Foi estudada, no presente trabalho, a aplicabilidade de medidas respirométricas como instrumento na caracterização de esgoto doméstico afluente a uma ETE, objetivando o aprimoramento de seu controle operacional. O esgoto doméstico afluente às estações de tratamento de esgoto apresenta características específicas quanto aos seus componentes e cargas. As variações do afluente influem, diretamente, no controle operacional de estações de tratamento, e, por isso, fazem-se necessários processos de caracterização simplificados, rápidos e, ao mesmo tempo, confiáveis. A respirometria, definida como a medida e interpretação da taxa de consumo biológico de oxigênio em condições experimentais bem definidas, é uma técnica que vem sendo aplicada na caracterização de águas residuárias (Spanjers et al., 1998). Nesse sentido, foram desenvolvidas duas grandes frentes de trabalho. A primeira está relacionada à parte experimental, na qual foi desenvolvido um respirômetro em escala de bancada e foram realizadas medidas respirométricas e análises físico-químicas de apoio para caracterização do esgoto em estudo. Trabalhou-se com amostras de esgoto da ETEB-Norte e com baixa relação substrato/biomassa (So/Xo) nas medidas respirométricas. A segunda etapa do trabalho contempla a análise teórica do comportamento observado no sistema estudado na fase de experimentação sob a forma de modelagem matemática do processo de degradação biológica. Para tanto, foi desenvolvido e aplicado um modelo simplificado do comportamento do processo de lodos ativados visando a obtenção de parâmetros e concentrações das frações componentes do esgoto em estudo. A metodologia aplicada na execução de medidas respirométricas apresentou resultados satisfatórios na geração de respirogramas experimentais, entendidos como a representação gráfica da variação das taxas de consumo de oxigênio ao longo do tempo, para o tipo de esgoto estudado e a relação So/Xo aplicada nas medidas. O modelo simplificado do comportamento de lodos ativados mostrou-se coerente para simulação do metabolismo dos organismos ao consumirem oxigênio na degradação biológica de um determinado esgoto. A aplicação do modelo simplificado aos dados respirométricos obtidos na fase experimental permitiu a obtenção de características cinéticas da biomassa em estudo, bem como das frações biodegradáveis componentes do esgoto. É proposto, então, um método de estimativa direta das frações de carbono e nitrogênio presentes no esgoto a partir de correlação entre características padrão de um esgoto e respirogramas experimentais.
Domestic wastewater presents hourly variations in composition and flow-rates during the day. Consequently, volumetric and organic loading rates are not constant and such fluctuations are assimilated by the system only if strict operating control procedures are available. Otherwise, depending on process sensitivity, they can affect deeply the plant performance. Therefore, the needs for the continuous development of simple, fast and reliable methods for wastewater characterization that can better inform on the effects of such variations on process parameters is evident. As respirometric assays permit to determine the biological oxygen consumption rates under well-defined experimental conditions, it is possible that they can be used also as alternative for the actual influent wastewater characterization and process evaluation methods. In this way, the applicability of respirometric measurements for wastewater characterization was studied aiming at the improvement of the process control in activated sludge plants treating domestic sewage. In order to achieve the objectives, two aspects were emphasized. First, a lab-scale respirometer device was designed, installed, and respirometric analyses were performed. The influent domestic sewage was taken from the North Brasilia Wastewater Treatment Plant, and subjected to the physical and chemical analyses normally used for wastewater characterization. The respirometric assays were carried out with the reactor biomass fed with the plant influent wastewater under very low substrate to biomass (So/Xo) ratios. Second, a theoretical approach of the biological degradation process in the experimental system lead to the proposal of a simplified mathematical model of the activated sludge process. The model was meant to permit the evaluation of process parameters and wastewater components. The responses obtained from the respirometric assays allowed the generation of respirograms representing the variation of the oxygen consumption rates over time for the So/Xo ratios used. The proposed model was found to represent well the microorganism metabolism related to oxygen consumption during biological wastewater degradation in the activated sludge process simulated. The application of the model for describing the respirometric measurements allowed the evaluation of the biomass kinetic parameters and the biodegradable wastewater fraction as well. Thus, based on the correlation obtained between the standard wastewater characteristics and the experimental respirograms obtained, a method for estimating the carbon and nitrogen fractions in the influent wastewater was proposed.