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ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 99

20o CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL

SISTEMA DE OTIMIZAÇÃO ECONÔMICA DA DESTINAÇÃOFINAL DO LODO DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE

ESGOTOS

Isaac Volschan Junior(1)

MSc, Professor Assistente do Departamento de Hidráulica eSaneamento da Escola de Engenharia da UFRJ.Raad QassimPhD, Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Mecânica daEscola de Engenharia da UFRJ e do Programa de Engenharia deProdução da COPPE/UFRJ.

Endereço(1): Centro de Tecnologia, Escola de Engenharia - Depto. deHidráulica e Saneamento - bloco D - sala 204 - Cidade Universitária -Ilha do Fundão - Rio de Janeiro - RJ - CEP: 20000-000 - Brasil - Tel: (021) 290-7695 -Fax: (021) 290-7695 - e-mail: [email protected]

RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo apresentar um instrumento preliminar para oplanejamento da destinação final do lodo gerado em estações de tratamento de esgotos,que considere em sua formulação a incorporação de aspectos não usualmente abordadosem estudos dessa natureza. Esse instrumento, denominado Sistema de Otimização daDestinação Final do Lodo – OTLODO, constituir-se-á em um sistema de otimizaçãoeconômica da destinação final do lodo, através do emprego de um modelo deprogramação matemática. A flexibilidade e operacionalidade de sua aplicação facilitarãoa efetiva abordagem da destinação final do lodo, ainda na fase de elaboração dos projetosde engenharia de estações de tratamento de esgotos. Sua concepção encontra-se baseadano conceito de minimização de resíduos, o qual potencializa a reutilização benéfica dolodo como opções de destinação final, e não somente a disposição em aterro sanitário. Omodelo avalia também, conjuntamente, as etapas de desidratação e destinação final,através da definição da eficiência de desidratação em função da destinação final a serimplementada.

O modelo de programação linear OTLODO tem como objetivo minimizar o custo total dosistema de destinação final do lodo. Para tanto encontra-se formulado segundo diversosalgorítmos, adaptados a um modelo de programação linear, permitindo que, segundodeterminadas restrições previamente impostas, sejam otimizados o teor de sólidos do lododesidratado e as massas de sólidos secos que devam ser destinadas à cada uma dasdiferentes opções de destinação final do lodo.

PALAVRAS-CHAVE: Esgotos, Lodo, Destinação Final, Reutilização, OtimizaçãoEconômica.

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INTRODUÇÃO

Estações de tratamento de esgotos domésticos são constituídas por um elenco deoperações e processos unitários, distintos e sucessivos, nos quais ocorrem os fenômenosde separação e transformação dos poluentes presentes nos esgotos. Trata-se da faselíquida do tratamento, da qual obtém-se principalmente, o efluente final comcaracterísticas adequadas para o lançamento em um corpo hídrico receptor.

A massa de poluentes separada, resíduo da fase líquida do tratamento, é denominada delodo, e deve ser submetida à outras operações e processos unitários correspondentes àfase sólida do tratamento. Essa fase tem entre seus objetivos a estabilização do lodo, aredução da massa de sólidos e a remoção do seu teor de umidade, visando principalmentea minimização do volume a ser submetido à destinação final.

É comum observar-se em projetos de engenharia de estações de tratamento de esgotos aindefinição quanto ao destino final do lodo a ser gerado na fase líquida do tratamento. Atémesmo grandes programas de investimento que se destinam ao controle da poluiçãohídrica, não apresentam, de imediato, uma definição quanto ao destino final do lodo, àexemplo, principalmente, da definição da tecnologia a ser empregada na fase líquida dotratamento.

Atualmente, para obras de engenharia dessa natureza é requerida a realização de estudosde avaliação de impacto ambiental (CONAMA, 1986), o que de certa forma impede asimples e curiosa referência quanto ao destino final do lodo, usualmente observada emprojetos de engenharia do passado: “vai ao destino final” ou “vai ao aterro sanitário”.

Esse tipo de referência constituía-se em mera indicação do projetista, sem qualqueramparo técnico e econômico quanto `a sua viabilidade. Transmitia-se a idéia de que oprojeto de engenharia limitava-se ao desenvolvimento das fases líquida e sólida dotratamento, e que a definição quanto ao destino final do lodo seria atividade a serdesenvolvida em outro estudo que não aquele.

É oportuno salientar que além das atuais exigências da legislação ambiental quanto àdefinição do destino final de resíduos de atividades potencialmente poluidoras, nas quaisincluem-se as estações de tratamento de esgotos, a Norma Brasileira correspondente jáera taxativa ao indicar que “o projeto hidráulico-sanitário dessas unidades deve incluir otratamento e o destino final do lodo removido” (ABNT, 1990).

Não obstante a existência desses instrumentos e até mesmo o cumprimento de suasexigências, tem-se usualmente verificado graves discordâncias entre as soluçõespreceituadas e àquelas efetivamente aplicadas. Em uma fase posterior de detalhamentodos projetos de engenharia, fatores pertinentes à solução de destino final do lodoinicialmente preconizada, e não observados naquela ocasião, podem assumir umagrandeza significativa, a ponto de desvirtua-la e até mesmo inviabiliza-la.

Verifica-se que projetos de engenharia de pequeno e médio porte, e até mesmo grandesprogramas de controle da poluição hídrica, vêm descumprindo em seu detalhamento, asolução inicialmente concebida. Observa-se casos de estações de tratamento emconstrução, e até mesmo já construídas e em operação, sem uma adequada e definitivasolução para o destino final do lodo.

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Outro aspecto de relevante particularidade observada em projetos dessa natureza vem aser a simplificação da solução de destino final do lodo, através da indicação de disposiçãoem aterro sanitário, sem qualquer avaliação da potencialidade de reutilização dessematerial. A disposição oceânica do lodo encontra-se impedida através do tratadointernacional que extinguiu essa prática em diversos países, entre os quais inclui-se oBrasil. A incineração de resíduos não constitui-se, comparativamente à disposição ematerro sanitário, em tecnologia economicamente aplicável.

Algumas opções de reutilização do lodo vêm se viabilizando técnica e econômica comosoluções individualizadas ou combinadas entre sí e à disposição em aterro sanitário. Entreessas opções de reutilização benéfica do lodo, destaca-se a aplicação no solo de áreasagrícolas, de áreas florestais, e de áreas ambientalmente degradadas, como compostoorgano-mineral para fins de distribuição comercial, e ainda como agregado para afabricação de materiais para a construção civil.

Cabe observar que a consideração dessas opções de reutilização invoca a aplicação doconceito de “Minimização de Resíduos” ao processo de tratamento de esgotos,caracterizando-o como um processo de produção de águas de qualidade, cujos resíduosgerados (lodo) sejam devidamente reutilizados ou reaproveitados.

Os dados mais recentes indicam que nos E.U.A. são anualmente geradosaproximadamente 9,0 milhões de toneladas de biosólidos1, das quais cerca de 50% sãoreutilizadas através da aplicação no solo de áreas agrícolas, de áreas florestais, de áreasdegradadas, e de áreas públicas e residenciais. Segundo a USEPA2, a reutilização debiosólidos é pratica corrente em 46 estados dos E.U.A., sendo da ordem de 2.0 milhões dehectares o montante de área superficial já devidamente autorizada a receber a aplicaçãode biosólidos (WEF, 1997b, p.1).

A usual simplificação da solução de destino final do lodo através do aterro sanitário, nãoconsiderando opções de reutilização que já apresentam larga aplicabilidade, deve-seprovavelmente ao fato de somente requerer o detalhamento técnico dessa soluçãoconvencional de engenharia. As soluções que venham indicar alguma forma dereutilização do lodo obviamente requerem estudos mais amplos, nos quais também sejamavaliados entre outros fatores, a capacidade de reutilização do lodo por uma determinadaopção de reutilização, a adequação sanitária e ambiental do lodo como produto parareutilização, a logística requerida para a efetiva implementação daquela opção dereutilização, e a definição dos direitos e deveres dos entes gerador e reutilizador do lodo.

A solução convencional de disposição do lodo em aterro sanitário vem sendo restringidanos últimos anos, face o incremento da quantidade e da magnitude dos fatores sociais,ambientais e sanitários envolvidos, e consequentemente os efeitos sobre a sua viabilidadeeconômica. Os Aterros São João e Bandeirantes, unidades de disposição final da maiorparte dos resíduos sólidos urbanos gerados na Região Metropolitana de São Paulo,

1 Segundo a “Water Environment Federation – WEF”, associação profissional dedicada a preservação e amelhoria do ambiente hídrico global, “wastewater sludges” refere-se a antiga denominação da massa delodo residual dos processos de tratamento de esgotos, devendo-se atualiza-la para o termo “biosolids”. Esseé definido como um “produto orgânico sólido produzido por processos de tratamento de esgotos, que possaser beneficamente reciclado através da aplicação no solo e da produção de produtos úteis”.2 “United States Environment Protection Agency”, agência governamental dos EUA para a proteçãoambiental.

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tiveram seus custos operacionais duplicados no período compreendido entre março de1995 e agosto de 1996 (SABETAI, 1997). Concomitantemente às restrições queprogressivamente se apresentam à essa solução, despertam por outro lado aspectostécnica e economicamente favoráveis à reutilização do lodo.

O terceiro e último aspecto de importância a ser observado vem a ser a desconexão entrea fase sólida do tratamento, principalmente a etapa de desidratação, e a solução de destinofinal do lodo. O processo ou operação a ser empregado para a desidratação do lodo éfreqüentemente definido, e vice-e-versa, independentemente do destino final que sepretenda.

VON SPERLING (1996) alerta que em estudos ou projetos, antes de se iniciar aconcepção e o dimensionamento do tratamento, deve-se definir com clareza qual oobjetivo do tratamento dos esgotos, que nível deve ser o mesmo processado, não raro sevendo concepções superestimadas, subestimadas, ou desvinculadas de outros importantesaspectos que não apenas a remoção de DBO.

A desidratação do lodo constitui-se na última etapa da fase sólida do tratamento,podendo-se empregar processos naturais, eletromecânicos ou térmicos, e onde umagrande variedade de tecnologias encontra-se disponível. A eficiência de remoção deumidade de cada um desses processos é variável, e determinante do teor de sólidos damassa de lodo seca, e consequentemente do volume de lodo a ser submetido à destinaçãofinal.

A definição da tecnologia de desidratação a ser empregada depende portanto de umaavaliação técnica e econômica conjuntamente à definição da solução de destinação final.Uma determinada solução para a destinação final do lodo pode economicamente nãojustificar uma maior eficiência da etapa de desidratação. Contrariamente, uma outrasolução associada aos seus respectivos custos específicos pode justificar a necessidade deincremento da eficiência de desidratação.

Portanto, esses três importantes aspectos destacados; a incorporação efetiva da definiçãodo destino final do lodo aos projetos de engenharia de estações de tratamento de esgotos,a potencialidade das opções de reutilização benéfica do lodo como soluções de destinaçãofinal, e por último, a necessidade de otimização conjunta das etapas de desidratação edestinação final, constituem-se em aspectos cujos estudos e projetos de engenharia deestações de tratamento de esgotos devem também estar vinculados.

Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo apresentar um instrumentopreliminar para o planejamento da destinação final do lodo, que efetivamente promova avinculação proposta, através da agregação dos aspectos anteriormente abordados,preenchendo uma lacuna ainda existente na etapa de planejamento da concepção desistemas de controle da poluição hídrica. Esse instrumento, denominado Sistema deOtimização do Destino Final do Lodo – OTLODO, constituir-se-á em um sistema deotimização econômica da destinação final do lodo, através do emprego de um modelo deprogramação matemática.

O enfoque preliminar do instrumento que se propõe, permitirá uma análise e avaliaçãoprévia dos custos envolvidos em cada etapa do OTLODO, bem como otimiza-los deforma a obter-se a composição de um sistema segundo o menor custo global. O sistema a

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ser composto segundo o modelo de otimização indicará as massas de sólidos secos quedevam ser efetivamente submetidas a cada opção de reutilização e ainda ao aterrosanitário. Da mesma forma, indicará o teor de umidade ótimo que deverá ser alcançado naetapa de desidratação.

Esse instrumento não tem o objetivo de definitivamente indicar qual seja a solução para odestino final de uma determinada massa de lodo. Seu caráter preliminar simplesmenteobjetiva prover os profissionais envolvidos nessa tarefa, de importantes subsídios paraessa tomada de decisão. Essa preliminariedade no entanto não refere-se à fundamentaçãodo modelo de otimização, o qual contrariamente, apresenta-se bastante particularizado emsuas considerações sobre as opções de reutilização do lodo, e sobre a integração dasetapas de tratamento e destinação final, através da operação de desidratação do lodo.

O modelo de programação linear proposto no presente trabalho foi desenvolvido atravésdo aplicativo Microsoft Excel Solver, o qual utiliza o método simplex com limites sobreas variáveis e o método de desvio e limite. Modelos de programação linear vem sendoanalogamente utilizados para a otimização do dimensionamento e da operação de usinasde beneficiamento de resíduos sólidos urbanos (LUND, J.R. et al.,1994).

O MODELO DE PROGRAMAÇÃO LINEAR PARA A OTIMIZAÇÃO DOSISTEMA DE DESTINAÇÃO FINAL DO LODO (OTLODO)

Pode-se definir o OTLODO como um instrumento para o planejamento e a gestão dadestinação final do lodo de estações de tratamento de esgotos, em cuja concepção estãointegrados os diversos aspectos técnicos e econômicos pertinentes às etapas de geração,tratamento e destinação final.

Na FIGURA 1 pode ser observada a estrutura esquemática do OTLODO. Nesta, verifica-se a etapa de geração do lodo representada pelas unidades de separação de sólidos da faselíquida do tratamento de esgotos; decantadores primário e secundário. Essas são asunidades do OTLODO responsáveis pela produção da massa de sólidos a ser submetida àetapa subsequente de tratamento.

A etapa de tratamento do lodo encontra-se representada através das operações e dosprocessos de espessamento, estabilização e desidratação do lodo. Essa última operação éque se constitui no elo de integração entre as etapas de tratamento e de destinação final. Éa operação determinante da quantidade volumétrica de lodo a ser submetida à destinaçãofinal, e portanto constitui-se em parcela relevante do modelo de otimização econômica doOTLODO. Segundo a estrutura principal do OTLODO a unidade de desidratação pode selimitar ao emprego de processos mecanizados ou ser complementada com o emprego deprocesso de desidratação térmica.

A última etapa do OTLODO apresenta seis diferentes opções para a destinação final dolodo; opções de reutilização benéfica através da aplicação em áreas agrícolas, em áreasflorestais, e em áreas ambientalmente degradadas, através da produção de compostoorgano-mineral, e através da produção de agregados para a fabricação de materiais deconstrução civil, no caso os biotijolos; e ainda a opção convencional de disposição finalno aterro sanitário.

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O modelo de programação linear OTLODO tem como objetivo minimizar o custo total dosistema de destinação final do lodo. Para tanto encontra-se formulado segundo umsistema composto por diversos algorítmos, os quais consolidados, resultam os seguintesfatores principais da função objetivo do modelo:

• os custos de implantação α0 e de operação e manutenção ϕ0 da unidade d de

desidratação térmica do lodo;

• os custos de implantação α e de operação e manutenção ϕ da etapa de transporte dolodo entre a unidade d de desidratação e as i unidades das n opções de destinação final;incluindo as opções de reutilização e de disposição final no aterro sanitário;

• os custos de implantação α e de operação e manutenção ϕ das i unidades das n opçõesde destinação final; e

• as eventuais receitas δ advindas com a comercialização do lodo reutilizado.

Figura 1: Estrutura esquemática do OTLODO

Esse sistema de algorítmos quando adaptado a um modelo de programação linear, permiteque, segundo determinadas restrições previamente impostas, sejam otimizadas asseguintes variáveis de saída:

• teor de sólidos do lodo desidratado, de no mínimo 35% se somente for empregada adesidratação mecanizada, ou de 50% à 65%, se for complementarmente adotada adesidratação térmica; e

• as massas de sólidos secos que devam ser destinadas à cada uma das diferentes opçõesde destinação final do lodo

DECANTADORPRIMÁRIO

DECANTADORSECUNDÁRIO

REATORBIOLÓGICO

afluentebruto

efluentetratado

ADENSAMENTO ESTABILIZAÇÃO DESIDRATAÇÃOMECANIZADA

TS≡35%

DESIDRATAÇÃOTÉRMICATS≡65%

• ATERROSANITÁRIO

• ÁREA AGRÍCOLA• ÁREA FLORESTAL• ÁREA DEGRADADA• COMPOSTO

BIOTIJOLO

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Os custos de implantação α0 e de operação e manutenção ϕ0 da unidade de desidratação

térmica do lodo podem variar segundo a sua capacidade e eficiência de remoção deumidade. A capacidade da unidade d é função da vazão de lodo Q gerada a partir daunidade de desidratação mecanizada. A eficiência de remoção de umidade da unidade dde desidratação térmica, expressa pelo teor de sólidos secos do lodo, é determinante davazão de lodo Q’ a ser submetida à destinação final.

Os custos de implantação α e de operação e manutenção ϕ das i unidades das n opções dedestinação final podem variar, por sua vez, segundo a massa de sólidos secos Ri

n a serrespectivamente aplicada. Os custos operacionais e de manutenção são ainda dependentesdas distâncias de transporte entre a unidade d de desidratação do lodo e as i unidades dasn opções de destinação final. Considera-se que algumas opções n de destinação finalpossam apresentar mais de uma unidade i.

As eventuais receitas δ advindas com a comercialização do lodo reutilizado são funçãodas respectivas massas de sólidos secos Ri

n reutilizadas em cada unidade i de cada opçãon de reutilização.

O modelo de programação linear OTLODO ao definir o teor de sólidos do lododesidratado a ser submetido à destinação final e as massas de sólidos secos Ri

n que devamser destinadas à cada uma das diferentes opções de destinação final, considera em suaformulação os custos de implantação α e de operação e manutenção ϕ e as eventuaisreceitas δ.

Embora a concepção do OTLODO invoque a aplicação do conceito de “Minimização deResíduos” ao processo de tratamento de esgotos, é necessário observar que a massa desólidos secos a ser efetivamente reutilizada ΣRi

n em cada unidade i de cada opção n élimitada pelas respectivas capacidades máximas de reutilização Ui

n de cada uma das iunidades das n opções de reutilização. Dessa forma, quando ΣUi

n<G torna-se impossívela reutilização da massa total de sólidos secos G a ser submetida à destinação final, eportanto a massa de sólidos secos excedente à capacidade total de reutilização deve sersubmetida à opção de disposição em aterro sanitário. Contrariamente às diversas opçõesde reutilização, a opção de disposição em aterro sanitário não apresenta capacidademáxima de aplicação de lodo.

As capacidades máximas de reutilização de lodo de cada uma das i unidades das n opçõesde reutilização seriam as principais restrições do modelo de otimização do OTLODO;ΣRi

n≤Uin. Restrições matemáticas óbvias seriam também consideradas; massas de sólidos

secos positivas Rin≥0 em cada opção de destinação final e massa total de sólidos secos

integralmente submetida à destinação final G=ΣRin.

Caso o somatório dos rendimentos econômicos das n opções de reutilização, expressospela diferença entre eventuais receitas δ e custos α e ϕ, sejam menores que os custos α eϕ de disposição em aterro sanitário, e caso sejam ilimitadas suas respectivas capacidadesde reutilização ΣUi

n, verifica-se em princípio, que a massa de sólidos secos a sersubmetida à disposição em aterro sanitário tenda a zero. Esta assertiva resgata asconsiderações ambientais e econômicas anteriormente apresentadas, que justificam cadavez mais, uma menor aplicação da solução de disposição em aterro sanitário para adestinação final do lodo.

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O OTLODO possui até n opções de destinação final, considerando as opções dereutilização e a opção de disposição em aterro sanitário, sendo que principalmente asopções de reutilização podem apresentar de 1 a I unidades, cada qual com suas restriçõesem relação às capacidades máximas de reutilização do lodo Ui

n. Desta forma, a função decusto para cada opção n de destinação final será o somatório dos rendimentos econômicosde cada uma das unidades i desta mesma opção n, e o custo total do OTLODO será osomatório dos rendimentos das diversas opções n de destinação final, incluindo adisposição no aterro sanitário.

Função Objetivo: Min Z = ( ) ( )QRN

n

I

i

ni

ni

ni

ni

ni ⋅+⋅+

⋅−+⋅∑ ∑

= =000

0 0

)( ϕφαϕδφα

Sendo:

• Z: custo total do sistema de destinação final do lodo ($);• 0α : custo fixo referente ao investimento inicial de implantação da unidade d de

desidratação térmica ($);• 0φ : variável binária (0,1) que indica se a unidade d de desidratação térmica será

implementada ou não;• 0ϕ : custo variável (em relação a Q) referente aos custos de operação e manutenção da

unidade d de desidratação térmica ($/m3.d);• Q : vazão de lodo gerada a partir da etapa de desidratação mecanizada (m3);

• niα : custo fixo referente ao investimento inicial de implantação da unidade i da opção

n ($);• n

iφ : variável binária (0,1) que indica se a opção n será implementada ou não;

• niϕ : custo de O&M da unidade i da opção n ($/t)

• niδ : receita comercial advinda da unidade i da opção n ($/t)

• niR : massa de sólidos secos aplicada à unidade i da opção n (t).

Segundo as seguintes restrições imediatas:• 0≥n

iR , não negatividade;

• R Gin

i

I

n

N

==∑∑

=

00

, a massa total de sólidos secos será submetida à destinação final

através das n opções; e• n

ini UR ≤ , a massa de sólidos secos aplicada à unidade i da opção n é igual ou inferior

à máxima massa de sólidos secos admissível na unidade.

Sendo:• G : a massa total de sólidos secos que deverá ser submetida a destinação final (t);• Ui

n : máxima massa de sólidos secos admissível na unidade i da opção n (t).

O rendimento econômico de cada unidade i de cada opção n pode ser positivo, na formade despesas, ou negativo, na forma de lucro, dependendo fundamentalmente da massa desólidos secos Ri

n aplicada à unidade i da opção n, e das respectivas receitas δ e custos α eϕ.

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Os algorítmos que compõem os custos de implantação e os custos de operação emanutenção da unidade de desidratação térmica, respetivamente custos de capital (ccUD)e custos anuais (caOUD), são função dos seguintes dados de entrada:

• G: massa total de sólidos secos que deverá ser submetida a destinação final (t)• TSQ: teor de sólidos da massa de lodo desidratada mecanicamente (%)• PEQ: peso específico da massa de lodo desidratada mecanicamente (kg/m3)• TSQ’: teor de sólidos da massa de lodo desidratada térmicamente (%)• cuAUD: custo específico de aquisição da unidade de desidratação térmica ($/m3.d)• cuOUD: custo específico de operação e manutenção da unidade de desidratação

térmica ($/m3.d)• PP: período de projeto (ano)• i: taxa de retorno anual (%)

Os algorítmos que compõem os custos de implantação e os custos de operação emanutenção da etapa de transporte das diversas opções de destinação final do lodo,respetivamente custos de capital (ccT) e custos anuais (caT), são função dos seguintesdados de entrada:

• niR : carga anual de lodo a ser disposta na unidade i, opção n de disposição final do

lodo• TCV: tempo de carregamento do veículo na ETE (h)• TDV: tempo de descarregamento do veículo na unidade de destino final (h)• di : distância entre a ETE e a unidade de destino final (km)• v: velocidade média do veículo de transporte do lodo (km/h)• TAAi : tempo de aplicação do lodo na unidade i, solo agrícola (h)• TADi: tempo de aplicação do lodo na unidade i, solo degradado (h)• PEL: peso específico da massa de lodo (kg/m3)• TS: teor de sólidos secos (%)• PDT: período diário de transporte (h/d)• PAT: período anual de transporte (d/ano)• CV: capacidade do veículo (m3)• CF: consumo de combustível (km/m3)• cuAV: custo unitário de aquisição dos veículos ($/un)• cuMV: custo unitário de manutenção dos veículos ($/km)• cuMO: custo unitário da mão de obra de transporte (motorista) ($/km)• cuF: custo unitário de combustível ($/m3)• i: taxa de retorno anual (%)

Para obtenção dos custos de capital e anuais da etapa de transporte foram considerados osseguintes custos parciais:• ccV: custo de capital dos veículos de transporte ($)• caMVT : custo anual de manutenção dos veículos de transporte ($/ano)• caMOT: custo anual de mão de obra de transporte (motorista) ($/ano)• caFT: custo anual de combustível de transporte ($/ano)

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Os algorítmos que compõem os custos de implantação, operação e manutenção e a receitada opção de aplicação no solo de áreas agrícolas, respetivamente custos de capital (ccA),custos anuais (caA), e receitas anuais (raA) são função dos seguintes dados de entrada:

• AAi: área superficial da área agrícola (ha)• TASA: taxa anual de aplicação do lodo no solo agrícola (t/ha.ano)• PP: período de projeto (ano)• )d( agrícola solo no aplicação de anual período: anoPAAA

• )h( agrícola solo no aplicação de diário período: dPDAA

• )(h agrícola solo no aplicação para necessário tempo:iTAA

• )m( lcombustíve de consumo' 3 hCF =• )$( veículode manutenção de unitário custo' hrcuMV =• )$( aplicação da controle de unitário custo: hacuCAA

• (%) mercado no o/produtoreutilizad produto do relativovalor :VRPA

• )$( mercado no produto dovalor : tcuPA

• i: taxa de retorno anual (%)

Para obtenção dos custos de capital e dos custos e receitas anuais da opção de aplicaçãono solo de áreas agrícolas foram considerados os seguintes custos e receitas parciais:• icaMOA : custo anual de mão-de-obra ($/ano)

• icaFA : custo anual de combustível ($/ano):

• caMVAi : custo anual de manutenção dos veículos ($/ano)• icaCA : custo anual de controle da aplicação ($/ano)

• rCPAi: receita anual de comercialização gerada na unidade ($/ano)

Os algorítmos que compõem os custos de implantação, operação e manutenção e a receitada opção de aplicação no solo de áreas florestais, respetivamente custos de capital (ccR),custos anuais (caR), e receitas anuais (raR) são função dos seguintes dados de entrada:

• ARi: área superficial da área florestal (ha)• TASR: taxa anual de aplicação do lodo no solo da área florestal (t/ha.ano)• PP: período de projeto (ano)• PAAR: período anual de aplicação no solo da área florestal (d/ano)• PDAR: período diário de aplicação no solo da área florestal (h/d)• CV’: capacidade do veículo de aplicação no solo da área florestal (m3/d)• TAR: tempo necessário para aplicação no solo da área florestal (h)• )m( lcombustíve de consumo:' 3 hCF

• cuVR: custo unitário do veículo de aplicação no solo da área florestal ($/un)• cuMV”: custo unitário de manutenção do veículo de aplicação no solo da área

florestal ($/h)• )$( aplicação da controle de unitário custo: hacuCAR

• (%) mercado no o/produtoreutilizad produto do relativovalor :VRPR

• )$( mercado no produto dovalor : tcuPR


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Para obtenção dos custos de capital e custos e receitas anuais da opção de aplicação nosolo de áreas florestais, foram considerados os seguintes custos e receitas parciais:

• ccVRi: custo de capital para aquisição dos veículos de aplicação no solo da áreaflorestal : )$( anoccVRi

• caMORi: custo anual de mão-de-obra ($/ano)• caFRi: custo anual de combustível ($/ano)• caMVRi: custo anual de manutenção dos veículos ($/ano)• caCRi: custo anual de controle da aplicação ($/ha)• raCPRi: receita anual de comercialização gerada na unidade ($/ano)

Os algorítmos que compõem os custos de implantação, operação e manutenção e a receitada opção de aplicação no solo de áreas degradadas, respetivamente custos de capital(ccD), custos anuais (caD), e receitas anuais (raD) são função dos seguintes dados deentrada:

• ADi: área superficial do solo ambientalmente degradado (ha)• TASD: taxa de aplicação de lodo em solo degradado (t/ha)• PP: período de projeto (ano)• )d( aplicação de anual período: anoPAAD

• )h( aplicação de diário período: dPDAD

• CV: capacidade volumétrica do veículo de aplicação (m3)• TADi: tempo de aplicação do lodo no solo degradado (h)• (%) manutenção de serviçosrequer que degradada área da fração:iAMF

• CF’: consumo de combustível (m3/h)• ($/t)cal da unitário custo:cuC

• ($/ha) lodo do aplicação de área da manutenção de unitário custo:cuMAD

• ($/ha) aplicação da controle de unitário custo:cuCAD

• ($/h) veículodo manutenção de unitário custo:'cuMV

• (%) mercado no o/produtoreutilizad produto do relativovalor :VRPD

• )$( mercado no produto dovalor : tcuPD

Para obtenção dos custos de capital e custos e receitas anuais da opção de aplicação nosolo de áreas degradadas, foram considerados os seguintes custos e receitas parciais:

• cCSi: custo de correção do pH do solo ($)• cMADi: custo de manutenção da área de aplicação de lodo ($)• cCADi: custo de controle da aplicação do lodo no solo degradado ($)• cMOADi: custo de mão-de-obra para aplicação do lodo no solo degradado ($)• cFADi: custo de combustível para aplicação do lodo no solo degradado ($)• cMVADi: custo de manutenção dos veículos de aplicação ($)• rCDi: receita de comercialização gerada na unidade ($)

Os algorítmos que compõem os custos de implantação, operação e manutenção e a receitada opção de biotijolo, respetivamente custos de capital (ccB), custos anuais (caB), ereceitas anuais (raB) são função dos seguintes dados de entrada:

• PABi: produção anual máxima de tijolo da unidade i (un/ano)

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• VUB: volume unitário do tijolo (m3/un)• VRLB: volume relativo de lodo no biotijolo (%)• PP: período de projeto (ano)• (%) mercado no o/produtoreutilizad produto do relativovalor :VRPB

• )$( mercado no produto dovalor : tcuPB


Para obtenção dos custos de capital e custos e receitas anuais da opção de biotijolo, foramconsiderados os seguintes custos e receitas parciais:• rCBi: receita anual de comercialização gerada na unidade ($/ano)

Os algorítmos que compõem os custos de implantação, operação e manutenção e a receitada opção de compostagem, respetivamente custos de capital (ccC), custos anuais (caC), ereceitas anuais (raC) são função dos seguintes dados de entrada:

• DMC: demanda anual do mercado de composto (t/ano)• PCMC: participação do composto de lodo no mercado (%)• VRBM: volume relativo de bulk (%)• VRBB: volume relativo de bulk bruto (%)• TDC: tempo de detenção do composto (d)• HL: altura da leira (m)• TSC: tempo de secagem do composto (d)• HSC: altura de secagem do composto (m)• TSCS: teor de sólidos do composto seco (%)• TCEC: tempo de cura e estocagem do composto (d)• HCEC: altura de cura e estocagem (m)• TEBB: tempo de estocagem do bulk bruto (d)• HEEB: altura de estocagem do bulk bruto (m)• TAC: taxa de aeração de compostagem (m3/h.m3)• BL: largura da leira de compostagem (m)• PAC : período anual de compostagem (d/ano)• PAC : período diário de compostagem (h/d)• CEEE: consumo específico de energia elétrica da aeração (kw/h)• PPN: produção do peneiramento (m3/d)• CEEE’: consumo específico de energia elétrica da peneira (kw/h)• PEM: produção do empacotamento (m3/d)• MCC: massa do composto comercial (kg)• PEC: peso específico do composto (kg/m3)• TCM: tempo de carregamento da mistura (d)• TDM: tempo de descarregamento da mistura (d)• TVMLM: tempo de viagem mistura-leira-mistura (d)• cuAC: custo unitário da área de compostagem ($/m2)• cuC: custo unitário dos compressores• cuTAC: custo unitário da tubulação de distribuição de ar ($/m)• cuCD : custo unitário da canaleta de drenagem ($/m)• cuP: custo unitário das peneiras ($/un)• cuE : custo unitário das empacotadoras ($/un)

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• cuEC: custo unitário das embalagens ($/un)• v’: velocidade média do veículo no pátio de compostagem (km/h)• cuEE : custo unitário de energia elétrica ($/kw.h)• cuMO: custo unitário de mão-de-obra ($/h)• cuCC: custo unitário de comercialização do produto ($/m3)• cuMCC: custo unitário de monitoramento e controle ($/m3)• VRPC: valor relativo do produto reutilizado/produto mercado (%)• )$( mercado no produto dovalor : tcuPC

• i: taxa de retorno anual (%)• PP: período de projeto (ano)

Para obtenção dos custos de capital e custos e receitas anuais da opção de biotijolo, foramconsiderados os seguintes custos e receitas parciais:

• ccAC: custo de capital de área de compostagem: ($)• ccC: custo de capital dos compressores: ($)• ccTAC: custo de capital da tubulação de aeração: ($)• ccCD: custo de capital da canaleta de drenagem: ($)• ccP: custo de capital das peneiras ($)• ccE: custo de capital das empacotadoras ($)• ccVC: custo de capital dos veículos ($)• caEC: custo anual das embalagens ($/ano)• caFC: custo anual de combustível dos veículos ($/ano)• caMVC: custo anual de manutenção do veículo ($/ano)• caEE: custo anual de energia elétrica ($/ano)• caMO: custo anual de mão-de-obra: ($/ano)• caCC: custo anual de comercialização do produto: ($/ano)• caMCC: custo anual de monitoramento e controle ($/ano)• raCPC: receita anual de comercialização gerada na unidade ($/ano)

Os algorítmos que compõem os custos de implantação, operação e manutenção da opçãoaterro sanitário, respetivamente custos de capital (ccTAS) e custos anuais (caTAS), sãofunção dos seguintes dados de entrada:

• MAS: massa de lodo não reutilizada a ser disposta no aterro sanitário (t)• VCAS: volume da célula do aterro sanitário (m3)• TLMSL: teor de lodo na mistura solo + lodo (%)• HCAS: altura da célula de disposição (m)• TCLAS: tempo de carregamento do lodo no aterro sanitário (h)• TDLAS: tempo de descarregamento do lodo no aterro sanitário (h)• TALAS: tempo de aplicação do lodo no aterro sanitário (h)• PDOAS: período diário de operação do aterro sanitário (h/d)• PAOAS: período anual de operação do aterro sanitário (d/ano)• CV’’’: capacidade do veículo de aplicação do lodo no aterro sanitário (m3)• CEEEC: consumo específico de energia elétrica dos conjuntos (kw/h)• I: precipitação média anual (mm/ano)• DBO: concentração de DBO do percolado (mg/l)• LDBP: carga orgânica percapita (g/hab.d)

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• QPQA: quantidade de parâmetros de qualidade de água (un)• ASASF: fração da área superficial total do aterro sanitário a ser mantida (%)• CF’: consumo de combustível (m3/h)• cuCAS: custo de construção de uma célula de aterro ($/un)• cuA: custo específico da área de implantação do aterro sanitário ($/m2)• cuMB: custo unitário do conjunto motor-bomba ($/un)• cuPE: custo unitário da ETP, segundo a população equivalente ($/PE)• cuRC: custo unitário para implantação da rede coletora ($/m)• cuPM: custo unitário do poço de monitoramento ($/un)• cuMAS: custo unitário de manutenção da área superficial do aterro sanitário ($/m2)• cuOETP: custo unitário da ETP, segundo a população equivalente ($/PE.ano)• cuAPQA: custo unitário de análise de um parâmetro de qualidade de água ($/un)• i: taxa de retorno anual (%)

Para obtenção dos custos de capital e custos e receitas anuais da opção de aterro sanitário,foram considerados os seguintes custos e receitas parciais:

• ccCAS: custo de capital para a construção das células de aterro (terraplenagem,impermeabilização com manta PAD, drenagem de percolado interna a célula,compactação da mistura solo + lodo), ao longo do período de projeto ($)• ccASAS: custo de capital para aquisição da área para a implantação do aterro sanitárioao longo do período de projeto ($)• ccVAS: custo de capital para aquisição dos veículos de transporte interno ao aterrosanitário ($)• ccMB: custo de capital para aquisição de conjuntos motor-bomba: ($)• ccETP: custo de capital para aquisição da ETP ($)• ccRCP: custo de capital para implantação da rede coletora de percolado ($)• ccPM: custo de capital para implantação dos poços de monitoramento da qualidade daágua subterrânea ($)• caAMAS: custo anual de manutenção da área superficial do aterro sanitário ($/ano)• caMOAS: custo anual de mão de obra de transporte (motorista) ($/ano)• caFTAS: custo anual de combustível de transporte ($/ano)• caMVAS: custo anual de manutenção dos veículos de transporte ($/ano)• caEEB: custo anual de energia elétrica dos conjuntos motor-bomba ($/ano)• caOETP: custo anual de operação da ETP ($/ano)• caAQAS: custo anual de análises de qualidade da água subterrânea ($/ano)

A APLICAÇÃO DO OTLODO

A Região Metropolitana do Rio de Janeiro - RMRJ serve no presente trabalho comocenário para a aplicação do OTLODO. Em princípio, considera-se que as opções dereutilização benéfica anteriormente apresentadas constituam-se também em soluçõesparticularmente atraentes para destinação final do lodo gerado nessa região.

A presente aplicação do OTLODO não tem o objetivo de definitivamente concluir qualseja a solução para a destinação final do lodo gerado na RMRJ. Como já recomendado, oOTLODO pretende simplesmente indicar, segundo determinadas condicionantes, cenários

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economicamente atraentes para essa destinação, os quais possam posteriormente servircomo elementos de análise para a tomada de decisão da composição do sistema ideal.

Estima-se que ao término dos investimentos dos programas de controle da poluiçãohídrica ora em andamento3 na RMRJ, e com o início de operação das respectivas estaçõesde tratamento de esgotos, a produção anual de lodo na região alcance no ano de 2010 atotalidade de 799.000 toneladas de sólidos secos. Considera-se que essa carga de lodoseja correspondente a massa de lodo desidratado mecanicamente para o teor de sólidos de35%, correspondendo portanto à vazão de lodo da ordem de 2,24 milhões m3/ano. ATABELA 1 apresenta o conjunto de estações de tratamento de esgotos inseridas naRMRJ, e as respectivas massas de sólidos secos a serem produzidas nos anos 2000, 2005e 2010.

Em relação à opção de reutilização benéfica do lodo através da aplicação no solo de áreasagrícolas, tem-se que a RMRJ possui 43.871 ha de área superficial destinada ao cultivo deprodutos agrícolas, dos quais 38.000 ha destinam-se ao cultivo de produtos nãodiretamente comestíveis, portanto mais adequados ao recebimento de biosólidos (IBGE,1997). Em relação à opção de aplicação no solo de áreas florestais, segundo informaçõesobtidas junto ao Instituto Estadual de Florestas – IEF, o desmatamento anual dacobertura vegetal do Estado do Rio de Janeiro é da ordem de 900.000 ha anuais. Emrelação à opção de da aplicação no solo de áreas degradadas, dados obtidos junto aoSindicato da Indústria de Extração Mineral do Rio de Janeiro indicam que a áreasuperficial das jazidas de extração mineral inseridas na RMRJ totaliza 1440 ha. Emrelação à opção de compostagem, o levantamento realizado entre os produtores decomposto organo-mineral para uso residencial, distribuído e comercializado na cidade doRio de Janeiro, indica ser de 41 toneladas mensais a demanda por esse produto. Emrelação a opção de biotijolos, tem-se a produção anual de 540.000.000 de tijoloscerâmicos a partir das olarias localizadas na RMRJ.

Segundo esse contexto, a presente aplicação do OTLODO propõe diferentes cenários para adestinação final do lodo gerado na RMRJ, os quais contemplam não somente a soluçãoconvencional de disposição no aterro sanitário, mas também a aplicação no solo de áreasagrícolas, de áreas florestais e de áreas degradadas, a compostagem e os biotijolos, comoopções de reutilização benéfica para as 799.000 toneladas de sólidos secos anualmentegeradas.

Os cenários propostos nesta aplicação do OTLODO exploram, gradativa eincrementalmente, as potencialidades de reutilização do lodo. Cada cenário proposto temotimizados o teor de sólidos da massa de sólidos secos a ser submetida à destinação finale as respectivas massas de sólidos secos a serem aplicadas em cada uma das opções dereutilização benéfica e no aterro sanitário, de forma que consequentemente sejaminimizado o custo total do sistema de destinação final do lodo. No primeiro cenário,denominado CENÁRIO 1, é proposto que:

• dos 38.000 ha de área agrícola, somente 5% sejam utilizados para a aplicação debiosólidos;

3 Programa de Despoluição da Baía de Guanabara, Baixada Viva, Esgotamento Sanitário da Barra da Tijucae Jacarepaguá

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• dos 896.000 ha de cobertura vegetal anualmente devastados, somente 0,5% sejamanualmente reflorestados com a aplicação de biosólidos;• da área superficial total de jazidas de extração mineral, somente 5% sejamsubmetidas à recuperação ambiental com a aplicação de biosólidos;• a fabricação de composto organo-mineral através da compostagem do lodo sejacorrespondente a 5% da massa de composto organo-mineral usualmente comercializada;• a fabricação de biotijolos seja correspondente a 5% da produção total de tijoloscerâmicos;• supõe-se que as opções de reutilização e o aterro sanitário apresentam somente umaunidade de destinação final, localizadas a uma distância média de 15 km da ETE.

O CENÁRIO 1 teria portanto, entre outros, os seguintes dados de entrada no OTLODO:

• Opção de Reutilização 1: Aplicação em área superficial agrícola de 1.900 ha;• Opção de Reutilização 2: Aplicação em área superficial florestal de 4.500 ha;• Opção de Reutilização 3: Aplicação em área superficial degradada de 72 ha;• Opção de Reutilização 4: Produção anual de 27.000.000 de unidades de biotijolos;• Opção de Reutilização 5: Produção anual de 24,60 toneladas de composto.

Na TABELA 2 são então apresentados os dados de entrada dos outros cenários propostospara a aplicação do OTLODO (CENÁRIO 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10), cada qual comseus respectivos dados de entrada principais, obtidos segundo um percentual do potencialde reutilização de cada opção para o caso da RMRJ.

Na TABELA 3, os resultados obtidos através do OTLODO encontram-se resumidamenteapresentados, destacando-se os custos totais obtidos em cada um dos dez cenáriospropostos, bem como as respectivas massas de sólidos secos destinadas à opção de aterrosanitário, segundo cada cenário.

O GRÁFICO 1 ilustra os resultados apresentados na TABELA 3, destacando-se os custos totaisdos cenários propostos e as massas de sólidos secos destinadas à opção do aterro sanitário.

O OTLODO gera uma planilha para cada unidade de cada opção de destinação final,dependendo de quantas unidades e quantas opções de reutilização tenham sidoconsideradas na concepção do sistema de destinação final. Todas as planilhas entãogeradas tem seus resultados consolidados na planilha principal de otimização. A presenteaplicação por conceber uma unidade de destinação final para cada uma das opções dereutilização e para o aterro sanitário, apresentaria portanto seis planilhas parciais e mais aplanilha principal de otimização.

As TABELAS 4 e 5 apresentam portanto, respectivamente, para efeito de demonstraçãodo OTLODO, as planilhas principais de otimização dos CENÁRIOS 2 e 8, onde podemser verificados principalmente:

• O custo total do sistema de destinação final do lodo, segundo o cenário proposto;• O teor de sólidos otimizado, a ser alcançado na etapa de desidratação, variando de 35% à 65%;• As massas de sólidos secos a serem destinadas em cada uma das opções de destinação final;• As massas de sólidos secos limites de cada uma das opções de destinação final,resultantes das restrições impostas ao modelo de programação linear; e

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• Os rendimentos de cada uma das opções de destinação final, se positivosrepresentando custos, se negativos representando receitas.

Também para efeito de demonstração do OTLODO, a TABELAS 6 apresenta a planilhaparcial referente a aplicação do lodo no solo de área agrícola, relativa ao CENÁRIO 2.

Nessa podem ser verificados principalmente:

• Os dados de entrada do modelo de programação linear;• Os custos parciais de capital e de operação e manutenção das etapas de transporte e daprópria opção de destinação final; e• Os custos totais de capital e de operação e manutenção das etapas de transporte e dedestinação final da opção de destinação final; e• O custo total da opção de destinação final.

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Tabela 1: Massa de sólidos secos anualmente produzida na RMRJ, em toneladas.

ANO

2000 2005 2010

ETE Grau de

Tratament

o

Qei *

(m3/s)

Qeo**

(m3/s)

Ql***

(m3/ano)

Lss****

(t/ano)

Qeo

(m3/s)

Ql

(m3/ano)

Lss

(t/ano)

Qeo

(m3/s)

Ql

(m3/ano)

Lss

(t/ano)

Alegria Primário 5 5 473.040 168.875 5 473.040 168.875 5 473.040 168.875

Penha Secundário 1,6 1,6 353.203 126.093 1,6 353.203 126.093 1,6 353.203 126.093

Pavuna/Meriti ** Primário 1 1 113.529 40.530 3 340.588 121.590 3 340.588 121.590

Sarapuí ** Primário 1 1 113.529 40.530 3 340.588 121.590 3 340.588 121.590

Joinville Secundário 0,1 0,1 22.075 7.880 0,1 22.075 7.880 0,1 22.075 7.880

Niterói Sul - Icaraí ** Primário 0,95 0,95 107.853 38.503 0,95 107.853 38.503 0,95 107.853 38.503

Niterói Centro Norte Secundário 0,54 0,54 119.206 42.556 0,54 119.206 42.556 0,54 119.206 42.556

Ilha do Governador Secundário 0,525 0,525 115.894 41.374 0,525 115.894 41.374 0,525 115.894 41.374

Paquetá * Secundário 0,012 0,012 2.649 945 0,012 2.649 945 0,012 2.649 945

Barra da Tijuca Primário 1,5 1,5 141.912 50.662 1,5 141.912 50.662 1,5 141.912 50.662

São Gonçalo II Secundário 0,78 0,78 172.186 61.470 0,78 172.186 61.470 0,78 172.186 61.470

Acari Secundário 0,24 0,24 52.980 18.914 0,24 52.980 18.914 0,24 52.980 18.914

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TOTAL 1.785.410 637.391 2.239.529 799.511 2.239.529 799.511

Qei *: vazão esgotos inicial

Qeo**: vazão esgotos anual

Ql***: vazão de lodo anual

Lss****: carga de lodo anual

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Tabela 2: Potencialidades de reutilização anual do lodo na RMRJ, segundo as opções do OTLODO e segundo cada cenário proposto.

POTENCIALIDADES DE REUTILIZAÇÃO DO LODO NA RMRJ – APLICAÇÃO ANUAL DO OTLODO

ÁREA AGRÍCOLA ÁREA FLORESTAL ÁREA DEGRADADA COMPOSTAGEM BIOTIJOLO

CENÁRIO 38.000 ha área 900.000 ha área 1440 ha área 100% do mercado 540.000.000 unidades

% ha % ha % ha % % % tijolos

CENÁRIO 1 5 1.900 0.5 4.500 5 72 5 5 5 27.000.000

CENÁRIO 2 10 3.800 1.0 9.000 10 144 10 10 10 54.000.000

CENÁRIO 3 12,5 4.750 1.25 11.250 12.5 180 12.5 12.5 12.5 67.000.000

CENÁRIO 4 15 5.700 1.5 13.500 15 216 15 15 15 81.000.000

CENÁRIO 5 20 7.600 2.0 18.000 20 288 20 20 20 108.000.000

CENÁRIO 6 25 9.500 2.5 22.500 25 360 25 25 25 135.000.000

CENÁRIO 7 30 11.400 3.0 27.000 30 432 30 30 30 162.000.000

CENÁRIO 8 35 13.300 3.5 31.500 35 504 35 35 35 189.000.000

CENÁRIO 9 40 15.200 4.0 36.000 40 576 40 40 40 216.000.000

CENÁRIO 10 50 19.000 5.0 45.000 50 720 50 50 50 270.000.000

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Tabela 3: Custos totais obtidos em cada um dos cenários propostos, e respectivas massas de sólidos secos aplicadas e limites em cada opção dedestinação final e ao aterro sanitário.

OPÇÕES DE DESTINAÇÃO FINAL DO LODO: MASSAS DE LODO APLICADAS E LIMITES

CENÁRIO ÁREA AGRÍCOLA ÁREA FLORESTAL ÁREA DEGRADADA BIOTIJOLO COMPOSTAGEM ATERRO SANITÁRIO

CUSTOTOTAL (R$)

APLICADA(t)

LIMITE(t)

APLICADA(t)

LIMITE(t)

APLICADA(t)

LIMITE(t)

APLICADA(t)

LIMITE(t)

APLICADA(t)

LIMITE(t)

APLICADA(t)

LIMITE(t)

CENÁRIO 1 228.000,00 228.000,00 900.000,00 900.000,00 20.160,00 20.160,00 71.604,00 71.604,00 0,00 246,00 6.770.236,00 -

585.094.387,79

CENÁRIO 2 456.000,00 456.000,00 1.800.000,00 1.800.000,00 40.320,00 40.320,00 143.208,00 143.208,00 0,00 492,00 5.550.472,00 -

521.107.443,73

CENÁRIO 3 570.000,00 570.000,00 2.250.000,00 2.250.000,00 50.400,00 50.400,00 174.540,00 174.540,00 0,00 615,00 4.945.060,00

489.170.733,05

CENÁRIO 4 684.000,00 684.000,00 2.700.000,00 2.700.000,00 60.480,00 60.480,00 115.668,00 115.668,00 0,00 738,00 4.429.852,00 -442.338.421,14

CENÁRIO 5 912.000,00 912.000,00 3.600.000,00 3.600.000,00 80.640,00 80.640,00 154.224,00 154.224,00 0,00 984,00 3.243.136,00 -

328.143.073,48

CENÁRIO 6 1.140.000,00 1.140.000,00 4.500.000,00 4.500.000,00 100.800,00 100.800,00 192.780,00 192.780,00 0,00 1.230,00 2.056.420,00 -

213.941.950,80

CENÁRIO 7 1.368.000,00 1.368.000,00 5.400.000,00 5.400.000,00 120.960,00 120.960,00 231.336,00 231.336,00 0,00 1.476,00 869.704,00 -

99.728.489,85

CENÁRIO 8 1.596.000,00 1.596.000,00 6.300.000,00 6.300.000,00 94.000,00 141.120,00 0,00 269.892,00 0,00 1.722,00 0,00 -

14.109.778,94

CENÁRIO 910.615.536,02

1.824.000,00 1.824.000,00 6.166.000,00 7.200.000,00 0,00 161.280,00 0,00 308.448,00 0,00 1.968,00 0,00 -

CENÁRIO 10 2.280.000,00 2.280.000,00 5.710.000,00 9.000.000,00 0,00 201.600,00 0,00 385.560,00 0,00 2.460,00 0,00 -

10.613.761,98

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Gráfico 1: Custos totais obtidos em cada um dos cenários propostos, e respectivas massas de sólidos secos aplicadas à opção do aterrosanitário.

OTLODO: CUSTO TOTAL X MASSA SS AO ATERRO SANITÁRIO

0.00

100,000,000.00

200,000,000.00

300,000,000.00

400,000,000.00

500,000,000.00

600,000,000.00

700,000,000.00

CEN 1 CEN 2 CEN 3 CEN 4 CEN 5 CEN 6 CEN 7 CEN 8 CEN 9 CEN 10

CENÁRIOS

CU

ST

O T

OT

AL

($)

-

1,000,000.00

2,000,000.00

3,000,000.00

4,000,000.00

5,000,000.00

6,000,000.00

7,000,000.00

8,000,000.00

MA

SS

A S

ÓL

IDO

S S

EC

OS

AO

AT

ER

RO

SA

NIT

ÁR

IO (

t)

CUSTO TOTAL ($) MASSA DE SÓLIDOS SECOS AO ATERRO SANITÁRIO (t)

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Tabela 4: Planilha de otimização do CENÁRIO 2

MODELO DE OTIMIZAÇÃO DO SISTEMA DE DESTINAÇÃO FINAL DO LODO

CUSTO TOTAL ($)521.107.433,73

ETAPA DE DESIDRATAÇÃO

.cuAUD, custo unitário aquisição unidade desidratação ($/m3.d) 11.616,00

.cuOUD, custo anual operação 4.468,06PP, período de projeto (ano): 10.taxa de retorno (%): 12,00.VPUD, Valor presente ($): 226.026.462,18

LODO DESIDRATADO MECANICAMENTE LODO DESIDRATADO TERMICAMENTEG, carga (t/ano): 799.000,00 TSQ', teor de sólidos (%): 65,00TSQ, teor de sólidos (%): 35,00 PEQ', peso específico (kg/m3): 1.020,00PEQ, peso específico (kg/m3): 1.020,00 Q', vazão anual (m3/ano): 1.205.128,21Q, vazão anual (m3/ano): 2.238.095,24 Q', vazão total período projeto: (m3): 12.051.282,05

G, carga período de projeto (t): 7.990.000,00

ETAPA DE DESTINAÇÃO FINAL

OPÇÕES MASSA DE LODO (t) RENDIMENTO (R$)APLICADA LIMITE

AGRÍCOLA 456.000,00 456.000,00 273.183,54REFLORESTAMENTO 1.800.000,00 1.800.000,00 -366.448,27ÁREA DEGRADADA 40.320,00 40.320,00 1.287.601,14BIOTIJOLO 143.208,00 143.208,00 136.073,76COMPOSTAGEM 0,00 492,00 0,00ATERRO SANITÁRIO 5.550.472,00 - 293.750.561,39

VALOR PRESENTE DA ETAPA: 295.080.971,55

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Tabela 5: Planilha de otimização do CENÁRIO 8

MODELO DE OTIMIZAÇÃO DO SISTEMA DE DESTINAÇÃO FINAL DO LODO

CUSTO TOTAL ($)14.109.778,94

ETAPA DE DESIDRATAÇÃO

.cuAUD, custo unitário aquisição unidade desidratação ($/m3.d) 0,00

.cuOUD, custo anual operação 0,00PP, período de projeto (ano): 10.taxa de retorno (%): 12,00.VPUD, Valor presente ($): 0,00

LODO DESIDRATADO MECANICAMENTE LODO DESIDRATADO TERMICAMENTEG, carga (t/ano): 799.000,00 TSQ', teor de sólidos (%): 35,00TSQ, teor de sólidos (%): 35,00 PEQ', peso específico (kg/m3): 1.020,00PEQ, peso específico (kg/m3): 1.020,00 Q', vazão anual (m3/ano): 2.238.095,24Q, vazão anual (m3/ano): 2.238.095,24 Q', vazão total período projeto: (m3): 22.380.952,38

G, carga período de projeto (t): 7.990.000,00

ETAPA DE DESTINAÇÃO FINAL

OPÇÕES MASSA DE LODO (t) RENDIMENTO (R$)APLICADA LIMITE

AGRÍCOLA 1.596.000,00 1.596.000,00 2.175.707,76REFLORESTAMENTO 6.300.000,00 6.300.000,00 8.318.101,00ÁREA DEGRADADA 94.000,00 141.120,00 3.615.970,18BIOTIJOLO 0,00 269.892,00 0,00COMPOSTAGEM 0,00 1.722,00 0,00ATERRO SANITÁRIO 0,00 - 0,00

VALOR PRESENTE DA ETAPA: 14.109.778,94

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Tabela 6: CENÁRIO 2, ÁREA AGRÍCOLA

.VPRA, Valor presente ($): 273,183.54taxa de retorno (%): 12.00.RA, Carga anual de lodo (t/ano): 45,600.00.MA, Quantidade de lodo (t): 456,000.00

ETAPA DE TRANSPORTE ETE-UNIDADE-ETE

DADOS DE ENTRADA

PARÂMETROS DE DIMENSIONAMENTO.TCV, tempo de carga do veículo (h): 0.08.TDV, tempo de descarga do veículo (h): 0.04.d, distância ETE-unidade-ETE (km): 15.00.v, velocidade média (km/h): 40.00.PDT, período diário de transporte (h/d): 8.00.PAT, período anual de transp. (d/ano): 365.00.PEL, peso específico do lodo (kg/m3): 1,020.00.TS, teor de sólidos do lodo seco (%): 65.00.CV, capacidade do veículo (m3): 10.00.CF, consumo de combustível (km/m3): 10,000.00

CUSTOS UNITÁRIOS.cuAV, aquisição do veículo ($/un): 100,000.00.cuMV, manutenção do veículo ($/km): 0.02.cuMO, mão de obra (motorista) ($/h): 3.00.cuF, combustível ($/m3): 1,000.00

RESULTADOS

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E SERVIÇOS.VL, volume de transporte (m3): 17.55.VET, quantidade de veículos (un): 2.75.QAVT, quantidade de viagens (un/ano): 6,877.83.CHAMOT, carga hor. m.o. transp.(h/ano): 3,404.52.QACT, combustível transporte (m3/ano): 10.32

CUSTO ANUAL.caMVT, manutenção do veículo ($/ano): 2,063.35.caMOT, mão de obra (motorista) ($/ano): 10,213.57.caFT, combustível ($/ano): 10,316.74.caT, total transporte ($/ano): 22,593.67

CUSTO DE CAPITAL.ccV, veículos ($): 275,478.83.ccT, total ($): 275,478.83

ETAPA DE O&M DA UNIDADE

DADOS DE ENTRADA

PARÂMETROS DE DIMENSIONAMENTO.PP, período de projeto (ano): 10.00.AA, área superficial agrícola (ha): 3,800.00.TASA, taxa anual de aplic.(t/ha.ano): 12.00.PAAA, período anual de aplic.(d/ano): 300.00.PDAA, período diário de aplicação (h/d): 8.00.TAA, tempo de aplicação no solo (h): 0.25.CF', consumo de combustível (m3/h): 0.01.VRPA, valor relat. do prod.(agrícola) (%): 50.00

CUSTOS E RECEITAS UNITÁRIOS.cuMV', manutenção do veículo ($/h): 0.80.cuCAA, controle da aplic.agrícola ($/ha): 50.00.cuPA, valor mercado (agrícola): 10.00

RESULTADOS

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RESTRIÇÕES.MAmáx, massa máx. lodo, per.projeto (t): 456,000.00.RAmáx, carga máx.lodo, lim.sup.(t/ano): 45,600.00

MATERIAIS, EQUIPAMENTOS E SERVIÇOS.PHA, produção hor.da aplicação (m3/h): 28.66.VEA, quant. de veículos aplicação (un): 0.72.CHAMOA, carga hor.m.o aplic.(h/ano): 1,719.46.QACA, combustível aplicação (m3/ano): 8.60

CUSTO ANUAL.caMVA, manutenção do veículo ($/ano): 1,375.57.caMOA, mão de obra (motorista) ($/ano): 5,158.37.caFA, combustível p/ aplicação ($/ano): 8,597.29.caCA, controle da aplicação ($/ano): 190,000.00.caA, anual total ($/ano): 205,131.22

RECEITA ANUAL.raCPA, comerc.produto (agrícola) ($/ano): 228,000.00

CUSTO DE CAPITAL.ccA, capital total ($): 0.00

CONCLUSÕES

Analisando os resultados obtidos com a aplicação do OTLODO para os cenáriospropostos para a RMRJ, é possível avalia-los da seguinte forma:

• A redução do custo total do sistema de destinação final é resultante doincremento da massa de sólidos secos aplicada em cada opção de reutilização;

• O incremento da massa de sólidos secos aplicada em cada opção de reutilizaçãoreduz a massa de sólidos secos aplicada ao aterro sanitário. Consequentemente, oprojeto de engenharia dessa unidade, deveria ser elaborado para essa capacidadeentão indicada;

• O incremento da massa de sólidos secos aplicada em cada opção de reutilizaçãopermite a redução dos rendimentos das opções de reutilização e do aterrosanitário, isto é; geração de receitas através das opções de reutilização e reduçãodos custos do aterro sanitário;

• O incremento da massa de sólidos secos aplicada em cada opção de reutilização,permitido pela crescente ampliação da massa máxima de sólidos secos admitidaem cada opção, segundo as restrições limites impostas ao modelo deprogramação linear, perfaz a partir do CENÁRIO 8:

• A reutilização total da massa de sólidos secos disponível; os CENÁRIOS8, 9 e 10 não mais requerem a implantação do aterro sanitário;

• A opção de biotijolo não mais demonstra-se uma opção de reutilizaçãoeconomicamente atraente, e no mesmo sentido verifica-se a reutilizaçãoparcial da opção de aplicação em área degradada;

• A partir do CENÁRIO 9 não somente a opção de biotijolo, como também a opção deaplicação em área degradada demonstram-se não mais economicamente atraentes, e nomesmo sentido verifica-se a reutilização parcial da opção de área florestal

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• A opção de compostagem não demonstrou ser uma opção de reutilizaçãoeconomicamente atraente para nenhum cenário proposto. Provavelmente devaapresentar rendimento elevado e superior ao rendimento das outras opções dereutilização, e até mesmo do aterro sanitário;

• A secagem térmica foi indicada para os CENÁRIOS 1, 2 e 3, os quaisapresentam-se mais restritivos em relação a reutilização do lodo. Provavelmente,os custos de transporte e de disposição final do lodo no aterro sanitáriojustificavam um menor volume de lodo, e portanto uma maior concentração desólidos. A partir do CENÁRIO 4 no entanto, com a ampliação da massa máximade sólidos secos admitida em cada opção, o modelo passa a não indicar oemprego da desidratação térmica, devendo considerar para isto a potencialidadedas opções de reutilização e suas respectivas receitas.

Em relação ao modelo de programação OTLODO, é importante finalmente destacar oseu atendimento aos objetivos inicialmente preconizados. Trata-se de um instrumentode fácil operacionalidade e flexibilidade, adaptável segundo diferentes situações, aptoportanto a ser aplicado ainda na fase de elaboração do projeto de engenharia daestação de tratamento de esgotos. Considera em sua concepção, definitivamente, asopções de reutilização como opções de destinação final do lodo. Obriga também,ainda na fase de elaboração do projeto de engenharia da estação de tratamento deesgotos, que a definição da etapa de desidratação considere a destinação final do lodoa ser implementada.

A aplicação do OTLODO permite que sejam obtidas indicações preliminares daviabilidade econômica de determinadas opções de destinação final, as quais possamposteriormente servir como elementos de análise para a tomada de decisão sobre aconfiguração ideal do sistema de destinação final do lodo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. “Projeto de Estações deTratamento de Esgoto Sanitário – NB-570”. ABNT, 1990.

2. CONAMA. Resolução n°1, de 23 de janeiro de 1986.3. http://208.240.89.177/docs/beneficialuse.html, Beneficial Use: Biosolids, n. A nutrient-rich

organic material resulting from the treatment of wastewater. WEF, 1997b.4. LUND, J.R. et al., “Linear Programming for Analysis of Material Recovery Facilities”,

Journal of Environmental Engineering, Vol.120, No.5, pp1082-1094, 1994.5. MALINA, J.F., Tratamento e Destino Final do Lodo, II Seminário de Transferência de

Tecnologia, Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental e Water EnvironmentFederation, Rio de Janeiro, 1993.

6. SABETAI, . (1997). Os bilhões perdidos no lixo. EDUSP, São Paulo, 120 p.7. UNITED STATES ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY - USEPA (1997). Land

Application of Biosolids: Process Design Manual - EPA Part 503 Regulations Manual.Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster, 290 p.

8. VON SPERLING, M. (1996). Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos.DESA/UFMG, Belo Horizonte, 243 p.

i - 040 sistema de otimizaÇÃo econÔmica da … · a disposição oceânica do lodo encontra-se...

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