An evaluation of the environmental and energetic performance of a small-scale wastewater treatment plant with low waste production operated by solar energy

Abstract

Resumo: No capítulo 1, é apresentada a introdução das estações de tratamento de efluente compactas, que vem sendo usadas na Alemanha nos últimos 15 anos, pelo menos, e também em países como China e Dinamarca. Como água e esgoto ainda são um problema preocupante em países em desenvolvimento, como o Brasil, o objetivo desse projeto apresentada no item 2 é avaliar a eficiência de uma estação de tratamento de efluentes compacta com baixa geração de lodo e operando com energia solar, para no futuro aplicar o projeto no Nordeste brasileiro. Projetos como esse apresentam grande importância para o desenvolvimento de países como o Brasil onde falta investimento em saneamento e em pesquisas. No capítulo 3, são apresentados parâmetros de tratamento de esgoto por lodos ativados, bem como a eficiência de remoção de carbono e nitrogênio esperada para uma estação compacta como a utilizada na pesquisa, que são respectivamente >90% e entre 10-70%. As legislações alemãs e brasileiras são também apresentadas, sendo que na Alemanha existe a norma DIN EN 12566-3, específica para estações compactas, diferentemente do Brasil, onde não existe legislação específica, porém cada existe a obrigatoriedade de tratar o esgoto produzido em uma residência quando rede de tratamento de esgoto não é disponível de acordo com o DECRETO N° 7.212/10. No item 4, a estação de tratamento de efluente compacta é apresentada, chamada BioTopp, foi inicializada para o equivalente populacional de 6 pessoas e parâmetros como temperatura, pH, oxigênio, volume de lodo, demanda bioquímica de oxigênio (DQO) e nitrogênio foram analisados em três diferentes fases, sendo fase de avaliação com os controles operacionais fornecidos pelo fabricante e teste 1 e 2, onde foram alterados tempo de aeração e pause no processo, respectivamente. Os resultados, no capítulo 5, mostraram que a planta atinge as condições pré-estabelecidas para remoção de nutrientes, através da nitrificação e desnitrificação, além de redução de carga orgânica. A planta apresentou eficiência na remoção de DQO entre 74 e 93% e 59 a 94% de eficiência na remoção de amônio. Foram observadas variações nas condições de entrada do efluente, o que pode ter comprometido o tratamento, levando em consideração que a estação é sensível a variações tanto no afluente quanto nos parâmetros de controle operacionais. Durante o teste 1, a planta apresentou os melhores resultados em remoção de matéria orgânica e, no teste 2, a planta apresentou melhores resultados na remoção de nitrogênio. De acordo com o órgão ambiental responsável na Alemanha, a estação pode ser classificada como classe C. Conclui-se por fim, no capítulo 6, que a planta é uma boa alternativa para casas sem acesso a saneamento. Além disso, a planta é operada foi operada automaticamente durante os meses analisados, sem requerimentos de manutenção e a operação com painéis solares mostrou-se possível e eficiente durante o verão europeu onde os valores apresentados de irradiação solar horizontal global são menores que no Brasil. PALAVRAS CHAVE: Estação de tratamento de efluente compacta, efluente doméstico, energia solar.

Abstract: Water and wastewater management is still a worrisome problem in underdeveloped and developing countries, like Brazil. Small scale wastewater treatment plants (WTTP's) have been used in Germany for at least in the last 15 years and also in other countries, such as China and Denmark. For this reason, the aim of the current study is to evaluate the efficiency of a compact WWTP with low waste production operated by solar energy in order to consider the application of this project in the future in the Northeast region in Brazil. Projects such as this one contribute to their development by providing new technologies to supply the lack of investment in sanitation and in research. A small-scale WWTP, BioTopp, was started up for 6 populations equivalent (PE) and parameters like temperature, pH-value, oxygen and settled sludge volume were analysed during one month. The results of the first evaluation showed that the plant achieves the conditions for nitrification and denitrification process. After that, another parameters started being analysed, such as COD, ammonium, nitrite, nitrate, solids content and sludge volume index. Biotopp showed efficiency in COD removal between 74 to 93%, ammonium 59 to 94%. However, it was observed that the small-scale plant is very sensitive to variations in the inflow characteristics and in the controlling parameters. According to DIBt, the plant can be classified as class C and it showed to be a good alternative for households located in places without wastewater collection and treatment. The plant operates automatically and during the European summer the solar panels and batteries supplied all of the power demand. KEY WORDS: Small-scale wastewater treatment plant, domestic wastewater, solar energy.