2012), consiste em adição da amostra e de uma solução fortemente ácida e com excesso de dicromato de potássio (K2Cr2O7), que é o agente oxidante da matéria

orgânica, em tubos próprios. Posteriormente, o conjunto é colocado no bloco digestor, para reação por 2 horas, quando é feita a titulação com sulfato ferroso amoniacal.

c) Série de Sólidos

Para obtenção da série de sólidos, utilizou-se o método gravimétrico de quantificação. Assim, de forma a ter dados da concentração de sólidos suspensos (SS) passaram-se amostras em filtros de ,0 μm, sendo em seguida o material seco em estufa, por 2 h, sob temperatura de 65 oC, aferindo a sua massa em balança de precisão 0,0001 g. Em seguida, as membranas filtrantes foram submetidas a nova secagem, agora sob temperatura de 105 oC, por 2 h e, posteriormente em intervalos de 1 h, pesando-se o material seco em mesma balança. Assim que, em pesagens sucessivas, verificou-se que as massas das amostras não diferiam mais que

1,0%, interrompeu-se o processo, tendo sido considerada obtida a massa seca a 105 oC (MATOS, 2012).

Os sólidos também podem ser separados, segundo sua constituição, em voláteis (SV), perdido após aquecimento sob temperaturas que proporcionam a calcinação do material, ou fixos (SF), que é a massa restante após essa calcinação. Para essa determinação, o conjunto membrana filtrante mais SS secos, foram levados à mufla (550 oC) para possibilitar a quantificação dos

SSF e por diferença, dos SSV.

d) Série de nitrogênio

Para verificação da capacidade de retenção ou transformação das formas de nitrogênio, foram realizadas análises de Nitrogênio Total Kjedahl (NTK), nitrogênio amoniacal (NH4+), nitrito

(NO2-) e nitrato (NO3-). As duas primeiras variáveis foram obtidas utilizando-se o método

Kjeldahl, com uso de destilador, adição de hidróxido de sódio (NaOH), reação com solução de ácido bórico e indicador, e titulação com ácido forte (H2SO4). A diferença entre essas

metodologias está no fato de que, na primeira, faz-se a digestão da amostra de água residuária para quantificação do nitrogênio na forma orgânica, obtendo-se, como resultado, a soma do Norg e do N-NH4+.

A quantificação das concentrações de nitrito e nitrato foi feita até 26 de agosto de 2014, analisados por meio da leitura da absorbância, após adição de reagentes à amostra de água residuária. A partir dessa data, o método colorimétrico foi substituído pelo da cromatografia, em equipamento instalado em sala anexa ao Laboratório de Análises Físico-Químicas. Importante ressaltar que, após a obtenção dos resultados, era necessário, converter de NO2- e

NO3- para equivalente em nitrogênio, ou seja, N-NO2- e N-NO3-.

e) Fósforo

A determinação do fósforo total (P-Total) foi obtida utilizando o método molibidílico e colorimétrico, com leitura da absorbância na amostra, após preparo da amostra, em comprimento de onda 400 nm. O limite de detecção do método é de 0,2 mg L-1 e as análises foram feitas até o final de julho de 2013.

f) Alcalinidade

A alcalinidade pode ser dividida em parcial (ALP) e intermediária (ALI), respectivamente obtidas em titulação com ácido de normalidade conhecida até se obter pH 5,75 e 4,3. Para

isso, as amostras são filtradas, sendo as soluções misturadas com agitador magnético e o pH continuamente aferido. A soma das alcalinidades é a alcalinidade total (ALT).

g) Sulfetos

A quantificação do enxofre foi feita utilizando-se o método colorimétrico e consiste em colocar o S2- em contato com cloreto férrico e o dimetil-p-fenilenodiamina em meio ácido, para produzir azul de metileno. Após a reação, o fosfato de amônio é adicionado para eliminação da cor produzida pelo excesso de cloreto férrico, possibilitando-se a quantificação, em espectrômetro, a concentração de FeS2. A metodologia está citada no Standard Methods,

tem limite de quantificação (LQ) igual a 0,02 mg L-1, sendo recomendada para análise de amostras com concentração de enxofre inferior a 20 mg L-1.

5.3.3. Análise das séries de dados obtidas nos SACs-EHSS

Como é objetivo avaliar a capacidade de remoção de poluentes e as condições operacionais dos SACs-EHSS, nas suas diferentes configurações, dividiu-se o período de monitoramento desses sistemas em 3 fases, seguindo-se as datas apresentadas no Quadro 5.1. Além do tipo de pré-tratamento, o que alterou as cargas aplicadas, o estádio de crescimento das plantas, tal como discutido na revisão de literatura, também pode ter influenciado na eficiência de remoção dos poluentes. Por isso, de forma a minimizar possíveis interferências dessas etapas do desenvolvimento da taboa na eficiência do sistema e diminuir o efeito que dados discrepantes apresentados pontualmente teriam sobre a série histórica, calculou-se a média e mediana dos dados inseridos nos períodos considerados. Esses foram divididos segundo o tipo de pré-tratamento, totalizando 3 fases (UASB Geminado; UASB Compacto e FBPA; e UASB Compacto) e subdivididos entre cortes da parte aérea. Como houve uma interrupção na série de dados de monitoramento de 30/09/09 a 29/03/10, a única data na qual ocorreu o corte da parte área que não serviu como base para subdivisão dos períodos, foi o dia 17/12/09. Com essas condições, a primeira fase ficou com 10 subfases (A, B, C, D, E, F, G, H, I e J), a segunda com 7 (A, B, C, D, E, F e G), ficando a terceira e última com 8 subdivisões (A, B, C, D, E, F, G e H).

Por se tratar de dados ambientais, sobretudo de unidades de tratamento de águas residuárias, que não seguem a distribuição normal (OLIVEIRA, 2006), as análises estatísticas foram feitas por meio de testes não paramétricos. Para isso, utilizou-se o software Statistica 8.0 e os comandos necessários para geração dos testes Kruskal-Wallis, Mann-Whitney e Wilcoxon,

com nível de significância de 5,0%. No Quadro 5.2 estão apresentados os períodos de monitoramento das variáveis discutidas, sendo as determinações realizadas semanalmente.

Na tabulação dos dados, desconsideraram-se valores negativos de concentração, a não ser no caso de serem plausíveis, como no caso da medida do potencial redox. Em alguns momentos, monitoraram-se as variáveis no ponto de entrada de cada SAC separadamente, e em outros, obteve-se a caracterização da saída do pré-tratamento (UASB ou do FBPA). Assim, quando haviam dados de entrada dos SACs-EHSS, eles foram considerados e quando não, utilizaram- se os valores efluentes do reator anterior aos SACs.

Quadro 5.2. Período de monitoramento de cada variável investigada nos SACs.

Período de monitoramento Variável

20/09/07 a 10/07/15 Vazão (Q)

29/03/10 a 10/07/15 Oxigênio Dissolvido (OD) 29/04/11 a 10/07/15 Potencial Redox (POR) 29/03/10 a 10/07/15 Potencial Hidrogeniônico (pH) 14/04/10 a 10/07/15 Condutividade Elétrica (CE) 29/03/10 a 10/07/15 Temperatura (T)

20/09/07 a 10/07/15 Sólidos Suspensos Totais (SST) 20/09/07 a 10/07/15 Sólidos Suspensos Fixos (SSF) 20/09/07 a 10/07/15 Sólidos Suspensos Voláteis (SSV) 20/09/07 a 10/07/15 Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) 20/09/07 a 10/07/15 Demanda Química de Oxigênio (DQO) 20/09/07 a 10/07/15 Nitrogênio Total Kjedahl (NTK) 20/09/07 a 10/07/15 Nitrogênio Amoniacal (NH4)

07/04/10 a 10/07/15 Nitritos (NO2)

20/09/07 a 10/07/15 Nitratos (NO3)

20/09/07 a 31/08/11 Fósforo Total (P-total) 03/01/08 a 10/07/15 Alcalinidade (ALT) 06/08/10 a 07/12/12 Sulfeto (S2-)