Modelagem matemática de nitrogênio e fósforo em lagoas facultativas e de aguapés para tratamento de dejetos de suínos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.Objetivou-se com este trabalho desenvolver uma modelagem matemática para lagoas facultativas e lagoas de aguapés de um sistema de tratamento de dejetos suínos. O estudo aconteceu em três etapas, uma compreendida pelo sistema composto por um decantador de palhetas, duas lagoas anaeróbias, uma lagoa facultativa (com chicanas) e uma lagoa de polimento com aguapés, em escala real (maio de 1999 a junho de 2000); a segunda etapa abrangeu o estudo o desempenho de lagoas facultativas com chicanas, em escala piloto, as quais eram abastecidas por efluentes da lagoa anaeróbia 2 do sistema em escala real (janeiro de 2000 a junho de 2001). A terceira etapa contemplou a substituição das chicanas por um aerador na lagoa facultativa em escala real (junho de 2000 a junho de 2001). Os parâmetros analisados foram: pH; Temperatura; Oxigênio Dissolvido (OD); Sólidos Totais (ST); Sólidos Fixos (SF); Sólidos Voláteis (SV); Demanda Química de Oxigênio (DQO); Nitrogênio total Kejdhal (NTK); Fósforo total (PT); Coliformes totais (CT) e Coliformes fecais (CF). Foram realizadas coletas mensais (8 meses) e coletas quinzenais (16 meses). O sistema total apresentou as seguintes eficiências de remoção: 93% de ST; 82% de SF; 97% de SV; 98% de DQO; 92% de NTK; 98% de PT; 7 unid log para CT e CF. A análise do desempenho da eficiência da lagoa facultativa com chicanas permitiu concluir que as chicanas não melhoraram significativamente a eficiência de remoção de nutrientes da lagoa, e o primeiro compartimento é o principal responsável pela eficiência da mesma. A lagoa facultativa aerada foi mais eficiente apenas na remoção de Sólidos totais e fixos, e teve desempenho similar quanto aos outros parâmetros (22,3% de ST, 30% de SF, 17% de SV, 29% de SST, 46% de DQO, 40% de NTK, 38,6% de Namon. e 48% de PT). As lagoas facultativas com chicanas, em escala piloto, apresentaram eficiências de remoção semelhantes com a lagoa facultativa em escala real (14% de ST, 7% de SF, 26% de SV, 47% de DQO, 46% de NTK, 45% de PT e 1 unid log de CT e CF). Aplicando uma análise fatorial (ACP) na interpretação dos parâmetros das lagoas facultativas e de aguapés evidenciou-se que o teor de matéria orgânica, a temperatura e o OD têm um efeito importante no desempenho destas lagoas. A predominância dos fatores matéria orgânica e sólidos totais, em todas as lagoas, demonstra que há necessidade de melhorar a eficiência do sistema de tratamento. A modelagem matemática do processo de tratamento de lagoas facultativas com chicanas apresentou resultados satisfatórios na remoção diária de nutrientes de dejetos de suínos. As simulações efetuadas mostraram que o desempenho da lagoa pode ser modelado através de sistema de equações diferenciais ordinárias. Os programas e algoritmos elaborados permitem a modelagem de sistemas com qualquer dinâmica de entrada de poluentes. Através da modelagem matemática é possível encontrar a quantidade ideal de aguapés que deve ser removida diariamente da lagoa