estudo tÉcnico-econÓmico de uma unidade de co-compostagem de lamas de etar

ESTUDO TCNICO-ECONMICO DE UMA UNIDADE DE CO-COMPOSTAGEM DELAMAS DE ETAR

ANTNIO FRANCISCO TRANCOSO MENDES

Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de MESTRE EM ENGENHARIA DO AMBIENTE

Orientador: Professor Doutor Chia-Yau Cheng

Co-Orientador: Engenheira Ana Cludia Rodrigues de Sousa

JULHO DE 2009

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE 2008/2009

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias 4200-465 PORTO Portugal Tel. +351 22 508 1400 Fax +351 22 508 1440 [email protected] http://www.fe.up.pt

Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio de que seja mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente 2008/2009 - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2009.

As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respectivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

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Estudo tcnico-econmico de uma unidade de co-compostagem de lamas de ETAR

minha Famlia

Toda persona viene al mundo con una serie de talentos y habilidades naturales. Vivir tiene mucho que ver con descubrirlos, disfrutarlos y ponerlos al servicio de una causa mayor que uno mismo.Autor desconhecido

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AgradecimentosAinda que tenha um carcter individual, a elaborao desta tese teve o contributo de diversas pessoas a quem gostaria de dirigir o meu agradecimento: Ao Dr. Cheng, meu orientador, pela simpatia com que sempre o encontrei e pelo acompanhamento e disponibilidade que demonstrou ao longo deste projecto. Pelas sugestes, crticas e correces feitas e ainda pela disponibilizao do Laboratrio de Engenharia Sanitria. Eng. Ana Sousa, co-orientadora do projecto, e equipa das guas de Trs-os-Montes e Alto Douro, SA, pelo apoio e orientao, que me permitiram obter a informao indispensvel execuo desta tese. Eng. Patrcia Alves e Raquel Moura pelo perodo que passamos no laboratrio e pela ajuda na realizao das anlises. Fica tambm perpetuada a memria dessa personagem incrvel que o Sr. Almeida. Professora Aurora Silva pela utilizao do laboratrio do Departamento de Engenharia de Minas. Ao Professor Manuel Fonseca Almeida pela utilizao do laboratrio do Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais e pelas opinies e sugestes transmitidas a propsito deste projecto. Ao Professor Paulo Monteiro pelo material bibliogrfico e pelas sugestes apresentadas para o desenvolvimento do trabalho. Aos Professores Domingos Barbosa e Filipe Mergulho pelo esclarecimento de dvidas importantes para o desenvolvimento do projecto. Eng. Ceclia Silva e aos Engenheiros Lus Almeida, Manuel Guimares e Rui Leite pela assistncia na utilizao do sistema de informao geogrfico.

Por fim, mas no menos importantes, um obrigado queles que me criaram, educaram e me acompanharam ao longo destes vinte e dois anos: Aos meus pais, avs e famlia, mas em especial minha madrinha e tia So pelo apoio escolar que me deu durante quase dez anos, pela santa pacincia e imensa dedicao. Ao Joo Pinto, Joo Restivo e Luisa Teixeira pela amizade e pelo caminho que juntos percorremos na FEUP, casa que ser sempre nossa. Ao Andr Silva pela amizade que nos liga desde crianas. Aos meus amigos de Vila Ch pelo tempo de lazer que passamos juntos. A todos o meu sincero obrigado.

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ResumoO destino final das lamas produzidas nas Estaes de Tratamento de guas Residuais um assunto de crescente importncia e de grande actualidade, sendo a valorizao agrcola a principal opo de gesto a nvel europeu e nacional. As preocupaes de ndole ambiental e de sade pblica, resultantes da potencial presena nas lamas de microrganismos patognicos, metais pesados e micropoluentes orgnicos restringem progressivamente esta prtica. Na regio de Trs-os-Montes, as lamas produzidas nas ETAR pertencentes rede do Vale do Douro Norte, apresentam nveis de contaminao microbiolgica significativos, os quais necessitam de ser controlados para assim possibilitar a sua valorizao agrcola. Este trabalho tem como objectivo estudar, do ponto de vista tcnico e financeiro, a instalao de uma unidade de compostagem, que permita o aproveitamento das lamas geradas nas ETAR e de resduos agro-industriais e florestais produzidos na zona em estudo, originando um produto final de boa qualidade, com reduzida concentrao de microrganismos patognicos e de acrescentado valor final. A metodologia aplicada implicou a anlise qualitativa e quantitativa dos materiais com potencial para serem utilizados na co-compostagem das lamas e a avaliao dos custos associados instalao e operao de 3 sistemas alternativos, incluindo uma proposta de localizao da unidade. A soluo obtida sugere a implantao de um sistema formado por pilhas de material revolvido por um volteador autnomo, estando cobertas por uma tela geotxtil e utilizando resduos florestais como meio de suporte. A opo implica um investimento de cerca de 2.000.000 e uma recuperao do investimento num prazo mnimo de 10 anos. Obtm-se assim uma soluo que permite realizar o aproveitamento no solo da matria orgnica e dos nutrientes contidos nas lamas, ao mesmo tempo que a gesto deste resduo deixa de ser um encargo financeiro, convertendo-se numa fonte de rendimentos a mdio prazo. Recomenda-se um estudo prvio numa instalao piloto que permita a obteno de dados fundamentais relativos ao desenvolvimento do processo e que neste estudo foram retirados de bibliografia. Palavras-chave: Lamas de ETAR, microrganismos patognicos, compostagem, resduos agroindustriais.

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AbstractThe management of sludge produced in waste water treatment plant is a matter of increasing significance in the present time. Application of sludge in agricultural land is the main management option at European and national level. The concerns of environment and public health, resulting from the potential presence of pathogenic microorganisms in sludge, as well as heavy metals and organic micropollutants, progressively restrict the practice. In the region of Trs-os-Montes, the sludge produced in the WWTP belonging to the sub region of Vale do Douro Norte, shows significant levels of microbiological contamination, which need to be controlled so as to enable its agricultural use. This work aims to study, from a technical and financial point of view, the installation of a composting plant, allowing the use of sludge produced in the WWTP as well as agro-industrial and forestry residues produced in the area under study, creating a final product of good quality, pathogenic microorganisms free and added value. The applied methodology involved the quantitative and qualitative analysis of materials with potential for use in co-composting and the estimate of costs associated with installation and operation of 3 alternative composting systems, including a proposed location of the unit. The solution suggests the deployment of a composting system formed by windrows turned by selfpropelled turner and covered by a geotextil membrane, using forest residues as bulking agent. The option requires an investment of 2,000,000 and a return of investment within a minimum of 10 years. The results are expressed as a solution that allows the recovery in the soil of the organic material and the nutrients contained in sludge, while the management of sludge is no longer a financial burden, becoming a source of income in the medium term. A preliminary study in a pilot plant is recommended so that fundamental data can be tested in terms of the development of the process.

Keywords: wastewater sludge, pathogenic microorganisms, composting, agro-industrial waste.

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ndiceAgradecimentos ...............................................................................................................................................iii Resumo.............................................................................................................................................................v Abstract .......................................................................................................................................................... vii ndice ............................................................................................................................................................... ix ndice de Figuras ............................................................................................................................................ xiii ndice de Tabelas ............................................................................................................................................ xv Acrnimos .................................................................................................................................................... xvii 1. Introduo ................................................................................................................................................... 1 2. Objectivos .................................................................................................................................................... 3 3. Enquadramento ........................................................................................................................................... 5 3.1. Lamas de ETAR ............................................................................................................................................. 5 Descrio do funcionamento de uma ETAR.................................................................................................... 5 3.1.1. Linha lquida .......................................................................................................................................... 5 3.1.1.1. Pr-tratamento ou tratamento preliminar.................................................................................... 5 3.1.1.2. Tratamento primrio ..................................................................................................................... 6 3.1.1.3. Tratamento secundrio ou biolgico ............................................................................................ 6 3.1.1.4. Tratamento tercirio ou avanado ................................................................................................ 6 3.1.2. Linha slida ........................................................................................................................................... 6 3.1.2.1. Espessamento................................................................................................................................ 7 3.1.2.2. Estabilizao .................................................................................................................................. 7 3.1.2.3. Condicionamento .......................................................................................................................... 7 3.1.2.4. Desidratao.................................................................................................................................. 7 3.1.2.5. Amazenagem ................................................................................................................................. 7 3.2. Legislao ..................................................................................................................................................... 7 3.2.1. Directiva n 86/278/CE ......................................................................................................................... 8 3.2.2. Directiva n 91/271/CE ......................................................................................................................... 9 3.2.3. Directiva n 99/31/CE ........................................................................................................................... 9 3.3. Produo de lamas ..................................................................................................................................... 10 3.3.1. INSAAR ................................................................................................................................................ 11 3.3.2. RASARP ............................................................................................................................................... 12 3.4. Gesto das lamas ....................................................................................................................................... 12 3.4.1. Reutilizao - Valorizao agrcola...................................................................................................... 15 3.4.2. Compostagem ..................................................................................................................................... 15 3.4.3. Incinerao ......................................................................................................................................... 16 3.4.4. Deposio em aterro .......................................................................................................................... 17 3.4.5. Novas tecnologias ............................................................................................................................... 17 4. Estado da arte ................................................................................................... Erro! Marcador no definido. 4.1. Processo de compostagem ......................................................................................................................... 19 4.2. Estabilizao do composto ......................................................................................................................... 20 4.3. Transformaes microbiolgicas no processo............................................................................................ 21 4.4. Factores condicionantes do processo de compostagem ............................................................................ 21 4.4.1. Razo C/N ........................................................................................................................................... 21 4.4.2. Arejamento e temperatura ................................................................................................................. 22 4.4.3. Humidade ........................................................................................................................................... 22 4.4.4. pH........................................................................................................................................................ 23 4.4.5. Granulometria .................................................................................................................................... 23 4.4.6. Inculo ................................................................................................................................................ 23 4.4.7. Resumo dos parmetros a controlar no processo de compostagem ................................................. 23

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4.5. Clculo das necessidades de arejamento ................................................................................................... 24 Metodologia de Clculo ................................................................................................................................ 24 4.6. Produo de odores .................................................................................................................................... 27 4.7. Qualidade final do composto ..................................................................................................................... 28 4.8. Vantagens de aplicao de composto no solo............................................................................................ 29 4.9. Sistemas de compostagem ......................................................................................................................... 30 4.9.1. Pilhas estticas .................................................................................................................................... 30 4.9.2. Pilhas estticas alongadas ................................................................................................................... 31 4.9.3. Pilhas revolvidas .................................................................................................................................. 31 4.9.4. Pilhas estticas arejadas ..................................................................................................................... 31 4.9.5. Sistemas em reactor............................................................................................................................ 32 4.10. Comparao dos diferentes sistemas de compostagem .......................................................................... 33 4.10.1. Pilhas revolvidas ................................................................................................................................ 33 4.10.2. Pilhas estticas arejadas ................................................................................................................... 34 4.10.3. Sistemas em Reactor ......................................................................................................................... 34 4.11. Resumo dos principais sistemas de compostagem................................................................................... 35 5. Estudo de caso ............................................................................................................................................ 37 6. Metodologia ............................................................................................................................................... 39 6.1. Estudo tcnico-econmico da unidade de compostagem conjunta das lamas de ETAR ............................ 39 6.1.1. Identificao e caracterizao, qualitativa e quantitativa, das lamas produzidas .............................. 39 6.1.2. Caracterizao das prticas actuais da empresa no mbito da gesto das lamas .............................. 39 6.1.3. Identificao e caracterizao, qualitativa e quantitativa, de produtos agro-industriais produzidos na zona em estudo ........................................................................................................................................ 40 6.1.3.12. Anlise qualitativa dos materiais destinados compostagem .................................................. 40 6.1.3.13. Produo de resduos agro-industriais no Vale do Douro Norte ............................................... 41 6.1.4. Estudo tcnico e econmico dos processos alternativos de compostagem, incluindo uma proposta para a localizao da unidade de compostagem .......................................................................................... 41 6.1.4.14. Seleco dos sistemas de compostagem a analisar .................................................................. 41 6.1.4.15. Descrio de funcionamento de cada um dos sistemas ............................................................ 41 6.1.4.16. Clculo das misturas a compostar ............................................................................................. 42 6.1.4.17. Clculo das dimenses das pilhas de compostagem e consequente rea de implantao ...... 42 6.1.4.18. Estimativa dos custos associados a cada um dos sistemas ....................................................... 44 6.1.4.19. Proposta de localizao da unidade de compostagem. ............................................................ 45 6.1.4.20. Balano econmico do funcionamento da unidade .................................................................. 46 6.2. Identificao de solues tecnolgicas que permitem diminuir a quantidade de microrganismos patognicos presentes nas lamas de ETAR........................................................................................................ 47 7. Resultados e Discusso ............................................................................................................................... 49 7.1. Estudo tcnico-econmico da unidade de compostagem conjunta das lamas de ETAR ............................ 49 7.1.1. Identificao e caracterizao, qualitativa e quantitativa, das lamas produzidas no Vale do Douro Norte ............................................................................................................................................................. 49 7.1.1.1. Produo de lamas ...................................................................................................................... 49 7.1.1.2. Anlise qualitativa das lamas no Vale do Douro Norte ............................................................... 50 7.1.2. Caracterizao das prticas actuais da empresa no mbito da gesto das lamas produzidas ........... 51 7.1.3. Identificao e caracterizao, qualitativa e quantitativa, de produtos agro-industriais produzidos na zona em estudo ........................................................................................................................................ 52 7.1.3.1. Engao de uva .............................................................................................................................. 52 7.1.3.2. Folhas de oliveira ......................................................................................................................... 52 7.1.3.3. Resduos florestais ....................................................................................................................... 53 7.1.3.4. Serrim .......................................................................................................................................... 53 7.1.4. Anlise qualitativa dos materiais destinados compostagem ........................................................... 53

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7.1.4.1. Amostragem ................................................................................................................................ 53 7.1.4.2. Anlise Granulomtrica ............................................................................................................... 55 7.1.4.3. Anlises fsico-qumicas ............................................................................................................... 56 7.1.5. Produo de resduos agro-industriais no Vale do Douro Norte ........................................................ 57 7.1.6. Estudo tcnico e econmico dos processos alternativos de compostagem, incluindo uma proposta para a localizao da unidade de compostagem .......................................................................................... 58 7.1.6.1. Seleco dos sistemas de compostagem a analisar .................................................................... 58 7.1.6.2. Descrio de funcionamento de cada um dos processos ........................................................... 58 7.1.6.3. Clculo das misturas a compostar ............................................................................................... 59 7.1.6.4. Clculo das dimenses das pilhas de compostagem e consequente rea de implantao ........ 60 7.1.6.5. Clculo das necessidades de arejamento do sistema em canal .................................................. 64 7.1.6.6. Estimativa dos custos de implantao associados a cada um dos sistemas ............................... 66 7.1.6.7. Proposta de localizao da unidade de compostagem ............................................................... 68 7.1.6.8. Balano econmico do funcionamento da unidade .................................................................... 74 7.2. Solues tecnolgicas que permitem diminuir a quantidade de microrganismos patognicos presentes nas lamas de ETAR ............................................................................................................................................ 79 7.2.1. Tratamento trmico............................................................................................................................ 79 7.2.2. Tratamento trmico e qumico ........................................................................................................... 80 7.2.3. Processos para uma maior reduo de patognicos .......................................................................... 81 7.2.3.1. Compostagem ............................................................................................................................. 81 7.2.3.2. Secagem trmica ......................................................................................................................... 81 7.2.3.3. Tratamento trmico II ................................................................................................................. 82 7.2.3.4. Digesto Aerbia termoflica ....................................................................................................... 82 7.2.3.5. Pasteurizao .............................................................................................................................. 82 7.2.3.6. Irradiao por raios beta ou gama .............................................................................................. 82 7.2.4. Digesto anaerbia termoflica........................................................................................................... 82 7.2.5. Comentrio s opes de reduo de microrganismos patognicos ................................................. 83 8. Concluses ..................................................................................................................................................85 Bibliografia .....................................................................................................................................................87 9. Anexos ........................................................................................................................................................92 9.1. Anexo A ...................................................................................................................................................... 92 9.2. Anexo B ...................................................................................................................................................... 93 9.3. Anexo C ...................................................................................................................................................... 94 9.4. Anexo D ...................................................................................................................................................... 95

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ndice de FigurasFigura 1 - Esquema genrico de funcionamento de uma ETAR. ............................................................................ 5 Figura 2 - Evoluo da populao servida com drenagem e tratamento de guas residuais em Portugal .......... 10 Figura 3 - Gesto de lamas, vias alternativas........................................................................................................ 14 Figura 4 - Destino final das lamas de ETAR na UE-15 entre 1999-2001. .............................................................. 14 Figura 5 - Fases do processo de compostagem em funo da temperatura da pilha, adaptado de .................... 19 Figura 6 - Expresso da degradao biolgica da matria orgnica. ................................................................... 20 Figura 7 - Pilhas estticas .................................................................................................................................... 30 Figura 8 - Pilhas estticas alongadas ................................................................................................................... 31 Figura 9 - Pilhas revolvidas ................................................................................................................................... 31 Figura 10 - Pilhas estticas arejadas .................................................................................................................... 32 Figura 11 - Silo vertical ......................................................................................................................................... 32 Figura 12 - Sistema em canal................................................................................................................................ 32 Figura 13 - Sistema Multimunicipal de Abastecimento de gua e de Saneamento de Trs-os-Montes e Alto Douro. .................................................................................................................................................................... 37 Figura 14 - Municpios constituintes da rede Vale do Douro Norte e ETAR instaladas em cada municpio. ....... 38 Figura 15 - Engao de uva .................................................................................................................................... 54 Figura 16 - Folhas de oliveira. ............................................................................................................................... 54 Figura 17 - Resduo florestal processado. ............................................................................................................. 54 Figura 18 - Serrim. ................................................................................................................................................ 55 Figura 19 - Emaranhado de engao de uva. ........................................................................................................ 55 Figura 20 - Resduo florestal retido no crivo de 4,75 mm. .................................................................................. 56 Figura 21 - Materiais retidos nos crivos com malha acima de 3,35 mm. ............................................................. 56 Figura 22 - Triturador Komptech R 3400 .............................................................................................................. 62 Figura 23 - Locais considerados como possveis para a implantao da unidade de compostagem e sujeitos a avaliao. .............................................................................................................................................................. 69 Figura 24 - Local proposto para a instalao da unidade de compostagem. ....................................................... 72 3 Figura 25 - Colocao da caixa em cima do chassis e camio com caixa de 25 m . ............................................ 73

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ndice de TabelasTabela 1 - Caractersticas das lamas primrias e secundrias. ............................................................................... 6 Tabela 2 - Resumo da legislao Comunitria e Portuguesa referente ao sector da drenagem e tratamento de guas residuais e gesto das lamas. ....................................................................................................................... 8 Tabela 3 - Lama produzida em Portugal, segundo os dados recolhidos pelo INSAAR. .......................................... 11 Tabela 4 - Produo de lamas em Portugal. .......................................................................................................... 12 Tabela 5 - Unidades de compostagem de lamas de ETAR na Europa e nos Estados Unidos. ............................... 16 Tabela 6 - Controlo dos parmetros operacionais no processo de compostagem. ............................................... 24 Tabela 7 - Parmetros utilizados no clculo do arejamento. ................................................................................ 25 Tabela 8 - Composio qumica geral de diversos materais orgnicos. ................................................................ 26 Tabela 9 - Proposta de normas tnicas sobre qualidade do composto, classes e valores limite. .......................... 29 Tabela 10 - Condies mnimas operatrias para obteno da classificao do composto.................................. 29 Tabela 11 - Sumrio dos principais sistemas de compostagem. ........................................................................... 35 Tabela 12 - Caractersticas da ETAR da zona em estudo. ..................................................................................... 38 Tabela 13 - Anlises fisico-qumicas realizadas aos resduos agro-industriais. ..................................................... 40 Tabela 14 - Frmulas para o clculo da quantidade de mistura de cada material. .............................................. 42 Tabela 15 - Dados de base para o dimensionamento do sistema de compostagem. ........................................... 43 Tabela 16 - Custos e ganhos a considerar no balano econmico do funcionamento da unidade de compostagem. ....................................................................................................................................................... 46 Tabela 17 - Valor mdio de produo de lamas nas ETAR do Vale do Douro Norte no ano 2007 e 2008. ............ 49 Tabela 18 - Quantidade de lama de projecto produzida em nas diferentes ETAR. ............................................... 50 Tabela 19 - Comparao da concentrao de metais pesados, compostos orgnicos e dioxinas, e dos parmetros microbiolgicos contidos nas lamas e impostos pela legislao. ...................................................... 50 Tabela 20 - Propriedades fisico-qumicas das lamas produzidas na ETAR de Vila Real e enviadas para valorizao agrcola. ................................................................................................................................................................. 51 Tabela 21 - Resduos agro-industrais com potencial para serem utilizados na compostagem. ............................ 52 Tabela 22 - Anlise granulomtrica dos resduos florestais e do serrim. .............................................................. 55 Tabela 23 - Propriedades fisico-qumicas dos materiais de suporte...................................................................... 57 Tabela 24 - Produo de resduos agro-industriais na regio em estudo. ............................................................ 58 Tabela 25 - Clculo da humidade e do rcio C/N das lamas. ................................................................................ 59 Tabela 26 - Massa de agente condicionante a adicionar por massa de lama....................................................... 59 Tabela 27 - Clculo da nas necessidades iniciais de rega. ..................................................................................... 60 Tabela 28 - Equipamento volteador e dimenses de trabalho. ............................................................................. 60 Tabela 29 - rea necessria para a degradao activa e maturao. .................................................................. 61 Tabela 30 - rea dedicada a armazenamento temporrio. .................................................................................. 63 Tabela 31 - rea total de implantao do sistema................................................................................................ 63 Tabela 32 - Propriedades dos materiais necessrias ao clculo do arejamento. .................................................. 64 Tabela 33 - Clculo da humidade especfica do ar de entrada e de sada. ........................................................... 64 Tabela 34 - Clculo de calor libertado por massa de mistura a compostar. ......................................................... 65 Tabela 35 - Clculo da massa de ar a introduzir na pilha por massa de mistura a biodegradar. ......................... 65 Tabela 36 - Caudal de ar a introduzir no sistema de compostagem em canais. ................................................... 66 Tabela 37 - Itens considerados na avaliao dos custos para cada sistema. ........................................................ 66 Tabela 38 - Custo da maquinaria utilizada na compostagem. .............................................................................. 68 Tabela 39 - Exemplo da apresentao da informao relativa s distncias entre as ETAR e os ponto possveis para a implantao da unidade de compostagem. ............................................................................................... 69 Tabela 40 - Ordenao crescente dos somatrios das distncias entre os pontos possveis para a instalao da unidade e as ETAR. ................................................................................................................................................ 70 Tabela 41 - Exemplo do clculo de (). .................................................................................................................. 70

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Tabela 42 - Ordenao crescente dos somatrios de () para cada ponto possvel de instalao da unidade de compostagem. ....................................................................................................................................................... 71 Tabela 43 - Custo do transporte anual anual das lamas desde as ETAR at unidade de compostagem, segundo os dados do oramento apresentados pela empresa transportadora. .................................................................. 73 Tabela 44- Custos associados gesto do transporte das lamas.......................................................................... 73 Tabela 45 - Custo de transporte por ano. .............................................................................................................. 74 Tabela 46 - Investimento necessrio para instalar a unidade. .............................................................................. 75 Tabela 47 - Nmero de horas de anuais de funcionamento do equipamento. ...................................................... 76 Tabela 48 - Consumo energtico do equipamento em utilizao na unidade ....................................................... 77 Tabela 49 - Custos anuais de operao da unidade .............................................................................................. 77 Tabela 50 - Balano econmico da instalao e funcionamento da ETAR. ........................................................... 78 Tabela 51 - Regimes de Tempo - Temperatura para tratamento trmico. ............................................................ 80 Tabela 52 - Tratamento trmico de lamas, exigncia de contacto Tempo-Temperatura. .................................... 80 Tabela 53 - Condies mnimas de operao para que a compostagem possa ser condiderada um PMRP. ........ 81 Tabela 54 - Valores limite de concentrao de metais pesados, compostos orgnicos e dioxinas, e dos parmetros microbiolgicos contidos nas lamas................................................................................................... 92 Tabela 55 - Produo e destino final das lamas produzidas na UE-15 entre 1999-2001. ...................................... 93 Tabela 56 - Adegas de Vinho e Lagares de Azeite na Regio em estudo. .............................................................. 94 Tabela 57 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (1.8). ................................................................................................................................................ 95 Tabela 58 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (2.8). ................................................................................................................................................ 96 Tabela 59 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (3.8). ................................................................................................................................................ 97 Tabela 60 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (4.8). ................................................................................................................................................ 98 Tabela 61 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (5.8). ................................................................................................................................................ 99 Tabela 62 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (6.8). .............................................................................................................................................. 100 Tabela 63 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (7.8). .............................................................................................................................................. 101 Tabela 64 - Distncias entre as ETAR e os pontos possveis para a implantao da unidade de compostagem; Clculo de () (8.8). .............................................................................................................................................. 102

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Acrnimos

AOX ATMAD DRADM CEE CCDR DEHP DL DRA EG ETAR INAG INSAAR

Compostos organohalogenados adsorvveis ou haletos orgnicos adsorvveis guas de Trs-os-Montes e Alto Douro, SA Direco Regional de Agricultura de entre Douro e Minho Comunidade Econmica Europeia Comisso de coordenao e desenvolvimento regional Di (2-etilhexil) ftalato Decreto-Lei Direco Regional de Agricultura Entidades Gestoras Estao de Tratamento de guas Residuais Instituto da gua Inventrio Nacional de Sistemas de Abastecimento de gua e de guas Residuais

IRAR LAS m.s. NPE NMP PAH PCB PCDD/F PEAASAR

Instituto Regulador de guas e Resduos Alquilo benzenossulfonatos lineares massa seca Nonilfenois e nonilfenois etoxilados Nmero Mais Provvel Hidrocarbonetos policclicos aromticos Compostos bifenilos policlorados Policlorodibenzodioxinas/furanos Plano Estratgico de Abastecimento de gua e Saneamento de guas Residuais

PEAASAR II

Plano Estratgico de Abastecimento de gua e Saneamento de guas Residuais 2007-2013

PMRP SIG UE

Processos para uma Maior Reduo de Patognicos Sistema de Informao Geogrfica Unio Europeia

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1. IntroduoA revoluo agrcola, intensificada no sculo XVIII, e principalmente a revoluo industrial, que igualmente arrancou em Inglaterra na segunda metade do sculo XVIII, marcaram decisivamente o rumo da Histria a nvel tecnolgico, econmico e social. As transformaes introduzidas e expandidas mundialmente a partir do sculo XIX contriburam para o nascimento de novas indstrias, que se foram instalando nas cidades, gerando um aumento da populao urbana e graves problemas sociais e ambientais (Rodrigues, 1996). O sculo XX ficou marcado, a nvel mundial, por um crescimento populacional exponencial, que acompanhado por um desenvolvimento econmico significativo, ainda que desigual, permitiu uma melhoria substancial das condies de vida das populaes. Para este aumento da qualidade de vida, contribuiu tambm o crescente atendimento dos servios de saneamento bsico, em termos de abastecimento de gua, de drenagem e tratamento de guas residuais. O acesso a estes servios e a generalizao da utilizao de equipamentos domsticos intensificou o consumo de gua e consequente produo de guas residuais. Ainda que de forma desfasada, esta realidade tambm vem sendo vivida em Portugal. Com a adeso Comunidade Econmica Europeia (CEE) em 1986, Portugal, um pas distante dos padres de desenvolvimento dos parceiros europeus ocidentais, viu-se obrigado a adequar ou a criar legislao consonante com as directivas europeias, registando-se este acontecimento como um marco fundamental na produo e implementao de legislao nacional na rea do ambiente. A obrigatoriedade da recolha e tratamento das guas residuais urbanas, preconizada pela legislao europeia, fomentou a construo de Estaes de Tratamento de guas Residuais (ETAR) por todo o pas. Um dos subprodutos das ETAR, as lamas, apresenta necessidades de gesto cuidada tendo em considerao os seus potenciais efeitos negativos, devido possvel presena, em quantidades superiores quelas definidas como aceitveis, de microrganismos patognicos e metais pesados. Sendo ricas em matria orgnica, possuem por isso um valor agronmico significativo para os solos portugueses, tradicionalmente pobres em matria orgnica e nutrientes (Rosas, 2005). A gesto das lamas produzidas nas ETAR pertencentes rede do Vale do Douro Norte e administradas pela empresa guas de Trs-os-Montes e Alto Douro, actualmente realizada por uma entidade externa empresa, tendo como principal destino final a valorizao em solos agrcolas. O incumprimento de alguns parmetros microbiolgicos, e as crescentes limitaes impostas pela legislao, impedem que esta soluo continue a ser aplicada de uma forma acessvel. Urge por isso encontrar alternativas de gesto que sejam mais vantajosas, a nvel ambiental e financeiro, para a empresa. A gesto das lamas representa um problema na medida em que estas sejam consideradas como um resduo. Neste campo, a compostagem desempenha um papel preponderante ao consider-las como uma matria-prima, que, em conjunto com outros resduos, nomeadamente de origem agro-industrial e florestal, do origem a um produto final til, de boa qualidade e que representa uma mais-valia econmica, representado por isso uma oportunidade a equacionar e a estudar.

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2. Objectivos Estudo tcnico-econmico de uma unidade para compostagem conjunta das lamas de ETAR e de resduos agro-industriais e florestais na rea do Vale do Douro Norte Trs-os-Montes. Identificao de solues tecnolgicas que permitam diminuir a quantidade de

microrganismos patognicos presentes nas lamas de ETAR, possibilitando assim a sua valorizao agrcola.

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3. Enquadramento3.1. Lamas de ETARPor imperativos ambientais e de sade pblica, as guas residuais, provenientes nomeadamente de usos domsticos, industriais e agrcolas, no podem ser descarregadas directamente para o meio receptor. As guas residuais urbanas so submetidas a um conjunto de tratamentos fsicos, qumicos e biolgicos realizados nas ETAR, esquematizados genericamente na Figura 1, que visam separar os materiais slidos, reduzir a carga de matria orgnica, de nutrientes (azoto e fsforo) e de metais pesados, e reduzir/inactivar os microrganismos patognicos contidos no afluente, permitindo a sua reutilizao ou descarga em condies ambientalmente seguras.1

Figura 1 - Esquema genrico de funcionamento de uma ETAR.

Descrio do funcionamento de uma ETAR 3.1.1. Linha lquidaO tratamento da fase lquida a fase de maior relevncia nas ETAR, condicionando a quantidade e a qualidade de lamas produzidas. Os esquemas tradicionais de tratamento incluem uma etapa de prtratamento, tratamento primrio, tratamento secundrio e tratamento tercirio.

3.1.1.1. Pr-tratamento ou tratamento preliminarDestina-se a remover o material grosseiro (areias, material equiparado a resduos slidos urbanos e gorduras) contido nas guas residuais, e que poderiam causar entupimentos e desgaste do equipamento da linha de tratamento, nomeadamente em tubagens, bombas e equipamentos de mistura. O material separado nesta etapa usualmente enviado para aterro, no devendo ser misturado com as lamas produzidas nos processos subsequentes.

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guas residuais domsticas ou a mistura destas com guas residuais industriais e/ou com guas pluviais (DL_236/98)

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3.1.1.2. Tratamento primrioTem como finalidade remover parte dos slidos que esto em suspenso nas guas residuais. Tal propsito conseguido fazendo circular a gua residual nos decantadores primrios a velocidades reduzidas, ocorrendo a sua deposio por sedimentao. As lamas produzidas so compostas principalmente por slidos sedimentveis. Contm um teor elevado de matria orgnica facilmente biodegradvel, podendo exalar um forte odor devido sua instabilidade e putrescibilidade Lamas Primrias.

3.1.1.3. Tratamento secundrio ou biolgicoTem como principal objectivo estabilizar a matria orgnica e remover o material coloidal no sedimentado. Converte a matria orgnica dissolvida em slidos orgnicos e inorgnicos que posteriormente so removidos nos decantadores secundrios. Para tal, so criadas as condies ptimas para o desenvolvimento bacteriano que consome matria orgnica e nutrientes, em condies aerbias, anaerbias ou mistas. O crescimento ocorre em suspenso, em suportes ou combinando estas opes. A lama produzida resulta principalmente da produo de biomassa, formando assim uma lama biolgica Lamas Secundrias.

3.1.1.4. Tratamento tercirio ou avanadoDestina-se a remover, do efluente resultante do tratamento secundrio, substncias que o classificam como imprprio para descarga ou outro fim, implicando a remoo adicional de nutrientes (azoto e fsforo) e/ou slidos suspensos totais para que a gua seja ainda submetida a processos de desinfeco.

Do conjunto destes tratamentos resultam duas fases, uma lquida, que contm uma quantidade reduzida de poluentes e que permite a sua descarga ou utilizao em condies ambientalmente correctas, e um produto semi-slido, as lamas, que precisam de ser tratadas uma vez que foram acumulando o material removido da gua residual.

3.1.2. Linha slidaUma lama pode ser definida como uma mistura de gua e de slidos separados de diversos tipos de guas, como resultado de processos naturais ou artificiais. As lamas resultantes dos tratamentos linha lquida possuem uma quantidade elevada de humidade e de matria orgnica (Tabela 1).Tabela 1 - Caractersticas das lamas primrias e secundrias, adaptado de (Kiely, 1999) .

Parmetro Slidos Secos Slidos Volteis Coliformes Fecais

Lamas primrias 2-6% 60-80% 10 -106 7

Lamas secundrias 0,5-2% 50-70% 10 -107 9

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As etapas de tratamento das lamas incluem:

3.1.2.1. EspessamentoProcura diminuir o volume das lamas por remoo de parte da fraco lquida. Nas lamas primrias, mais densas, aplica-se habitualmente um espessamento gravtico, enquanto nas lamas secundrias, menos densas, se efectua a flotao ou centrifugao.

3.1.2.2. Estabilizao efectuada com o intuito de diminuir o potencial de putrefaco das lamas, atenuar a produo de odores e a presena de microrganismos patognicos. A degradao biolgica da matria orgnica em produtos finais no celulares contribui ainda para a reduo do volume de lamas. Pode ser realizada biologicamente por armazenamento de longa durao das lamas, por digesto anaerbia (opo de estabilizao bastante utilizada), digesto aerbia e compostagem; utilizando processos qumicos por adio de cal, ainda que nesta situao ocorra uma inibio do crescimento microbiolgico e no uma diminuio do teor de matria orgnica; e por processos fsicos secagem trmica e pasteurizao.

3.1.2.3. CondicionamentoVisa optimizar a reteno de slidos nos sistemas de desidratao por adio de coagulantes ou polielectrlitos.

3.1.2.4. DesidrataoTem como objectivo retirar a mxima quantidade de gua possvel da lama, reduzindo assim o volume, facilitando o transporte e a sua manuseabilidade. Pode efectuar-se mecanicamente filtros banda, filtros prensa, centrfugas, filtros de vcuo; ou naturalmente por evaporao, ou por percolao em leitos e lagoas de secagem.

3.1.2.5. AmazenagemQuando necessrio, as lamas so armazenadas temporariamente antes de serem enviadas para o destino final.

As lamas resultantes dos processos de tratamento apresentados anteriormente e produzidas em ETAR so designadas como lamas de ETAR. Neste trabalho, o termo lamas refere-se sempre a lamas de ETAR, excepto nas situaes em que for expresso o contrrio.

3.2. LegislaoA adeso de Portugal ento designada CEE e actual Unio Europeia (UE) implicou uma adequao e convergncia da legislao nacional s normas europeias. Um dos sectores onde o peso das normas comunitrias contribuiu para o florescimento de legislao nacional foi o sector ambiental. Efectivamente, a legislao portuguesa relativa drenagem e tratamento de guas residuais e gesto

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das lamas, consequncia da transposio das normas comunitrias para o direito interno. As exigncias no que diz respeito drenagem e tratamento de guas residuais tm como consequncia directa um aumento da produo de lamas. Na Tabela 2 apresenta-se uma descrio sucinta da legislao base que regula o sector.Tabela 2 - Resumo da legislao Comunitria e Portuguesa referente ao sector da drenagem e tratamento de guas residuais e gesto das lamas.

Instrumento Legal Comunitrio Directiva n 86/278/CE

Instrumento Legal Nacional DL n 446/91, revogado pelo DL n 118/2006

Disposies Gerais Regulamenta a utilizao de lamas em solos agrcolas. Define os requisitos dos

Directiva n 91/271/CE Directiva n 98/15/CE

DL n 152/97 DL n 348/98

sistemas de drenagem e tratamento das guas residuais urbanas. Medidas, processos e

Directiva n 99/31/CE

DL n 152/2002

orientaes sobre a deposio de resduos em aterro.

3.2.1. Directiva n 86/278/CEA directiva n 86/278/CE, relativa proteco do ambiente, e em especial dos solos na utilizao agrcola de lamas de depurao (resultantes do tratamento de guas residuais domsticas, urbanas ou de composio similar), procura proteger o Homem, os animais e a vegetao contra os potenciais efeitos nocivos das lamas de ETAR. Para tal estabelece critrios de qualidade para as lamas e para os solos, fixando valores limite relativos s concentraes de metais pesados nos solos receptores de lamas, s concentraes de metais pesados nas lamas e s quantidades mximas anuais desses metais que podem ser introduzidas nos solos agrcolas, com base numa mdia de dez anos. Determina ainda que apenas podem ser utilizadas lamas s quais seja aplicado um tratamento que permita diminuir o seu poder de biodegradao (lamas tratadas), estipulando ainda o tipo de cultura e a poca em que pode ser realizada a sua valorizao. Define os mtodos de referncia, de amostragem e de anlise das lamas e dos solos, que devem ser utilizados, bem como o dever da manuteno de registos actualizados de produo e utilizao das lamas na agricultura. O DL n 118/2006 regula a utilizao de lamas na agricultura em Portugal, baseando-se na directiva anteriormente apresentada. Define as lamas de composio similar s lamas de depurao, nomeadamente aquelas provenientes do tratamento de efluentes de preparao e processamento de frutos e legumes, leos alimentares, caf, conservas, da indstria dos lacticnios, da pasta do papel entre outros. Acrescenta que o tratamento aplicado s lamas, alm de reduzir o poder de biodegradao, deve eliminar os microrganismos que ponham em risco a sade pblica. As limitaes, no que concerne aos metais pesados, so idnticas da Directiva, variando contudo o seu valor limite, introduzindo ainda limites concentrao de poluentes orgnicos e dioxinas nas

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lamas. Impe ainda restries e limites geogrficos utilizao das lamas, nomeadamente em zonas perto de captaes de guas, de habitaes, de escolas ou zonas de interesse pblico. A legislao europeia neste campo est em reviso, sendo provvel que a curto prazo sejam alterados alguns dos itens base, nomeadamente os valores limite para os metais pesados e a introduo de valores limite para poluentes orgnicos e microrganismos patognicos (Salmonela e Escherichia Coli); a regulamentao da aplicao das lamas na silvicultura, na recuperao de solos degradados e em zonas verdes; a proibio da aplicao de lamas no tratadas segundo determinados processos que visem uma maior estabilizao e higienizao das lamas, restringindo a sua aplicao em funo do tratamento; e a proposta de responsabilizao do produtor das lamas na anlise das lamas e do solo. Isso mesmo est expresso no Working Document on Sludge - 3rd Draft (Directorate-General, 2000) que, face aos progressos cientficos e tecnolgicos e experincia acumulada desde a criao da directiva h mais de 20 anos, procura actualiz-la e aperfeio-la. No Anexo A, Tabela 54 esto apresentadas as concentraes limite de metais pesados e de alguns compostos orgnicos, impostos pela Directiva e Decreto-Lei em vigor, e as alteraes proposta no documento de reviso da directiva.

3.2.2. Directiva n 91/271/CEA Directiva n 91/271/CE, relativa ao tratamento de guas residuais urbanas, visa proteger o ambiente dos efeitos negativos provocados pelas descargas de guas residuais. Para tal, os estadosmembros, deveriam garantir um nvel de tratamento mnimo s guas residuais, de acordo com a dimenso dos aglomerados populacionais e da natureza das guas receptoras, de forma faseada, entre 1998 e 2005. So definidos 2 tipos de zonas de descarga: zonas sensveis aquelas que se revelam susceptveis de eutrofizao, as guas doces de superfcie destinadas captao de gua potvel com um elevado teor de nitratos e outras guas que necessitem de um grau de tratamento superior; e zonas menos sensveis. responsabilidade de cada estado-membro definir as respectivas zonas no respectivo territrio nacional. As zonas sensveis e de maior populao equivalente implicariam prioridade de aco e nveis de tratamento mais exigente. A transposio para o direito interno foi realizada pelo DL n 152/97 que aprovou uma lista de identificao de zonas sensveis, de zonas menos sensveis e o respectivo mapa, proibindo ainda a descarga de lamas em guas de superfcie. Por seu turno, o DL n 348/98 transps a Directiva n 98/15/CE, que altera a mencionada Directiva n 91/271/CE, no que respeita concentrao ou percentagem mnima de reduo de fsforo e azoto totais para a descarga de efluentes de ETAR em zonas sensveis. A classificao das zonas sensveis e menos sensveis, de reviso obrigatria de 4 em 4 anos, est actualmente inscrita no DL n 149/2004. De realar que em Portugal, e para descargas em zonas sensveis, deve ser aplicado s guas residuais um nvel de tratamento tercirio.

3.2.3. Directiva n 99/31/CEO DL n 152/2002 transps para o direito nacional a Directiva n 99/31/CE referente deposio de resduos em aterros. Sendo as lamas de ETAR consideradas como um resduos industrial no

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perigoso, podero ser depositadas em aterros para resduos no perigosos, desde que satisfaam os critrios de admisso indicados no anexo III da referida lei, nomeadamente no que respeita ao teor de humidade, que deve ser inferior a 35% em peso. A estratgia nacional para a reduo dos resduos urbanos biodegradveis tende, contudo, a limitar a fraco biodegradvel dos resduos depositados em aterro. Em relao aos valores de 1995, at 2009 a quantidade em peso devia ser reduzida para 50%, e at 2016 para 35% (INR, 2003). Estas limitaes denotam uma clara opo e uma tendncia para a valorizao dos resduos orgnicos, como o caso das lamas, em detrimento da sua deposio em aterro.

3.3. Produo de lamasA compilao da informao relativa produo de lamas em Portugal um assunto que ainda est em evoluo, sendo que a sua quantificao total usualmente realizada tendo por base estimativas. Esta situao algo que contradiz a directiva que regula a utilizao de lamas na agricultura, j que o artigo 10 explicita claramente que os Estados-Membros zelaro pela manuteno de registos actualizados onde se anotem as quantidades de lamas produzidas e as entregues agricultura, devendo ainda elaborar periodicamente um relatrio sntese com essa informao, inicialmente 5 anos aps a entrada em vigor da directiva, para posterior compilao e anlise por parte da comisso europeia (CE, 1986). A Figura 2 permite observar o crescimento verificado a nvel de drenagem e tratamento de guas residuais em Portugal, principalmente a partir do ano 2000, ano em que foi implementado o Plano Estratgico de Abastecimento de gua e de guas Residuais (PEAASAR) para o perodo 2000-2006, que contribuiu decisivamente para a estruturao do sector no mbito dos fundos comunitrios atribudos a Portugal pelo 3 Quadro Comunitrio de Apoio.

Figura 2 - Evoluo da populao servida com drenagem e tratamento de guas residuais em Portugal (IRAR, 2008).

De realar o crescimento de mais de 70% entre 1998 e 2006 registado na populao servida com tratamento de guas residuais, que tendeu a aproximar-se dos nveis de drenagem, respectivamente 72% e 77%, ainda assim insuficientes para atingir o objectivo de 90% proposto no PEAASAR 2000-

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2006, considerado actualmente como a meta para o PEAASAR 2007-2013. O aumento na escala de tratamento pode induzir um aumento na produo de lamas como consequncia lgica do incremento na quantidade de gua residual a tratar.

3.3.1. INSAAREm Portugal, e no ano de 2002, o Instituto da gua (INAG) promoveu o Inventrio Nacional de Sistemas de Abastecimento de gua e de guas Residuais (INSAAR), que teve como objectivo centralizar a informao relativa ao ciclo urbano da gua numa base de dados informtica. Esta base de dados, preenchida e actualizada on-line, com uma periodicidade anual, pelas Entidades Gestoras (EG) dos sistemas de abastecimento de gua e de drenagem de guas residuais, com a elaborao final de um relatrio sobre o estado do sector em anlise. recolhido um conjunto considervel de indicadores fsicos, de funcionamento e econmico-financeiros, incluindo valores de produo de lamas. Os resultados obtidos das edies em 2002, 2005, 2006 e 2007, esto contidos na Tabela 3 (INAG, 2002-2007).Tabela 3 - Lama produzida em Portugal, segundo os dados recolhidos pelo INSAAR.

Ano 2002 2005 2006 2007nd- no disponvel

Lama produzida (ton) 299 000 nd 80 860 197 000

Os nmeros apresentados so bastante incongruentes e ilgicos, reflectindo a precariedade dos dados de base. A falta de abrangncia e muitas vezes de rigor nos estudos sobre esta temtica pode ser exemplificada pela situao seguidamente descrita no relatrio do INSAAR 2005. Em 2006 e em Portugal Continental, foram identificadas 605 EG de ETAR, tendo sido contactadas 319 para a participao no INSAAR 2005. A pequena dimenso e a situao pouco clara quanto competncia legal para a prestao dos servios justificaram a no considerao das restantes EG nessa campanha. Das 236 (74%) que responderam aos inquritos, apenas 9 o fizeram na totalidade. O facto de a resposta aos inquritos no ser obrigatria contribuiu para uma falta de dados que no permite obter uma perspectiva real da situao da produo de lamas em Portugal. No entanto, a responsabilidade das Entidades Gestoras significativa nesta rea, dada a pouca receptividade e empenho dos dirigentes mximos de algumas entidades no fornecimento dos dados, a carncia de equipamentos que permitem o preenchimento on-line dos dados e a sobrecarga e a acumulao de funes dos tcnicos encarregados do preenchimento dos inquritos (INAG, 2005) Apesar de o programa apresentado anteriormente estar numa fase pouco desenvolvida e ainda no fornecer dados suficientemente rigorosos, est lanada a base do que poder ser no futuro uma fonte de informao bastante credvel. Para isto necessrio que as EG colaborem activamente na cedncia de informao solicitada e o faam em tempo til.

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3.3.2. RASARPO Instituto Regulador de guas e Resduos produz anualmente um relatrio sobre o sector (Relatrio Anual do Sector de guas e Resduos em Portugal), elabora uma caracterizao geral, econmica e financeira, e avalia o servio prestado aos utilizadores bem como a qualidade da gua para consumo humano. Entre os diversos indicadores desenvolvidos, um deles refere-se ao destino final dado s lamas de ETAR no qual avalia se lhes dado ou no um destino adequado (IRAR, 2008). Pressupe-se que a execuo dessa avaliao indique que o IRAR esteja na posse de dados relativos produo e gesto das lamas, no entanto esta informao no nos foi cedida.

Outros autores indicam que Portugal produziu 250 000 toneladas em 1998 tendo previsto cerca de 350 000 toneladas de matria seca para o ano de 2005 (Gonalves, 2005), enquanto o estado Portugus enviou Unio Europeia uma estimativa de produo de 177 000 toneladas para o perodo entre 1999-2001, Anexo B, Tabela 55. No mbito dos relatrios da Comisso Europeia relativa aplicao da legislao sobre valorizao agrcola de lamas, estimou-se que para os anos do perodo 1995-2000 Portugal tenha produzido a quantidade de lamas expressa na Tabela 4 (CE, 2003).Tabela 4 - Produo de lamas em Portugal.

Ano 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Quantidade produzida (ton) 148 555 177 100 214 200 121 138 374 147 238 680

Todos estes valores esto expressos apenas para que se observe a panplia de nmeros que so apresentados a respeito desta matria, e pela necessidade de uma recolha efectiva de dados junto das entidades gestoras de lamas.

3.4. Gesto das lamasA gesto das lamas fundamental na proteco ambiental e da sade humana. Quando deficientemente geridas, as lamas podem degradar directamente a qualidade dos recursos naturais, principalmente dos solos e dos recursos hdricos. A lixiviao de nutrientes, azoto e fsforo, a presena de metais pesados, de poluentes orgnicos e microrganismos patognicos so aspectos ambientais negativos que h que controlar. Contudo, o alto contedo em matria orgnica que as lamas possuem, constitui-a como um recurso com um potencial agronmico ou energtico que no deve ser desaproveitado. A gesto ambientalmente segura de resduos, e por isso tambm das lamas, deve seguir os princpios da poltica europeia de resduos (CE, 2008):

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Preveno a produo de resduos deve ser minimizada na fonte sempre que possvel; Responsabilidade do produtor na gesto dos resduos, devendo ainda suportar os custos decorrentes dessa gesto princpio do poluidor-pagador; Precauo os potenciais riscos decorrentes de determinada aco devem ser antecipados de forma a no provocarem um impacte ambiental negativo; Proximidade os resduos devem ser processados o mais prximo possvel do local de gerao.

Tendo presentes os princpios da poltica de gesto de resduos, o destino final das lamas dever ainda estar condicionado pela hierarquia de gesto de resduos, que estabelece as seguintes prioridades: Preveno e reduo da produo de resduos; Preparao para a reutilizao, reciclagem e valorizao energtica, devendo ser dada prioridade reutilizao e reciclagem material, em detrimento da recuperao energtica; A eliminao dever ser a ltima opo de gesto, e apenas quando no seja possvel aplicar as alternativas apresentadas anteriormente, nomeadamente atravs da deposio em aterro ou da incinerao sem valorizao energtica.

Estas preferncias de gesto so consideradas no PEAASAR II (MAOTDR, 2007), no qual se indica que se devem privilegiar as solues que visem: A reduo da produo de lamas atravs de tecnologias que minimizem os subprodutos gerados no processo; A reduo do volume das lamas atravs de tecnologias de desidratao, secagem ou compresso; A reutilizao das lamas, devidamente inertizadas e compostas; A valorizao das lamas atravs da produo de biogs; A deposio de lamas em aterro quando as suas caractersticas no permitam a reutilizao

Na Figura 3 esto esquematizadas as principais opes para a gesto das lamas.

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Figura 3 - Gesto de lamas, vias alternativas.

Das opes apresentadas na Figura 3, o destino final mais comum inclui a valorizao agrcola, a deposio em aterro e a incinerao. A Figura 4 representa o destino final dado s lamas de ETAR nos pases da UE-15 e em Portugal (Anexo B Tabela 53). O perodo considerado entre 1999 e 2001 uma vez que nem todos os pases disponibilizaram dados relativos ao mesmo perodo (CE, 2004)

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

A

B

D

DKAterro

E

EL

F

FIN

I

IRL

L

NL

P

S

UK

Reutilizao

Incinerao

No especificado

guas superficiais

Figura 4 - Destino final das lamas de ETAR na UE-15 entre 1999-2001.

Os dados permitem afirmar que para o perodo em estudo, a opo preferencial a nvel de gesto de lamas na UE era a reutilizao seguida da deposio em aterro. No entanto, uma vez que para cerca de 20% da massa de lamas produzida no se especificou o destino final, no praticvel uma anlise da situao real a nvel comunitrio. Na Grcia a reutilizao era uma opo praticamente no utilizada em contraponto com a deposio em aterro, enquanto na Holanda e na ustria a opo principal recaa sobre a incinerao. A Irlanda ainda apresentava como destino final a descarga em guas superficiais, no entanto essa prtica est proibida no espao comunitrio desde 1998. Portugal estimava a sua produo de lamas nas 300 000 toneladas com cerca de 60% das lamas a serem enviadas para valorizao agrcola e 40% para aterro.

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3.4.1. Reutilizao - Valorizao agrcolaO propsito da utilizao directa das lamas na agricultura aproveitar o elevado teor de matria orgnica e de nutrientes, como azoto e fsforo, para aumentar a produtividade dos solos, sendo frequentemente uma opo de baixo custo. A quantidade anual a introduzir no solo est contudo limitada pela legislao nacional de cada pas. Os requisitos comuns legislao dos pases comunitrios incluem: A necessidade de realizar um pr-tratamento com vista reduo da humidade, substncias orgnicas poluentes e dos microrganismos patognicos; Limitaes quantidade mxima de massa seca a introduzir, por unidade de rea e de tempo, considerando a quantidade de metais pesados contida na lama, a existente no solo, e o pH do solo; Limitaes no tipo de cultura que pode ser plantada.

As desvantagens desta opo relacionam-se com a dependncia do estabelecimento de acordos com os proprietrios de zonas agrcolas que estejam dispostos a receber as lamas, o reduzido nmero de vezes por ano em que as lamas podem ser aplicadas nos solos e a consequente necessidade de armazenamento.

3.4.2. CompostagemA compostagem das lamas de ETAR no aparece discriminada nas estatsticas apresentadas na Figura 4. contudo uma prtica disseminada pela Europa e bastante utilizada nos Estados Unidos (EUA). A Tabela 5 apresenta alguns casos de utilizao da compostagem de lamas nos EUA e na Europa. Em Portugal, utilizada unicamente na gesto das lamas produzidas na ETAR de ParadaMaia. Geralmente, as instalaes que realizam compostagem de resduos slidos urbanos so tambm aquelas onde se efectua compostagem de lamas (ECN, 2009), o que torna difcil nomear unidades dedicadas exclusivamente ao tratamento de lamas. Neste trabalho, o processo de compostagem est apresentado e caracterizado no captulo 4. A vantagem da aplicao desta alternativa relaciona-se com a reduo do volume de material a ser transportado, com as facilidades no armazenamento e utilizao em locais e perodos de tempo mais distantes em relao altura de produo, sendo a aplicao no terreno facilitada pelo menor contedo em gua. Realiza-se um controlo mais rigoroso da qualidade do produto, devido a uma seleco criteriosa dos materiais a co-compostar e do acompanhamento da evoluo do processo, obtendo assim um produto estabilizado, higienizado e com um contedo hmico muito vantajoso para o solo. As desvantagens, comparativamente aplicao directa das lamas no solo, relacionam-se com os custos superiores de tratamento, e com a necessidade de escoar um produto num mercado bastante competitivo, onde os competidores directos tero tendncia a aumentar e os produtos substitutivos j esto integrados no mercado.

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Tabela 5 - Unidades de compostagem de lamas de ETAR na Europa e nos Estados Unidos.

Pas

Localidade

Tipo de processo Em reactor canal Em reactor tnel Pilhas revolvidas Em reactor tnel Em reactor canal Em reactor canal Em reactor canal

Capacidade de tratamento 140 000 ton lama/ano nd. 20 000 ton lama/ano 80 000 ton lama/ano 8 000 ton lama/ano 19 000 ton lama/ano 16 000 ton lama/ano 10 000 ton lama/ano 5 000 ton lama/ano 10 000 ton lama/ano 1 400 ton lama/ano 111 000 m3 lama/ano 37 000 m3 lama/ano 17 000 m3 lama/ano

Referncia

Espanha

Mrcia Madrid Villa nueva de la Caada Jerez de la Frontera

(PRLine, 2003)

Espanha

(RCIR, 2009)

Espanha

(ADJ, 2005)

Espanha

Valladolid

(Bicoe, 2009)

Espanha

Sa Pobla (Mallorca)

(ISR, 2008)

Espanha

Felanitx (Mallorca)

(ISR, 2008) (Siemens, IPS Composting System: Mont De Marsan, France, 2004) (EPA, 2005)

Frana

Mont De Marsan

Irlanda

Cork County

Em reactor

Irlanda

South Tipp.

Em reactor Pilhas revolvidas Pilhas revolvidas Em reactor Tnel Em reactor canal Em reactor canal

(EPA, 2005)

Irlanda

Meath

(EPA, 2005)

USA

Neches, Texas

(ANRA, 2003)

USA

New England, Maine

(NEO, 2009)

USA

Ardmore, Oklahoma

(Siemens, 2006)

USA

Bennington, Vermont

(Siemens, 1992)

3.4.3. IncineraoA incinerao de lamas uma das opes de gesto praticada a nvel europeu. Pode ser realizada em instalaes dedicadas ou em co-incinerao. Se sujeitas a uma pr-secagem podem ser introduzidas em fornos de cimento, contribuindo com o seu poder calorfico para o aquecimento do forno, opo esta que permite incorporar os metais pesados no clinker. Esta uma opo vivel quando no possvel realizar uma valorizao material das lamas, principalmente se for realizada2

2

Lamas com 65% slidos possuem um poder calorfico = 2000 kcal/kg de lama (ISWA, 2001)

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em regime de co-incinerao, j que o investimento numa central dedicada implicaria um investimento avultado e um caudal elevado e constante de lamas a serem transportadas at unidade.

3.4.4. Deposio em aterroA deposio indiscriminada de lamas uma prtica absurda, tendo em conta o no aproveitamento do contedo material e energtico contido nas lamas. Ocupa desnecessariamente espao em aterro e uma opo que envolve custos que no podem ser desprezados. Apesar destes pontos negativos, as estatsticas mostram que esta umas das opes mais utilizadas pelas entidades gestoras. As limitaes legislativas deposio de matrias biodegradveis em aterro contribuiro decisivamente para inverter esta realidade.

3.4.5. Novas tecnologiasAlgumas opes tm vindo a ser testadas e aplicadas e podem, no futuro, ter importncia, nomeadamente a gaseificao (ISQ, 2008), a oxidao hmida (Khan, 1997) e a vermicompostagem (Foster, 2006). Existem ainda outros destinos para lamas, que foram pontualmente utilizados, nomeadamente na recuperao de taludes (Robles, 2006) ou no encerramento de pedreiras (Eltiempo.com, 2008).3

3

Processo de converso trmica para produzir um gs combustvel ou de sntese para posterior utilizao.

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4. Estado da ArteA compostagem um processo biolgico e aerbio de decomposio controlada da matria orgnica, originando uma matria hmica e estvel, o composto. O material a compostar acumulado em pilhas, desenvolvendo-se um processo idntico decomposio natural, excepto na intensidade e na acelerao que se obtm atravs da optimizao das condies de desenvolvimento dos microrganismos.

4.1. Processo de compostagemNo processo de compostagem podem-se distinguir 2 perodos principais, um primeiro, de degradao activa e um segundo de maturao. O primeiro perodo, que inclui uma fase msofila e uma fase termfila, caracterizado por uma intensa actividade microbiana durante a qual uma fraco importante da matria orgnica degradada. No segundo perodo, regista-se um decrscimo da actividade microbiolgica, estando ainda em degradao alguns produtos provenientes do perodo de degradao activa. Assim, o controlo da temperatura ser um factor determinante ao longo do processo, favorecendo ou inibindo a actuao dos diferentes tipos de microrganismos. Geralmente, distinguem-se 3 gamas de temperatura: psicroflica (0-25 C), mesoflica (25-45 C) e termoflica (>45 C) (Epstein, 1997). A definio destas gamas est relacionada com picos de crescimento que uma classe de microrganismos tem para essa temperatura. No entanto, isso no implica que outros microrganismos no estejam presentes na pilha e no tenham actividade, simplesmente no so os dominantes. A Figura 5 apresenta as diferentes fases do processo de compostagem e respectiva evoluo da temperatura.

Figura 5 - Fases do processo de compostagem em funo da temperatura da pilha, adaptado de (Epstein, 1997).

No incio do processo registam-se temperaturas psicroflicas ou mesoflicas, dependendo da temperatura ambiente e da temperatura da mistura. Ocorre um perodo de latncia, correspondente adaptao dos microrganismos ao meio, degradando-se primeiramente as fontes de carbono mais acessveis, depois do qual a temperatura comea a aumentar rapidamente, devido intensa

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libertao da energia resultante da degradao da matria orgnica por organismos que realizam respirao aerbia, como representado genericamente na Figura 6.

Figura 6 - Expresso da degradao biolgica da matria orgnica.

medida que a temperatura vai aumentando, ao atingir a fase termfila, uma grande diversidade de microrganismos atinge o seu pico de crescimento e eficincia. A diversidade na populao de microrganismos contribui para a decomposio de uma grande variedade de materiais, desde mais simples at materiais mais complexos. A temperatura atinge valores prximos dos 65 C, valor ao qual a actividade microbiana decai, como resposta tambm diminuio da quantidade de matria orgnica facilmente degradvel e depleo do oxignio. Nesta fase, a pilha tende a arrefecer dando novamente espao actividade dos microrganismos termfilos e mesfilos. importante que se realize um controlo efectivo da temperatura da pilha, uma vez que, se por um lado, as altas temperaturas permitem a eliminao de microrganismos patognicos e de sementes, por outro, existem microrganismos que vo ser importantes nas etapas seguintes e que no devem ser eliminados. A exausto de material facilmente biodegradvel reduz a actividade microbiana e consequentemente a temperatura. A fase de degradao contnua do material orgnico mais resistente, ou seja a maturao, implica uma actividade microbiolgica mais lenta e uma temperatura mais baixa, que so fundamentais para produo de composto estabilizado. Curtas etapas de compostagem activa necessitam de perodos mais longos de maturao, sendo, por isso, necessrio assegurar a manuteno das condies de humidade e arejamento da pilha, e ainda aconselhvel a relocalizao ou o cobrimento da pilha para evitar contaminaes.

4.2. Estabilizao do compostoExistem diversos critrios que permitem aferir a maturidade do produto e considerar terminado o perodo de maturao do processo de compostagem, uma vez que a aplicao de um composto no estvel teria efeitos fitotxicos, destacando-se: O declnio da temperatura no final do processo de maturao, uma vez que a libertao de calor funo da taxa de oxidao dos compostos orgnicos; Potencial de reaquecimento da pilha; O decrscimo do contedo orgnico do composto, nomeadamente por avaliao dos contedo em carbono, slidos volteis, cinzas e rcio C/N; A presena de constituintes qumicos como os nitratos e a ausncia de amnia; Ausncia de odores agressivos;

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Testes de fitotoxicidade e de sementeiras.

4.3. Transformaes microbiolgicas no processoO processo de compostagem desenvolvido por diferentes tipos de microrganismos,

predominantemente aerbios, que decompem a matria orgnica obtendo por esta via o material e a energia necessrias sntese celular e ao crescimento. Podem distinguir-se trs classes: bactrias, fungos e actinomicetas, que so capazes de metabolizar substncias mais simples, aminocidos e acares, ou degradar compostos mais complexos como protenas e hidratos de carbono em monmoros (Silva M. E., 2003): Protenas pptidos aminocidos compostos aminados compostos azotados da biomassa azoto atmosfrico ou amonaco. Hidratos de carbonos acares simples cidos orgnicos CO2 e compostos de carbono da biomassa. Os compostos orgnicos facilmente biodegradveis nos estgios iniciais da compostagem so caracterizados por uma estrutura molecular simples, baixo peso molecular, sendo solveis em gua, o que permite que sejam metabolizados por organismos mais simples e no especializados, como so as bactrias. medida que a quantidade destes compostos diminui, incrementa-se a degradao de outros mais complexos, de maior peso molecular e constitudo por cadeias qumicas mais longas. Isto s passvel de ser realizado por intermdio de organismos mais especializados capazes de produzir enzimas, nomeadamente os fungos, permitindo assim a utilizao dos componentes hidrolisados, por microrganismos mais simples.

4.4. Factores condicionantes do processo de compostagem Razo C/N Arejamento e temperatura Humidade pH Granulometria Inculo

4.4.1. Razo C/NOs microrganismos necessitam de uma variedade de nutrientes em grande quantidade, nomeadamente carbono, azoto, fsforo e potssio. O carbono utilizado como fonte de energia e no crescimento dos microrganismos, diminundo progressivamente a sua quantidade ao longo do desenvolvimento do processo. O azoto utilizado para a sntese de material celular, aminocidos e protenas. Estes dois nutrientes so aqueles que exercem maior influncia no processo, sendo a sua avaliao e controlo um elemento fundamental para o sistema.

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Para C/N = 20, o azoto no limita a velocidade do processo, mas acima de C/N = 80, a degradao termfila impedida pela deficincia em azoto, operando por isso a maior parte dos sistemas entre esses limites (Pereira, UA). Para relaes C/N reduzidas o azoto ficar em excesso e poder ser perdido como amonaco causando odores desagradveis. Para relaes C/N mais elevadas a falta de azoto ir limitar o crescimento microbiano e o carbono no ser todo degradado implicando que a temperatura no aumente e a que a compostagem se processe mais lentamente. A razo ptima ser funo do tipo de materiais. Para a maioria dos materiais uma relao de 25 30 dias Varivel Varivel Varivel Intenso revolvimento mecnico e arejamento forado. Mistura inicial, arejamento, temperatura e revolvimentos. Podem ocorrer devido a falhas no equipamento ou deficincias no projecto do sistema.

Mo-de-obra

Reduzido.

Crescente com a frequncia de arejamento.

Instalao

Necessita de extensas reas de implantao. 6 - 24 meses 1-4m 3 - 7m Varivel Conveco natural. Apenas a mistura inicial. Quanto mais larga a pilha, maior a possibilidade de ocorrncia.

Necessita de extensas reas de implantao. 21 - 40 dias >30 dias 1 - 2,8 m 3-6m Varivel Revolvimento mecnico e conveco natural. Mistura inicial e revolvimentos.

Degradao activa Maturao Dimenses Altura Largura Comprimento Sistema de arejamento Controlo do processo

Odores

As viragens podem libertar odores nas semanas iniciais.

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5. Estudo de casoA rea em estudo, designada por rede do Vale do Douro Norte, est inserida no Sistema Multimunicipal de Abastecimento de gua e de Saneamento de Trs-os-Montes e Alto Douro, Figura 13, que gerido pela empresa guas de Trs-os-Montes e Alto Douro, SA. Compreende os municpios de Alij, Meso Frio, Mura, Peso da Rgua, Sabrosa, Sta. Marta de Penaguio, e Vila Real. Abrange uma rea de 1214 km e entre 2004 e 2007 servia uma populao de cerca de 80 000 de habitantes, perodo correspondente entrada em funcionamento de cada uma das estaes de tratamento. As ETAR instaladas em cada municpio esto representadas na Figura 14.2

Figura 13 - Sistema Multimunicipal de Abastecimento de gua e de Saneamento de Trs-os-Montes e Alto Douro.

Na Tabela 12 so apresentadas informaes relativas ao tipo de efluente industrial tratado nas distintas ETAR (ainda que as estas estejam destinadas fundamentalmente ao tratamento de guas residuais domsticas), o nvel de tratamento a que as guas residuais so sujeitas, bem como o tipo de desidratao e de armazenamento das lamas.

Nota: Alguns dos dados utilizados na realizao deste trabalho correspondem a informao relativa gesto interna e ao desempenho do sistema que s empresa dizem respeito. Uma vez que esta tese estar disposio de qualquer pessoa, optou-se por limitar a apresentao desse tipo informao. As marcas dos equipamentos considerados neste trabalho no traduzem qualquer preferncia por parte do autor, correspondendo simplesmente s entidades que foram contactadas e das quais se obteve uma resposta aos pedidos de informao.

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Figura 14 - Municpios constituintes da rede Vale do Douro Norte e ETAR instaladas em cada municpio. Tabela 12 - Caractersticas da ETAR da zona em estudo. ETAR Alij Sanfins do Douro Meso Frio Mura Peso da Rgua Vilarinho dos Freires Sabrosa Cumeeira Fornelos Tuisendes S. Joo Lobrigos S. Miguel de Lobrigos Server-Fontes Tipo de efluente industrial Vitivincula Vitivincula Vitivincula Vitivincula Vitivincula No tem Vitivincola e Azeite Vitivincula No tem Vitivincula; Azeite Vitivincula No tem Tinturarias, Vitivincula, Matadouro, Grficas Nvel de Tratamento Instalado Tercirio (N e P) Secundrio Secundrio Tercirio (N e P) Tercirio + Desinfeco Tercirio (N) Tercirio (N e P) Tercirio (N) Tercirio (N) Tercirio (N) Tercirio (N) Tercirio (N) Desidratao Centrfuga Centrfuga Filtro de Banda Centrfuga Centrfuga Sacos Filtrantes Centrfuga Sacos Filtrantes Sacos Filtrantes Sacos Filtrantes Sacos Filtrantes Sacos Filtrantes Armazenamento de lamas Silo Contentor Contentor Silo Silo Sacos filtrantes Contentor Sacos filtrantes Sacos filtrantes Sacos filtrantes Sacos filtrantes Sacos filtrantes

Vila Real*

Secundrio

Filtro de Bandas

Silo

* Vila Real a nica ETAR na qual existe estabilizao de lamas (por digesto anaerbia).

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6. MetodologiaO estudo tcnico-econmico da unidade para compostagem conjunta das lamas de ETAR incluiu: 1. 2. 3. Identificao e caracterizao, qualitativa e quantitativa, das lamas produzidas; Caracterizao das prticas actuais da empresa no mbito da gesto das lamas produzidas; Identificao e caracterizao, qualitativa e quantitativa, de produtos agro-industriais produzidos na zona em estudo; 4. Estudo tcnico e econmico dos processos alternativos de co

estudo tÉcnico-econÓmico de uma unidade de co-compostagem de lamas de etar

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