Modelagem do processo de filtração de água residuária de suinocultura em materiais orgânicos | Modelling of the filtration process of swine waste water through organic materials

A atividade suinícola tem sido considerada pelos órgãos de controle ambiental como "atividade potencialmente causadora de degradação ambiental", representando importante fonte de degradação do ar, dos recursos hídricos e do solo. Neste contexto, a atividade suinícola carece de soluções capazes de introduzir procedimentos operacionais para tratar a água residuária gerada, que sejam tecnicamente exeqüíveis e ecologicamente sustentáveis. O presente trabalho foi conduzido na Área Experimental de Hidráulica/Irrigação e Drenagem do Departamento de Engenharia Agrícola da UFV, sendo instaladas, operadas e monitoradas colunas filtrantes segmentadas e não segmentadas, para filtração da ARS. O sistema de filtração segmentado foi constituído por 10 filtros, com 13 cm de altura cada, utilizando tubo de PVC de 200 mm. O sistema de filtração não segmentado foi montado em tonéis com 0,58 m de diâmetro e 1,30 m altura. Bagaço de cana-de-açúcar triturado, serragem de madeira e pergaminho de grãos de café, subprodutos de atividades agropecuárias e agroindustriais, foram utilizados no preenchimento das colunas filtrantes. Foram coletados dados de retenção e de concentração sólidos em suspensão e totais nos filtros segmentados e de perda de carga com o tempo de operação dos filtros não segmentados para ajuste, respectivamente, da equação geral de filtração e equação de evolução da perda de carga. De acordo com os resultados obtidos, concluiu-se que serragem de madeira foi, dentre os materiais orgânicos avaliados, o mais eficiente quanto à capacidade de reter sólidos da ARS, alcançando o máximo de 0,19g de sólidos para cada cm -3 de camada filtrante, seguido do bagaço de cana-de-açúcar com 0,16g e o pergaminho dos grãos de café com de 0,11g. Os filtros orgânicos proporcionaram razoavelmente alta remoção de óleos e graxas da ARS, tendo sido obtidos valores de 96%, 89% e 75%, respectivamente para serragem de madeira, bagaço de cana-de-açúcar triturado e pergaminho de grãos de café. O modelo matemático semi-empírico utilizado para a simulação do processo de filtração da ARS em filtros segmentados apresentou resultados satisfatórios, podendo ser usada na estimativa da concentração de sólidos totais (ST) e sólidos em suspensão (SS) na água residuária em percolação e efluente de filtros orgânicos. Para cada filtro orgânico não segmentado avaliado, foi ajustada uma equação de regressão relacionando os valores de ST e SS com o tempo de operação do filtro e a profundidade de camada dos filtros, escolhida com base nos critérios de significância dos estimadores dos coeficientes de regressão até o nível de 1% e nos valores de R 2 . Porém, quando as equações obtidas para descrever a filtração em filtros segmentados foram validadas para as condições de operação de filtros não segmentados, os ajustes não foram bons, notadamente para a concentração efluente de SS. Dessa forma, ajustes de outros parâmetros tiveram que ser implementados de forma a se tentar adequar as equações semi-empíricas de forma que pudessem ser utilizadas na predição da remoção de ST e SS de águas residuárias da suinocultura com diferentes concentrações de sólidos. Equações de perda de carga como função da profundidade e do tempo de operação dos filtros explicaram, com adequada eficiência, o comportamento dos filtros constituídos por serragem de madeira, bagaço de cana-de-açúcar e pergaminho de grãos de café. Concentração efluente de SS, obtidos experimentalmente nos filtros não segmentados e os estimados utilizando a equação empírica ajustada para dados obtidos em filtros segmentados subestimou remoção de SS. Filtros não segmentados possibilitaram maior retenção de SS no material poroso do que foi obtida em filtros segmentados, em função da menor velocidade de escoamento da ARS.

The swine industry has been considered by the agencies of environmental control as a potential cause of environmental degradation , representing important source of air, water and soil degradation. In this context, the swine industry lacks solutions capable of establishing technically feasible and ecologically sustainable operational procedures for treating the waste water produced. The present work was conducted at the Experimental Area of Hydraulics/Irrigation and Drainage, DEA/UFV. Segmented and non-segmented filter columns were installed, operated and monitored for SWW filtration. The segmented filtration system consisted of ten 13-cm-height filters, using 200 mm PVC pipes. The non-segmented filtration system was set up in 0.58 m diameter x 1.30 m height barrels. Sugarcane bagasse, sawdust and coffee husk, by-products of agricultural and agro-industrial activities, were used to fill the filter columns. Data on retention, suspended solids concentration, total suspended solids in the segmented filters, and head loss with time of operation of the non-segmented filters were collected for adjustment of the general filtration equation and head loss evolution equation. According to the results, the sawdust was the most efficient organic material to retain SWW solids, reaching the maximum of 0.19g of solids per cm -3 of filter layer, followed by sugarcane bagasse with 0.16g and coffee husk with 0.11g. The organic filters provided quite high efficiency of SWW oil and grease removal, obtaining values of 96%, 89% and 75%, for sawdust, sugarcane bagasse and coffee husk, respectively. The semi-empiric mathematical model used for simulating the process of SWW filtration through segmented filters gave satisfactory results, and could be used to estimate the total suspended solids (TS) and suspended solids (SS) of percolating waste water and effluents of organic filters. For each non-segmented organic filter tested, a regression equation was adjusted to relate the TS and SS values with the time of operation and the layer depth of the filters, based on the criteria for significance of regression coefficient estimators at 1% probability level and on R 2 values. However, when the equations obtained to describe the filtration through segmented filters were validated for the operational conditions of the non-segmented filters, the adjustments were not good, especially for the SS concentration of effluent. Therefore, the adjustments of the other parameters had to be applied to try fitting the semi-empiric equations so they could be used for the prediction of TS and SS removal from swine waste waters with different solid concentrations. Head loss equations as function of depth and time of filter operation adequately explained the behavior of the filters consisted of sawdust, sugarcane bagasse and coffee husk. Effluent concentration of SS, experimentally obtained from the non-segmented filters and the estimates of the adjusted empiric equation for the data obtained with the segmented filters underestimated SS removal. SS retention by the porous material was greater in non- segmented filters than in segmented filters, as a function of the lower SWW drainage velocity.

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