espessamento do lodo de estaÇÃo de tratamento...
TRANSCRIPT
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ESPESSAMENTO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA: AVALIAÇÃO DA
SEDIMENTAÇÃO E FLOTAÇÃO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
Manoel Maraschin
Santa Maria, RS, Brasil 2016
ESPESSAMENTO DO LODO DE ESTAÇÃO DE
TRATAMENTO DE ÁGUA: AVALIAÇÃO DA
SEDIMENTAÇÃO E FLOTAÇÃO
por
Manoel Maraschin
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil, Área de Concentração em Recursos Hídricos, da Universidade
Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil
Orientador: Prof. Dr. Elvis Carissimi
Santa Maria, RS, Brasil 2016
Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia
Curso de Engenharia Civil
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso
ESPESSAMENTO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA: AVALIAÇÃO DA
SEDIMENTAÇÃO E FLOTAÇÃO
elaborado por
Manoel Maraschin
como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil
COMISSÃO EXAMINADORA:
Prof. Dr. Elvis Carissimi (Presidente/Orientador)
Prof. Dr.ª Andressa de Oliveira Silveira (UFSM) (Avaliadora)
Prof. Evelyn Paniz (UFSM) (Avaliadora)
Santa Maria, 29 de Junho de 2016.
AGRADECIMENTOS
Simplesmente agradecer não é o suficiente para demonstrar o sentimento de
gratidão que atribuo aos meus pais bem como minha avó e minha irmã que ao longo
desta caminhada pela engenharia terem me incentivado e apoiado e principalmente
estimulado a prosseguir com meus sonhos, mesmo quando das dificuldades
surgiram durante essa caminhada. Por vocês terei sempre o maior respeito e amor.
Ao professor Elvis Carissimi, pela orientação, confiança, conhecimentos e
experiências compartilhadas, sempre com paciência e dedicação aos diversos
questionamentos que surgiram, tornando possível a conclusão deste trabalho. Sou
grato pela oportunidade de aprendizado e também amadurecimento ao longo deste
período de convivência.
A minha querida amiga Keila expresso gratidão em especial a sua infinita
paciência nos ensinamentos práticos realizados bem como materiais
disponibilizados.
Aos meus colegas de graduação, muitos se tornaram verdadeiros amigos
possibilitando que esta jornada torna-se mais proveitosa, levarei vocês para toda
vida.
Ao Laboratório de Engenharia e Meio Ambiente (LEMA), representado pela
professora Débora, agradeço pela oportunidade de dispor do ambiente de pesquisa.
Por fim, quero agradecer a todos que foram envolvidos e de alguma forma
contribuíram na condução deste trabalho.
RESUMO
Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Engenharia Civil
Universidade Federal de Santa Maria
ESPESSAMENTO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA: AVALIAÇÃO DA SEDIMENTAÇÃO E FLOTAÇÃO
AUTOR: MANOEL MARASCHIN
ORIENTADOR: PROF. DR. ELVIS CARISSIMI Data e Local da Defesa: 29 de Junho de 2016, Santa Maria, RS.
A geração de lodo em estações de tratamento de água (ETAs) ocorre durante as sucessivas etapas de remoção de impurezas desenvolvidas nestas unidades para conferir potabilidade à água a ser utilizada no abastecimento. Os lodos de ETAs são resíduos que apresentam grande quantidade de água além de outros constituintes orgânicos e inorgânicos. A primeira etapa de tratamento dos lodos é o espessamento, que visa à redução do volume da água no lodo aumentando a concentração de sólidos. O objetivo principal deste trabalho foi avaliar o espessamento por sedimentação e por flotação a ar dissolvido (FAD) do lodo da ETA de São Gabriel - RS. Foram utilizados três distintos polímeros em testes de jarros, a turbidez remanescente da água clarificada após os testes conduziu a utilização dos polímeros utilizados nos ensaios de espessamento. Os parâmetros envolvidos na pesquisa para avaliar os dois métodos utilizados foram a turbidez da água clarificada e a concentração de sólidos no lodo após os ensaios. Para estimativa da produção do lodo foi utilizado uma equação empírica, a produção acumulada durante doze meses de operação foi de 141,33 toneladas de lodo. Quanto aos aspectos qualitativos do lodo foi realizada a caracterização, bem como a classificação dos resíduos segundo a NBR 10.0004 de 2004, os resultados mostraram que o lodo se caracteriza como Classe II A – Não Inerte. Os estudos de espessamento resultaram em uma concentração máxima de sólidos de 7,10% para a dosagem de 1,5 mg pol/gSST do polímero catiônico no ensaio de sedimentação. Para a FAD a porcentagem máxima de sólidos totais registrada foi atingida com a dosagem de 5,0 mg pol/gSST do polímero catiônico e taxa de reciclo de 50% bem como pressão de saturação de 6 atm. Os resultados mostraram que a utilização de polímeros no tratamento dos resíduos da ETA torna-se importante, pois aumentou consideravelmente a eficiência do processo de espessamento tanto por FAD quanto pela sedimentação. Palavras-chave: ETA. Espessamento de lodo. FAD. Polímeros.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Principais tecnologias de tratamento de água para consumo. ................... 14
Figura 2 : Sistema de tratamento de água de ciclo completo. ................................... 16
Figura 3: Distribuição das frações da água em um floco de lodo de uma ETA. ........ 18
Figura 4: Ensaio de clarificação/adensamento de lodo. ............................................ 25
Figura 5: Corte de um sistema de leito de secagem. ................................................ 28
Figura 6: Alternativas de disposição dos resíduos de ETAs em percentual. ............. 34
Figura 7: Estação de tratamento de água de São Gabriel ........................................ 36
Figura 8: Cortina de distribuição da ETA. .................................................................. 37
Figura 9: Limpeza dos decantadores. ....................................................................... 38
Figura 10: Fluxograma dos procedimentos laboratoriais desenvolvidos. .................. 39
Figura 11: Fluxograma para caracterização dos resíduos sólidos. ........................... 41
Figura 12: Teste de jarros com 6 unidades e capacidade individual de 2 L. ............. 42
Figura 13: Ensaio de sedimentação. ......................................................................... 43
Figura 14: Câmara de saturação e célula de flotação. .............................................. 45
Figura 15: Produção mensal de lodo. ........................................................................ 47
Figura 16: Produção acumulada de lodo gerado na ETA de São Gabriel – RS. ....... 47
Figura 17: Valores médios da turbidez da água clarificada posterior ao ensaio de espessamento. .......................................................................................................... 52
Figura 18: Curvas de adensamento por sedimentação do lodo condicionado com polímero catiônico. .................................................................................................... 53
Figura 19: Curvas de adensamento por sedimentação do lodo condicionado com polímero aniônico. ..................................................................................................... 54
Figura 20: Valores médios da turbidez da água clarificada após ensaio de espessamento por FAD. ............................................................................................ 55
Figura 21: Curvas de espessamento por FAD, com taxa de recirculação de 40 e 50%, do lodo condicionado com polímero catiônico. ................................................. 56
Figura 22: Teor de sólidos no lodo após ensaios de espessamento por FAD e sedimentação. ........................................................................................................... 57
Figura 23: Turbidez remanescente na água clarificada após ensaios de espessamento por FAD e sedimentação com uso de polímeros. ............................. 58
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Variáveis físico-químicas para o lodo das ETAs de São Carlos, Araraquara e Rio Claro. ............................................................................................................... 17
Tabela 2: Estimativa da produção de sólidos em razão do tipo de manancial. ......... 19
Tabela 3: Faixas usuais dos parâmetros de projeto de adensadores por gravidade. 24
Tabela 4: Parâmetros usuais para projetos de adensadores por flotação. ............... 26
Tabela 5: Resultados físico-químicos dos ensaios de espessamento por flotação e por gravidade ............................................................................................................ 27
Tabela 6: Produção de lodo na ETA de São Gabriel, quantificação segundo a equação empírica da AWWA. ................................................................................... 46
Tabela 7: Caracterização do lodo do decantador. ..................................................... 48
Tabela 8: Resultados das análises químicas do ensaio de Lixiviação. ..................... 49
Tabela 9: Resultados das análises químicas do ensaio de Solubilização. ................ 49
Tabela 10: Turbidez da água clarificada após ensaios em Teste de Jarros para diferentes polímeros. ................................................................................................. 50
Tabela 11: Teor de sólidos no lodo adensado por sedimentação. ............................ 52
Tabela 12: Teor de sólidos no lodo adensado por FAD. ........................................... 55
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ASCE − American Society of Civil Engineers AWWA − American Water Work Association C – Compressão DBO − Demanda bioquímica de oxigênio DQO − Demanda química de oxigênio ETA – Estação de tratamento de água ETE – Estação de tratamento de esgoto FAD – Flotação por ar dissolvido
− Parâmetro de espessamento IBGE − Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística PAC − Cloreto de polialumínio pH–Potencial Hidrogeniônico PNSB − Pesquisa Nacional de Saneamento Básico SGS – São Gabriel Saneamento SI − Sedimentação impedida SS − Sólidos em suspensão ST − Sólidos totais SV − Sólidos voláteis T – Transição TAS − Taxa hidráulica de aplicação superficial TCS − Taxa de aplicação (ou de carga) de sólidos UFSM– Universidade Federal de Santa Maria
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 10
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 12
2.1 Objetivo geral .................................................................................................... 12
2.2 Objetivos específicos........................................................................................ 12
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 13
3.1 Tecnologias de Tratamento .............................................................................. 13
3.1.1 Sistemas de Tratamento Convencional ou de Ciclo Completo ......................... 14
3.2 Características dos Resíduos Produzidos em ETAs de Ciclo Completo ..... 16
3.2.1 Aspectos Qualitativos do Lodo ......................................................................... 16
3.2.2 Aspectos Quantitativos do Lodo ....................................................................... 18
3.3 Metodologias de Quantificação do Lodo ........................................................ 20
3.3.1 Determinação em Campo ................................................................................. 20
3.3.2 Equações Empíricas ........................................................................................ 20
3.4 Legislação e Gestão Ambiental em uma ETA ................................................. 21
3.5.1 Espessamento do lodo de ETA ........................................................................ 23
3.5.1.2 Espessamento do lodo por flotação por ar dissolvido ................................... 25
3.5.2 Desidratação ou desaguamento do lodo .......................................................... 27
3.5.2.1 Sistemas naturais de desidratação ............................................................... 27
3.5.2.2 Sistemas mecânicos de desidratação ........................................................... 29
3.6 Descarte dos resíduos das estações de tratamento de água ....................... 30
3.6.1 Disposição em aterro........................................................................................ 31
3.6.2 Aplicação no solo ............................................................................................. 31
3.6.3 Uso na indústria cimenteira .............................................................................. 32
3.6.4 Uso na fabricação de material cerâmico .......................................................... 33
3.6.5 Disposição em estação de tratamento de esgoto (ETE) .................................. 33
3.6.6 Situação brasileira quanto à disposição dos resíduos gerados em ETAs ........ 33
4 MATERIAL E MÉTODOS ...................................................................................... 35
4.1 Etapa de campo .................................................................................................. 35
4.1.1 Coleta das amostras ........................................................................................ 37
4.2 Etapa laboratorial ................................................................................................ 38
4.2.1 Avaliação quantitativa do lodo .......................................................................... 39
4.2.2 Caracterização qualitativa do lodo e classificação segundo as normas da ABNT .................................................................................................................................. 39
4.2.3 Ensaios em Teste de Jarros para escolha dos polímeros ................................ 41
4.2.4 Ensaios de espessamento do lodo ................................................................... 43
4.2.4.1 Espessamento do lodo pela sedimentação ................................................... 43
4.2.4.2 Espessamento do lodo por FAD .................................................................... 44
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 46
5.1 Avaliação quantitativa do lodo ......................................................................... 46
5.2 Caracterização qualitativa do lodo e classificação segundo as normas da ABNT ........................................................................................................................ 48
5.3 Ensaios em Teste de jarros para escolha dos polímeros .............................. 50
5.4 Ensaios de espessamento do lodo .................................................................. 51
5.4.1 Espessamento do lodo pela sedimentação ...................................................... 51
5.4.2 Espessamento do lodo por FAD ....................................................................... 54
5.5 Discussão e avaliação dos processos de espessamento do lodo pela FAD e sedimentação. ......................................................................................................... 56
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 59
6.1 Conclusão .......................................................................................................... 60
6.2 Sugestões para pesquisas futuras .................................................................. 60
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 61
APÊNDICE A – TURBIDEZ DA ÁGUA CLARIFICADA EM ENSAIOS DE ADENSAMENTO POR SEDIMENTAÇÃO................................................................ 65
APÊNDICE B – ALTURA DA INTERFACE LODO/ÁGUA CLARIFICADA EM ENSAIO SEDIMENTAÇÃO COM POLIMERO CATIÕNICO. ................................... 66
APÊNDICE C – ALTURA DA INTERFACE LODO/ÁGUA CLARIFICADA EM ENSAIO POR SEDIMENTAÇÃO COM POLÍMERO ANIÔNICO. ............................. 67
APÊNDICE D – TURBIDEZ DA ÁGUA CLARIFICADA APÓS ENSAIOS DE ESPESSAMENTO. ................................................................................................... 68
APÊNDICE E – ALTURA DA INTERFACE LODO/ÁGUA CLARIFICADA POR FAD. .................................................................................................................................. 69
10
1 INTRODUÇÃO
O processamento da água bruta, realizada em estações de tratamento de
água (ETAs), envolve inúmeras operações e processos para garantir que os padrões
de potabilidade da Portaria nº 2.914 (Brasil, 2011) sejam atendidos. Nestas estações
ocorre a remoção de organismos patogênicos e substâncias orgânicas e inorgânicas
prejudiciais à saúde humana.
Nesse contexto, são empregadas em larga escala as estações de ciclo
completo ou também denominadas estações convencionais, onde ocorrem às
etapas de coagulação, floculação, decantação ou flotação, filtração e
desinfecção/fluoretação. Estas operações têm como consequência a geração de
resíduos denominados lodos, principalmente nas unidades de decantação ou
flotação e durante a etapa de retro lavagem dos filtros.
Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), através da
publicação da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (PNSB), em 2008 o
número de ETAs no Brasil era de 6040 unidades, onde cerca de 57.106 m3/dia de
água são tratados. Do montante de ETAs existentes, as convencionais de ciclo
completo são responsáveis pelo tratamento de 39,3.106 m3/dia. Souza Filho e Di
Bernardo (1999) afirmam que o volume de lodo produzido nestas estações de
tratamento de água está na faixa de 1 a 5% do volume da água tratada.
No Brasil, são restritas as medidas que tratam dos lodos das ETAs, sendo
que a maioria, cerca de 70% segundo a PNSB de 2008, não têm se preocupado
com destinação final para os resíduos produzidos. Desta forma, rios ainda são
usados como receptores do lodo das estações, conduzindo a uma situação
conflitante do ponto de vista legal e ambiental.
A NBR 10.004:2004 classifica o lodo gerado no processo de tratamento de
água como resíduo sólido, logo, sua disposição in natura no meio ambiente é vetada
pela Lei nº 12.305 (Brasil, 2010) que define a destinação e disposição final dos
resíduos sólidos.
Ainda, a Política Nacional dos Recursos Hídricos – Lei nº 9.433 (Brasil, 1997)
e a lei de Crimes Ambientais – Lei nº 9.605 (Brasil, 1998), exigem dos gestores das
ETAs uma forma de gerenciamento adequado quanto à destinação correta dos
resíduos produzidos e o não cumprimento de tais medidas pode resultar em
responsabilidades penais aos envolvidos.
11
Para Cordeiro (2001) um dos principais problemas enfrentados para
atendimento a padrões legais quanto à disposição dos lodos de ETAs está na
redução do volume do lodo produzido ou na redução dos volumes a serem
dispostos. Ainda, segundo Cordeiro (1999), a umidade presente em uma amostra de
lodo pode ultrapassar o valor de 95%. Logo, alternativas que buscam uma redução
do volume da água resultam em melhoria no processo de disposição dos resíduos.
Neste trabalho, foi avaliada a primeira etapa envolvendo o sistema de
tratamento de lodo de ETAs convencionais, conhecido por espessamento ou
adensamento de lodo. Para Reali e Patrizzi (1999) nesta etapa ocorre a separação
de parte da água, facilmente removível do lodo, o que possibilita uma redução
volumétrica deste, objetivando também menores investimentos em etapas
posteriores de desidratação e disposição.
Os testes de adensamento, bem como as demais avaliações, foram
realizados com lodo da ETA de São Gabriel – RS, operada pela empresa São
Gabriel Saneamento.
12
2. OBJETIVOS
Neste capítulo serão descritos os objetivos deste trabalho, as avaliações
realizadas com o lodo da ETA de São Gabriel – RS desenvolvidas na pesquisa.
2.1 Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho foi avaliar o espessamento do lodo da ETA de
São Gabriel – RS, utilizando a flotação a ar dissolvido (FAD) e a sedimentação,
visando um comparativo entre os dois processos a partir de dados coletados por
meio de ensaios de bancada.
2.2 Objetivos específicos
Caracterizar qualitativa e quantitativamente os resíduos gerados na
ETA de São Gabriel;
Avaliar a eficiência de diferentes tipos de polímeros a serem
empregados no espessamento do lodo;
Avaliar o espessamento do lodo por sedimentação e por FAD, em
escala de bancada, nas condições operacionais de cada uma das técnicas de
espessamento.
13
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A presente revisão bibliográfica encontra-se distribuída em cinco partes: a
primeira referente aos métodos empregados no tratamento de água. A segunda e
terceira parte da revisão é sobre as características quantitativas e qualitativas dos
resíduos produzidos em ETAs de ciclo completo. A quarta parte trata da legislação e
gestão dos resíduos produzidos. Finalmente, a quinta parte da revisão é sobre os
descartes dos resíduos das ETAs.
3.1 Tecnologias de Tratamento
A Lei Federal 11.445 (Brasil, 2007) estabelece diretrizes nacionais para o
saneamento básico e para a Política Federal de Saneamento Básico. Esta lei define
saneamento básico como o conjunto de serviços, infraestruturas e instalações
operacionais de esgotamento sanitário, limpeza urbana, manejo de resíduos sólidos,
drenagem e manejo das águas pluviais urbanas e abastecimento de água potável.
O sistema de abastecimento de água potável compreende a captação e
adução da água bruta, o tratamento, a reservação, distribuição e as ligações
prediais.
Neste contexto as estações de tratamento de água são essenciais para o
controle da poluição da água captada em mananciais superficiais, já que em seu
estado natural podem não atender aos requisitos de potabilidade exigíveis
(RICHTER, 2001).
Diferentemente do tratamento de águas residuais, em que se utilizam
principalmente ações biológicas, o tratamento da água para abastecimento humano
é, em geral, um combinado de processos físico-químicos (LIBÂNIO, 2010). Segundo
Di Bernardo (1995) existem dois tipos de tecnologias empregadas: as que utilizam
coagulação química e outro grupo onde tal procedimento não é utilizado. Na Figura
1 encontram-se as duas tecnologias de tratamento de água citadas assim como os
seus subgrupos que compõem os principais meios utilizados na potabilização da
água.
A filtração lenta compõe o grupo que não utiliza coagulação química. Esta
técnica é indicada para uso em pequenas comunidades por ser um processo de
14
purificação simples. O funcionamento é baseado na retenção de grande parte das
impurezas em uma camada de areia pela qual a água se deslocará.
Nos procedimentos que utilizam a coagulação química cita-se a filtração
direta, onde as unidades de decantação não são usadas e muitas vezes até os
floculadores são dispensados. Os coagulantes são usados em menores
concentrações, se comparado a um sistema convencional (REALI, 1999). Para
Campos, Reali e Daniel (2001), é possível adotar a filtração direta, desde que
acompanhado ao longo do ano a qualidade da água do manancial que se quer fazer
uso. Se ao longo deste período for mantida a qualidade da água sem grandes
variações é possível se utilizar desta técnica.
Figura 1: Principais tecnologias de tratamento de água para consumo.
Fonte: Di Bernardo e Dantas (2005).
3.1.1 Sistemas de Tratamento Convencional ou de Ciclo Completo
Cordeiro (1999) conclui ser o sistema de tratamento convencional o mais
difundido no mundo. Nas estações de tratamento convencionais, há uma sequência
clássica dos processos de coagulação, floculação, decantação ou flotação, filtração
15
e desinfecção. Através destas operações é possível alterar a qualidade da água,
conferindo adequada condição sanitária de seu uso pela população.
Em relação aos procedimentos desenvolvidos no interior da ETA, inicia-se
pela coagulação química, onde é adicionado, junto à unidade de mistura rápida, um
determinado tipo de coagulante, geralmente sais de ferro ou sulfato de alumínio.
Para Azevedo et al. (1987), nesta etapa ocorre a formação de coágulos devido à
reação do coagulante, o que resulta em um estado de equilíbrio eletrostaticamente
instável das partículas.
O próximo estágio do tratamento é o da floculação, responsável pelo
agrupamento das partículas eletricamente desestabilizadas, formando uma massa
com peso específico maior que o da água, também chamada de floco, sendo sua
junção facilitada pela agitação do meio, criando maior contato entre as partículas.
Após a formação dos flocos é necessária sua remoção, operação esta
realizada nas unidades de sedimentação ou flotação, neste momento ocorre a
separação líquido-sólido. A sedimentação é um processo físico onde partículas
agregadas e com densidade maior que o meio liquido tendem a desenvolver um
movimento descendente atingindo o fundo do decantador, apenas pela ação da
gravidade. Já as ETAs de ciclo completo em que se substituem os decantadores por
unidades de flotação a ar dissolvido, os resíduos gerados desenvolvem um
movimento ascensional, possibilitado pela ação do ar dissolvido injetado ao tanque
de flotação.
Como nem todos os flocos sedimentam, a água decantada é enviada para as
unidades de filtração, consideradas como o processo final da remoção de impurezas
na ETA. Assim, uma grande parcela dos resíduos fica retida nos decantadores e
outra parte nos filtros. Por fim, tem-se a desinfecção, com o objetivo de eliminar
organismos patogênicos capazes de resultar em doenças aos consumidores.
A Figura 2 apresenta em leiaute um sistema de tratamento de água
convencional por sedimentação.
16
Figura 2 : Sistema de tratamento de água de ciclo completo.
Fonte: http://www.samaemogiguacu.com.br/eta.htm
3.2 Características dos Resíduos Produzidos em ETAs de Ciclo Completo
Os resíduos oriundos de ETAs são compostos de uma fase sólida e outra
líquida, tendo a água da lavagem dos filtros, o lodo dos decantadores e o rejeito de
limpeza dos tanques de produtos químicos como principais fontes de sua formação
(CORDEIRO, 1999). Segundo Grandin (1992), a origem destes resíduos deve-se a
presença de impurezas na água bruta e dos insumos químicos adicionados na etapa
de coagulação.
3.2.1 Aspectos Qualitativos do Lodo
Diversos estudos mostram dados sobre as características dos lodos gerados
em ETAs, nos quais se analisa os parâmetros tradicionais de DBO (demanda
bioquímica de oxigênio), DQO (demanda química de oxigênio), pH (potencial
hidrogeniônico), ST (sólidos totais), SV (sólidos voláteis) e SS (sólidos em
suspensão), assim como concentrações dos metais presentes nos sólidos. Todas
17
estas verificações resultam em grande variabilidade de dados, demonstrando a
necessidade de individualizar as diversas situações para melhor caracterização dos
resíduos, bem como avaliar impactos ambientais, técnicas de remoção da água e a
disposição final. A Tabela 1 apresenta valores característicos do lodo de
decantadores de três ETAs analisadas por CORDEIRO (2001).
Tabela 1: Variáveis físico-químicas para o lodo das ETAs de São Carlos, Araraquara e Rio Claro.
Parâmetros Araraquara Rio Claro São Carlos
Concentração de sólido em % 0,14 5,49 4,68
Ph 8,83 7,35 7,2
Cor (uC) 10605 − −
Turbidez (uT) 924 − −
DQO (mg/l 140 5450 4800
Sólidostotais (mg/l) 1620 57400 58630
Sólidos em suspensos (mg/l) 775 15330 26520
Sólidosdissolvidos (mg/l) 845 42070 32110
Alúminio (mg/l) 2,16 30 11100
Zinco (mg/l) 0,1 48,53 4,25
Chumbo (mg/l) 0 1,06 1,6
Cádmio (mg/l) 0 0,27 0,02
Níquel (mg/l) 0 1,16 1,8
Ferro (mg/l) 214 4200 5000
Manganês (mg/l) 3,33 30 60
Cobre (mg/l) 1,7 0,91 2,06
Cromo (mg/l) 0,19 0,86 1,58
Observação: Os valores de turbidez e de cor para lodos mais concentrados não têm sentido de avaliação. Fonte: Cordeiro (2001)
Outro aspecto importante refere-se ao tamanho das partículas, sendo
classificado como parâmetro não tradicional, mas necessário para caracterização
dos lodos, pois influencia significativamente na redução do volume da água. Se
18
houver predomínio de partículas com dimensões reduzidas, haverá dificuldade de
remoção da água livre, implicando em aumento da resistência específica, que é o
parâmetro usado para avaliar a passagem do líquido através de uma massa sólida.
Uma maior resistência especifica resulta em menor capacidade de filtração
da água (CORDEIRO, 1999). Reali (1999) apresenta valores de resistência
especifica a filtração entre 5.10¹² e 79.10¹² m/kg para lodos de decantadores,
enquanto que os lodos da lavagem dos filtros resultam na faixa de 0,1 a 15.10¹²
m/kg.
Smollen e Kafaar (1994) apud Reali (1999) alertam para as diferentes formas
físicas da água no lodo, implicando maior ou menor dificuldade da separação da
fase liquida da sólida.
A Figura 3 apresenta um modelo fracionário de distribuição da água em um
floco de lodo. Deve-se salientar que dentre estas frações apenas a água livre é
facilmente removida do lodo (DI BERNARDO, DANTAS e VOLTAN, 2012).
Figura 3: Distribuição das frações da água em um floco de lodo de uma ETA.
Fonte: Smollen e Kafaar, (1994).
3.2.2 Aspectos Quantitativos do Lodo
19
A quantidade e as características dos lodos gerados em ETAs variam de
acordo com a concentração de impurezas presentes na água a ser tratada, bem
como o tipo e a dosagem dos produtos químicos que se fará uso. Do mesmo modo,
o lodo obtido do decantador apresentará dados distintos se comparado ao material
obtido nos filtros. Estas diferenciações ocorrem tanto no volume dos resíduos
produzidos quanto nas concentrações de sólidos. Dessa forma, Ferreira Filho e
Sobrinho (1998), informam a necessidade de particularizar a produção das unidades
geradoras em um processo de análise.
Para o conhecimento real da produção de lodo resultante do tratamento da
água bruta é essencial saber a massa de sólidos secos presente no lodo e o volume
de água descartada no processo juntamente com os sólidos, também designado por
teor de sólidos.
O teor de sólidos presentes no lodo do decantador apresenta valores na faixa
de 0,1% a 2%. Segundo Reali (1999), a maioria das descargas resulta em valores
abaixo de 1%. Já para a água de lavagem dos filtros Richter (2001) avalia valores
entre 0, 004% a 0,1%. Doe (1990) relacionou a produção de sólidos secos ao tipo de
água que será tratada, conforme apresentado na Tabela 2.
Tabela 2: Estimativa da produção de sólidos em razão do tipo de manancial.
Tipo de Manancial Faixa de Resíduos (g de Sólidos por m³ de Água Tratada)
Água de reservatório com boa qualidade
12 – 18
Água de reservatório com média qualidade
18 – 30
Água de rios com qualidade média 24 – 36
Água de reservatório com qualidade ruim
30 – 42
Água de rios com qualidade ruim 42 – 54
. Fonte: DOE (1990).
20
3.3 Metodologias de Quantificação do Lodo
Quantificar o lodo é fundamental para o planejamento e funcionamento das
unidades geradoras, e definição das operações de tratamento e disposição
adequada dos resíduos.
Com o intuito de fornecer dados mais precisos, Di Bernardo e Dantas (2005)
afirmam ser desejável, para estações em fase de projeto, realizar ensaios de teste
de jarros ou ensaios em estações piloto por período mínimo de um ano, onde serão
avaliadas as características da água bruta através da produção dos resíduos. Outra
alternativa na fase de projeto para determinação da produção de lodo refere-se à
utilização de equações empíricas. Para estações de tratamento existentes pode-se
estimar a produção do lodo havendo conhecimento da vazão das mesmas e dos
sólidos presentes na água captada ou da turbidez da água.
Segundo Cornwell (1987), os resultados para obter-se a produção global de
resíduos sólidos em uma ETA poderão ser com o uso de equações empíricas,
método de análise de balanço de massa ou pela determinação em campo.
3.3.1 Determinação em Campo
Neste estudo, os decantadores são divididos em seções longitudinais e
avalia-se a quantidade de lodo com equipamento específico. O maior número de
verificações deve ocorrer no primeiro terço do decantador, pois se considera que
neste local haverá uma maior quantidade de lodo depositado. Deverá ser adotado,
no primeiro terço, verificações de metro a metro, no segundo de 3 em 3 metros e
para o terço final de 5 em 5 metros. A análise consiste em relacionar o nível da água
no decantador com a espessura do lodo neste ponto. O próximo procedimento é
coletar uma amostra de lodo no local e encontrar a porcentagem de sólidos secos
nas diversas seções de estudo (FONTANA, 2004).
3.3.2 Equações Empíricas
Existem diversas equações empíricas para estimativa da produção global de
resíduos sólidos gerados em ETAs. No Quadro 1 estão relacionadas algumas destas
equações.
21
Quadro 1: Equações para quantificação da produção de resíduos sólidos em ETAs
Equação Detalhamento
:Water Research Center - WCR (1979)
P – produção de sólidos (kg de matéria seca/m3 de água bruta tratada) SS – sólidos em suspensão na água bruta (mg/L) C – cor na água bruta (ºH) H – hidróxido coagulante (mg/L) A – outros aditivos, tal como o polímero (mg/L) W – quantidade de sólidos secos (kg/dia) Q – vazão de água bruta tratada (m3/s)
.
American Water Work Association - AWWA (1978)
P – produção de sólidos (kg de matéria seca/m3 de água bruta tratada) T – turbidez da água bruta
W – quantidade de sólidos secos (kg/dia) Q – vazão de água bruta tratada (m3/s)
Equação de CORNWELL (1987) adaptada por CORDEIRO (1993)
P – produção de sólidos (kg de matéria seca / m³ de água bruta tratada) AS – dosagem de sulfato de alumínio (mg/L) T – turbidez da água bruta W – quantidade de sólidos secos (kg/dia) Q – vazão de água bruta tratada (m³ / s) A – outros aditivos, tal como o polímero (mg/L)
3.4 Legislação e Gestão Ambiental em uma ETA
A gestão de um sistema de tratamento de água deve englobar todas as
especificidades do processo, desde a captação da água, o tipo de produtos químicos
empregados no tratamento, a geração de resíduos, sua disposição final e
consequentes ações de proteção ao manancial. Ao negligenciar alguma destas
especificidades acaba-se influenciando todo o processo.
Parsekian (1998), afirma que a visão gerencial dentro da ETA é incipiente. A
administração procura conduzir as operações e processos de tratamento de forma a
produzir água que atenda aos requisitos de qualidade requeridos pela legislação, o
que é importante, porém, a visão dos gestores precisa ser abrangente,
contemplando os demais pontos da legislação pertinentes ao assunto. No Quadro 2
são apresentados alguns itens da legislação que devem envolver o gerenciamento
das ETAs.
22
O descarte dos resíduos sem tratamento prévio pode ser visto como uma
falha na gestão que envolve o sistema de tratamento. Além de a empresa
desrespeitar a legislação ambiental tem-se uma sucessão de problemas, pois os rios
como principais fornecedores de água para as estações também realizam o papel,
muitas vezes, de receptores dos resíduos gerados. Desta forma aumenta-se a
poluição e cada vez mais demandará custos para potabilização da água resultando
em maior geração de resíduos.
Quadro 2: Aspectos legais de gestão em um sistema de tratamento de água
Legislação
Descrição
Lei nº 6938, de 1981 Dispõe Sobre a Política Nacional de Meio Ambiente .
Resolução do Conama
nº 357, de 2005
Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências.
Resolução do Conama
nº 237, de 1997
Dispõe sobre a revisão e complementação dos procedimentos e critérios utilizados para o licenciamento ambiental, necessário para implantação dos sistemas de tratamento de água.
Leinº 9433, de 1997
Institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. “... outorga pelo poder público do direito de uso dos recursos hídricos, para fins de consumo final, insumo de processo produtivo ou lançamento de resíduos, entre outros usos”.
Lei nº 9605, de 1998 Lei dos Crimes Ambientais.
ABNT NBR 10004:2004
Dispõe sobre a definição e classificação de resíduos sólidos “..ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água .. ”
Lei nº 12305, de 2010
Define resíduos sólidos, e nesta definição se enquadram os resíduos gerados em ETAs.
3.5 Tecnologias de tratamento dos resíduos das ETAs
A preocupação com o tratamento e lançamento de resíduos de ETAs ocorreu
inicialmente nos Estados Unidos em 1930, onde uma promulgação da Water Quality
23
Act (WQA) advertia para o descarte zero. Entretanto não se dispunha de técnicas e
procedimentos, requerendo estudos para formação da consciência sobre o problema
(CORDEIRO, 1993).
Assim, se passou a avaliar técnicas que objetivam reduzir a concentração da
água nos lodos de forma a viabilizar a disposição correta dos resíduos das ETAs,
levando a criação de diversas tecnologias. A escolha do método que será utilizado
deve levar em conta as características do lodo, as condições climáticas, além de
fatores propostos por Reali (1999), como o custo da área para implantação do
projeto, distâncias de transporte até o destino final, custo de equipamentos e
capacitação dos profissionais.
3.5.1 Espessamento do lodo de ETA
O espessamento do lodo é a primeira etapa de remoção da água dos
resíduos das ETAs, sendo um processo preparatório para posterior condicionamento
e desidratação. Reali (1999) comenta que nesta etapa ocorre remoção de parte da
água do lodo facilitada pelo uso de polímeros, possibilitando uma redução do volume
e, consequentemente, otimização dos processos subsequente de desidratação.
Outro aspecto importante do espessamento, proposto por Ferreira Filho (1997), trata
da recomendação dos fabricantes de equipamentos mecânicos de desidratação para
que o lodo entre nestes equipamentos com uma concentração de ST na ordem de
2%.
Para esta primeira etapa de tratamento do lodo poderá ser empregado
espessador por gravidade (sedimentação) ou por flotação. A escolha da unidade
deve pautar-se em avaliações laboratoriais ou em escala-piloto, de forma a amostrar
o lodo a ser espessado, tendo em vista a grande variabilidade das características
dos resíduos.
3.5.1.1 Espessamento do lodo por gravidade (Sedimentadores)
As unidades de espessamento de lodos por gravidade são as mais usadas
atualmente. O projeto pode ter por base a experiência de outras unidades, desde
24
que em situações semelhantes, ou através dos resultados de ensaios em laboratório
ou escala-piloto. Os principais parâmetros envolvidos no projeto de unidades de
espessamento por gravidade com escoamento contínuo descritos por Reali e
Patrizzi (1999) são:
− Taxa hidráulica de aplicação superficial (TAS): valor máximo de vazão de
lodo aplicada por unidade de área útil (em planta) do adensador (m³ de lodo/m² de
área. d);
− Taxa de aplicação (ou de carga) de sólidos (TCS): define o fluxo de sólidos
aplicados por unidade de área útil (em planta) do adensador. Expressa o resultado
em termos de massa seca (kg) de sólidos suspensos totais aplicados por unidade de
tempo (dia), por unidade de área (m²) de adensador (kg de SST/m². d).
Tanto a TAS quanto a TCS variam de acordo com as características do lodo
produzido. Na Tabela 3 estão relacionados valores característicos de parâmetros de
projeto verificados em espessadores por gravidade e reunidos por Reali e Patrizzi
(1999).
Tabela 3: Faixas usuais dos parâmetros de projeto de adensadores por gravidade.
Tipo de Lodo TAS
(m³/m².d)
TCS (kg
SST/m².d)
Teor de sólidos no lodo espessado (% em massa)
Lodos gerados em estações de Abrandamento
- 146 a 292 15 a 35
Lodos que utilizam sulfato de alumínio, condicionado com cal
4,1 a 8,2
25 a 50
6 a 9
Lodos que utilizam sais de alumínio ou ferro, condicionado com polímero
7,0 a 8,8 50 2 a 5
Fonte: REALI e PATRIZZI (1999)
Outro aspecto importante para o dimensionamento do tanque de
adensamento é a realização de ensaios de clarificação/adensamento em uma
coluna ou proveta graduada, para determinação da concentração de sólidos. Dessa
forma simula-se a unidade de espessamento de lodo por gravidade, onde ocorrem
dois tipos de sedimentação de partículas, a sedimentação impedida ou por zona
25
(SI), e a compressão (C) que ocorre no fundo das unidades (REALI e PATRIZZI
1999).
A SI ocorre quando as partículas encontram-se muito próximas,
sedimentando como uma massa única de partículas, ocorrendo dessa forma uma
interface bastante clara entre a massa de partículas e o liquido clarificado. Abaixo da
região de sedimentação a concentração de partículas torna-se elevada configurando
uma região de transição (T) e abaixo desta tem-se a zona de C. A figura 4 mostra as
situações encontradas em um ensaio de clarificação/adensamento de resíduos de
ETAs conjuntamente com uma curva de sedimentação da variação da interface
observada.
Figura 4: Ensaio de clarificação/adensamento de lodo.
Fonte: Adaptado de DI BERNARDO, DANTAS E VOLTAN, (2012).
3.5.1.2 Espessamento do lodo por flotação por ar dissolvido
A metodologia de concepção dos projetos de espessadores por flotação, da
mesma forma que para os espessadores por gravidade, deve ter como base a
26
experiência de unidades existentes e com características semelhantes, assim como
ensaios com instalações-piloto ou levantamentos em laboratório.
Os parâmetros envolvidos no projeto dos espessadores por FAD são:
− A TAS e a TCS, ambas definidas no item 3.5.1.1;
− Relação entre o fluxo mássico de ar dissolvido fornecido para a flotação e o
fluxo mássico de sólidos suspensos totais (SST) afluentes ao flotador (A/S). Essa
relação é importante na avaliação da flotação do lodo, pois relaciona a quantia de
microbolhas de ar por unidade de massa de SST (REALI e PATRIZZI 1999).
Para Reali (1999), uma das vantagens do espessamento do lodo utilizar
flotação em relação à gravidade está na maior TCS, como apresentado na tabela 4,
traduzindo em unidades mais compactas.
Tabela 4: Parâmetros usuais para projetos de adensadores por flotação.
Resíduo/Coagulante empregado TCS (kg SST/m².d) Teor de SST (%)
ETAs que usam sulfato de alumínio ou cloreto de polialumíno (PAC)
30 a 180
3 a 6
ETAs que usam sulfato férrico ou cloreto férrico
80 a 150
2 a 4
Fonte: Adaptado de AWAA e ASCE, (1996).
Objetivando uma melhor relação entre o emprego de espessadores por
gravidade ou flotação Reali e Patrizzi (1999) avaliaram os resultados obtidos para
estes métodos dispondo de um mesmo tipo de lodo com mesmo polímero, utilizado
na melhor dosagem a depender da operação, os dados reunidos estão dispostos na
tabela 5.
27
Tabela 5: Resultados físico-químicos dos ensaios de espessamento por flotação e por gravidade
Determinações Espessamento por Gravidade 10 , 26 g de N-2/kg de SST
Espessamento por Flotação 4 , 50 g de N-2/kg de SST
Turbidez (uT) 1,5 1,0 Teor de Sólidos no lodo (%) 4,6 7,1 Valor de A/S − 0,024 Parâmetro de espessamento
(cm/min) 8,5 60,6
Parâmetro de
clarificação (cm/min)
8,2 18,8
Fonte: REALI e PATRIZZI (1999)
Com base nos resultados pode-se verificar que a operação com uso da
flotação apresentou eficiência superior ao espessamento por gravidade, com sete
vezes ao obtido no sedimentador, além de melhores condições para clarificação da
amostra e dosagem significativamente menor do polímero.
3.5.2 Desidratação ou desaguamento do lodo
ASCE e AWWA (1996) apud Sabogal e Di Bernardo (2005) informam da
inviabilidade de disposição do lodo em aterro se o único tratamento realizado for o
espessamento, já que a concentração de sólidos é, em geral, ≤ 8%. Além disso,
essa quantidade de água limita sua utilização na construção civil ou demais formas
de beneficiamento desejado.
Objetivando maior remoção da água no lodo utiliza-se a desidratação,
podendo ser efetuada por meio de sistemas naturais ou mecânicos, a depender das
características que potencializam o uso de um sistema em relação ao outro. O
objetivo é resultar em um material com no mínimo 20% de sólidos para viabilizar um
meio de disposição, seja em aterros ou formas de reaproveitamento.
3.5.2.1 Sistemas naturais de desidratação
Algumas das particularidades dos sistemas naturais para desidratação dos
lodos estão em admitir menores investimentos para implantação, operação e
28
manutenção, necessidade de grandes áreas e uso, apenas, dos componentes
naturais da evaporação e gravidade. Estas características potencializam a adoção
dos sistemas naturais para desaguamento do lodo nas estações brasileiras, devido à
disponibilidade de área e condições climáticas favoráveis em boa parte do território
nacional. Entre os sistemas naturais de remoção da água livre dos lodos das ETAs
estão os leitos de secagem e de drenagem e as lagoas de lodos.
Os leitos de secagem são estruturados em três camadas: camada de suporte;
meio filtrante e sistema drenante. A camada de suporte, composta por areia, tem a
finalidade de manter a espessura do lodo uniforme e facilitar a remoção manual do
lodo. O meio filtrante é composto por brita e a camada drenante integra os tubos
perfurados (CORDEIRO, 1999). Na figura 5 é apresentado um esquema do leito de
secagem com as respectivas espessuras sugeridas para as diferentes camadas.
Figura 5: Corte de um sistema de leito de secagem.
Fonte: CORDEIRO (1999).
Estudos realizados por Cordeiro (2001) levaram ao desenvolvimento de uma
adaptação aos leitos de secagem, onde é subtraída a camada de suporte e
introduzido sobre o meio filtrante uma manta geotêxtil, levando a uma redução no
tempo de drenagem da água livre. A este novo arranjo foi denominado leito de
drenagem.
Achon et al. (2008) usando o protótipo de leito de drenagem desenvolvido por
Cordeiro (2001) obtiveram reduções da ordem de 87% e 83% do volume dos lodos
que utilizavam respectivamente como coagulante cloreto de polialumínio e sulfato de
alumínio aos sete dias de operação. Em relação à porcentagem de ST os resultados
29
aos sete dias foram de aproximadamente 28% para o lodo de PAC e de 31% para o
sulfato de alumínio evidenciando o potencial para aplicação dos leitos de drenagem
como sistemas naturais de desidratação dos lodos das ETAs.
As lagoas de lodo podem ser viáveis, particularmente em regiões onde a taxa
de evaporação é superior à de precipitação. A remoção de água em lagoas de lodo
pode ocorrer em três fases: evaporação, retirada da água sobrenadante e
transpiração.
O projeto de uma lagoa de lodo deve incluir revestimento do fundo e taludes,
objetivando redução de riscos com erosão e, também, a infiltração dos resíduos no
subsolo, sistema de tubulação para acesso de lodo e saída do decantado e
preferencialmente equipamento que realizem a remoção mecânica dos resíduos
desidratados (DI BERNARDO, DANTAS E VOLTAN, 2012).
Outro fator importante no projeto e operação de um sistema de desidratação
de lodo com lagoa é a profundidade. Para Richter (2009) o ideal é a adoção de um
valor entre 1,20 a 1,80m, pois dependendo da profundidade a evaporação pode
prolongar-se por longos períodos, tendo em vista a possibilidade de formação de
uma crosta na superfície da lagoa, dificultando a desidratação das camadas
inferiores.
3.5.2.2 Sistemas mecânicos de desidratação
Compõem um grupo de alternativas atraentes a serem adotadas, quando da
indisponibilidade de grandes áreas que os sistemas naturais requerem, além de
condições climáticas não favoráveis a evaporação da água, outra vantagem é a
maior rapidez no processo.
Pesquisas realizadas por Sobogal e Di Bernardo (2005) alertam que a
escolha da técnica de desaguamento mecânico deve considerar o grau de
desaguamento requerido ao lodo, que está diretamente associado ao método de
aproveitamento ou disposição do resíduo ao qual se pretende aplicar.
No Quadro 3 estão reunidos alguns sistemas de desaguamento mecânico
propostos pela literatura.
30
Quadro 3 – Sistemas de desaguamento mecânico para lodos de ETAs.
Sistema Descrição Fonte
Centrifugação
O processo de separação das fases surge quando o cilindro, submetido a altas rotações possibilita as partículas mais densas serem impulsionadas na parede interna do tambor, ocorrendo à separação solido-liquido. Estudos demonstram que a eficiência da centrifugação pode resultar em uma torta com concentração de sólidos de 16% a 35%.
REALI; PATRIZZI e CORDEIRO
(1999).
Filtro Prensa de Placas
Consiste em aplicar uma pressão na massa de lodo produzindo a filtração. Pode produzir uma torta com concentração de sólidos na faixa de 30 a 40%, sua utilização é indicada para processos onde o transporte e disposição exige alta concentração de sólidos.
ASCE, (1996), apud MENDES,
(2001).
Prensa
Desaguadora
É classificada como uma tecnologia de baixo custo. Geralmente a concentração de sólidos permanece em 15 a 20% para lodos de sulfato. Sua eficiência é bastante sensível as características da suspensão.
RICHTER (2012).
Filtro Rotativo
a Vácuo
Não funciona bem com lodo leve, mais indicado para desidratar sedimentos finos, é o método menos eficaz de filtração e resulta em um custo alto na operação.
RICHTER
(2001).
3.6 Descarte dos resíduos das estações de tratamento de água
A disposição dos resíduos das ETAs é uma das tarefas mais complicadas a
ser desempenhada pelos gestores do serviço de água, por conta dos altos custos e
das restrições legais. Desta forma, são indispensáveis estudos que direcionam a
uma solução que atenda ambos os requisitos, ou seja, ser economicamente viável e
ambientalmente correto.
Entre as alternativas de disposição final dos resíduos destaca-se: aterro
sanitário; fabricação de tijolos; fabricação de cimento e artefatos de cimento;
aplicação no solo; incorporação em solos para pavimentação de estradas; descarga
na rede de esgoto entre outros (DI BERNARDO, DANTAS E VOLTAN, 2012).
31
3.6.1 Disposição em aterro
É indispensável à classificação dos resíduos das ETAs quando esta
alternativa for utilizada, tendo em vista se este resíduo é perigoso (classe I) ou não
perigoso (classe II). Conforme definição pela NBR 10.004: 2004 é usual para os
resíduos de ETAs serem classificados, após análises, na classe II A ou II B (Di
Bernardo, Dantas e Voltan, 2012). Desta forma os resíduos podem seguir em
Aterros Classe II A ou Aterro Classe II B:
Aterro classe II A: destinado a resíduos não inertes, necessitam de
impermeabilização com argila e uso de geomembrana, é indispensável à existência
de sistema de drenagem e tratamento dos efluentes líquidos e gasosos, além de
monitoramento ambiental.
Aterro classe II B: dispensa a impermeabilização do solo, por conta dos
resíduos serem inertes, entretanto, requer sistema de drenagem de águas pluviais e
monitoramento.
Segundo Richter (2001) a escolha de aterros para descarte dos resíduos é a
última das alternativas a ser considerada, devido aos altos custos resultantes do
processo, seja por conta da desidratação para atingir a concentração de sólidos
requeridos, que neste caso deve estar entre 20 a 25%, ou pelos custos com o
transporte do material até o aterro.
3.6.2 Aplicação no solo
A aplicação do lodo em solo natural ou agricultável tem sido o segundo
destino mais empregado pelas estações de tratamento de água brasileiras,
alcançado apenas pelo lançamento direto nos rios (IBGE, 2008).
A aplicação do lodo diretamente no solo pode resultar em uma alternativa
econômica quanto à problemática dos resíduos, já que essa aplicação pode ser
dada com os lodos em sua forma líquida, semissólida ou sólida, a depender do tipo
de transporte que se pretende adotar.
A grande restrição a que esta alternativa impõe é quanto à toxidade dos
resíduos. O sulfato de alumínio é largamente utilizado no tratamento da água, e aos
efeitos tóxicos deste componente é atribuída à falta de produtividade de algumas
culturas (BONATO, 2000).
32
Richter (2009) sugere uma aplicação anual correspondente a cerca de 2 a 4
cm do lodo diretamente no solo, entretanto, são indispensáveis pesquisas no local
que resultem no conhecimento da taxa de aplicação que pode ser assimilada por
este solo, bem como as características do lodo para que não ocorra prejuízo para o
solo utilizado como destino dos resíduos da ETA.
3.6.3 Uso na indústria cimenteira
Grande parte dos estudos utiliza os resíduos das ETAs na fabricação de
tijolos e demais produtos oriundos da argila. Já a incorporação na produção de
concretos é mais restrita, tendo em vista algumas características que inviabilizam
seu uso e a falta de pesquisas que retratam as diversas simulações dos diferentes
tipos de cimentos existentes para atingir a melhor dosagem.
Hoppen et al. (2003) avaliaram a introdução do lodo centrifugado na produção
de concreto com 3% de lodo de sulfato de alumínio em massa e compararam com
uma amostra sem adição do resíduo. Os resultados foram satisfatórios para redução
de 2% no consumo de cimento, baixa influência em aumento de fissuração no
concreto, tensão de ruptura das amostras atingindo valores próximos de 26 MPa
tanto aos 7 quanto aos 28 dias, no entanto a amostra com lodo resultou em aumento
no teor de absorção de água no concreto afetando sua durabilidade em ambientes
agressivos
O alto grau de absorção de água no concreto dosado por Hoppen et al. (2003)
impossibilita seu uso em estruturas de concreto onde é exigível maior grau de
durabilidade, mas admite a fabricação de artefatos, estruturas pré moldadas e
construção de pavimentos em concreto, desde que verificados por ensaios
específicos. Outro caminho, apontado por Sales e Cordeiro (2001), trata da mistura
dos resíduos das ETAs com os resíduos da construção civil resultando em
argamassas e blocos de concretos não estruturais.
Atualmente também vem sendo empregado à mistura dos resíduos
desidratados das ETAs na produção de solo cimento, para tanto, deve ser avaliado
um número suficiente de misturas dos componentes que resultem em um produto
economicamente viável, já que as propriedades dos resíduos gerados nas ETAs
podem interferir em maior emprego de cimento tornando muitas vezes o processo
inviável.
33
3.6.4 Uso na fabricação de material cerâmico
Quando os resíduos apresentarem principalmente argila, silte, areia e
coagulante poderão ser empregados na fabricação de tijolos, blocos cerâmicos,
telhas entre outros produtos na proporção, geralmente, de 10% de lodo desaguado
com argila. Alguns fatores como teor de umidade máximo de 20%, baixa presença
de material orgânico e cal asseguram maior eficiência no produto final (DI
BERNARDO, DANTAS E VOLTAN, (2012).
3.6.5 Disposição em estação de tratamento de esgoto (ETE)
Vista como uma alternativa atraente, pois elimina a implantação de um
sistema de tratamento do lodo na ETA, direcionando o gerenciamento dos resíduos
para a administração da ETE. O lançamento do lodo pode ser realizado através de
caminhões ou diretamente pela rede coletora de esgotos. Se este for o caminho
seguido deverá haver um estudo da possibilidade dos resíduos das ETAs serem
lançados sem controle na vazão de descarga, caso contrário poderá demandar um
reservatório de regularização na ETA que realizará a descarga do lodo com uma
vazão de assimilação compatível pela ETE.
3.6.6 Situação brasileira quanto à disposição dos resíduos gerados em ETAs
Mesmo havendo uma legislação que exija que os resíduos das ETAs não
sejam depositados in natura nos cursos da água, a grande maioria das estações
brasileiras descumpre tais regulamentações, levando direta ou indiretamente a
alterações no quadro natural, como aumento nas concentrações de metais tóxicos e
SST (Sólidos Suspensos Totais). Estas alterações na qualidade da água são
transmitidas a jusante do lançamento dos resíduos, limitando seu uso ou impondo
maior dificuldade em tratamentos subsequentes.
Segundo a PNSB do IBGE (2008), mais de 1400 dos 2098 municípios
brasileiros com estações que produzem lodo oriundo de ETA, lançam seus resíduos
em rios, geralmente, sem qualquer tratamento. A situação ainda encontra-se
desfavorável se analisadas as unidades municipais que admitem algum tipo de
reaproveitamento dos resíduos, onde o valor atingido contempla apenas 50
34
municípios. Na figura 6 são apresentados os resultados relativos aos municípios
brasileiros e a forma de disposição adotada. Deve ser levado em conta que um
mesmo município pode dar mais de uma forma de disposição aos resíduos.
Figura 6: Alternativas de disposição dos resíduos de ETAs em percentual.
Fonte: Adaptado IBGE, 2008.
35
4 MATERIAL E MÉTODOS
A pesquisa desenvolvida, assim como os procedimentos metodológicos
adotados, teve sua base na identificação do tema e do problema. Neste caso
relacionado à primeira etapa de redução do volume de água no lodo produzido em
uma ETA, denominada de espessamento do lodo, comparando as técnicas de
sedimentação e flotação a fim de produzir dados para avaliar as potencialidades dos
dois procedimentos no estudo do lodo em questão. Os dados descritos na pesquisa
também serviram de subsídio para a dissertação de Hedlund (2016).
A metodologia empregada na pesquisa divide-se em duas partes: a primeira
parte denominada Etapa de Campo e a segunda parte descrita pela Etapa
Laboratorial.
4.1 Etapa de campo
Após a pesquisa bibliográfica, foi realizada a coleta do lodo junto à estação de
tratamento de água. A coleta ocorreu no município de São Gabriel/RS, localizado
nas Bacias Hidrográficas do Rio Vacacaí/Vacacaí - Mirim e do Rio Santa Maria.
O processo de captação e tratamento da água bruta é realizado pela empresa
São Gabriel Saneamento (SGS), que assumiu a gestão dos serviços de
abastecimento de água e esgotamento sanitário na cidade em 2012, sob regime de
concessão, resultado de um processo de licitação pública.
A ETA de São Gabriel (Figura 7) atende, atualmente, cerca de 97% da
população da cidade, o que corresponde a pouco mais de 54.000 habitantes. A
estação é abastecida por um manancial superficial, o Rio Vacacaí, um dos
formadores do Rio Jacuí. No ponto de tomada foi construída uma barragem para
elevação de nível da água, sendo a condução até a ETA realizada por canalizações,
o processo de tratamento ocorre de forma convencional (estação de ciclo completo).
36
Figura 7: Estação de tratamento de água de São Gabriel
Fonte: São Gabriel Saneamento
A estação possui capacidade para tratar uma vazão de aproximadamente
220 L/s, mantendo a água dentro dos padrões de potabilidade, mas usualmente
opera com vazão média de 137 L/s.
O acesso da água bruta a ETA se da, inicialmente, por uma calha tipo
Parshall, onde ocorre a medição da vazão e a mistura dos produtos químicos. Os
produtos químicos aplicados são o cloro e o PAC, no início e final da calha Parshall
respectivamente, e o processo ocorre de forma automatizada. A calha tem a largura
da garganta de 30,5 cm, com capacidade para atender as vazões máximas
afluentes.
A estrutura da estação é composta por seis floculadores mecânicos, cada um
com área correspondente a 14,52 m² e volume de 36,3 m³. A distribuição da água
floculada aos dois decantadores do tipo convencional de fluxo horizontal da ETA,
que totalizam uma área superficial de 700 m² e um volume de 1.855 m³, é feita por
meio de uma cortina de distribuição, conforme demonstrado na figura 8. A água
decantada é recolhida por calhas coletoras e encaminhada ao sistema de filtração
composto por seis filtros de fluxo descendente, com leito simples de areia. Cada
sistema de filtração possui área de 16,65 m².
37
Figura 8: Cortina de distribuição da ETA.
Fonte: São Gabriel Saneamento.
4.1.1 Coleta das amostras
A ETA de São Gabriel não conta com processos de tratamento do lodo,
descarregando a totalidade do material diretamente no Rio Vacacaí, em uma região
a jusante do ponto de captação.
Para o estudo foram coletadas amostras de lodo de um dos decantadores, os
quais não apresentam sistema automatizado para remoção do material sedimentado
no fundo do decantador. A coleta ocorreu em duas datas, a primeira em 6 de agosto
de 2015 e a segunda em 18 de novembro de 2015.
A primeira coleta deu-se na região após a cortina de distribuição, já para a
segunda, as amostras foram obtidas após o esvaziamento dos decantadores,
durante o processo de higienização, permanecendo uma concentração maior de
sólidos no fundo do tanque (figura 9) a fim de obter maior confiabilidade da
concentração de sólidos no lodo. Os procedimentos adotados durante a coleta
seguiram recomendações da NBR 10.007:2004 (Amostragem de resíduos sólidos)
que trata desde a forma de amostrador utilizado assim como da preservação e
armazenagem de amostras.
38
Figura 9: Limpeza dos decantadores.
Fonte: São Gabriel Saneamento.
4.2 Etapa laboratorial
O lodo coletado foi encaminhado a UFSM e armazenado no Laboratório de
Mecânica dos Fluídos e Hidráulica. Para o lodo da segunda campanha foi feita a
diluição da torta de lodo com um volume de água correspondente ao utilizado para
limpeza do decantador, sendo este volume proporcional ao volume de lodo
acumulado no fundo do tanque. A estimativa para se chegar ao volume de água
empregado na diluição pôde ser efetuada em virtude dos dados estimados para o
volume do lodo e a quantidade de água empregada na limpeza dos decantadores,
fornecidos pela SGS.
Efetivada a homogeneização dos resíduos com a água, seguiu-se o
armazenamento do material ainda nas dependências do Laboratório de Mecânica
dos Fluídos e Hidráulica da UFSM, ficando o lodo em um galão de polietileno com
capacidade para 200 litros a temperatura ambiente.
Inicialmente, foi feita a caracterização do lodo, avaliando-se características
quantitativas e qualitativas do material em estudo. Após, foram realizados os ensaios
de teste de jarros para em seguida iniciar os ensaios de espessamento do lodo
empregando a sedimentação e a flotação por ar dissolvido. Todos os procedimentos
laboratoriais foram realizados no Laboratório de Engenharia e Meio Ambientes
39
(LEMA) da UFSM, exceto os ensaios de lixiviação e solubilização. Os procedimentos
laboratoriais, bem como as etapas seguidas podem ser vistos na Figura 10.
Figura 10: Fluxograma dos procedimentos laboratoriais desenvolvidos.
4.2.1 Avaliação quantitativa do lodo
A análise da produção de lodo em uma ETA é essencial para avaliações dos
processos de tratamento do material. Desta forma, através de uma série de dados
obtidos pela SGS referentes à turbidez da água bruta assim como os volumes
aduzidos pela estação foi estimada a produção de lodo. O período de verificações
disponibilizadas pela empresa compreende julho de 2014 a junho de 2015.
Com os dados médios da turbidez empregou-se para a quantificação da
massa de lodo a equação da American Water Work Association AWWA (1978),
apresentada no subitem 3.3.2.
4.2.2 Caracterização qualitativa do lodo e classificação segundo as normas da ABNT
A caracterização qualitativa do lodo gerado na ETA foi feita através de
amostras do material. Foram efetuadas análises físico-químicas dos principais
parâmetros: pH; ST; sólidos totais fixos (STF); sólidos totais voláteis (STV); sólidos
suspensos totais (SST); sólidos em suspensão fixos (SSF); sólidos em suspensão
voláteis (SSV).
Os métodos empregados para caracterização qualitativa do lodo do decantador seguiram os procedimentos descritos pela APHA/AWWA/WEF (2012). O
40
Quadro 4 apresenta para cada parâmetro sua correspondente metodologia de análise.
Parâmetro Metodologia
ST Amostra é seca a uma temperatura de 103 ºC - 105ºC, até peso constante.
STF Calcinação da amostra durante 1hora a 550ºC.
STV Diferença entre ST e STF
SST Filtração em membrana, secagem em estufa a 103ºC por 1 hora
SSF Calcinação da amostra durante 1h a 550ºC
SSV Diferença entre SST e SSF
pH Método eletrométrico
A classificação dos resíduos do decantador envolve a identificação de seus
constituintes e a partir desta identificação é feita uma comparação destes
constituintes com concentrações permitidas e normatizadas.
Os procedimentos desta etapa seguiram diretrizes da norma técnica ABNT
NBR 10004 de 2004, vinculada às normas ABNT NBR 10005 de 2004, que trata dos
procedimentos para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos, e da ABNT
NBR 10006 de 2004, referente à obtenção do extrato solubilizado de resíduos
sólidos. Deste modo, os resíduos sólidos podem ser classificados e enquadrados
nas seguintes categorias: Classe I – Resíduo perigoso e Classe II – Resíduo não
perigoso, que e subdividida em Classe IIA – Não inertes e Classe IIB – Inertes.
Alguns parâmetros de caracterização passam por uma avaliação visual. Já
para as características que não podem ser prontamente avaliadas passa-se ao
emprego na NBR 10004. Para a pesquisa em questão, os dados para classificação
dos resíduos foram analisados por laboratório devidamente credenciado. O
fluxograma (Figura 11) sintetiza a metodologia para avaliação da classe de risco dos
resíduos sólidos.
41
Figura 11: Fluxograma para caracterização dos resíduos sólidos.
Fonte: Adaptado da norma ABNT NBR 10004.
4.2.3 Ensaios em Teste de Jarros para escolha dos polímeros
O critério para seleção do melhor polímero e respectiva dosagem ótima foi
realizado a partir de ensaios de teste de jarros. Neste momento avaliou-se três
diferentes polímeros doados pela empresa Novatek: Polímero Aniônico com média
densidade de carga; Polímero Não Iônico com muita alta densidade de carga; e
Polímero Catiônico com muita baixa densidade de carga.
Os ensaios realizados nesta etapa propiciam verificar a eficiência dos
diversos polímeros citados a partir da separação da fase liquida da fase sólida,
evidenciada pela formação de flocos.
O teste de jarros utilizado na pesquisa (Figura 12), da marca PoliControl,
possui capacidade para agitação de seis amostras simultaneamente. Os jarros de
acrílico utilizados, com capacidade individual de dois litros, apresentam base
quadrada com 15,5 cm de lado sendo graduados na mesma medida. Quanto à
forma de dosagem dos polímeros, o equipamento conta com a possibilidade de duas
cubetas de vidro para cada jarro.
42
Os ensaios de coagulação e floculação realizados em laboratório contaram
com dosagens dos diferentes polímeros variando de 0 a 5,0 mg pol/gSST, os
procedimentos adotados tiveram a seguinte ordem:
Passo 1: Dosagem da quantidade de polímero requerida com consequente
disposição às cubetas;
Passo 2: Enchimento dos jarros com lodo;
Passo 3: Com o equipamento programado seguiu-se a agitação rápida das
amostras durante 10 segundos a 436 rpm (rotações por minuto);
Passo 4: Passados os 10 segundos da mistura rápida, foi introduzido a
quantidade de polímero presente nas cubetas para as amostras de lodo, mantendo a
mesma velocidade de agitação das amostras durante mais 10 segundos;
Passo 5: Estando o equipamento programado, ao final dos 20 segundos da
mistura rápida, iniciou-se a mistura lenta, estendendo-se durante 1 minuto a
velocidade de 51 rpm;
Passo 6: Aparelho é desligado automaticamente, marcando o fim da
floculação.
Figura 12: Teste de jarros com 6 unidades e capacidade individual de 2 L.
43
4.2.4 Ensaios de espessamento do lodo
Com os resultados dos ensaios de teste de jarros, foram selecionados para
realizar a floculação do lodo os polímeros: aniônico com média densidade de carga
e catiônico com muita baixa densidade de carga.
Independente se as amostras seguiriam para as colunas de sedimentação ou
para a célula de flotação, ocorreu inicialmente a agitação do lodo realizada no teste
de jarros durante 10 segundos a 436 rpm. Decorrido este período foi adicionado a
dosagem de polímero requerida. A partir deste momento procedeu-se a agitação
lenta por 1 minuto a 51 rpm.
Para possibilitar uma melhor avaliação entre as duas técnicas de
espessamento de lodo, ou seja, a flotação e a sedimentação foram plotados gráficos
dos principais parâmetros avaliados.
4.2.4.1 Espessamento do lodo pela sedimentação
O método laboratorial usado para avaliação do espessamento do lodo através
da sedimentação foi realizado com leituras, em intervalos definidos, da interface
lodo/água clarificada no decorrer dos 360 minutos que o ensaio foi realizado,
estando à mistura de lodo e polímero em uma proveta graduada com volume de 1,0
L. Na Figura 13 é possível visualizar o procedimento descrito, estando caracterizado
na imagem um dos ensaios realizados com o polímero catiônico.
Figura 13: Ensaio de sedimentação.
Finalizada as leituras foram coletadas amostras do lodo e da água clarificada
e assim procedeu-se com os ensaios de caracterização.
44
4.2.4.2 Espessamento do lodo por FAD
Os ensaios de espessamento do lodo por flotação seguiram o método
desenvolvido por Reali, onde os parâmetros de espessamento são obtidos através
de ensaios em colunas de flotação por ar dissolvido com alimentação por batelada.
Para melhor compreensão dividiu-se os procedimentos em etapas, seguindo a
ordem de desenvolvimento da pesquisa nos seguintes itens:
Etapa 1: A câmara de saturação, da marca Aquaflot S.A, constituída por um
reservatório pressurizado em aço inox e capacidade para 2,0L, foi preenchida com
determinada quantidade de água proveniente da rede de abastecimento da UFSM;
Etapa 2: O próximo passo consistiu em conectar um compressor de ar a
câmara de saturação, e assim obter a água pressurizada e saturada por ar. Para o
estudo em questão foi avaliada a pressão de saturação de 6,0 atm, controlada por
um manômetro presente na câmara de saturação e mantido o ar borbulhando por 20
minutos. Decorrido o tempo de saturação da água, procedeu-se a fechamento das
válvulas de entrada e saída de ar comprimido mantendo-se assim a pressão
requerida;
Etapa 3: Iniciado o espessamento, as amostras obtidas no teste de jarros
foram transferidas para a célula de flotação, onde efetuou-se a abertura da válvula
da câmara de saturação ligada a célula de flotação. Avaliaram-se duas taxas de
recirculação (40 e 50%), calculadas de acordo com a equação 4.1. O tempo que a
válvula permaneceu aberta para alcançar a taxa requerida levou em conta o
acréscimo de altura na célula de flotação que esta taxa resultaria, considerando as
dimensões da célula, a equação 4.2 foi utilizada para atingir a taxa a ser usada.
(4.1)
(4.2)
= taxa de recirculação (%);
= Volume de água de recirculação introduzida à célula (mL);
= acréscimo na altura da célula (cm);
A divisão do por 2000 é devida a capacidade da câmara de saturação para
2000 ml.
O valor de 86,6 cm² refere-se a área interna da célula de flotação.
45
Etapa 4: O ensaio de espessamento por FAD foi desenvolvido durante 30
minutos. O tempo reduzido decorre da velocidade ascensional elevada desenvolvida
pelos flocos de lodo juntamente com a microbolhas de ar. As leituras realizadas da
interface lodo/água clarificada foram feitas na forma inversa as realizadas nas
colunas de sedimentação, já que o ponto de referência para leitura quando da
utilização da flotação se faz pela base inferior da célula.
Através da Figura 14 é possível visualizar o arranjo de parte dos
equipamentos para o ensaio em questão, assim como uma amostra de lodo flotado.
Figura 14: Câmara de saturação e célula de flotação.
46
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com a realização dos experimentos em laboratório, através da metodologia
descrita no capítulo anterior, foi realizada a interpretação dos dados obtidos em cada
fase de análise ou teste.
5.1 Avaliação quantitativa do lodo
A Tabela 6 apresenta os resultados da produção estimada de lodo na ETA de
São Gabriel a partir da aplicação da equação desenvolvida pela AWWA (1987) e
apresentada no subitem 3.3.2.
Tabela 6: Produção de lodo na ETA de São Gabriel, quantificação segundo a equação empírica da AWWA.
Período
Turbidez da água bruta (NTU)
Sólidos (kg de matéria seca/m³ de água bruta tratada)
Volume Tratado
(m³/ mês)
Quantidade de Lodo produzida
(kg/mês) Mín. Méd. Máx.
Jul./14 31,8 64,7 276 0,0549 272.433 14.946
Ago./14 23,1 44,2 401 0,0427 276.960 11.816
Set./14 35,4 70,1 217 0,0578 253.872 14.684
Out./14 30,0 53,2 174 0,0482 292.344 14.095
Nov./14 23,3 33,1 159 0,0352 286.044 10.083
Dez./14 22,2 38,6 303 0,0390 311.300 12.145
Jan./15 23,2 39,0 161 0,0393 313.672 12.321
Fev./15 16,0 22,7 68,7 0,0275 283.752 7.798
Mar./15 13,7 25,4 110 0,0296 308.160 9.121
Abr./15 17,6 24,5 65 0,0289 287.064 8.297
Maio./15 18,0 42,9 180 0,0418 302.585 12.657
Jun./15 28,6 49,1 531,9 0,0457 292.351 13.369
Os resultados apresentados na Tabela 6 possibilitam uma avaliação
preliminar da produção de lodo obtido durante cada mês de operação do sistema,
através da quantificação da matéria seca gerada a cada m³ de água tratada e a
partir de dados do volume tratado pela estação no decorrer do período, neste caso
47
durante 1 mês. Na figura 15 é apresentada a produção mensal de lodo produzido, já
na Figura 16 os valores acumulados do lodo gerado na estação durante o período
de julho de 2014 a junho de 2015.
Figura 15: Produção mensal de lodo.
Figura 16: Produção acumulada de lodo gerado na ETA de São Gabriel – RS.
14.946
11.816
14.684 14.095
10.083
12.145 12.321
7.798
9.121 8.297
12.657 13.369
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
Jul./1
4
Ago
./14
Set./1
4
Ou
t./14
No
v./14
De
z./14
Jan./1
5
Fev./1
5
Mar./1
5
Ab
r./15
Maio
./15
Jun
./15
Massa d
e lo
do
KG
)
14.946
26.762
41.446
55.541 65.624
77.769
90.090 97.888
107.009 115.306
127.963
141.332
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
Jul./1
4
Ago
./14
Set./1
4
Ou
t./14
No
v./14
De
z./14
Jan./1
5
Fev./1
5
Mar./1
5
Ab
r./15
Maio
./15
Jun
./15
Ma
ss
a d
e l
od
o (
kg
)
48
Como condição facilitadora ao processo adotou-se para os cálculos a turbidez
média do valor máximo e mínimo registrado durante o mês. Em períodos onde
partículas naturais de rochas, silte e areia ou lançamento de resíduos industriais e
esgotos aumentam, acabam por resultar em maior produção de resíduos na
estação. Na série em estudo o mês de setembro de 2014 resultou em maior
produção de lodo na ETA.
5.2 Caracterização qualitativa do lodo e classificação segundo as normas da
ABNT
Os resultados da análise qualitativa, referentes às duas campanhas, dos
parâmetros analisados no lodo do decantador encontram-se dispostos na Tabela 7.
Com relação às análises da série de sólidos, os ST apresentaram um teor de
sólidos de 4,4% para a primeira coleta e 2,2% para a segunda, valores semelhantes
aos teores de SST, evidenciando que a maior parte dos sólidos está em suspenção,
característica geralmente verificada em lodos de ETAs.
Tabela 7: Caracterização do lodo do decantador.
Variáveis Amostra 1¹ Amostra 2²
ST (mg/L) 44.757 22.325 17.174 STF (mg/L) 33.175
STV (mg/L) 11.582 5.151
SST (mg/L) 41.408 21.700
SSF (mg/L) 31.990 16.425
SSV (mg/L) 9.418 5.275
Ph 5,7 6,6 1 – Coleta de lodo realizada em 06 de agosto de 2015; 2 – Coleta de lodo realizada em 18 de novembro de 2015.
Para a classificação dos resíduos, os resultados obtidos nos ensaios de
lixiviação e solubilização, juntamente com as concentrações máximas prescritas em
normas para sua inclusão em determinada classe, encontram-se apresentados nas
Tabelas 8 e 9.
49
Tabela 8: Resultados das análises químicas do ensaio de Lixiviação.
Parâmetros Lixiviado Limite máximo¹
Arsênio (As) mg/L <0,005 1
Bário (Ba) mg/L 1,41 ± 0,023 70
Cádmio (Cd) mg/L <0,001 0,5
Chumbo (Pb) mg/L <0,005 1
Cromo Total (Cr) mg/L <0,025 5
Fluoreto (F-) mg/L 1,39 ± 0,075 150
Mercúrio (Hg) mg/L <0,001 0,1
Prata (Ag) mg/L <0,005 5
Selênio (Se) mg/L <0,005 1
1 – Limite máximo permissível para o ensaio de Lixiviação, NBR 10004 de 2004 (Anexo F);
A análise dos resultados dos extratos lixiviados demonstram condições
adequadas aos resíduos da ETA, pois não ultrapassaram os limites máximos
descritos no Anexo F da NBR 10.004.
Tabela 9: Resultados das análises químicas do ensaio de Solubilização.
Parâmetros Solubilizado Limite máximo¹
Alumínio (Al)mg/L 0,313 ± 0,0054 0,2
Arsênio (As) mg/L <0,005 0,01
Bário (Ba) mg/L 0,245 ± 0,0039 0,7
Cádmio (Cd) mg/L <0,001 0,005
Chumbo (Pb) mg/L <0,005 0,01
Cianeto mg/L <0,005 0,07
Cloreto mg/L 40,43 ± 0,97 250
Cobre (Cu) mg/L 0,025 ± 0,0027 2
Cromo Total (Cr) mg/L <0,025 0,05
Ferro (Fe) mg/L 0,527 ± 0,0058 0,3
Fluoreto (F-) mg/L 1,39 ± 0,075 1,5
Manganês (Mn) mg/L 2,88 ± 0,0025 0,1
Mercúrio (Hg) mg/L <0,0001 0,001
Nitrato mg/L <1,00 10
Prata (Ag) mg/L <0,005 0,05
Selênio (Se) mg/L <0,005 0,01
Sódio (Na)mg/L 2,99 ± 0,047 200
Sulfatos (SO4-) mg/L <10,0 250
Surfactantes mg/L <0,100 0,5
Zinco (Zn) mg/L <0,025 5
Fenóis Totais mg/L <0,00002 0,01
1 – Limite máximo permissível para o ensaio de Solubilização, NBR 10004 de 2004 (Anexo G).
50
A partir dos resultados da Tabela 9 foram verificadas concentrações acima do
limite máximo aos estabelecidos pelo Anexo G da NBR 10.004 para o alumínio, ferro
e manganês. Desta forma, de acordo com a NBR 10.004 os resíduos da ETA de São
Gabriel são classificados na Classe II A.
5.3 Ensaios em Teste de jarros para escolha dos polímeros
Por meio da avaliação da turbidez da água clarificada assim como a relação
do custo-benefício, os resultados para todas as dosagens avaliadas encontram-se
apresentados na Tabela 10.
Tabela 10: Turbidez da água clarificada após ensaios em Teste de Jarros para diferentes polímeros.
Tipo de Polímero Carga Dosagens (mgpol/ g
SST)
Turbidez (NTU) Amostra 1¹
Turbidez (NTU) Amostra 2²
Novaflok P – 22 Aniônico 1 75,1 51,3
Novaflok P – 22 Aniônico 1,5 ─ 38,3
Novaflok P – 22 Aniônico 2 93,4 44,5
Novaflok P – 22 Aniônico 2,5 18,3 56,3
Novaflok P - 22 Aniônico 3 25,3 ─
Novaflok P - 22 Aniônico 3,5 23,5 ─
Novaflok P - 22 Aniônico 4 34,1 ─
Novaflok P - 2900 Catiônico 1 107 ─
Novaflok P - 2900 Catiônico 2 44,6 ─
Novaflok P - 2900 Catiônico 2,5 ─ 104
Novaflok P - 2900 Catiônico 3 27 97
Novaflok P - 2900 Catiônico 3,5 ─ 71,7
Novaflok P - 2900 Catiônico 4 15 50,3
Novaflok P - 2900 Catiônico 4,5 11,6 52,3
Novaflok P - 2900 Catiônico 5 14,8 63,7
Novaflok P - 20 Não-Iônico 1 36 66,3
Novaflok P - 20 Não-Iônico 1,5 34,6 62,3
Novaflok P - 20 Não-Iônico 2 37 64
Novaflok P - 20 Não-Iônico 2,5 ─ 63
Novaflok P - 20 Não-Iônico 3 42 ─
Novaflok P - 20 Não-Iônico 4 50 ─
Amostra Pura ─ 0 191 9.853
1 – Coleta de lodo realizada em 06 de agosto de 2015; 2 – Coleta de lodo realizada em 18 de novembro de 2015.
51
A amostra de lodo da primeira coleta que remeteu ao menor valor de turbidez
foi através do polímero Catiônico na dosagem de 4,5 mg pol/ g SST. Porém, a
análise de custo-benefício é verificada com emprego do polímero não iônico com
dosagem de 1,5 mg pol/ g SST. Para o lodo da segunda coleta o melhor valor de
turbidez e custo-benefício ocorreu com o polímero aniônico na dosagem 1,5 mg pol/
g SST.
A partir das avaliações realizadas, foram selecionados os polímeros aniônico
e catiônico para os ensaios da segunda coleta.
5.4 Ensaios de espessamento do lodo
Os dados dos ensaios de espessamento descritos na pesquisa foram obtidos
com o lodo da segunda campanha. O material da primeira coleta foi utilizado em
ensaios preliminares para avaliação do comportamento, objetivando melhor
descrição e compreensão para os ensaios posteriores. Desta forma, os resultados
dos ensaios de espessamento com a primeira amostra não foram apresentados
neste trabalho.
5.4.1 Espessamento do lodo pela sedimentação
Os resultados da turbidez da água clarificada obtida pelo ensaio de
espessamento podem ser observados na Figura 17 e Apêndice A.
O condicionamento do lodo com polímeros resultou em níveis de turbidez
menores para todas as dosagens avaliadas, comparadas ao resultado obtido com a
amostra pura. Outro ponto analisado foi à diminuição da turbidez até determinada
dosagem, no caso do polímero Catiônico, aumentando a dosagem para 5,0 mg pol/
g SST houve aumento da turbidez em relação a dosagem anterior, condição
verificada também ao polímero aniônico, onde o aumento de 0,5 mg pol/ g SST da
dosagem de 2,0 mg pol/ g SST resultou em um aumento de 14% na turbidez média
do ensaio.
52
Figura 17: Valores médios da turbidez da água clarificada posterior ao ensaio de espessamento.
A verificação da série de sólidos do lodo, após ensaio de sedimentação, está
apresentada na Tabela 11.
Tabela 11: Teor de sólidos no lodo adensado por sedimentação.
Polímero Dosagem (mgpol/gSST)
ST%
STV % ST
STF % ST
SST%
SSV % SST
SSF % SST
Amostra Pura 0 6,88 22,48 77,52 6,77 22,7 77,3
Catiônico - MB 1 7,05 23,28 76,72 6,98 25,45 74,55
Catiônico - MB 1,5 7,10 23,68 76,32 7,05 22,18 77,82
Catiônico - MB 2 6,93 23,42 76,58 6,63 22,29 77,71
Catiônico - MB 2,5 6,89 23,15 76,85 6,77 22,36 77,64
Catiônico - MB 3 6,84 23,4 76,60 6,57 21,39 78,61
Catiônico - MB 3,5 6,48 23,18 76,82 6,16 21,08 78,92
Catiônico - MB 4 6,28 23,33 76,67 6,11 22,88 77,12
Catiônico - MB 4,5 6,25 23,68 76,32 5,97 21,82 78,18
Catiônico - MB 5 5,87 23,56 76,44 5,59 21,74 78,26
Aniônico 1 6,40 22,14 77,86 6,23 22,24 77,76
Aniônico 1,5 6,25 22,81 77,19 6,14 23,92 76,08
Aniônico 2 6,02 22,91 77,09 5,96 22,62 77,38
Aniônico 2,5 5,85 22,89 77,11 5,49 23,73 76,27
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
Turb
idez
da
águ
a cl
arif
icad
a (N
TU)
Dosagem dos Polímeros (mg pol/gSST)
Catiônico -MB
Aniônico
53
Pela análise da série de sólidos, apresentada na Tabela 11, foi verificado para
os dois polímeros uma diminuição na concentração de sólidos a partir de
determinado aumento da dosagem. Para o polímero catiônico dosagens de 3,0 mg
pol/gSST ou superiores levaram a diminuição nas porcentagens de ST. Amostras
com polímero aniônico acima de 1,0 mg pol/gSST apresentaram valores
decrescentes das concentrações de sólidos totais.
Na Figura 18 e 19 são apresentadas as curvas de espessamento por
sedimentação associadas às diversas dosagens de polímeros catiônico e aniônico,
respectivamente por meio destas curvas é visto que dosagens superiores, como, por
exemplo, 2,5 mg pol/gSST do polímero catiônico e 1,5 mg pol/gSST do polímero
aniônico , passaram a prejudicar a eficiência do sistema, resultando em aumento na
altura da interface e lodo espessado com menor teor de sólidos. As leituras
realizadas durante o ensaio de espessamento com polímero catiônico encontram-se
no Apêndice B, para o polímero aniônico os dados estão descritos no Apêndice C.
Figura 18: Curvas de adensamento por sedimentação do lodo condicionado com polímero catiônico.
Comparando-se os resultados, verifica-se que a dosagem de 1,5 mgpol/gSST
do polímero catiônico forneceu os melhores resultados, com teor de sólidos de
7,10%. Já para o polímero aniônico a dosagem que resultou em maior concentração
de sólidos foi de 1,0 mg pol/gSST.
10
15
20
25
30
35
0
20
40
60
80
10
0
12
0
14
0
16
0
18
0
20
0
22
0
24
0
26
0
28
0
30
0
32
0
34
0
36
0
Catiônico 1,0 mg pol/g SST Catiônico 1,5 mg pol/g SST
Catiônico 2,0 mg pol/g SST Catiônico 2,5 mg pol/g SST
Catiônico 3,0 mg pol/g SST Catiônico 3,5 mg pol/g SST
Catiônico 4,0 mg pol/g SST Catiônico 4,5 mg pol/g SST
Catiônico 5,0 mg pol/g SST
Alt
ura
da
inte
rfac
e lo
do
/águ
a cl
arif
icad
a (c
m)
Tempo (minutos)
54
Figura 19: Curvas de adensamento por sedimentação do lodo condicionado com polímero aniônico.
5.4.2 Espessamento do lodo por FAD
Nos ensaios por FAD, utilizados no espessamento do lodo, foram analisados
diferentes dosagens do polímero catiônico, realizou-se duas séries com as mesmas
dosagens submetidas às taxas de reciclo de 40 e 50%. Estas resultaram em flotação
completa do lodo floculado, e pressão de saturação de 6 atm. Na Figura 20 estão
expostos os valores da turbidez, avaliada após realização do ensaio através da
coleta da água clarificada, os dados também podem ser vistos no Apêndice D.
Os testes de espessamento com polímero aniônico não resultaram em
flotação completa seguindo as mesmas especificidades empregadas nos testes com
polímero catiônico.
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
0
20
40
60
80
10
0
12
0
14
0
16
0
18
0
20
0
22
0
24
0
26
0
28
0
30
0
32
0
34
0
36
0
Aniônico 1,0 mg pol/g SST
Aniônico 1,5 mg pol/g SST
Aniônico 2,0 mg pol/g SST
Aniônico 2,5 mg pol/g SST
Alt
ura
da
inte
rfac
e lo
do
/águ
a
Tempo (minutos)
55
Figura 20: Valores médios da turbidez da água clarificada após ensaio de espessamento por FAD.
É possível verificar que a dosagem do polímero catiônico que conduziu a
menor turbidez foi de 5.0 mg pol/ g SST para os ensaios com taxa de reciclo de 50%
e de 4,5 mg pol/ g SST quando a taxa de reciclo utilizada passou a 40%. A utilização
de polímeros para floculação do lodo em todos os ensaios possibilitou grande
eficiência na remoção da turbidez, se comparar os valores encontrados para as
amostras puras submetidas às mesmas condições de saturação por ar dissolvido.
Quanto à análise dos sólidos, os resultados obtidos após a realização dos
ensaios podem ser vistos na Tabela 12.
Tabela 12: Teor de sólidos no lodo adensado por FAD.
Polímero/Taxa de Reciclo
Dosagem (mgpol/g
SST) ST%
STV % ST
STF % ST
SST% SSV %
SST SSF %
SST
Amostra Pura / 50% 0,0 4,13 22,57 77,43 3,97 25,73 74,27
Catiônico / 50% 3,5 5,56 21,77 78,22 5,51 24,67 75,33
Catiônico / 50% 4,0 5,73 23,14 76,86 5,86 24,52 75,48
Catiônico / 50% 4,5 5,73 25,01 74,99 5,58 22,97 77,03
Catiônico / 50% 5,0 5,75 22,78 77,22 5,66 23,30 76,70
Amostra Pura / 40% 0,0 3,62 22,54 77,46 3,46 23,15 76,86
Catiônico / 40% 3,5 4,70 23,33 76,67 4,73 23,68 76,32
Catiônico / 40% 4,0 5,02 23,40 76,60 4,72 22,74 77,26
Catiônico / 40% 4,5 5,12 22,41 77,59 4,99 21,39 78,61
Catiônico / 40% 5,0 5,56 23,69 76,31 5,31 22,38 77,62
15
20
25
30
35
40
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Turb
idez
da
águ
a cl
arif
icad
a (N
TU)
Dosagem dos Polímeros (mg pol/gSST)
FAD 50%
FAD 40%
56
A maior concentração de sólidos, de acordo com a Tabela 12, foi atingida com
a dosagem de 5,0 mg pol/gSST e taxa de reciclo de 50%, nesta configuração foi
atingido um teor de sólidos de 5,75%. Os menores teores de ST foram registrados a
partir das amostras puras.
As leituras da interface água clarificada/lodo registradas durante a execução
dos ensaios de espessamento por FAD podem ser observadas na Figura 21 e no
Apêndice E.
Figura 21: Curvas de espessamento por FAD, com taxa de recirculação de 40 e 50%, do lodo condicionado com polímero catiônico.
Os resultados apresentados na Figura 21 demonstram para todas as
dosagens avaliadas, bem como as taxas de reciclo, uma condição de equilíbrio
atingida rapidamente, em torno de 5 minutos. Da mesma forma, foi verificado melhor
eficiência, conduzindo a amostra de lodo mais densa, para a dosagem de 5,0 mg
pol/g SST e taxa de reciclo de 50%.
5.5 Discussão e avaliação dos processos de espessamento do lodo pela FAD e sedimentação.
Para possibilitar melhor avaliação entre as duas técnicas de espessamento de
lodo, foram avaliadas comparativamente os resultados dos diversos parâmetros
0
3
6
9
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Tempo (minutos)
FAD 50% - 3,5 mg pol/g SST FAD 50% - 4,0 mg pol/g SST
FAD 50% - 4,5 mg pol/g SST FAD 50% - 5,0 mg pol/g SST
FAD 40% - 3,5 mg pol/gSST FAD 40% - 4,0 mg pol/g SST
FAD 40% - 4,5 mg pol/g SST FAD 40% - 5,0 mg pol/g SST
Alt
ura
da
inte
rfac
e á
gua
clar
ific
ada/
lod
o (
cm)
57
analisados. Na figura 22 encontram-se as porcentagens de ST presentes no lodo
após ensaios de espessamento com as diversas dosagens de polímeros utilizadas
em ambas as técnicas.
Figura 22: Teor de sólidos no lodo após ensaios de espessamento por FAD e sedimentação.
Pela Figura 22 verificou-se que os menores teores de sólidos totais foram
encontrados nas amostras de lodo adensado por FAD, sendo que o menor valor
registrado foi de 3,62% de ST para a amostra pura submetida à taxa de reciclo de
40%. Já para os maiores valores de ST encontrados foram registrados nos ensaios
de sedimentação com uso do polímero catiônico.
Vale salientar que os números relativos à %ST nos ensaios por FAD variam
consideravelmente a partir das diferentes taxas de reciclo utilizadas. Estudos
realizados por Cordeiro et al. (1999) avaliaram o espessamento por sedimentação e
flotação do lodo da ETA de Capim Fino de Piracicaba, São Paulo, os resultados
mais satisfatórios foram obtidos com a técnica de flotação, porém, os ensaios que
foram realizados por estes pesquisadores utilizaram taxa de reciclo de 80%, o que
pode representar grande gasto de energia, podendo inviabilizar o processo.
A turbidez remanescente na água clarificada após ensaios de espessamento
é outro parâmetro importante a ser analisado, na Figura 23 foram plotados os
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
0 1 2 3 4 5 6
% S
T n
o lo
do
ad
en
sad
o
Dosagem mg pol/gSST Catiônico Sed. - 3,5 mg pol/gSST Amostra Pura Sed. Catiônico Sed. - 4,0 mg pol/gSSTCatiônico Sed. - 4,5 mg pol/gSST Catiônico Sed. - 5,0 mg pol/gSST Amostra Pura Flot. / 50%Catiônico Flot. / 50% - 3,5 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 50% - 4,0 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 50% - 4,5 mg pol/gSSTCatiônico Flot. / 50% - 5,0 mg pol/gSST Amostra Pura Flot. / 40% Catiônico Flot. / 40% - 3,5 mg pol/gSSTCatiônico Flot. / 40% - 4,0 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 40% - 4,5 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 40% - 5,0 mg pol/gSSTCatiônico Sed. - 1,0 mg pol/gSST Catiônico Sed. - 1,5 mg pol/gSST Catiônico Sed. -2,0 mg pol/gSSTCatiônico Sed. - 2,5 mg pol/gSST Catiônico Sed. - 3,0 mg pol/gSST Aniônico Sed. - 1,0 mg pol/gSST
58
resultados encontrados da turbidez em todos os ensaios que foram usados
polímeros.
Figura 23: Turbidez remanescente na água clarificada após ensaios de espessamento por FAD e sedimentação com uso de polímeros.
Os menores valores de turbidez na água clarificada foram registrados após
ensaios com FAD, sendo a dosagem de 4,5 mg pol/g SST com taxa de reciclo de
40% a que resultou o menor nível, 23 NTU.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 1 2 3 4 5 6
Tu
rbid
ez d
a á
gu
a c
lari
ficad
a (
NT
U)
Dosagem mg pol/gSST Catiônico Sed. - 3,5 mg pol/gSST Amostra Pura Sed. Catiônico Sed. - 4,0 mg pol/gSSTCatiônico Sed. - 4,5 mg pol/gSST Catiônico Sed. - 5,0 mg pol/gSST Amostra Pura Flot. / 50%Catiônico Flot. / 50% - 3,5 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 50% - 4,0 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 50% - 4,5 mg pol/gSSTCatiônico Flot. / 50% - 5,0 mg pol/gSST Amostra Pura Flot. / 40% Catiônico Flot. / 40% - 3,5 mg pol/gSSTCatiônico Flot. / 40% - 4,0 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 40% - 4,5 mg pol/gSST Catiônico Flot. / 40% - 5,0 mg pol/gSSTCatiônico Sed. - 1,0 mg pol/gSST Catiônico Sed. - 1,5 mg pol/gSST Catiônico Sed. -2,0 mg pol/gSSTCatiônico Sed. - 2,5 mg pol/gSST Catiônico Sed. - 3,0 mg pol/gSST Aniônico Sed. - 1,0 mg pol/gSSTAniônico Sed. - 1,5 mg pol/gSST Aniônico Sed. - 2,0 mg pol/gSST Aniônico Sed. - 2,5 mg pol/gSST
59
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados da quantificação do lodo produzido durante o tratamento da
água com a utilização da equação empírica da AWWA permitiram uma avaliação
rápida dos resíduos produzidos na ETA de São Gabriel. Esta é uma etapa
indispensável para implantação de projetos de tratamento de lodos.
Em relação à avaliação qualitativa do lodo observou-se a variação das séries
de sólidos a que lodos das ETAs estão sujeitos. Fatores climáticos e condições
operacionais resultam em materiais com características diferentes. No entanto, nas
duas campanhas que os materiais coletados foram analisados houve predomínio de
sólidos em suspensão, evidenciando uma característica dos lodos de ETAs.
A classificação do lodo segundo a NBR 10.004 de 2004 possibilitou conhecer
de forma detalhada seus constituintes e respectivas concentrações, classificando-o
na Classe II A – Não Inerte. A classificação do lodo é um procedimento importante,
pois possibilita inferir uma condição adequada de disposição do material.
Os ensaios em Teste de Jarros, realizados após avaliação preliminar das
características qualitativas do lodo, possibilitaram definir os polímeros empregados
nos testes de espessamento. A escolha foi feita seguindo valores da turbidez e a
composição do custo-benefício. Neste caso usou-se o polímero catiônico nas duas
técnicas de espessamento e o polímero aniônico apenas para os ensaios de
sedimentação.
Em relação aos ensaios de espessamento por sedimentação observou-se que
o aumento na dosagem do polímero catiônico e aniônico resultou em menor turbidez
na água clarificada. No entanto, a partir de determinado aumento na dosagem a
turbidez passou a aumentar, evidenciando uma condição limite no uso dos
polímeros avaliados.
O melhor resultado no teste do espessamento por sedimentação, com relação
a concentração de sólidos no lodo adensado ao final dos experimentos, ocorreu com
a dosagem de 1,5 mg pol/gSST do polímero catiônico. Em relação à turbidez
remanescente na água clarificada o menor nível verificado ocorreu com a dosagem
de 4,5 mg pol/gSST do polímero catiônico.
Para os ensaios por FAD os menores valores da turbidez remanescente na
água clarificada foram atingidos com a dosagem de 4,5 mg pol/ g SST com polímero
catiônico quando a taxa de reciclo utilizada foi de 40% e a pressão de saturação de
60
6 atm. Quanto a avaliação do teor de sólidos, a dosagem do polímero catiônico que
resultou em lodo mais adensado foi de 5,0 mg pol/gSST e taxa de reciclo de 50%
sob pressão de saturação de 6 atm.
Com os dados dos ensaios de espessamento por FAD e sedimentação
conseguiram-se menores valores de turbidez na água clarificada para os ensaios
com FAD usando polímero para floculação do lodo. Os maiores teores de sólidos no
lodo adensado foram registrados nos ensaios de sedimentação.
6.1 Conclusão
Por fim, conclui-se que a utilização da FAD mesmo resultando em lodo menos
denso que a sedimentação, apresentou resultado imediato. O ensaio se estendeu
por 30 minutos, mas verificou-se estabilidade já nos primeiros cinco minutos da
avaliação. Essa característica pode ser extremamente benéfica para estações onde
o espaço para condicionamento do lodo visando um processo de espessamento por
gravidade for limitante.
Toda implantação de um processo de tratamento dos lodos deve ocorrer com
análise crítica, visando eficiência econômica e condição operacional, assim, o
processo de adensamento a ser utilizado deve levar em conta: tipo de polímero e
dosagem utilizada, o processo de desidratação, mão de obra e outros fatores
relevantes pela ETA.
6.2 Sugestões para pesquisas futuras
Tendo em vista o que foi apresentado e discutido neste trabalho sugere-se:
Avaliar misturas de polímeros no adensamento do lodo, com vistas a
uma dosagem econômica e eficiente;
Estudar o efeito da tensão superficial no adensamento por FAD, bem
como diferentes taxas de reciclo e pressões de saturação;
Caracterizar qualitativamente a água clarificada, após os testes de
adensamento, para possível recirculação na ETA.
61
REFERÊNCIAS
ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10.004: Amostragem de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10.005: Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10.006: Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, 2004. ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.NBR 10.007: Resíduos Sólidos – Classificação. Rio de Janeiro, 2004. AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS, ASCE; AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, AWWA.Technology Transfer Handbook: Management of Water Treatment Plant Residuals. New York, 1996.294p. AZEVEDO NETTO, J.M. et al. Técnica de abastecimento e tratamento de água. 3 ed., São Paulo: CETESB/ASCETESB, 1987. 317 p. AMERICAN WATER WORK ASSOCIATION , AWWA.Water treatment plant sludges, Journal AWWA, 1978. ACHON, C. L.; BARROSO, M. M.; CORDEIRO, J. S. Leito de drenagem: sistema natural para redução de volume de lodo de estação de tratamento de água. EngenhariaSanitária e Ambiental.v.13, n.1, p. 54 – 62, 2008. AMERICAN WATER WORK ASSOCIATION , AWWA. Water treatment plant residuals management.5 ed., USA: AWWA, 1999. 1248 p. AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION; AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION – WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Standard Methods for the Examination os Water and Wastewater.22.ed., Washington DC, USA, 2005. BRASIL. Presidência da República. Casa Civil. Lei nº 9.605 de 12 de fevereiro de 1998.Dispõe sobre as sanções penais e administrativas derivadas de condutas e atividades lesivas ao meio ambiente, e dá outras providências. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, DF, 12 de fevereiro de 1998. BRASIL. Ministério da Saúde.Portaria nº 2.914 de 12 de dezembro de 2011. Dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, DF, 12 de dezembro de 2011. BRASIL. Presidência da República. Casa Civil. Lei n° 6.938, de 31 de agosto de 1981.Dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, seus fins e mecanismos
62
de formulação e aplicação, e dá outras providências. Diário Oficial [da] República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, DF, 31 de agosto de 1981. BRASIL. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº 357, de 17 de março de 2005.Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências.Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, DF, 17 de março de 2005. BRASIL. Presidência da República. Casa Civil. Lei n° 9.433, de 8 de janeiro de 1997.Institui a Política Nacional de Recurso Hídricos, cria o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Poder Executivo, Brasília, DF, 8 de janeiro de 1997. BONATO, C. M.; CAMBRAIA, J.; SANT´ANNA, V.; VENEGAS, H. A. Efeito do alumínio sobre a absorção, a partição e a utilização de enxofre em sorgo. Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal, Campinas, v.12, n. 1, p. 17-24, 2000. CORDEIRO, J.S..O problema dos lodos gerados em decantadores de estações de tratamento de águas. 1993. 342p. Tese (Doutorado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, 1993. CORDEIRO, J. S. Importância do tratamento e disposição adequada dos lodos de ETAs. In: REALI, M. A. P. (Coordenador). Noções gerais de tratamento e disposição final de lodos de estações de tratamento de água. Projeto PROSAB, Rio de Janeiro: ABES, 1999. 240 p. CAMPOS, J. R.; REALI, M. A. P.; DANIEL; L. A. Conceitos gerais sobre técnicas de tratamento de águas de abastecimento, esgotos sanitários e desinfecção. Apostila – Departamento de Hidráulica e Saneamento, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, 2003. CORDEIRO, J. S. Processamento de lodos de estações de tratamento de água (ETAs). In:ANDREOLI, C. V. (Coordenador). Resíduos sólidos do saneamento: processamento, reciclagem e disposição final. Projeto PROSAB, Rio de Janeiro: ABES, 2001. 282 p. CORNWELL D. A.; BISHOP M. M.; GOULD G.R.; VANDERMEYDEN C. (1987). Handbook of Practice – Water Treatment Plant Waste Management.American Water Works Association.Denver USA. DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. DI B. Métodos e técnicas de tratamento de água. v. I e II. São Paulo: Rima, 2005. 1565p. DI BERNARDO, L. Algas e suas influencias na qualidade das águas e nas tecnologias de tratamento. Projeto PROSAB, Rio de Janeiro: ABES, 1999. 240 p. DI BERNARDO, L.; SCALIZE, P.S.; SOUZA FILHO, A G. Água de lavagem de filtros rápidos. In: REALI, M.A.P (Coordenador.). Noções gerais de tratamento e
63
disposição final de lodos de estações de tratamento de água. Projeto PROSAB, Rio de Janeiro: ABES, 1999. 250p. DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. DI B.; VOLTAN. P.E.N.Métodos e técnicas de tratamento e disposição dos resíduos gerados em estações de tratamento de agua. São Carlos: LDIBE,2012.540 p. DOE, P. W. Water treatment plant waste management. In: PONTIUS,F.W., Water quality and treatment: a handbook of community water supplies. 4 ed. American Water Works Association, Mc Grall-Hill, New York, 1990. FERREIRA FILHO, S. S. & SOBRINHO, P. A. Considerações sobre o tratamento de despejos líquidos gerados em estações de tratamento de água. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, ABES, vol3, n. 3 e 4, p. 128 – 136, 1998. FONTANA, A. O. Sistema de leito de drenagem e sedimentador como solução para redução de volume de lodo de decantadores e reuso de água de lavagem de filtros – Estudo de caso ETA Cardoso. 2004. 164 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2004. FERREIRA FILHO, S.S. Pré-condicionamento de lodos de estações de tratamento de água visando o seu adensamento por gravidade. In: XIX Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Foz do Iguaçu, 1997. GRANDIN, S. Desidratação de lodos produzidos nas estações de tratamento de água. 1992. 465p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Hidráulica e Sanitária) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1992. HEDLUND, K. F. S. Adensamento de lodo de estação de tratamento de água: Comparação entre sedimentação e flotação. 2016. 146 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2016. HOPPEN, C.; PORTELLA, K. F.; ANDREOLI, C. V.; SALES, A.; JOUKOSKI, A.; Estudo de incorporação do lodo centrifugado da estação de tratamento de água Passaúna em matrizes de concreto, com dosagem de 3%. In XXII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Joinvile, 2003. IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Departamento de População e Indicadores Sociais (2000). Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (PNSB). Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/populacao/condicaodevida/pnsb2008/PNSB_2008.pdf.>. Acesso em: 06 de setembro de 2015. LIBÂNIO, M. Fundamentos de qualidade e tratamento de água. 3 ed., Campinas, SP: Ed Átomo, 494p., 2010. MENDES, R.L. Adensamento e Desaguamento Mecânicos de Lodos gerados em Estações de Tratamento de Água. 2001. Dissertação Mestrado em Engenharia Hidráulica e Sanitária - Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001.
64
PARSEKIAN, M. P. S. Análise e proposta de formas de gerenciamento de estações de tratamento de águas de abastecimento completo em cidades de porte médio do estado de São Paulo. 1998. 183p. São Carlos. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 1998. PATRIZZI, L. J. Redução do volume de lodo gerado em decantadores de estações de tratamento de água tradicionais, utilizando espessamento por flotação e por gravidade seguidos de centrifugação. 1998 São Carlos,. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 1998. REALI, M. A . P.; Principais características quantitativas e qualitativas do lodo de ETAs. In Reali, M. A. P.(Coordenador). Noções gerais de tratamento e disposição final de lodos de estações de tratamento de água. Projeto PROSAB, Rio de Janeiro: ABES, 1999. 240 p. RICHTER, C. A.; AZEVEDO NETO, J. M. Tratamento de Água: Tecnologia atualizada. 7 ed., São Paulo: Ed. Edgard BlücherLtda, 332 p., 2007. RICHTER, C. A. Tratamento de lodos de estação de tratamento de água. 1 ed., São Paulo: Ed Edgard BlücherLtda, 102 p., 2001. RICHTER, C. A. Água métodos e tecnologia de tratamento. São Paulo: Edgard Blücher, 2009. 340 p. SOUZA FILHO, A.G.; Di BERNARDO, L. Caracterização e clarificação da água de lavagem dos filtros de uma ETA que utiliza cloreto férrico como coagulante primário. In: Anais do XX Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Rio de Janeiro, ABES 1999. Serviço Autônomo Municipal de Água e Esgoto de Mogi Guaçu – SAMAE. Disponível em: <http://www.samaemogiguacu.com.br/eta.htm.>. Acesso em: 21 de setembro de 2015. SABOGAL-PAZ, L. P.; DI BERNARDO, L. Aspectos conceituais relativos à seleção das tecnologias de tratamento e de disposição dos resíduos gerados nas estações de tratamento de água. Anais... In: XXIII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental. Campo Grande, 2005. SALES, A.; CORDEIRO, J. S. Imobilização da Fase Sólida de Lodo de Estações de Tratamento de Água (ETAs). In: ANDREOLI, C.V. (coordenador) Resíduos Sólidos do Saneamento: Processamento, Reciclagem e Disposição Final. Rio de Janeiro: RiMa / ABES / PROSAB, 2001. p. 245 – 257.
65
APÊNDICE A – TURBIDEZ DA ÁGUA CLARIFICADA EM ENSAIOS DE ADENSAMENTO POR SEDIMENTAÇÃO. Turbidez da água clarificada, média, desvio padrão, nos ensaios de espessamento por sedimentação.
Polímero Dosagem (mgpol/ g
SST)
Tubidez1 (NTU)
Tubidez2 (NTU)
Tubidez3 (NTU)
Média (NTU)
Desvio Padrão
Amostra Pura 0,0 7.298 9556,5 8925 8.593,17 863,44
Catiônico - MB 1,0 800 658,0 579 679,00 80,67
Catiônico - MB 1,5 246 552,0 111 303,00 166,00
Catiônico - MB 2,0 313 136,0 66 171,67 94,22
Catiônico - MB 2,5 245 73,0 50 122,67 81,56
Catiônico - MB 3,0 62 83,0 60 68,33 9,78
Catiônico - MB 3,5 54 52,0 43 49,67 4,44
Catiônico - MB 4,0 45 53,0 47 48,33 3,11
Catiônico - MB 4,5 44 49,0 46 46,33 1,78
Catiônico - MB 5,0 54 53,0 43 50,00 4,67
Aniônico 1,0 53 110 64 75,67 22,89
Aniônico 1,5 52 73 49 58,00 10,00
Aniônico 2,0 49 56 58 54,33 3,56
Aniônico 2,5 69 63 54 62,00 5,33
66
APÊNDICE B – ALTURA DA INTERFACE LODO/ÁGUA CLARIFICADA EM ENSAIO SEDIMENTAÇÃO COM POLIMERO CATIÕNICO. Altura da interface lodo/água clarifica durante ensaio de espessamento por sedimentação com polímero catiônico em diferentes dosagens.
Tempo (minutos)
Polímero Catiônico Dosagem (mg pol/ g SST)
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
0 33 33 33 33 33 33 33 33 33
3 31,50 25,37 30,90 24,85 22,70 21,27 18,33 18,47 19,36
5 30,60 25,53 29,20 24,70 21,10 19,17 17,50 18,13 18,27
10 28,83 22,07 26,27 21,63 18,47 17,13 16,83 17,53 17,17
15 26,90 18,93 23,50 18,73 16,83 16,23 16,50 17,33 16,69
20 25,20 17,43 21,10 17,20 16,07 15,77 16,23 17,10 16,37
25 23,53 16,80 20,37 16,57 15,70 15,50 16,13 17,03 16,22
30 22,33 16,27 18,70 16,00 15,40 15,27 16,07 16,93 16,09
35 21,17 15,77 17,97 15,53 15,17 15,17 15,97 16,90 16,01
40 20,10 15,50 17,53 15,20 15,00 15,07 15,90 16,77 15,91
45 19,43 15,20 17,13 15,00 14,93 15,00 15,87 16,73 15,87
50 18,73 15,00 16,80 14,80 14,80 14,97 15,80 16,70 15,82
55 18,23 14,77 16,43 14,63 14,77 14,87 15,77 16,63 15,76
60 17,90 14,63 16,20 14,53 14,63 14,77 15,73 16,60 15,70
65 17,57 14,50 15,97 14,37 14,57 14,70 15,67 16,53 15,63
70 17,33 14,33 15,73 14,30 14,50 14,67 15,63 16,53 15,61
75 16,97 14,3 15,6 14,27 14,47 14,63 15,6 16,5 15,58
80 16,77 14,23 15,50 14,20 14,43 14,63 15,60 16,43 15,56
85 16,57 14,10 15,33 14,10 14,43 14,57 15,53 16,43 15,51
90 16,37 14,00 15,20 14,03 14,37 14,57 15,53 16,40 15,50
100 16,00 13,87 14,93 13,93 14,30 14,50 15,43 16,33 15,42
110 15,70 13,80 14,77 13,83 14,30 14,47 15,43 16,33 15,41
120 15,43 13,63 14,60 13,83 14,23 14,47 15,40 16,27 15,38
130 15,20 13,53 14,50 13,73 14,20 14,40 15,40 16,27 15,36
140 15,03 13,50 14,38 13,67 14,17 14,33 15,40 16,27 15,33
150 14,83 13,50 14,27 13,63 14,13 14,30 15,33 16,23 15,29
160 14,62 13,43 14,17 13,60 14,10 14,27 15,33 16,20 15,27
170 14,48 13,40 14,08 13,57 14,10 14,27 15,30 16,20 15,26
180 14,37 13,33 14,00 13,57 14,10 14,27 15,30 16,20 15,26
210 14,03 13,23 13,80 13,48 14,00 14,20 15,28 16,15 15,21
240 13,80 13,20 13,67 13,43 13,97 14,20 15,20 16,13 15,18
270 13,63 13,13 13,57 13,40 13,90 14,13 15,13 16,07 15,11
300 13,42 13,07 13,47 13,33 13,87 14,10 15,10 16,03 15,08
330 13,20 13,00 13,40 13,33 13,80 13,70 15,10 15,97 14,92
360 13,10 12,98 13,27 13,33 13,77 14,03 15,00 15,93 14,99
67
APÊNDICE C – ALTURA DA INTERFACE LODO/ÁGUA CLARIFICADA EM ENSAIO POR SEDIMENTAÇÃO COM POLÍMERO ANIÔNICO. Altura da interface lodo/água clarifica durante ensaio de espessamento por sedimentação com polímero aniônico em diferentes dosagens.
Tempo (minutos)
Polímero Aniônico Dosagem (mg pol/ g SST)
1,0 1,5 2,0 2,5
0 33 33 33 33
3 31,50 25,37 30,90 24,85
5 30,60 25,53 29,20 24,70
10 28,83 22,07 26,27 21,63
15 26,90 18,93 23,50 18,73
20 25,20 17,43 21,10 17,20
25 23,53 16,80 20,37 16,57
30 22,33 16,27 18,70 16,00
35 21,17 15,77 17,97 15,53
40 20,10 15,50 17,53 15,20
45 19,43 15,20 17,13 15,00
50 18,73 15,00 16,80 14,80
55 18,23 14,77 16,43 14,63
60 17,90 14,63 16,20 14,53
65 17,57 14,50 15,97 14,37
70 17,33 14,33 15,73 14,30
75 16,97 14,3 15,6 14,27
80 16,77 14,23 15,50 14,20
85 16,57 14,10 15,33 14,10
90 16,37 14,00 15,20 14,03
100 16,00 13,87 14,93 13,93
110 15,70 13,80 14,77 13,83
120 15,43 13,63 14,60 13,83
130 15,20 13,53 14,50 13,73
140 15,03 13,50 14,38 13,67
150 14,83 13,50 14,27 13,63
160 14,62 13,43 14,17 13,60
170 14,48 13,40 14,08 13,57
180 14,37 13,33 14,00 13,57
210 14,03 13,23 13,80 13,48
240 13,80 13,20 13,67 13,43
270 13,63 13,13 13,57 13,40
300 13,42 13,07 13,47 13,33
330 13,20 13,00 13,40 13,33
360 13,10 12,98 13,27 13,33
68
APÊNDICE D – TURBIDEZ DA ÁGUA CLARIFICADA APÓS ENSAIOS DE ESPESSAMENTO. Turbidez da água clarificada, média, desvio padrão, nos ensaios de espessamento por FAD.
Polímero/Taxa de Reciclo
Dosagem (mgpol/ g
SST)
Tubidez1 (NTU)
Tubidez2 (NTU)
Tubidez3 (NTU)
Média (NTU)
Desvio Padrão
Amostra Pura / 50% 0,0 12.900 12.133 7.500 10.844 2.229,6
Catiônico / 50% 3,5 36 37 32 35 2,0
Catiônico / 50% 4,0 32 30 35 32,3 1,8
Catiônico / 50% 4,5 24 27 29 27 1,8
Catiônico / 50% 5,0 25 26 29 26,7 1,6
Amostra Pura / 40% 0,0 14.150 13.600 13.350 13.700 300,0
Catiônico / 40% 3,5 25 38 36 33 5,3
Catiônico / 40% 4,0 24 26 26 25,3 0,9
Catiônico / 40% 4,5 23 23 24 23,3 0,4
Catiônico / 40% 5,0 25 26 30 27 2,0
69
APÊNDICE E – ALTURA DA INTERFACE LODO/ÁGUA CLARIFICADA POR FAD.
Altura da interface lodo/água clarifica durante ensaio de espessamento por FAD com polímero catiônico em diferentes dosagens e taxa de reciclo de 40 e 50%.
Tempo (minutos)
Polímero Catiônico Dosagem
(mg pol/ g SST)
Tr = 40% Tr = 50%
3,5 4 4,5 5 3,5 4 4,5 5
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,5 7,50 8,85 9,10 9,27 9,70 11,10 10,83 10,90
1 9,00 9,50 9,60 9,50 10,40 11,53 11,33 11,43
2 9,37 9,77 9,83 9,87 10,97 11,77 11,50 11,77
3 9,53 9,77 10,00 9,87 11,03 11,90 11,60 11,83
4 9,57 9,80 10,03 9,87 11,10 11,93 11,70 11,90
5 9,57 9,83 10,03 9,87 11,13 11,93 11,70 11,93
6 9,57 9,83 10,03 9,87 11,20 11,93 11,70 11,93
7 9,57 9,83 10,03 9,87 11,20 11,97 11,70 11,97
8 9,57 9,83 10,03 9,87 11,23 12,00 11,70 11,97
9 9,57 9,83 10,03 9,87 11,23 12,00 11,70 12,00
10 9,57 9,83 10,03 9,87 11,23 12,00 11,70 12,03
15 9,57 9,83 10,03 9,87 11,27 12,00 11,70 12,07
20 9,57 9,83 10,03 9,87 11,27 12,00 11,70 12,07
25 9,57 9,83 10,03 9,87 11,27 12,00 11,70 12,07
30 9,57 9,83 10,03 9,87 11,27 12,00 11,70 12,07