Eficiência do sistema de aeração em cascata no tratamento da água residuária da lavagem e descascamento/despolpa dos frutos do cafeeiro

Abstract

Devido à falta de informações técnicas sobre o tratamento de águas residuárias utilizando o sistema de aeração em cascatas, objetivou-se com a realização deste trabalho estudar o desempenho desse sistema no tratamento de águas residuárias da lavagem e descascamento/despolpa dos frutos do cafeeiro (ARC). Além disso, procurou-se determinar o coeficiente de eficiência associado à aeração em cascatas, avaliar a incorporação de oxigênio dissolvido e a capacidade do sistema em remover matéria orgânica, macronutrientes (nitrogênio, fósforo e potássio) e compostos fenólicos da ARC. O experimento foi implantado e conduzido na Área Experimental de Tratamento de Resíduos do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa. O sistema de aeração em cascatas foi instalado em um talude com inclinação de 30° e com uma diferença de nível de 4,14 m. A cascata foi composta de 23 degraus, com altura, largura e comprimento de 0,18; 0,32 e 0,60 m, respectivamente. No final da cascata foi instalado um reservatório, com 2 m3 de volume, denominado recepção/detenção da ARC escoada na escada. Após ser submetida a um tempo de detenção de 3 horas, a ARC era transferida para outro reservatório denominado tanque de recirculação , de onde era recalcada para nova recirculação na cascata. Essa recirculação era feita 3 vezes ao dia e sob vazão constante de 1 L s-1. Durante os 30 dias de operação do sistema de tratamento foram utilizadas amostras de ARC coletadas em 3 diferentes ocasiões e, a cada 10 dias de operação do sistema, as mesmas eram trocadas. O experimento foi instalado seguindo um delineamento em blocos casualizados, esquema de parcelas subdivididas no tempo, consistindo de 3 blocos (3 amostras de ARC). Em relação à variável DBO, foram avaliados 6 tratamentos principais (locais de coleta da ARC na cascata) e 4 tratamentos secundários (tempo de recirculação da ARC: 0, 3, 6 e 9 dias), totalizando 72 unidades experimentais. No que se refere à análise das alterações na variável DQO, foram avaliados 6 tratamentos principais (locais de coleta da ARC na cascata) e 10 tratamentos secundários (tempo de recirculação: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9 dias), totalizando 180 unidades experimentais. Nesse caso, as unidades experimentais foram constituídas por amostras coletadas em cada dia, nos pontos pré-estabelecidos. Para estudar o decaimento da concentração de oxigênio dissolvido em função do tempo no tanque de recepção/detenção, um experimento à parte foi realizado em delineamento inteiramente casualizado com 6 repetições e 15 tratamentos (0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 minutos). Nessa avaliação, as unidades experimentais foram as alíquotas de ARC amostradas a cada 2 minutos. Com a utilização do sistema de aeração em cascatas foi possível incorporar, em média, 0,2 mg L-1 de oxigênio a cada lance de 1 m de degraus na cascata. A máxima porcentagem de saturação de oxigênio na ARC foi de 19,4%, tendo sido obtida com o escoamento em lance de escada de 4 m. A alta concentração de material orgânico não permitiu que se detectassem grandes alterações na concentração de oxigênio dissolvido na ARC. O sistema constituído pela cascata de aeração apresentou coeficiente de eficiência de 0,078. O tempo de detenção ideal no tanque de recepção/detenção foi de 26 minutos. O sistema em operação proporcionou eficiência na remoção média de DQO de 28,9%. As remoções de sólidos totais, sólidos voláteis totais; sólidos suspensos totais, sólidos suspensos voláteis, nitrogênio total, fósforo total, potássio total e compostos fenólicos foram de 57,3; 71,6; 26,5; 17,2; 35,7; 62,5; 49,5 e 55,0%, respectivamente. A cascata de aeração mostrou ser uma importante alternativa para composição de sistemas de tratamento da ARC, tendo em vista que é um meio efetivo de tratamento aeróbio do material orgânico em suspensão.

Due to lack of technical information on the treatment of wastewater using cascade aeration systems, this work aimed to study the performance of this system in the treatment of the wastewater from washing and stripping/pulping coffee (CW). In addition, it sought to determine the coefficient of efficiency associated with cascade aeration system, evaluate the incorporation of dissolved oxygen and the system s ability to remove organic matter, nutrients (nitrogen, phosphorus and potassium) and phenolic compounds from CW. The experiment was assembled and conducted in the Waste Management Experimental Area of the Agricultural Engineering from the Federal University of Viçosa. The cascade aeration system was installed in a slope with an inclination of 30° and with a level difference of 4.14 m. The cascade consisted of 23 steps, with height, width and length of 0.18; 0.32 and 0.60 m respectively. At the end of the cascade was installed a container with 2 m³ volume. It was called reception/detention of the CW disposed on the ladder. After a detention time of 3 hours, the CW was transferred to another tank, called recirculation tank, where it was pumped for further recycling in the cascade. This recirculation was done three times a day and under constant flow rate of 1 L s-1. During the 30 days of operation of the treatment system it was used samples of CW collected at three different occasions and it was changed every 10 days of system. The experiment was conducted following a randomized block design, split plot in time, consisting of 3 blocks (3 samples CW). Regarding to the variable BOD, it was evaluated six main treatments (location in the cascade of CW) and four secondary treatments (recirculation time of CW: 0, 3, 6 and 9 days), totalizing 72 experimental units. As regards the analysis of changes in variable COD, it was evaluated six main treatments (location in the cascade of CW) and 10 secondary treatments (recirculation time: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and 9 days), totaling 180 experimental units. In this case, the experimental units were composed of samples collected each day, in pre-set points. To study the decay of dissolved oxygen concentration versus time in the receiving/holding tank , another experiment was conducted in a randomized design with 6 replications and 15 treatments (0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 , 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 minutes). In this evaluation, the experimental units were the rates of CW sampled every 2 minutes. With the cascade aeration system it was possible to incorporate an average of 0.2 mg L-1 of oxygen at each meter of stairs. The maximum percentage of oxygen saturation in the CW was 19.4% and it was obtained at flight of stairs at 4 m. The high concentration of organic material did not allow it to detect major changes in the concentration of dissolved oxygen in the CW. The system consisting of cascade aeration coefficient for efficiency of 0.078. The detention time in the tank for ideal reception/detention was 26 minutes. The system in operation provided average removal efficiency of COD was 28.9%. The removals of total solids, volatile solids, total suspended solids, volatile suspended solids, total nitrogen, total phosphorus, potassium and total phenolic compounds were 57.3; 71.6; 26.5; 17.2; 35.7; 62.5; 49.5 and 55.0% respectively. The cascade aeration proved to be an important alternative for the composition of treatment systems of CW, considering it is a very effective aerobic treatment of suspended organic material.