RENATA DE CARVALHO JIMENEZ ALAMINO

A UTILIZAO DE LODO DE ESGOTO COMO ALTERNATIVA

SUSTENTVEL NA RECUPERAO DE SOLOS DEGRADADOS:

Viabilidade, avaliao e biodisponibilidade de metais

Tese de Doutorado (Geologia)

UFRJ

Rio de Janeiro

2010

ii

UFRJ

Renata de Carvalho Jimenez Alamino

A UTILIZAO DE LODO DE ESGOTO COMO ALTERNATIVA SUSTENTVEL NA

RECUPERAO DE SOLOS DEGRADADOS: Viabilidade, avaliao e

biodisponibilidade de metais

V. 1

Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como requisito necessrio obteno do grau de Doutor em Cincias (Geologia).

rea de concentrao:

Geologia de Engenharia e Ambiental

Orientadores:

Helena Polivanov

Tcio Mauro Pereira de Campos

Rio de Janeiro

Janeiro, 2010

iii

RENATA, de Carvalho Jimenez Alamino

A utilizao de lodo de esgoto como alternativa sustentvel na recuperao de solos degradados: Viabilidade, avaliao e biodisponibilidade de metais - Rio de Janeiro: UFRJ / IGeo, 2010.

xxi, 221f.: il., anexos, 30cm

Tese (Doutorado em Geologia) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Geocincias, Programa de Ps-graduao em Geologia, 2010.

Orientadores: Helena Polivanov, Tcio Mauro Pereira de Campos 1. Geologia. 2.Setor de Geologia de Engenharia e Ambiental Tese

de Doutorado. I. Helena Polivanov. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Geocincias, Programa de Ps-graduao em Geologia. III. Ttulo.

iv

Renata de Carvalho Jimenez Alamino

A UTILIZAO DE LODO DE ESGOTO COMO ALTERNATIVA SUSTENTVEL NA

RECUPERAO DE SOLOS DEGRADADOS: Viabilidade, avaliao e

biodisponibilidade de metais

Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como requisito necessrio obteno do grau de Doutor em Cincias (Geologia).

rea de concentrao:

Geologia de Engenharia e Ambiental

Orientadores:

Helena Polivanov

Tcio Mauro Pereira de Campos

Aprovada em: 29 . maro . 2010.

Por:

________________________________________ Andra Ferreira Borges, UFRJ

_______________________________________ Antonio Soares da Silva, UERJ

________________________________________ Maria Cludia Barbosa, COPPE/UFRJ

_______________________________________ Izabel Christina d'Almeida Duarte de Azevedo, UFV

_______________________________________ Emilio Velloso Barroso, UFRJ

v

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Mauro & Mrcia; irmos, Ana Carolina & Wagner; e avs, Tio

& Dina e Miguel & Ondina (in memorian) por serem meus anjos da guarda e porto

seguro;

Ao meu amor, Luis Mauricio, por colorir o meu cu e tornar a minha vida mais

feliz;

Aos amigos Patricia Moraes, Andr Ferreira, Vitor Hugo Gomes, Olga

Venimar e Ingrid Lage pelo companheirismo, pelas alegrias e por enxugarem minhas

lgrimas nos momentos difceis;

professora e orientadora Helena Polivanov, pelos momentos de

descontrao no decorrer da pesquisa;

Ao professor e orientador Tcio Mauro Pereira de Campos, pelas sugestes e

financiamentos ao longo da pesquisa; sem os quais no seria possvel a composio

desta tese;

A CAPES, pelo custeio da bolsa de estudos, e s demais

instituies/programas (PRONEX, FAPERJ e PROAP) pelo incentivo financeiro;

Aos professores Emlio Velloso Barroso e Andra Ferreira Borges pela

presena e preocupao constantes, pelos conselhos pertinentes ao trabalho;

Ao professor Antnio Soares da Silva pela ajuda indispensvel na

interpretao da micromorfologia dos solos.

Aos demais professores e/ou funcionrios e/ou colaboradores do

Departamento de Geologia da UFRJ; pela ajuda fundamental durante toda a

jornada; especialmente aos tcnicos de laboratrio Osrio Luiz da Silva e Roberto

vi

Gomes Lima, secretria Christina Barreto Pinto, ao tcnico de laminao Tarcsio

Raymundo de Abreu e ao funcionrio do IGeo, Sr. Sidney;

A todos que passaram pelo Laboratrio de Absoro Atmica no decorrer

destes quase cinco anos. Especiais aos fiis estagirios Bruno Cruz, Vitor Silos e

Thiago Teles, principalmente pelas noites mal dormidas no cho do frio laboratrio;

ao Filipe Fratte e Leandro Victor pelo auxlio nas sadas de campo e pela agradvel

e divertida convivncia nos laboratrios;

A Companhia Estadual de guas e Esgotos do Rio de Janeiro (CEDAE) e aos

seus funcionrios que gentilmente cederam o lodo de esgoto para a pesquisa;

Ao gegrafo Ricardo Csar e ao Centro de Tecnologia Mineral (CETEM) pela

gentil realizao de ensaios laboratoriais;

Ao Laboratrio de Fluorescncia de Raios-X do Departamento de Geologia da

UFRJ, em nome do professor Jlio Mendes, pela realizao dos ensaios de Anlise

Qumica Total;

Ao engenheiro agrnomo Silvio Tavares e Embrapa Solos pela realizao

das anlises qumicas no solo e no percolante das colunas.

A todos que direta ou indiretamente colaboraram para a realizao deste

trabalho.

MUITO OBRIGADA!

vii

o barro

toma a forma

que voc quiser

voc nem sabe

estar fazendo apenas

o que o barro quer

[Paulo Leminski]

viii

RESUMO

ALAMINO, Renata de Carvalho Jimenez. A utilizao de lodo de esgoto como

alternativa sustentvel na recuperao de solos degradados: Viabilidade,

avaliao e biodisponibilidade de metais. Rio de Janeiro, 2010. xxi, 221 f. Tese

(Doutorado em Geologia) Programa de Ps-Graduao em Geologia, Instituto de

Geocincias, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.

Atualmente um dos grandes problemas envolvendo o meio ambiente a disposio final de resduos potencialmente txicos produzidos pela ao antropognica. Dentre tais, destaca-se o lodo de esgoto, que um resduo produzido durante o processo de tratamento de guas residurias em estaes de tratamento de esgoto (ETE). O presente trabalho tem como objetivo avaliar o aproveitamento do lodo de esgoto na recuperao de reas degradadas em ambientes tropicais por meio de simulaes em laboratrio da incorporao do lodo no campo. Amostras de Latossolo (Duque de Caxias RJ), de Chernossolo (Vila Kennedy RJ) e de lodo de esgoto (ETE Ilha do Governador RJ) foram coletadas e os seguintes ensaios viabilizados: (i) teores (bio)disponveis de compostos inorgnicos por meio de fracionamento qumico e colunas de lixiviao; (ii) distribuio dos elementos nas fraes do sistema solo-lodo aps a incorporao do lodo de esgoto e sua especiao; (iii) o transporte por meio de ensaios de coluna de lixiviao com retro-anlises utilizando o programa computacional Pollute. De maneira geral possvel assegurar, com base nos ensaios de coluna e nas modelagens que a lixiviao dos metais estudados ocorreu mais rapidamente nas amostras de Latossolo do que nas de Chernossolo, ratificando os resultados encontrados na caracterizao dos solos, nos ensaios de extrao sequencial e nos testes de adsoro e retardo. Recomenda-se a utilizao de lodo de esgoto na recuperao de reas degradadas desde que sejam observadas as condies de contorno da rea a ser aplicada e que severos critrios de monitoramento e fiscalizao sejam estabelecidos.

Palavras-chave: lodo de esgoto, solos, metais.

ix

ABSTRACT

ALAMINO, Renata de Carvalho Jimenez. A utilizao de lodo de esgoto como

alternativa sustentvel na recuperao de solos degradados: Viabilidade,

avaliao e biodisponibilidade de metais. [The use of sewage sludge as sustainable

alternative in the recovery of degraded soils: Viability, evaluation and biodisponibility

of metals]. Rio de Janeiro, 2010. xxi, 221 f. Tese (Doutorado em Geologia)

Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, Universidade

Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.

One of the major problems involving the environment is the final disposal of potentially toxic wastes produced by anthropogenic inputs. Among these stands out the sewager sludge, which is a residue produced during wastewater processing in sewage treatmentplants. This study aims to evaluate the use of sewage sludge to recovery degraded areas in tropical environments by means of laboratory simulation tests of the incorporation of the sewage sludge in the field. Oxisols and Mollisols samples from Duque de Caxias RJ and Vila Kennedy RJ, and sewage sludge from Ilha do Governador - RJ were collected and tested: These included: (i) inorganic (bio)availability by sequential extraction and column percolation, (ii) elements distribution in soil fractions of the soil-sludge after the incorporation of sewage sludge and its speciation, (iii) solute transport through the column tests with backanalysis using the software Pollute. It wad verified that metals leaching occurred faster in samples of Oxisols than on Mollisols, confirming the results of soil characterization and sequential extraction tests of adsorption and retardation. It is recommended the use of sewage sludge in degraded areas since there are observed the outline conditions of the area and a severe criteria of monitoring and inspection are established. Keywords: sewage sludge; soils, metals.

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 2:1. Tratamento da fase lquida de esgotos. (1) cidade (2) rede de esgotos (3) e (4) tratamento preliminar, grades e caixa de areia (5) tratamento primrio, decantador (6) e (7) tratamento secundrio, tanque de aerao e decantador (8) desaguamento no rio. Fonte: Sabesp (2009). ____________________________________________ 30

Figura 2:2. Tratamento da fase slida. (1) cidade (2) entrada do lodo primrio (3) entrada do lodo secundrio (4) adensadores (5) flotadores (6) digestores (7) filtro prensa (8) esteira (9) tortas para o aterro sanitrio. Fonte: SABESP (2009). ______________ 34

Figura 2:3. Esquema genrico de um sistema de monitoramento para a disposio final do lodo _____________________________________________________________ 53

Figura 3:1. Relaes entre geodisponibilidade e biodisponibilidade dos elementos qumicos (CORTECCI, 2001) _________________________________________________ 59

Figura 3:2. Diagramas Eh-pH compilados de (GSJ, 2005) para Cd, Pb, Zn, Cr, Cu e Ni gerados a partir do banco de dados FACT do programa computacional FactSage 5.2 (BALE et al., 2002). ______________________________________________ 68

Figura 3:4. Esquema de uma coluna de solo, com entrada do percolante e sada do efluente. _________________________________________________________________ 86

Figura 4:1. Detalhe da coleta de amostra indeformada do horizonte Bw de um Latossolo retirado na rodovia Washington Luiz, km 111 - Duque de Caxias, RJ. __________ 92

Figura 4:2. Detalhe da coleta de amostra indeformada do horizonte Bt de um Chernossolo retirado prximo ao n 34.926 da Av. Brasil, no Caminho Rodrigues, em Vila Kennedy - RJ. _____________________________________________________________ 93

Figura 4:3. Etapas do processamento e coleta do lodo na ETIG: (a) decantadores; (b) digestores; (c) centrfuga de desaguamento e (d) coleta no caminho caamba. _ 94

Figura 4:4. Classificao morfolgica dos poros (adaptado de BREWER, 1976) _________ 99

Figura 4:5. Mtodo de fracionamento descrito por Mann & Ritchie (1993) com algumas adaptaes propostas por Gomes et. al. (1997; 2001). _____________________ 102

Figura 4:6. Teste de toxicidade aguda com oligoquetas da espcie Eisenia Andrei. _____ 105

Figura 4:7. Teste de fuga com oligoquetas da espcie Eisenia andrei; preparao do recipiente contendo lodo de esgoto e solo artificial (A) e incio do ensaio com solo artificial e Latossolo acrescido de lodo de esgoto (B). ______________________ 106

Figura 4:8 Esquema da coluna de lixiviao utilizada no ensaio. ____________________ 108

Figura 4:9. Esquema do sistema de reservatrio utilizado no ensaio de coluna de lixiviao. ________________________________________________________________ 109

Figura 4:10. Sistema de filtrao do percolado no ensaio de coluna de lixiviao. _______ 110

Figura 4:11. Esquema de coluna de lixiviao contendo: (1) reservatrio superior, (2) reservatrio inferior, (3) vazadouro, (4) colunas de solo (5) funis e (6) provetas para recolhimento do percolado. __________________________________________ 110

xi

Figura 4:12. Amostras coletadas, acondicionadas e identificadas aps lixiviao em coluna. ________________________________________________________________ 112

Figura 4:13. ICP-MS da Perkin Elmer Instruments. Laboratrio da Embrapa Solos, RJ. __ 113

Figura 4:14. A: Aparato da coluna desmontado: (1) membrana geotxtil, (2) corpo de prova com amostra, (3) lodo de esgoto e (4) parte superior da coluna com pedra porosa. B: Amostra de solo fora do corpo de prova. ________________________________ 113

Figura 4:15. Amostra depois de percolada na coluna, pronta para a impregnao e posterior confeco de lmina visando anlise micromorfolgica. ____________________ 114

Figura 4:16. Equipamentos utilizados na deteco de metais das amostras de solo das colunas. A: ICP-AES e B: Digestor de microondas. Laboratrio da Embrapa Solos, RJ. _____________________________________________________________ 114

Figura 4:17. Tela do software Pollute para a entrada dos dados gerais. ______________ 116

Figura 4:18. Tela do software Pollute para a entrada dos dados das camadas ________ 116

Figura 4:19. Tela do software Pollute para a entrada das condies de contorno ______ 117

Figura 4:20. Tela do software Pollute para escolha do tipo de sada dos resultados ____ 117

Figura 5:1. Extrao sequencial para a amostra de Latossolo & dose ideal de lodo de esgoto. ________________________________________________________________ 131

Figura 5:2. Extrao sequencial para a amostra de Latossolo & dose dupla de lodo de esgoto. ________________________________________________________________ 131

Figura 5:3. Extrao sequencial para a amostra de Chernossolo & dose ideal de lodo de esgoto. __________________________________________________________ 132

Figura 5:4. Extrao sequencial para a amostra de Chernossolo & dose dupla de lodo de esgoto. __________________________________________________________ 133

Figura 5:5. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao I. ___________________________ 134

Figura 5:6. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao II. __________________________ 135

Figura 5:7. Fracionamento dos metais nas amostras de Chernossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao I. ______________________ 136

Figura 5:8. Fracionamento dos metais nas amostras de Chernossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao II. ______________________ 136

Figura 5:9. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose ideal de lodo de esgoto durante a Extrao I. ____________ 138

Figura 5:10. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose ideal de lodo de esgoto durante a Extrao II. ____________ 138

Figura 5:11. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose dupla de lodo de esgoto durante a Extrao I. ___________ 140

xii

Figura 5:12. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose dupla de lodo de esgoto durante a Extrao II. ___________ 141

Figura 5:13. Porcentagem de mortalidade dos organismos testados durante o ensaio de toxicidade aguda nos diferentes tipos de solo. ___________________________ 147

Figura 5:14. Perda de peso (biomassa) dos organismos testados aps 14 dias de exposio no teste de toxicidade aguda. ________________________________________ 148

Figura 5:15. Resultado do teste de fuga e limite crtico para funo de habitat (

xiii

Figura 5:32. Visada da poro intermediria da lmina LAT 1. Destaque: poros fissurais alongados preenchidos por lodo de esgoto. _____________________________ 176

Figura 5:33. Detalhe da poro superior da lmina LAT 1. Maior reteno de lodo de esgoto nos poros cavitrios do que nos fissurais. _______________________________ 176

Figura 5:34. Lmina LAT 2. Porosidade bem aberta na parte superior da visada. Destaque para a presena de lodo de esgoto na forma de filamentos. _________________ 177

Figura 5:35. Poro intermediria da lmina LAT 2. Presena de lodo de esgoto sob forma de filamentos, orientados. ______________________________________________ 177

Figura 5:36. Detalhe (zoom) da figura anterior mostrando a orientao dos filamentos de lodo de esgoto. _______________________________________________________ 177

Figura 5:37. Base da lmina LAT 2. Porosidade mais fechada e destaque para os poros fissurais bem conectados na direo Ne-Se. _____________________________ 178

Figura 5:38. Parte superior da lmina LAT 3. Destaque para alguns poros fissurais com orientao topo-base bem conectados, ligados a outros de direes variveis. __ 178

Figura 5:39. Parte superior da lmina LAT 3. Porosidade mais aberta entre os poros cavitrios, preenchidos com filamentos de lodo de esgoto (em destaque). _____ 178

Figura 5:40. Parte mediana da lmina LAT 3. Porosidade cavitria mais aberta e resqucios de lodo de esgoto no seu interior. ________________________________________ 179

Figura 5:41. Lmina LAT 3. Na parte superior da visada tem-se uma porosidade cavitria mais fechada, diferentemente da parte inferior. Tambm na parte inferior ocorre a presena de lodo de esgoto. Na parte intermediria observam-se poros fissurais. 179

Figura 5:42. Base da lmina CH 1. Poros cavitrios de dimetros menores, em destaque poros preenchidos por lodo de esgoto. _________________________________ 181

Figura 5:43. Poro intermediria da lmina CH 1. Minerais expansveis preenchendo poros fissurais. _________________________________________________________ 181

Figura 5:44. Poro superior da lmina CH1. Poros fissurais bem finos com pouco preenchimento de lodo de esgoto. _____________________________________ 181

Figura 5:45. Base da lmina CH 2. Em destaque um poro fissural grande sem preenchimento de lodo e poros cavitrios circunvizinhos preenchidos com lodo de esgoto. _____ 182

Figura 5:46. Poro intermediria da lmina CH 2. Poros cavitrios pouco conectados e destaque para os poros fissurais com orientao topo-base. ________________ 182

Figura 5:47. Poro superior da lmina CH 2. Poros cavitrios preenchidos por lodo de esgoto. Destaque para o preenchimento dos poros com material expansivo. ___ 182

Figura 5:48. Poro superior da lmina CH 3. Poros cavitrios, alguns preenchidos por lodo de esgoto, e poros fissurais bem conectados. ____________________________ 183

Figura 5:49. Poro intermediria da lmina CH 3. Maior quantidade de poros cavitrios do que poros fissurais, ao contrrio do observado no topo da lmina. ____________ 183

xiv

Figura 5:50. Base da lmina CH 3. Porosidade cavitria pouco conectada, preenchida completamente ou parcialmente por lodo de esgoto. ______________________ 183

xv

LISTA DE TABELAS

Tabela 2:1. Sntese das fontes de contaminao e efeitos sobre a sade dos principais metais encontrados no lodo (SILVA et al., 2001 modificado). _______________________ 49

Tabela 2:2. Principais agentes patognicos no lodo e doenas causadas pela sua exposio (PROSAB, 1999). ___________________________________________________ 51

Tabela 2:3. Principais impactos ambientais relacionados a disposio de lodo de esgoto no solo (LARA et al., 2001; PROSAB, 1999). ________________________________ 53

Tabela 2:4. Limites mximos de concentrao de substncias inorgnicas permitidos em lodo de esgoto destinado para fins agrcolas (BRASIL, 2006a). ___________________ 55

Tabela 2:5. Limites mximos de agentes patognicos permitidos em lodo de esgoto destinado para fins agrcolas e suas respectivas classes (BRASIL, 2006a). ______________ 55

Tabela 3:1. Relao entre Eh, pH e mobilidade de alguns elementos essenciais e potencialmente txicos (hachurados). Adaptado de PLANT et al. (1996) apud BELL (1998). ___________________________________________________________ 63

Tabela 3:2. Capacidade de troca catinica dos principais argilominerais atribudos por GRIM, 1968 (adaptado de ELBACH, 1989). ___________________________________ 71

Tabela 3:3. Srie tpica de Mitchell e de Triegel quanto a preferncia da troca catinica. Adaptado de ELBACH (1989). ________________________________________ 71

Tabela 3:4. Sntese dos mtodos de extrao seqencial com respectivos extratores. ____ 80

Tabela 3:5. Coeficientes de difuso em soluo para diluio infinita, a 25C. __________ 85

Tabela 4:1. Relao de amostras obtidas no ensaio de coluna de lixiviao ___________ 111

Tabela 5:1. Resultados das anlises granulomtricas e dos limites de Atterberg ________ 119

Tabela 5:2. Resultados dos ndices fsicos (umidade, massas especficas dos solos e aparente, porosidade) ______________________________________________ 120

Tabela 5:3. Valores de pH e complexo sortivo para o Latossolo e o Chernossolo _______ 121

Tabela 5:4. Resultado do potencial agronmico do lodo de esgoto. __________________ 122

Tabela 5:5 Resultados (%) do ataque sulfrico e da anlise qumica total dos solos _____ 123

Tabela 5:6. Resultado das avaliaes de metais totais nas amostras de Chernossolo e Latossolo ________________________________________________________ 124

Tabela 5:7. Caracterizao do lodo quanto presena de substncias inorgnicas _____ 124

Tabela 5:8. Caracterizao do lodo de esgoto quanto presena de patgenos ________ 125

Tabela 5:9. Mineralogia dos solos estudados por DRX e percentual de argilominerais ___ 126

Tabela 5:10. Percentual de metais extrados das fraes residuais das amostras estudadas. ________________________________________________________________ 130

xvi

Tabela 5:11. Sequncia de disponibilidade dos metais nas Extraes I e II de acordo com as fraes analisadas (LT Latossolo, CH Chernossolo, 1x dose ideal de lodo, 2x dose dupla de lodo) ________________________________________________ 142

Tabela 5:12. Sequncia de disponibilidade das fraes nas Extraes I e II de acordo com os metais Cd, Cu, Ni e Zn (LT Latossolo, CH Chernossolo, 1x dose ideal de lodo, 2x dose dupla). __________________________________________________ 143

Tabela 5:13. Valores de pH, condutividade eltrica e fora inica dos extratos _________ 143

Tabela 5:14. Distribuio percentual das espcies qumicas de Ni, Cd, Zn e Cu nas fraes das amostras de Latossolo e de Chernossolo acrescidas de dose ideal e de dose dupla de lodo de esgoto _____________________________________________ 146

Tabela 5:15. Atributos fsicos dos solos para o ensaio de coluna ____________________ 150

Tabela 5:16. Vazes mdias nas colunas de Chernossolo e Latossolo. _______________ 153

Tabela 5:17. Condutividade hidrulica (K), velocidade de Darcy (q), velocidade mdia de deslocamento (v), velocidade da partcula (vp) e nmero de Reynolds (Re). ____ 153

Tabela 5:18. Concentraes inicias (C0) dos metais estudados. _____________________ 155

Tabela 5:19. Concentrao mnima e mxima dos metais detectados na lixiviao. _____ 155

Tabela 5:20. Resultados da anlise qumica total de metais nas amostras retiradas dos cilindros das colunas ensaiadas. Valores hachurados acima dos limites de referncia estipulados pela CETESB (2005) para solos. ____________________________ 158

Tabela 5:21. Anlises qumicas totais de metais no lodo (equivalente a 100%) e nas amostras de Latossolo e Chernossolo __________________________________________ 159

Tabela 5:22. Resultados das anlises de rotina (fertilidade) nas amostras de Latossolo e Chernossolo, antes e depois do ensaio de lixiviao em colunas. ____________ 172

Tabela 5:23. Resultados das anlises de carbono orgnico e matria orgnica (calculada) nas amostras de Latossolo e Chernossolo, antes e depois do ensaio de lixiviao em colunas. _________________________________________________________ 172

xvii

Lista de Smbolos

Va velocidade linear de adveco [LT-1]

C concentrao de espcie qumica em soluo [ML-3]

x distncia na direo do fluxo [L]

t tempo [T]

massa especfica aparente seca do solo [ML-3]

s massa especfica dos slidos [ML-3]

n massa especfica aparente do solo [ML-3]

porosidade do solo

v velocidade mdia da gua subterrnea [LT-1]

k condutividade hidrulica [LT2]

i gradiente hidrulico [LL-1]

Dh coeficiente de disperso hidrodinmica da espcie qumica [L2T-1]

De coeficiente de difuso molecular da espcie em meio poroso [L2T-1]

Dm coeficiente de disperso mecnica [L2T-1]

L coeficiente de dispersividade longitudinal [L]

T coeficiente de dispersividade transversal [L]

v velocidade linear mdia [LT-1]

W coeficiente de tortuosidade (W

xviii

M constante, quantidade mxima de soluto adsorvida pelo solo [MM-1]

KL constante relacionada com a energia de adsoro [L3M-1]

Kd coeficiente de partio ou distribuio [L3M-1]

Rd fator de retardamento

v velocidade linear mdia do fluido no meio poroso (velocidade de percolao) [LT-1]

vc taxa mdia de migrao do centro de massa de uma dada espcie qumica [LT-1]

IP ndice de plasticidade

LL limite de liquidez

LP limite de plasticidade

As atividade de Skempton

m massa de solo seca adicionada ao recipiente [M]

V volume de soluo adicionado ao recipiente [L]

xix

Sumrio

1 INTRODUO_______________________________________________________ 22

1.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 22

1.2 Objetivo da Pesquisa_________________________________________________ 26

1.3 Contedo da Dissertao _____________________________________________ 26

2 LODO DE ESGOTO: CARACTERSTICAS, PRODUO E DISPOSIO _______ 28

2.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 28

2.2 Etapas de Tratamento de Esgoto e Processamento do Lodo ________________ 29 2.2.1 TRATAMENTO DA FASE LQUIDA___________________________________ 30 2.2.1.1 Tratamento Preliminar ___________________________________________ 31 2.2.1.2 Tratamento primrio _____________________________________________ 31 2.2.1.3 Tratamento secundrio __________________________________________ 32 2.2.1.4 Tratamento Tercirio ____________________________________________ 33 2.2.2 PROCESSAMENTO DO LODO (TRATAMENTO DA FASE SLIDA) ________ 33 2.2.2.1 Adensamento __________________________________________________ 35 2.2.2.2 Estabilizao biolgica ___________________________________________ 35 2.2.2.3 Condicionamento do lodo ________________________________________ 36 2.2.2.4 Desaguamento _________________________________________________ 36 2.2.2.5 Disposio final ________________________________________________ 37

2.3 Alternativas para a Disposio Final de Lodos Gerados em ETEs ___________ 37 2.3.1 DISPOSIO NO SOLO ___________________________________________ 38 2.3.1.1 Reciclagem Agrcola e Florestal ___________________________________ 38 2.3.1.2 Disposio em aterro sanitrio _____________________________________ 40 2.3.1.3 Recuperao de reas degradadas _________________________________ 41 2.3.1.4 Landfarming ___________________________________________________ 43 2.3.2 REUSO INDUSTRIAL _____________________________________________ 43 2.3.3 INCINERAO __________________________________________________ 45 2.3.4 CONVERSO EM LEO COMBUSTVEL _____________________________ 45 2.3.5 DISPOSIO OCENICA __________________________________________ 46

2.4 Fatores Limitantes Aplicao de Lodo nos Solos ________________________ 47 2.4.1 METAIS PESADOS _______________________________________________ 47 2.4.2 AGENTES PATOGNICOS_________________________________________ 50 2.4.3 COMPOSTOS ORGNICOS ________________________________________ 51

2.5 Possveis Impactos Ambientais ________________________________________ 52

2.6 Diretrizes para Disposio de Lodo no Solo ______________________________ 54

3 CONTAMINANTES INORGANICOS: MIGRAO, (BIO)DISPONIBILIDADE E MOBILIDADE ___________________________________________________________ 57

3.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 57

3.2 Conceituao de reas Degradadas ____________________________________ 60

xx

3.3 Migrao e Processos de Interao dos Metais nos Solos __________________ 62 3.3.1 PROCESSOS DE INTERAO ENTRE O SOLO E OS CONTAMINANTES ___ 64 3.3.1.1 Especiao Qumica ____________________________________________ 64 3.3.1.2 Oxidao e reduo _____________________________________________ 66 3.3.1.3 Dissoluo e precipitao das fases slidas __________________________ 69 3.3.1.4 Troca Inica ___________________________________________________ 70 3.3.1.5 Adsoro na Matriz do Solo _______________________________________ 72

3.4 A (Bio)disponibilidade dos Compostos Inorgnicos _______________________ 74 3.4.1 CONSIDERAES GERAIS ________________________________________ 74 3.4.2 EXTRAO SEQUENCIAL QUMICA _________________________________ 76 3.4.3 MTODOS DE FRACIONAMENTO QUMICO __________________________ 77

3.5 O Estudo da Mobilidade dos Metais ____________________________________ 82 3.5.1 CONSIDERAES GERAIS ________________________________________ 82 3.5.2 O TRANSPORTE PROCESSOS FSICOS ___________________________ 83 3.5.3 ENSAIOS DE COLUNA DE LIXIVIAO ______________________________ 86 3.5.4 SIMULAO NO PROGRAMA POLLUTE V7 __________________________ 88

4 METODOLOGIA DA PESQUISA ________________________________________ 90

4.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 90

4.2 Caracterizao e Coleta dos Solos e do Lodo de Esgoto ___________________ 91 4.2.1 ANLISES FSICAS ______________________________________________ 95 4.2.2 ANLISES FSICO-QUMICAS E QUMICAS (TOTAIS E SELETIVAS) _______ 95 4.2.2.1 Determinao do pH ____________________________________________ 95 4.2.2.2 Complexo sortivo _______________________________________________ 95 4.2.2.3 Caracterizao do lodo quanto ao potencial agronmico ________________ 96 4.2.2.4 Ataque sulfrico ________________________________________________ 96 4.2.2.5 Anlise qumica total ____________________________________________ 97 4.2.3 ENSAIOS MICROBIOLGICOS _____________________________________ 97 4.2.4 ENSAIOS MINERALGICOS _______________________________________ 98 4.2.5 CARACTERIZAO MORFOLGICA E MICROMORFOLGICA___________ 98

4.3 Ensaios de Disponibilidade de Metais (Fracionamento / Especiao) ________ 100 4.3.1 EXTRAO SEQUENCIAL DOS METAIS ____________________________ 100 4.3.2 ESPECIAO QUMICA - VISUAL MINTEQ __________________________ 103

4.4 Ensaios de Toxicidade dos Solos _____________________________________ 104 4.4.1 TESTE DE TOXICIDADE AGUDA ___________________________________ 105 4.4.2 TESTE COMPORTAMENTAL ______________________________________ 106

4.5 Ensaios de Mobilidade dos Metais_____________________________________ 107 4.5.1 ENSAIOS DE COLUNA DE LIXIVIAO _____________________________ 107 4.5.1.1 Montagem do Ensaio ___________________________________________ 108 4.5.1.2 Procedimentos do ensaio________________________________________ 111 4.5.2 SIMULAES COM O PROGRAMA COMPUTACIONAL POLLUTE _______ 115

5 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS _______________________ 118

5.1 Consideraes Iniciais ______________________________________________ 118

5.2 Anlises Fsicas ____________________________________________________ 118

xxi

5.3 Anlises Fsico-Qumicas e Qumicas Totais e Seletivas __________________ 120

5.4 Ensaios Microbiolgicos_____________________________________________ 125

5.5 Ensaios Mineralgicos ______________________________________________ 126

5.6 Caracterizao Morfolgica e Micromorfolgica _________________________ 127

5.7 Ensaio de Disponibilidade de Metais ___________________________________ 129

5.8 Ensaios de Toxicidade dos Solos _____________________________________ 147

5.9 Ensaios de Mobilidade dos Metais_____________________________________ 149

6 CONCLUSES E SUGESTES ________________________________________ 184

6.1 Concluses Parcias _________________________________________________ 184 6.1.1 CARACTERIZAO DOS SOLOS ESTUDADOS ______________________ 184 6.1.2 ENSAIOS DE DISPONIBILIDADE DE METAIS_________________________ 185 6.1.3 ENSAIOS DE TOXICIDADE DOS SOLOS ____________________________ 186 6.1.4 ENSAIOS DE MOBILIDADE DOS METAIS ____________________________ 186

6.2 Concluso Geral ___________________________________________________ 188

6.3 Sugestes _________________________________________________________ 189

22

1 INTRODUO

1.1 Consideraes Gerais

O crescimento das demandas da sociedade por melhores condies do

ambiente tem exigido das empresas a definio de polticas ambientais mais

avanadas, que geralmente se iniciam pelo tratamento de efluentes lquidos. Esse

tratamento gera um resduo slido, rico em matria orgnica e nutrientes,

denominado lodo de esgoto.

O percentual do esgoto coletado que recebe algum tipo de tratamento baixo

no Brasil (em torno de 1/3), especialmente quando se tem em conta que boa parte

do esgoto produzido no Pas no recolhido por sistemas de coleta, sendo lanado

diretamente no solo e em corpos dgua (BRASIL, 2008).

Assim como o esgoto que no coletado no Pas, a maior parte do resduo

tratado tem destino incerto e, na maioria das vezes, fica exposto ao meio ambiente

ou acaba sendo encaminhado aos aterros de resduos slidos urbanos.

A disposio final e o tratamento dos resduos slidos urbanos no Brasil,

segundo dados do IBGE (1991), so distribudos da seguinte maneira: 76% em cu

aberto (lixo); 13% aterro controlado (lixo controlado); 10% aterro sanitrio; 1%

passa por tratamento (compostagem, reciclagem e incinerao). J no Reino Unido,

aproximadamente 76% dos resduos so dispostos em aterros sanitrios (BELL,

1993), uma diferena significativa ao se comparar com a realidade brasileira.

Nos Estados Unidos, Canad, Austrlia e em vrios pases da Europa, grande

parte do lodo domstico vai para a agricultura, aproveitamento que chega a 65% no

caso dos norte-americanos. Sendo aparentemente to simples, por que o Brasil

ainda no faz melhor uso desses resduos?

COLODRO (2005) explica que aqui se importou a tcnica de tratamento, mas

no houve preocupao com o destino do resduo produzido. Distribudo

desordenadamente, o resduo pode causar trs tipos de impacto ao meio-ambiente:

as presenas de nitrato, de patgenos e de metais pesados. Ele acrescenta que,

enquanto os pases mencionados j usam o lodo de esgoto h 60 anos, o Brasil

soma apenas 10 ou 15 anos de trabalho efetivo na rea.

23

Em todo o mundo, rejeitar o lodo de esgotos um problema ambiental, pois

as estaes de tratamento de esgotos produzem mensalmente uma quantidade

elevada deste material. A rica composio em matria orgnica, nitrognio e fsforo

faz com que o lodo seja considerado um adubo til para condicionar e fertilizar solos

agrcolas ou recuperar reas degradadas.

A poltica ambiental deve ser baseada primordialmente no ecological cycle

management. Nada mais do que um sistema circular onde a quantidade de

resduos reaproveitados deva ser cada vez maior, ao contrrio da quantidade de

resduos gerados (DEMAJOROVIC, 1995).

A busca de alternativas viveis para a disposio final do lodo de esgoto

enquadra-se na preocupao mundial definida pela Agenda 21, que incluiu o tema

manejo ambientalmente saudvel dos resduos slidos e questes relacionadas com

esgotos, e definiu como programas prioritrios: a reduo ao mnimo dos resduos; o

aumento ao mximo da reutilizao e reciclagem ambientalmente saudveis dos

resduos; a promoo do depsito e tratamento ambientalmente saudveis dos

resduos e a ampliao do alcance dos servios que se ocupam dos resduos.

Dentre as alternativas para o aproveitamento e/ou disposio final do lodo de

esgotos, TSUTIYA, (2000) cita a disposio em aterro sanitrio, o reuso industrial, a

incinerao, a converso em leo combustvel, a recuperao de solos e reas

degradadas, o landfarming e a disposio ocenica.

Destas alternativas, a disposio ocenica foi proibida nos Estados Unidos e

em alguns pases da Europa (PROSAB, 1999). Na tica sustentvel, a eliminao

final do lodo de esgoto atravs da incinerao, do uso de landfarming ou pela

disposio em aterros sanitrios empregada apenas quando sua valorizao

impossvel, seja porque o lodo apresenta contaminaes ou, ento, quando nas

reas prximas s estaes no existirem solos adequados ou disponveis

(FERNANDES et al., 2001).

As principais formas de tratamento e destinao final dos resduos produzidos

no Estado do Rio de Janeiro so: reciclagem, aterro municipal, co-processamento,

aterro industrial, estocagem, incinerao, incorporao, fertilizao ou landfarming e

aterro de terceiros (FEEMA1, 2000).

1 Atual INEA.

24

A escolha da alternativa de disposio do lodo passa por avaliaes de ordem

tcnica, econmica e ambiental. Sob a tica ambiental, cada uma das alternativas

apresenta potenciais impactos ao ambiente, que podem ser positivos ou negativos,

podendo valorizar ou condenar a forma de disposio adotada. A sua aplicao

exige ainda investigaes prvias, que devem ser cumpridas, e que devem ser

diferenciadas em funo das condies locais da sua aplicao e do material a ser

utilizado.

A aplicao de lodo de esgotos em solos agrcolas e/ou florestais e tambm

em reas degradadas uma prtica aceitvel, tanto como forma de disposio final

destes materiais, quanto de melhorar as caractersticas fsicas, qumicas e biolgicas

dos solos. Como a rea degradada se caracteriza por no fornecer condies ao

desenvolvimento e fixao da vegetao em funo da falta de matria orgnica e

de nutrientes no solo e da atividade biolgica, a adio do lodo apresenta uma srie

de caractersticas que favorecem a recuperao e o reaparecimento da vegetao

(TSUTIYA, 2000).

No Brasil, o nmero de reas degradadas tem aumentado consideravelmente

ao longo dos anos devido s atividades antrpicas, tais como: construo de

estradas e barragens, minerao e reas agrcolas mal manejadas (DUDA et al.,

1999 apud BEZERRA et al., 2006).

Do ponto de vista econmico, o uso do lodo como fertilizante orgnico

representa o reaproveitamento integral de seus nutrientes e a substituio de

adubao qumica, com rendimentos equivalentes, ou superiores aos conseguidos

com fertilizantes comerciais. O lodo de esgoto tambm pode influenciar

positivamente caractersticas fsicas dos solos, como a formao de agregados de

partculas do solo, com consequente melhoria da infiltrao, da reteno de gua e

da aerao, com reflexos ambientais imediatos, como a reduo da eroso e a

consequente melhoria da qualidade dos recursos hdricos. Dentre as variveis

qumicas, fsicas e biolgicas que afetam a estrutura dos solos, a matria orgnica

pode ser o fator mais importante na formao e estabilidade dos agregados. A

influncia da matria orgnica na agregao do solo um processo dinmico, sendo

necessrio o acrscimo contnuo de material orgnico para manter a estrutura

adequada ao desenvolvimento das plantas. Dessa forma, as propriedades do lodo

de esgoto o tornam interessante para aplicao em solos agrcolas desgastados por

25

manejo inadequado, bem como para recuperao de reas degradadas (KOCSSIS

& MARIA, 2004).

Alguns impactos negativos que podem ser citados devido utilizao no

controlada do lodo de esgoto so: o acmulo de metais pesados, a presena de

compostos orgnicos e agentes patognicos no solo, a lixiviao de compostos

resultantes da decomposio do lodo no solo, a contaminao de corpos hdricos e

reas adjacentes, devido ao escorrimento superficial do material e a volatilizao de

compostos (ANDREOLI et al., 2001).

A disponibilidade e a solubilidade destes metais contidos nos lodos so

controladas por fenmenos de adsoro, complexao, oxi-reduo, e precipitao,

podendo alcanar nveis txicos nos solos. Por essa razo, diversos pases

possuem normas tcnicas regulamentando a maneira adequada de sua utilizao.

No Brasil, em agosto de 2006, foi publicada a Resoluo Conama n 375, que

define critrios e procedimentos, para o uso agrcola de lodos de esgoto gerados

em estaes de tratamento de esgoto sanitrio e seus produtos derivados, e d

outras providncias.

Uma forma de se estudar a distribuio dos metais em suas diversas formas

no solo pela extrao seletiva ou sequencial, tambm chamada de fracionamento

sequencial. Em geral, usa-se uma sequncia de extratores cada vez mais fortes para

retirar os metais das diversas fraes dos solos.

Toda e qualquer discusso envolvendo o uso de materiais contendo possveis

elementos txicos deve ser embasada em resultados de pesquisa, para definir o

destino desses elementos no solo e o risco de sua entrada na cadeia alimentar.

Assim, importante buscar ferramentas que permitam interpretar o efeito da

ocorrncia dos metais dentro de uma perspectiva racional.

A literatura internacional sobre o assunto relativamente abundante, de

maneira especial nos EUA e nos pases da Europa Ocidental (SLOAN et al., 1997;

SPOSITO et al., 1982; LAKE et al., 1984; SIMS & KLINE, 1991; ALLOWAY &

JACKSON, 1991; BERTI & JACOBS, 1996; BASTA et al., 2001; BROWN et al.,

2004, etc.). A literatura nacional tambm dispe de algumas importantes

contribuies (PIRES (2003, 2006); BELTIOL et al., 1989; ANDREOLI et al., 2001;

BRASIL, 2006a,b), mas ainda tem-se muito o que descobrir para adaptar as normas

e bases estrangeiras a nossa realidade tropical. Dessa forma, indispensvel o

envolvimento dos rgos de pesquisa e ensino nos estudos sobre os efeitos do lodo

26

de esgoto nos solos tropicais, bem como os seus impactos no ambiente. Esses

estudos devem ser executados preferencialmente por equipes interdisciplinares.

1.2 Objetivo da Pesquisa

Diante deste cenrio preocupante e da necessidade de criao e

aperfeioamento de novas alternativas que minimizem o problema da gerao de

resduos domsticos, esta pesquisa buscou contribuir no cunho ambiental no que diz

respeito ao tema reuso e reciclagem, avaliando o reaproveitamento do resduo lodo

de esgoto na recuperao de reas degradadas em ambientes tropicais.

Assim, procurou-se simular em laboratrio, sob condies controladas e

homogneas, a aplicao deste resduo em campo. Para isso, em duas classes de

solos com caractersticas e composies mineralgicas bem distintas, observou-se o

comportamento dos sistemas solo e lodo antes da incorporao do resduo, e do

sistema solo-lodo durante e aps a aplicao do mesmo.

Objetivou-se ento com essa pesquisa avaliar: (i) os teores (bio)disponveis

de compostos inorgnicos por meio de fracionamento qumico e colunas de

lixiviao; (ii) a distribuio dos elementos nas fraes do sistema solo-lodo aps a

incorporao do lodo de esgoto e sua especiao; (iii) o transporte por meio dos

ensaios de coluna de lixiviao e do programa computacinal Pollute.

1.3 Contedo da Dissertao

O captulo 1 refere-se questo temtica do presente trabalho, relacionando

as metas e os objetivos e fazendo um apanhado de toda a dissertao.

O captulo 2 apresenta a definio de lodo de esgotos: elucida suas principais

caractersticas e faz um apanhado desde a sua produo at sua disposio final,

benfica ou no, apontando os principais impactos ambientais e as diretrizes a que

esto sujeitas.

No captulo 3 tem-se uma viso geral sobre a questo da contaminao

inorgnica nos meios porosos, sendo introduzidas as definies de rea degradada,

biodisponibilidade, migrao e fracionamento qumico.

27

No captulo 4, est relatada a metodologia da pesquisa, sendo apresentados

os ensaios de disponibilidade e mobilidade dos metais e toxicidade dos solos que

foram realizados ao longo dos cinco anos, juntamente com as descries de cada

etapa da caracterizao mineralgica, morfolgica, micromorfolgica, qumica, fsico

qumica, biolgica e fsica das amostras de solos e de lodo de esgoto estudados.

Posteriormente, no captulo 5, so apresentados os resultados das referidas

anlises, seguidas das discusses baseadas nos fundamentos avaliados, buscando-

se possveis explicaes para dar sustento aos achados, tomando como referncia a

literatura existente na rea.

Por fim, no captulo 6, apresentada uma avaliao do estudo no conjunto,

levando em conta suas repercusses e as questes levantadas a partir desse

trabalho, bem como sugestes para futuras pesquisas.

No final da dissertao so listadas as referncias bibliogrficas e

apresentados os anexos.

28

2 LODO DE ESGOTO: CARACTERSTICAS, PRODUO E DISPOSIO

2.1 Consideraes Gerais

Os esgotos, tanto no Brasil quanto no mundo, so classificados em dois

grupos principais: domsticos e industriais. Os primeiros so constitudos

essencialmente de despejos domsticos, uma parcela de guas pluviais e guas de

infiltrao. Eventualmente uma parcela de despejos industriais misturada ao

esgoto domstico.

Os esgotos domsticos ou domiciliares provm principalmente de residncias,

edifcios comerciais, instituies ou quaisquer edificaes que contenham

instalaes de banheiros, lavanderias, cozinhas, ou qualquer dispositivo de

utilizao de gua para fins domsticos. J os industriais, extremamente diversos,

provm de qualquer utilizao de gua para fins industriais, adquirindo

caractersticas prprias em funo, por exemplo, do processo industrial empregado e

do sistema de tratamento utilizado pela empresa (FERREIRA et al., 1999).

A composio mdia do esgoto aponta para uma mistura de gua (99,9%) e

slidos (0,1%), sendo que, do total de slidos, 70% so orgnicos (protenas,

carboidratos, gorduras) e 30% inorgnicos (partculas minerais, sais e metais).

Durante o processo de tratamento, ocorre a separao das fraes slida e lquida.

O tratamento de esgotos resulta na produo de um lodo rico em nutrientes e

matria orgnica, denominado lodo de esgoto (FERNANDES, 2000; GRAY, 2005).

Durante o processo de tratamento, ocorre a separao por decantao das

fraes slida e lquida. A fase lquida pode ser composta por esgotos domsticos,

guas de infiltrao e despejos industriais e a slida denominada de lodo de esgoto

(MELO & MARQUES, 2000). Apesar da constituo do lodo ser de mais de 95% de

gua, por conveno, ele designado de fase slida visando distingui-lo do fluxo do

lquido tratado que chamado de fase lquida (VON SPERLING & GONALVES,

2001).

As caractersticas qualitativas e quantitativas do lodo esto relacionadas com

a densidade populacional, tipo de urbanizao, hbitos sanitrios, condies

ambientais, estao do ano, perfil de sade da comunidade que gera o lodo e tipo

de sistema de tratamento existente (PROSAB, 1999).

29

Segundo BETTIOL et al. (1989) o lodo de esgoto apresenta uma composio

varivel, pois depende da origem e do processo de tratamento do esgoto. Um lodo

de esgoto tpico apresenta em torno de 40% de matria orgnica, 4% de nitrognio,

2% de fsforo e os demais macro (Mg, S e Ca) e micronutrientes (B, Cu, Fe, Zn, Mo,

Cl, Co, Si, Mn e Na). Note-se a ausncia do potssio.

Os principais riscos ambientais relacionados com a reciclagem do lodo no

meio ambiente so representados pelo seu contedo de metais, de compostos

orgnicos, de microrganismos patognicos e pelos riscos de poluio das guas

superficiais e subterrneas. A dinmica de cada elemento qumico deve ser

analisada frente s dosagens consideradas txicas e aos diferentes nveis de

exposio. Os agentes patognicos devem ser analisados segundo seus diferentes

graus de atividade biolgica e concentraes, que definem a sua virulncia, j que,

associada s condies do meio e s suscetibilidades dos hospedeiros, pode se

refletir em algumas alteraes na sade das populaes (PROSAB, 1999).

2.2 Etapas de Tratamento de Esgoto e Processamento do Lodo

Os sistemas de tratamento de esgotos domsticos foram originalmente

concebidos para remover a matria orgnica e os slidos. Posteriormente surgiu a

preocupao em reduzir outros constituintes, como nutrientes e organismos

patognicos (GASI & ROSSIN, 1993 apud CHAGAS, 2000). Atualmente considera-

se que as estaes de tratamento devam atuar como verdadeiras barreiras

disseminao de diversas enfermidades.

Pode-se, ento, separar o tratamento de esgoto domiciliar em 4 nveis

bsicos: preliminar, tratamento primrio e tratamento secundrio que tem quase a

mesma funo, e tratamento tercirio ou ps-tratamento. Cada um deles tm,

respectivamente, o objetivo de remover os slidos suspensos (lixo, partculas

minerais), remover os slidos dissolvidos, a matria orgnica, e os nutrientes e

organismos patognicos. Esses nveis de tratamentos so comum ao Brasil e aos

Estados Unidos.

30

2.2.1 TRATAMENTO DA FASE LQUIDA

A produo do lodo a ser gerado funo principal do sistema de tratamento

utilizado para a fase lquida. Todos os processos de tratamento so iniciados pelo

tratamento preliminar, onde h, necessariamente, a gerao de material gradeado e

areia. Os processos que recebem o esgoto bruto em decantadores primrios geram

o lodo primrio, composto pelos slidos sedimentveis do esgoto bruto. Na etapa

biolgica de tratamento, tem-se o lodo biolgico ou lodo secundrio. Esse lodo a

prpria biomassa que cresceu custa do alimento fornecido pelo esgoto afluente

(Figura 2:1). Dependendo do tipo de sistema, o lodo primrio pode ser enviado para

o tratamento juntamente com o lodo secundrio, resultando o chamado lodo misto.

Em sistemas de tratamento que incorporam uma etapa fsico-qumica (para melhorar

o desempenho do lodo primrio ou para dar um polimento ao efluente secundrio)

tem-se o lodo qumico ou tercirio.

Figura 2:1. Tratamento da fase lquida de esgotos. (1) cidade (2) rede de esgotos (3) e (4) tratamento preliminar, grades e caixa de areia (5) tratamento primrio, decantador (6) e (7)

31

tratamento secundrio, tanque de aerao e decantador (8) desaguamento no rio. Fonte: Sabesp (2009).

2.2.1.1 Tratamento Preliminar

O tratamento preliminar consiste basicamente na remoo de slidos

grosseiros e areia, feita normalmente por meio de grades. Nesta etapa, chamada de

gradeamento, o resduo com dimenses maiores do que o espao entre as barras

nas grades fica retido (FONTES, 2003).

A remoo da areia feita atravs de uma unidade denominada caixa de

areia ou desarenador. Estas unidades so dimensionadas para a remoo apenas

deste slido. Neste processo, o gro de areia sedimenta no fundo da caixa por

causa do seu tamanho e densidade, enquanto a matria orgnica permanece em

suspenso no meio lquido, seguindo para a unidade seguinte (FONTES, 2003).

Normalmente, o material resultante deste tratamento preliminar disposto em

aterros sanitrios.

2.2.1.2 Tratamento primrio

Tem por objetivo remover os slidos em suspenso e os slidos flutuantes. O

tratamento primrio bastante simples - envolve uma tela seguida por um conjunto

de reservatrios ou tanques que deixam a gua em repouso, de modo que os

slidos sejam separados. Nessa unidade, os slidos que possuem densidade maior

do que a da massa lquida vo se depositando lentamente no fundo do tanque e

recebem o nome de lodo primrio. Em seguida, o efluente lquido encaminhado

para o tratamento secundrio, ou para o corpo receptor e o lodo primrio

encaminhado para o tratamento da fase slida, ambos por meio de tubulaes.

Os slidos flutuantes (graxas, leos), em funo da sua densidade, sobem

para a superfcie, onde so removidos, manualmente ou mecanicamente, para

tratamento posterior.

O tratamento primrio pode remover metade dos slidos, materiais orgnicos

e bactrias da gua.

32

Os tipos mais comuns de tratamentos primrios de acordo com a COPASA

(2009) so: (a) Filtros anaerbios, onde os slidos em suspenso se sedimentam no

fundo da fossa sptica e formam o lodo onde ocorre a digesto anaerbia. O lquido

ento encaminha-se para o filtro anaerbio que possui bactrias as quais crescem

aderidas a uma camada suporte formando a biomassa que reduz a carga orgnica

dos esgotos; e (b) Reator Anaerbio de Manta de Lodo (UASB), onde a biomassa

cresce dispersa no meio e no aderida como nos filtros. Essa biomassa, ao crescer,

forma pequenos grnulos, que por sua vez, tendem a servir de meio suporte para

outras bactrias. O fluxo do lquido ascendente e so formados gases metano e

gs carbnico, resultantes do processo de fermentao anaerbia.

2.2.1.3 Tratamento secundrio

Tem por objetivo remover a matria orgnica atravs de processos biolgicos

(nos tratamentos anteriores o processo puramente fsico) (FONTES, 2003).

O esgoto vai para grandes tanques de aerao onde fornecido ar para os

microorganismos contidos nele, fazendo com que esses se multipliquem e se

alimentem de material orgnico, o que formar o lodo e diminuir a carga poluidora

do esgoto.

Depois, o material segue novamente para tanques de sedimentao onde o

lodo formado se deposita no fundo do decantador, deixando a parte lquida livre de

90% das impurezas. Essa gua no potvel, mas pode ser lanada nos rios ou

reaproveitada para fins de limpeza.

Os tipos mais comuns de tratamento secundrio, segundo COPASA (2009)

so: (a) Lagoas de estabilizao, onde os esgotos entram em uma extremidade e

saem na oposta. A matria orgnica, na forma de slidos em suspenso, fica no

fundo da lagoa, formando um lodo que vai aos poucos sendo estabilizado. As algas

existentes no esgoto, na presena de luz, produzem oxignio que liberado atravs

da fotossntese. Esse oxignio dissolvido (OD) utilizado pelas bactrias aerbias

(respirao) para se alimentarem da matria orgnica presente no esgoto, que est

dissolvida e em suspenso. O resultado a produo de sais minerais alimento

das algas - e de gs carbnico (CO2); (b) Lodos ativados, composto,

essencialmente, por um tanque de aerao (reator biolgico), um tanque de

33

decantao (decantador secundrio) e uma bomba de recirculao do lodo. O

princpio do sistema a recirculao do lodo do fundo de uma unidade de

decantao para uma de aerao. Em decorrncia da recirculao contnua de lodo

do decantador e da adio contnua da matria orgnica, ocorre o aumento da

biomassa de bactrias, cujo excesso descartado periodicamente; (c) Tratamento

aerbio com biofilme, onde os esgotos so aplicados sobre um leito de material

grosseiro, como pedras e ripas ou material plstico, e percola em direo a drenos

no fundo. Este fluxo do esgoto permite o crescimento de bactrias na superfcie do

leito, formando uma pelcula de microorganismos. O ar circula nos espaos vazios

entre as pedras ou ripas, fornecendo oxignio para os microorganismos

decomporem a matria orgnica.

2.2.1.4 Tratamento Tercirio

O tratamento avanado destina-se a remover do efluente secundrio as

substncias que o tornam imprprio para determinado fim ou para ser lanado num

manancial dgua. Um exemplo de tratamento tercirio a remoo de partculas

minerais e orgnicas diminutas, em suspenso e dissolvidas no efluente, a fim de

transform-lo em gua potvel. O exemplo mais comum a remoo de nitrognio e

de fsforo presentes, para que estes no favoream a proliferao de algas capazes

de causar odor e sabor na gua do corpo receptor (PROSAB, 1999).

2.2.2 PROCESSAMENTO DO LODO (TRATAMENTO DA FASE SLIDA)

Durante o tratamento da fase lquida e dos processos de estabilizao, h a

gerao de um material com elevado teor de umidade, cuja desidratao

extremamente necessria caso haja necessidade de qualquer operao

subsequente ao tratamento. Apesar de no ser o nico subproduto gerado em uma

estao de tratamento de esgotos, o lodo tem uma importncia maior por ser um

resduo de difcil tratamento e disposio final (JORDO & PESSA, 1995 apud

FONTES, 2003).

34

A maior preocupao com esse lodo restringe-se na remoo da sua umidade

para se atingir um teor de slidos na faixa de 15% a 40% (SOBRINHO, 2000).

uma operao fundamental para a reduo de massa e volume do lodo a ser tratado

ou descartado (Figura 2:2).

Figura 2:2. Tratamento da fase slida. (1) cidade (2) entrada do lodo primrio (3) entrada do lodo secundrio (4) adensadores (5) flotadores (6) digestores (7) filtro prensa (8) esteira (9) tortas para o aterro sanitrio. Fonte: SABESP (2009).

As principais etapas do tratamento do lodo so: adensamento, estabilizao,

condicionamento, desaguamento e disposio final. A implantao ou no de cada

unidade vai depender das caractersticas do lodo gerado e do produto final que se

queira obter, alm dos custos. Os custos representam em torno de 20 a 60% do total

gasto com a operao de uma ETE (ANDREOLI et al., 2001; FERNANDES et al.,

1999; TSUTIYA et al., 2001).

35

2.2.2.1 Adensamento

O adensamento ou espessamento um processo fsico de concentrao de

slidos no lodo visando reduzir sua umidade e, em decorrncia, seu volume,

facilitando as etapas subsequentes de tratamento do lodo. As alternativas de

adensamento incluem o adensamento por gravidade e por flotao.

Os adensadores por gravidade apresentam melhor eficincia quando

utilizados no de lodo proveniente de tratamento primrio. Estas unidades so

semelhantes a um decantador primrio, no qual o lodo sedimenta e adensa no fundo

do tanque, sendo removido por raspadores e encaminhado para a etapa de

estabilizao. O lquido sobrenadante retorna ao incio do processo de tratamento

primrio (JORDO & PESSA, 1995 apud FONTES, 2003).

J os adensadores por flotao so utilizados com maior eficincia quando o

lodo proveniente de tratamento secundrio ou de lodo ativado (excedente). Esse

processo consiste na injeo de bolhas de ar no meio lquido, que aderem s

partculas slidas, fazendo com que a sua densidade diminua e as mesmas sejam

arrastadas para a superfcie, onde so removidas por raspadores (JORDO &

PESSA, 1995).

2.2.2.2 Estabilizao biolgica

A estabilizao visa atenuar o inconveniente de maus odores no tratamento e

manuseio do lodo. A reduo dos odores alcanada atravs da remoo da

matria orgnica biodegradvel componente do lodo. O mtodo mais empregado

para estabilizar o lodo a digesto anaerbia, onde o lodo bruto encaminhado

para o interior de digestores biolgicos totalmente fechados onde bactrias

anaerbias e facultativas estabilizam a matria orgnica produzindo gs carbnico,

metano, massa celular e outros micronutrientes (ANDREOLI et al., 2001).

36

2.2.2.3 Condicionamento do lodo

Para auxiliar no desaguamento do lodo necessria a utilizao de produtos

qumicos conhecidos como agentes coagulantes. Esses produtos so aplicados ao

lodo para favorecer a agregao das partculas de slidos e formao de flocos. O

condicionamento do lodo pode ser realizado atravs da utilizao de polmeros

orgnicos, produtos qumicos inorgnicos ou de tratamento trmico (ANDREOLI et

al., 2001).

Os polmeros inorgnicos podem ser classificados em neutros, catinicos e

aninicos do ponto de vista das cargas de superfcie. Os catinicos so os mais

utilizados pelo fato do lodo possuir cargas eltricas predominantemente negativas.

Os produtos qumicos inorgnicos so utilizados principalmente quando a etapa

posterior (desaguamento) realizada por filtro a vcuo ou filtro de presso

(ANDREOLI et al., 2001).

2.2.2.4 Desaguamento

O desaguamento do lodo pode ser realizado por mtodos naturais ou

mecnicos. O objetivo desta fase remover a gua e reduzir ainda mais o volume,

produzindo lodo com comportamento mecnico prximo ao dos slidos. A

desidratao do lodo tem impacto importante nos custos de transporte e destino

final, alm de influenciar de maneira decisiva o manuseio do lodo, j que o

comportamento mecnico deste varia com o teor de umidade.

Fazem parte do processo de desaguamento por mtodo natural os leitos de

secagem e as lagoas de secagem de lodo. Filtros (prensa e esteira) e centrfugas

so exemplos de mtodos mecnicos, e produzem a chamada torta de lodo, onde a

concentrao de slidos totais fica em torno de 20 a 30% (JORDO & PESSA,

1995).

A gua est ligada aos slidos nos lodos atravs de foras intermoleculares

que esto distribudas em classes distintas de acordo com a facilidade de

separao. A remoo da gua livre realizada por simples ao gravitacional ou

por flotao. o que ocorre nos processos de adensamento, que pode produzir

lodos com totais de slidos aproximadamente de 5% e pode resultar na reduo do

37

volume em torno de 60% com relao ao volume original (GONALVES et al.,

2001). J as guas, adsorvida e capilar, exigem foras maiores para serem

separadas dos slidos presentes no lodo, que podem ser mecnicas ou de origem

qumica. Os filtros-prensa ou centrfugas so exemplos de fora mecnica e o uso

de floculantes, qumica. Os totais de slidos so superiores a 30% resultando um

material denominado torta. A remoo das guas livres, adsorvida e capilar reduzem

de 90 a 95% do volume original do lodo (GONALVES et al., 2001).

2.2.2.5 Disposio final

As alternativas mais usuais para o aproveitamento e/ou destino final de lodos,

segundo FERNANDES et al., 2001, TSUTYA, 2000, FONTES, 2003, JORDO &

PSSOA, 1995 tm sido: (i) a reciclagem agrcola, (ii) a disposio em aterro

sanitrio, (iii) o reuso industrial, (iv) a incinerao, (v) a converso em leo

combustvel, (vi) a recuperao de reas degradadas, (vii) landfarming e (viii) a

disposio ocenica.

Devido importncia deste item, ele ser tratado separadamente, no

subcaptulo abaixo.

2.3 Alternativas para a Disposio Final de Lodos Gerados em ETEs

A avaliao de alternativas para a disposio final do lodo de esgoto

normalmente complexa por envolver aspectos tcnicos, econmicos, ambientais e

legais, que ultrapassam os limites das estaes de tratamento.

Por apresentar em sua composio microrganismos patognicos, metais

pesados e outros compostos txicos, mesmo aps o processo de tratamento, o lodo

quando disposto de maneira inadequada, pode trazer danos ao meio ambiente e a

sade humana. As alternativas de processamento e destino final, quando realizadas

dentro da tica sustentvel, devem se preocupar em produzir um lodo de melhor

qualidade, reduzindo o percentual de patgenos e metais e reciclar ao mximo o

lodo produzido (FERNANDES et al., 2001; TSUTYA, 2000).

38

Atualmente existem vrias formas de disposio do lodo gerado nas estaes

de tratamento, conforme descrito a seguir.

2.3.1 DISPOSIO NO SOLO

Resduos orgnicos provenientes de atividades humanas so usados como

fertilizantes h milhares de anos pelos chineses, japoneses e indianos (OUTWATER,

1994 apud ANDREOLI et al., 2001). No sculo XIX e incio do XX, os sistemas de

tratamento consistiam na disposio direta do esgoto nos solos. Com o

desenvolvimento das tecnologias de tratamento primrio e secundrio, a disposio

no solo decaiu em importncia - no entanto, nos anos 40 e 50, o incremento na

produo de lodo comeou a pressionar as autoridades e o uso agrcola voltou a

crescer.

As diferentes prticas de disposio de lodo de esgoto no solo podem ser

divididas em uso benfico, quando a aplicao beneficiar-se das propriedades do

produto como fertilizante (fornecendo macro e micro nutrientes) e condicionador

(melhorando as caractersticas qumicas e fsicas) dos solos; e descarte, quando as

prticas utilizam-no como substrato para decomposio do resduo ou como local de

estocagem e descarte (ANDREOLI, et al., 2001).

2.3.1.1 Reciclagem Agrcola e Florestal

O lodo proveniente das ETEs, processado de modo a permitir o seu manuseio

de forma segura na utilizao da agricultura, denominado de biosslido. Para a

WEF (1999), o biosslido tambm pode ser utilizado em outros usos benficos. Para

sua disposio final devem ser considerados os seguintes aspectos principais:

produo, qualidade (presena de metais pesados e microrganismos patognicos) e

grau de umidade.

Os biosslidos contm matria orgnica, macro e micronutrientes que

exercem um papel fundamental na produo agrcola e na manuteno da fertilidade

dos solos (TSUTIYA, 2000).

39

Os nutrientes encontrados em maior quantidade so o nitrognio e o fsforo.

Os elementos clcio e magnsio so encontrados em pequenas quantidades salvo

naqueles biosslidos higienizados atravs de caleao, onde so adicionadas

grandes quantidades destes elementos. O potssio est presente em quantidades

muito modestas, porm encontra-se em forma prontamente assimilvel pelas plantas

e normalmente suplementado por fertilizantes qumicos nos solos adubados com

lodo (VON SPERLING et al., 2001).

As quantidades de micronutrientes so variadas no lodo, contendo

geralmente quantidades apreciveis de cobre, zinco e mangans e menores

quantidades de boro, molibdnio e cloro. importante salientar que os

micronutrientes so exigidos em quantidades pequenas e o uso de biosslidos em

nveis elevados pode resultar em efeitos txicos (VON SPERLING et al., 2001).

Alm disso, a matria orgnica exerce importantes efeitos sobre as

propriedades fsicas, qumicas e biolgicas do solo, agindo como um condicionador

e contribuindo substancialmente para o crescimento e desenvolvimento das plantas.

A matria orgnica melhora as caractersticas fsicas do solo, agindo como um

agente cimentante, promove maior agregao de suas articulas, reduz sua coeso e

plasticidade e melhora sua capacidade de reteno de gua. De maneira geral, as

adubaes orgnicas aumentam a infiltrao e a reteno de gua no solo e a

estabilidade dos agregados, tornando estes solos mais resistentes aos processos

erosivos (VON SPERLING et al., 2001).

O biosslido pode contribuir ainda na melhoria da capacidade de troca

catinica do solo, na melhoria do poder tampo de pH e no estmulo atividade

microbiana do solo.

De acordo com a Resoluo Conama n 375 (BRASIL, 2006a) proibida a

utilizao de lodo de esgoto ou produto derivado em pastagens e cultivo de

olercolas, tubrculos e razes, e culturas inundadas, bem como as demais culturas

cuja parte comestvel entre em contato com o solo. Caso esses solos tenham sido

condicionados com biosslidos, essas culturas s ficaro aptas ao consumo aps

um perodo mnimo de 48 meses a contar da ltima aplicao.

Para WEBER (1998) apud TSUTYA (2000), a experincia mundial tem

mostrado que quando os biosslidos so aplicados obedecendo-se as diretrizes

fixadas para o seu uso, no foi constatado efeito adverso sade ou ao ambiente

40

decorrente da sua aplicao, apesar das diretrizes variarem consideravelmente. As

restries ambientais na Europa so mais restritivas que nos Estados Unidos.

Diversos municpios brasileiros esto coletando e tratando adequadamente os

esgotos no sentido de dispor o lodo gerado na agricultura. Algumas cidades como

Campinas, Franca, Jundia, Limeira, Piracicaba, So Jos dos Campos e So Paulo,

SP; Curitiba e Londrina, PR; Belo Horizonte, MG; Braslia, DF; e Campo Grande, MS

entre outras esto tratando os esgotos e gerando lodo (BETTIOL & CAMARGO,

2006).

Os cereais so as culturas mais recomendadas, pois passam por processos

industriais antes de chegarem ao consumidor. Culturas como caf e cana de acar

so outra alternativa interessante. As culturas que oferecem mais riscos so aquelas

em que o produto tenha um contato direto com o solo (olercolas e tubrculos) e

podem ser consumidas in natura (ANDREOLI et al., 2001).

2.3.1.2 Disposio em aterro sanitrio

Segundo TSUTIYA (2000), o aterro geralmente necessrio para atender os

objetivos de absoro dos lodos com caractersticas inadequadas ao uso benfico,

absoro de volumes excedentes a demanda, disposio de cinzas de incinerao e

garantia de disposio final adequada independente de quaisquer fatores.

Na disposio do lodo em aterro no h qualquer preocupao em se

recuperar nutrientes ou se utilizar o lodo para qualquer finalidade til. O lodopassa

por processos de biodegradao anaerbia, gerando vrios subprodutos, dentre

eles, o metano (LUDUVICE & FERNANDES, 2001).

Os aterros denominados exclusivos so adequados s caractersticas do

resduo, sob ponto de vista ambiental e de infra-estrutura, pois neles apenas so

dispostos lodos de esgoto na forma de torta desidratada (alto teor de slidos,

superior a 30%) ou ainda secos termicamente (LUDUVICE & FERNANDES, 2001).

No Brasil, grande parte do lodo produzido tem como destino final o aterro

sanitrio, sendo esse processo denominado co-disposio, uma vez que o lodo

disposto juntamente com os resduos slidos domiciliares (LUDUVICE e

FERNANDES, 2001).

41

Esse tipo de disposio apresenta o inconveniente de reduzir a vida til dos

aterros. Tal alternativa s vivel se houver cooperao entre os responsveis pelo

lodo de esgoto e pelo resduo slido urbano (TSUTIYA, 2000).

2.3.1.3 Recuperao de reas degradadas

A aplicao de lodos em reas degradadas traz benefcios s propriedades

fsicas do solo, pois este desempenha o papel de condicionador do solo melhorando

a formao de agregados, a infiltrao, a reteno de gua e a aerao do solo.

Como a rea degradada se caracteriza por no fornecer condies de

desenvolvimento e fixao da vegetao em funo da falta de matria orgnica, de

nutrientes e da atividade biolgica, a adio de lodo apresenta uma srie de

vantagens que favorecem a recuperao e o reaparecimento da vegetao

(TSUTIYA, 2000).

Segundo BEZERRA et al. (2006), o procedimento para recuperao dessas

reas lento e est relacionado capacidade de restabelecimento do solo. Para

tanto, so empregadas tcnicas semelhantes s usadas na biorremediao, onde os

microrganismos tm vital importncia e assumem a funo de biorremediadores, na

degradao de agentes poluidores (SIQUEIRA et al., 1994).

Em solos de regies tropicais, a matria orgnica desempenha papel de

fundamental importncia na fertilidade, por se tratarem de solos altamente

intemperizados, cujos minerais, j na escala final de intemperismo, possuem baixa

capacidade de troca catinica. A presena de matria orgnica melhora o estado de

agregao das partculas do solo, diminui sua densidade, aumenta a aerao

(BERNARDES, 1982), a capacidade de reteno de gua e a capacidade de troca

de ctions. Segundo MELO & MARQUES (2000), na literatura encontra-se grande

nmero de trabalhos procurando avaliar o efeito do lodo nas propriedades fsicas,

qumicas e biolgicas do solo, assim como seu efeito fertilizante e sua ao fitotxica

e poluidora do ambiente. A afirmao dos autores acima pde ser constatada na

bibliografia em ALVES et al., 2007; ANJOS & MATIAZZO, 2000, 2001; BARCELAR

et al., 2000; BETTIOL & FERNADES, 2004; BEZERRA et al., 2006; BOEIRA, 2004;

CEOLLATO, 2007; COLODRO, 2005; ORTEGA et al., 1991; dentre uma srie de

outros autores.

42

A porosidade e a densidade so outras propriedades fsicas que podem ser

alteradas pela aplicao de lodo na camada superficial do solo. Ao promoverem a

agregao de partculas do solo, a matria orgnica e os ctions presentes (Ca2+,

Al3+ entre outros) determinam o aumento no volume do mesmo, causando reduo

da sua densidade. A taxa de infiltrao da gua no solo afetada pelo volume de

poros, enquanto que a capacidade de reteno de gua influenciada pelo nmero

e pela distribuio dos poros na superfcie especfica. Dessa forma, tanto uma como

outra propriedade podem ser afetadas pela adio do lodo no solo.

De um modo geral, a aplicao de lodo de esgoto ao solo tem promovido

aumento de pH (OLIVEIRA, 1995), diminuio da acidez potencial (BATAGLIA et al.,

1983; DIAS, 1994; MARQUES, 1997) e do alumnio trocvel (BERTON et al., 1989).

O lodo de esgoto tem sido utilizado, largamente, como condicionador de solo -

melhorando as capacidades qumicas e fsicas - e fertilizantes - suprindo as

deficincias de macro e micro nutrientes - para recuperao de reas de minerao

(BROFAS et al., 2000). Vrios autores (IBEZ-GRANELL et al., 1993; MARX et al.,

1995; NAVAS et al., 1999) ressaltam o efeito positivo da aplicao do lodo, no

desenvolvimento da vegetao e na recuperao de solos degradados e cidos,

pois a incorporao de matria orgnica restabelece a estrutura, melhora a

circulao de ar e gua e libera nutrientes essenciais ao desenvolvimento da

vegetao.

Tambm no Brasil, vrios autores comprovaram a eficcia da aplicao de

lodo de esgotos nos solos (PIRES, 2003; SILVA et al., 2002; MELO et al., 2004;

COLODRO, 2005; KOCSSIS & MARIA, 2004). Dentre alguns dos benefcios esto: o

aumento da fertilidade e o aumento da atividade microbiana. Com relao s

propriedades fsicas, tem-se a reduo da densidade, o aumento da porosidade e

estabilidade dos agregados (STAMATIADIS et al., 1999 apud LOPES, 2001).

O valor da dose de aplicao do lodo nos solos degradados funo da

qualidade da matria orgnica e dos nutrientes necessrios ao solo para suportar a

vegetao at que o ecossistema de auto-sustentao seja estabelecido. Essa taxa

tem variado de 7 a 450 toneladas secas por hectare (MALINA, 1993) e normalmente

ele aplicado ao solo uma nica vez. Segundo TSUTYIA (2000), a dose de

aplicao tpica de 112 toneladas secas /hectare. Nos EUA, a aplicao do lodo de

esgoto em reas degradadas chega a atingir dosagens de at 495 t/ha (EPA, 1995).

43

2.3.1.4 Landfarming

O landfarming (ou tratamento no solo) um mtodo de tratamento para

resduos slidos que consiste na mistura do resduo com a camada de solo existente

na zona arvel, a qual deve ser revolvida periodicamente. Nesse sistema, uma rea

recebe doses elevadas de lodo por vrios anos e o solo passa a ser o suporte da

atividade biolgica, reteno de metais, local de exposio ao sol e bioxidao, o

que provocar a degradao da matria orgnica.

No h a utilizao dos nutrientes e da matria orgnica do lodo para fins

produtivos. O objetivo apenas a degradao do lodo pelos microrganismos

presentes no perfil arvel e a reteno de metais na camada superficial do solo

(ANDREOLI et al., 2004).

As doses de aplicao variam de 60 a 70 toneladas por ano por hectare, em

base seca, para reas que no tm impermeabilizao da camada inferior, e de 300

a 600 toneladas por ano por hectare quando h impermeabilizao da camada do

solo a 60 - 80cm de profundidade (TSUTYA, 2000).

Para a sua utilizao devem ser levados em conta os seguintes fatores:

caractersticas do lodo para definir a taxa de aplicao, implantao e manuseio da

vegetao de cobertura e controle ambiental (TSUTYA, 2000)

2.3.2 REUSO INDUSTRIAL

Na literatura internacional, GEORGE (1986) j citou o trabalho desenvolvido

para a San Diego Region Water Reclamation Agency, onde era produzido agregado

leve a partir de lodo pelo processo chamado CCBA (coordinate chemical bonding

adsorption).

YIP & TAY (1990) investigaram misturas de argila e tortas de lodo, queimadas

num forno para tijolos entre 800C e 1080C. Deduziram que o material queimado a

partir de 1000C ganhava resistncia.

BATTY & REID (1989) e KHANBILVARDI & AFSHARI (1995) investigaram o

uso das cinzas, produto da incinerao do lodo, como filer ou agregado mido em

argamassas de cimento Portland.

44

A pesquisa nacional sobre o aproveitamento do lodo deu-se incio em 1974,

por pedido da SABESP (Companhia de Saneamento Bsico do Estado de So

Paulo). O processo de produo de agregado leve, mediante a sinterizao do lodo

proveniente da digesto anaerbia foi concebido pelo IPT (Instituto de Pesquisas

Tecnolgicas de So Paulo) para substituir a brita em obras de concreto. O

agregado foi caracterizado como possuidor de propriedades equivalentes ao

agregado leve feito a partir de argila expandida.

A informao mais antiga encontrada sobre a produo de tijolos em escala

industrial refere-se ETE de Fishwater Flats na frica do Sul. Desde 1979, os tijolos

so produzidos utilizando-se uma mistura de 30% de lodo com argila, numa olaria

distante 15 km da ETE. Os tijolos so reconhecidos pela excelente qualidade: cor e

textura uniformes, ausncia de trincas e so indistinguveis dos tijolos convencionais

em aspecto e odor (TSUTIYA, 2000; SANTOS, 2003).

Dentre as vantagens relatadas, enumeram-se a economia de gua, a

produo de tijolos mais leves com menores custos de transporte, o melhor

rendimento operacional da fornalha devido ao poder calorfico do lodo e a

reutilizao da energia trmica da queima dos gases para a secagem (TSUTIYA,

2000).

A utilizao do lodo na indstria de cimento pode ser analisada sobre dois

aspectos: como combustvel auxiliar para os fornos e/ou como matria prima

adicional na prpria mistura. As principais vantagens a ser considerada que no h

necessidade de aterro, pois todo o material colocado no sistema utilizado sem

produzir qualquer tipo de resduo; a larga aplicao do cimento produzido e a

possibilidade de instalao do sistema na prpria ETE, necessitando apenas incluir

o processo de secagem, de tratamento da cal e do tratamento do gs (TSUTIYA,

2000).

Tem-se conhecimento tambm de pesquisas visando a utilizao do lodo de

esgoto na produo de cermica vermelha no Brasil (KOZIEVITCH et al., 2006;

LIMA et al., 2007) e na Espanha (JORDN et al., 2005). Estudos realizados

concluram que a adio de 10% em peso de lodo em substituio argila resultou

em produto semelhante ao obtido pelos processos convencionais.

45

2.3.3 INCINERAO

A incinerao o processo de estabilizao de lodo que propicia a maior

reduo no volume para a disposio final que chega a ser de aproximadamente

20% do volume total de lodos. Isso implica na destruio das substncias orgnicas

presentes no lodo atravs da combusto, obtida na presena do oxignio.

Durante o processo de incinerao, os slidos volteis so convertidos em

gs carbnico e gua e os slidos fixos so transformados em cinza. Nesse

processo so eliminados os microrganismos patognicos e compostos orgnicos

txicos, porm, os metais pesados se concentram nas cinzas e, portanto, torna-se

necessria uma disposio final adequada para as mesmas, j que os riscos de uma

disposio inadequada esto associados possvel lixiviao dos metais pesados e

posterior absoro destes elementos pela biota.

Tal mtodo tem sido amplamente utilizado nos Estados Unidos, Europa e

Japo (TSUTYA, 2000).

Por outro lado h uma tendncia de utilizar as cinzas resultantes da

incinerao do lodo na produo de cermica ao invs dele apenas seco a 105 C

ou mesmo da torta de lodo. Em algumas cidades a prtica de incinerao do lodo,

apesar de apresentar ainda um custo elevado, vem sendo cada vez mais utilizada e

visa diminuir ainda mais os volumes para o seu destino final (ODETTE, 1999 apud

NUVOLARI & CORAUCCI FILHO, 2003).

2.3.4 CONVERSO EM LEO COMBUSTVEL

O conceito bsico da converso do lodo em leo combustvel conhecido

desde 1939. A tecnologia de converso tem sido desenvolvida e demonstrada na

Alemanha, Austrlia e o Canad, nos ltimos anos.

A tcnica de Converso a Baixa Temperatura (Low Temperature Conversion

LTC) foi desenvolvida a partir de estudos sobre a viabilidade da produo de

biodiesel a partir de lodo de estaes de tratamento de esgotos na Alemanha dos

anos 1980. um processo termoqumico que vem sendo aplicado a diversas

biomassas de origem urbana, industrial e agrcola, procurando-se por meio da

46

converso trmica transform-los em produtos de potencial valor comercial

(PEREIRA et al., 2004).

Os principais aspectos benficos dessa tecnologia so: completa reciclagem

do lodo, recuperao de energia, imobilizao de metais pesados, destruio de

patgenos, vrus e compostos organoclorados e produo pequena de gs

(TSUTIYA, 2000).

2.3.5 DISPOSIO OCENICA

A alternativa acima citada j chegou a representar cerca de 6% dos lodos

produzidos nos Estados Unidos e na Europa e foi lentamente substituda pelo uso

agrcola. Nos EUA, essa prtica foi proibida pela Ocean Dumping Ban Act de 1988, e

desde 1992, no ocorrem mais disposies ocenicas de lodos de esgoto (SANTOS,

1996 apud TSUTIYA, 2000).

Porm, essa realidade bem diferente da encontrada no Brasil ou em outras

cidades costeiras do mundo, como Sidney, por exemplo. A diferena est no

tratamento do resduo antes do seu descarte.

Aqui o resduo chega ao oceano por meio de emissrios submarinos. Uma

questo que envolve grande polmica nas cidades costeiras utilitrias dos

emissrios submarinos, como o caso do Rio de Janeiro, a falta de tratamento

adequado do esgoto lanado. Em 1996, foi sancionada a Lei Estadual n 2661, que

se refere exigncia de nveis mnimos de tratamento de esgotos sanitrios, antes

de seu lanamento em corpos dgua, modificada mais tarde pela Lei n. 4.692, de

29 de dezembro de 2005 (RIO DE JANEIRO, 1996, 2005).

Em seus Artigos 1 e 3 afirma-se que: define-se como tratamento primrio

completo de esgotos sanitrios a separao e a remoo de slidos em suspenso,

tanto sedimentveis quanto flutuantes, seguida de seu processamento e disposio

adequada e fica proibido, em todo o territrio do Estado do Rio de Janeiro, o

lanamento de substncias separadas por sistemas de tratamento de esgotos

sanitrios - lodos - em quaisquer corpos de gua devendo o seu processamento

submet-las estabilizao ou outro processo de tratamento que permita a sua

disposio final sem oferecer fiscos sade humana e ao meio ambiente (...).

47

Segundo a Surfrider Foundation Brasil (2006), a Austrlia o pas onde

existem mais emissrios submarinos no mundo, e todos eles tm - no mnimo -

estao de tratamento secundrio.

Ademais, de acordo com a organizao acima, estudos internacionais

comprovam que o mar, ao contrrio do que muitos imaginam, no uma estao

natural de tratamento de esgoto. Logo, a situao hoje se encontra sem uma poltica

de tratamento adequado do esgoto emitido, ameaa essa no apenas no litoral

brasileiro, mas tambm a toda biota atingida pelas guas em questo.

2.4 Fatores Limitantes Aplicao de Lodo nos Solos

O objetivo do sistema de tratamento de esgoto, quando produz o lodo,

concentrar as impurezas e o material potencialmente poluidor dos esgotos nesse

subproduto. Assim, pela prpria forma como originado, o lodo concentrador dos

nutrientes, da matria orgnica, dos metais pesados, dos microrganismos e de

outros elementos que podem oferecer risco ao meio ambiente, caso no sejam

controlados e monitorados adequadamente.

Os principais riscos ambientais atribudos reciclagem do lodo no meio

ambiente esto relacionados presena de metais, de compostos orgnicos, de

microrganismos patognicos e sua ligao direta com a contaminao das guas

superficiais e subterrneas.

2.4.1 METAIS PESADOS

Do ponto de vista ambiental, o metal pesado pode ser entendido como aquele

que, em determinadas concentraes e tempo de exposio, oferece risco sade

humana e ao ambiente, prejudicando a atividade da biota.

Em condies naturais, a principal fonte de elementos nos solos o material

de origem no qual foram derivados. Fontes antropognicas, incluindo emisses

industriais, efluentes, lodo de esgoto, fertilizantes, condicionadores de solo e

pesticidas, podem contribuir no aumento da concentrao de metais nos solos. Na

48

realidade, muito difcil distinguir-se entre o aumento nos nveis de metais no solo

devido a fontes naturais e/ou antropognicas (SILVEIRA, 2002).

O lodo, em funo da composio do esgoto que lhe d origem, domstico ou

industrial, pode apresentar maior ou menor quantidade de metais pesados.

Normalmente, as ETEs que recebem apenas efluentes domsticos contm pouca

quantidade de metais, sendo esses provenientes apenas das canalizaes e da

prpria natureza do resduo (PROSAB, 1999).

Os principais elementos enquadrados nesse conceito so a prata (Ag), o

arsnio (As), o cdmio (Cd), o cobre (Cu), o mercrio (Hg), o nquel (Ni), o chumbo

(Pb), o antimnio (Sb), o selnio (Se) e o zinco (Zn). Esses elementos so

encontrados naturalmente no solo em concentraes variveis, porm so inferiores

quelas consideradas txicas para diferentes organismos vivos. Uma sntese das

fontes de contaminao e seus efeitos sobre a sade pode ser vista na Tabela 2:1.

Dentre eles, Co, Cu, Cr, Se e Zn so essenciais aos organismos em certas

quantidades, enquanto outros no desempenham qualquer funo no metabolismo.

Os metais pesados no podem ser destrudos e so altamente reativos e

complexos do ponto de vista qumico, o que explica a dificuldade de encontr-los em

estado puro na natureza. Segundo BECKETT, 1989 apud REIS, (2002), para

predize