Filtros percoladores para tratamento de esgoto : comparação entre métodos de dimensionamento e materiais utilizados como meio suporte e proposição de melhorias a partir das experiências observadas no Brasil e na Alemanha

Abstract

Resumo: O presente estudo disserta sobre a utilização de filtros percoladores para tratamento de esgoto, objetivando a comparação entre métodos de dimensionamento e materiais utilizados como meio suporte e a proposição de melhorias nas etapas de concepção, dimensionamento, projeto, implantação, operação e manutenção de estações de tratamento de esgoto com esse processo unitário a partir de experiências em escala operacional observadas no Brasil e na Alemanha. Para tal, foi realizada inicialmente uma primeira etapa teórica composta por simulações de dimensionamento, aplicando diferentes equações e variando os materiais empregados como meio suporte para dois cenários estabelecidos, sendo o primeiro para degradação de matéria orgânica e o segundo para degradação de matéria orgânica e realização de nitrificação, resultando em 12 combinações de dimensionamento. As equações utilizadas foram as apresentadas por literatura internacional e nacional, sendo fontes recentemente revisadas, incluindo Metcalf & Eddy (2016) e Jordão e Pessôa (2014), e por uma recente publicação científica da Deutsch Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (Associação Alemã para Gerenciamento de Água, Águas Residuárias e Resíduos) (DWA, 2016), que propõe a modernização do método de cálculo e de algumas das equações já utilizadas para dimensionamento. Ainda na etapa teórica, foram abordados os principais aspectos que influenciam o adequado funcionamento e operação de um filtro percolador, incluindo os relacionados diretamente aos filtros e os relacionados aos demais processos a montante e a jusante dos filtros. A segunda etapa realizada no estudo foi de caráter prático e apresentou experiências operacionais verificadas em 29 estações de tratamento de esgoto com filtros percoladores, sendo 26 no Estado do Paraná, sul do Brasil, e 3 nos Estados de Baden-Württemberg e de Bayern, sul da Alemanha. A abordagem prática apresentou a realidade operacional das estações visitadas, incluindo dificuldades e problemas vivenciados e soluções implementadas, utilizando exemplos práticos observados em campo para discutir acerca dos aspectos que influenciam o bom funcionamento de um filtro percolador, identificados na etapa teórica e confirmados na etapa prática. Objetivando a aplicabilidade do estudo, na terceira etapa as informações teóricas e práticas estudadas, observadas e relatadas ou registradas foram sistematizadas com base no conceito de Matriz SWOT. Todos os resultados parciais obtidos foram identificados como pontos fortes, pontos fracos, oportunidades e ameaças, relacionados às etapas de projeto, implantação e operação de filtros percoladores, permeando todos os aspectos discutidos, totalizando mais de 300 itens apontados. A compilação dessas informações permitiu apontar de forma sintetizada as principais ações e os desdobramentos práticos e aplicáveis para cada aspecto discutido. Tanto os itens compilados na Matriz SWOT quanto as ações e desdobramentos apontados nessa etapa aplicável do estudo permeiam as etapas de concepção, dimensionamento, projeto, implantação, operação e manutenção de ETEs com filtros percoladores, abordando aspectos fundamentais para o bom funcionamento desse processo unitário. Tais produtos são apresentados, então, como propostas para melhoria de estações de tratamento de esgoto com filtros percoladores visando aprimorar o uso e a aplicação dessa tecnologia, contribuindo para o desenvolvimento do setor de saneamento no Paraná e no Brasil.

Abstract: The present study deals with the use of trickling filters for wastewater treatment, aiming at the comparison between sizing methods and materials used as support media, and aiming at proposing improvements in the sizing methods, design, implementation, operation and maintenance stages of wastewater treatment with this unit process from experiences observed in operational scale in Brazil and Germany. To do this, a theoretical stage was first made up of design simulations, applying different equations and varying the materials used as support media for two established scenarios, the first for organic matter degradation and the second for organic matter degradation and nitrification, resulting in 12 sizing combinations. The equations used were those presented by international and national literature, being recently revised sources, including Metcalf & Eddy (2016) and Jordão and Pessôa (2014), and by a recent scientific publication of the Deutsch Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (German Association for Water, Wastewater and Waste Management) (DWA, 2016), which proposes a modernization of the sizing method and some of the equations already used for sizing. Also in the theoretical stage, the main aspects that influence the proper functioning and operation of a trickling filter, including those related directly to the filters and those related to the other processes upstream and downstream of the filters were discussed. The second stage of the study was of a practical point of view and presented operational experiences verified in 29 wastewater treatment plants operating trickling filters, 26 in the State of Paraná, southern of Brazil, and 3 in the States of Baden-Württemberg and Bayern, southern of Germany. The practical approach presented the operational reality of the visited stations, including difficulties and problems experienced as solutions implemented, using practical examples observed to discuss the aspects that influence the proper functioning and operation of a trickling filter, identified in the theoretical stage and confirmed in the practical stage. With the objective of applying the study, in the third stage, the theoretical and practical information studied, observed and reported or recorded were systematized based on the SWOT Matrix concept. All of the partial results were identified as strengths, weaknesses, opportunities and threats related to the design, implementation and operation of trickling filters, permeating all aspects discussed, totaling more than 300 items pointed out. The compilation of this information allowed us to synthesize the main actions and the practical and applicable developments for each aspect discussed. The items compiled in the SWOT Matrix and the actions and developments pointed out in this applicable step of the study permeate through sizing, design, implementation, operation and maintenance stages of WWTPs with trickling filters, addressing fundamental aspects for the proper functioning and operation of this biological process. These products are then presented as proposals for improvement of wastewater treatment plants with trickling filters to improve the use and application of this technology, contributing to the development of the sanitation sector in Paraná and Brazil.