Produção de lodo em sistemas de lodo ativados

O esgoto sanitário é composto de 99,9% de água e o restante de matéria orgânica e inorgânica (em suspensão e dissolvida), além de microrganismos (Além Sobrinho, 2002). Material gradeado, areia, escuma, lodo primário, lodo secundário e, em alguns casos, lodo químico, representam os subprodutos sólidos gerados no tratamento de esgotos; dos quais, o lodo se destaca em termos de volume e importância.

A quantidade de lodo gerado é função do sistema de tratamento utilizado na fase líquida. A Tabela 3.2 apresenta as características e a quantidade de lodo gerado por diversos sistemas de tratamento, onde é possível observar que o sistema de lodos ativados gera a maior quantidade de lodo excedente a ser tratado.

Embora eficiente e confiável no tratamento de águas residuárias, o processo de lodos ativados gera uma quantidade significativa de lodo excedente a ser descartado. Esse lodo contem uma elevada fração de sólidos voláteis e grande quantidade de água, resultando em um volume elevado de lodo a ser desidratado e, posteriormente, disposto. O grande volume de lodo produzido está entre as principais desvantagens do sistema de lodos ativados.

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Tabela 3.2: Características e quantidade do lodo produzido em vários sistemas de tratamento. Adaptado de von Sperling e Gonçalves (2000).

Sistema Característica do lodo produzido e descartado da fase líquida

kgSS/kgDQO aplicada Massa de lodo gSS/hab.d

Tratamento primário

convencional 0,35 – 0,45 35 - 45

Tratamento primário –

tanques sépticos 0,20 – 0,30 20 - 30

Lagoa Facultativa 0,12 – 0,32 12 - 32

Lagoa anaeróbia – lagoa facultativa

Lagoa anaeróbia 0,2 – 0,45 20 - 45

Lagoa facultativa 0,06 – 0,10 6 – 10

Total 0,26 – 0,55 26 - 55

Lagoa facultativa 0,08 – 0,13 8 - 13

Lagoa aerada mistura completa – lagoa sedimentação

0,11 – 0,13 11 - 13

Tanque séptico+filtro anaeróbio

Tanque septico 0,20 – 0,30 20 - 30

Filtro anaeróbio 0,07 – 0,09 7 - 9

Total 0,27 – 0,39 27 - 39

Lodos ativados convencional

Lodo primário 0,35 – 0,45 35 - 45

Lodo secundário 0,25 – 0,35 25 - 35

Total 0,60 – 0,80 60 - 80

Lodos ativados – aeração

prolongada 0,50 – 0,55 40 - 45

Filtro biológico de alta carga

Lodo primário 0,35 – 0,45 35 - 45

Lodo secundário 0,20 – 0,30 20 - 30

Total 0,55 – 0,75 55 - 75

Biofiltro aerado submerso

Lodo primário 0,35 – 0,45 35 - 45

Lodo secundário 0,25 – 0,35 25 - 35

Total 0,60 – 0,80 60 - 80

Reator UASB 0,12 – 0,18 12 - 18

UASB+ pós tratamento aeróbio

Lodo anaeróbio 0,12 – 0,18 12 - 18

Lodo aeróbio 0,08 – 0,14 8 - 14

Total 0,20 – 0,32 20 - 32

A entrada contínua de DBO dos esgotos favorece o crescimento da biomassa e quanto maior a remoção desse substrato, maior a taxa de crescimento bacteriano e, consequentemente, maior a produção de lodo. Para evitar sobrecarga nos decantadores

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secundários e um déficit na concentração de oxigênio dissolvido nos reatores biológicos, parte dessa biomassa produzida, necessariamente, precisa ser descartada. A biomassa descartada corresponde ao lodo secundário e representa a maior fração do lodo produzido em um sistema que esteja operando de forma equilibrada. Entretanto, o equilíbrio operacional do sistema de lodos ativados é bastante vulnerável e fatores como variações de carga orgânica e hidráulica, deficiência de nutrientes e falta de oxigênio podem fazer com que esse sistema passe a produzir uma quantidade de lodo ainda maior.

Andreoli et al. (2001) relata que a produção de lodo no Brasil estimada só para o ano 2001 estava entre 150 mil e 220 mil tonelada de matéria seca e, caso toda a população brasileira fosse atendida com sistemas de coleta e tratamento de esgotos, esse valor poderia chegar a aproximadamente 500 mil toneladas por ano.

No Distrito Federal, segundo dados publicados na Pesquisa Distrital por Amostras de Domícilios (PDAD), realizada pela Companhia de Planejamento do Distrito Federal (CODEPLAN, 2014), 85,95% dos domicílios ocupados possuem sistema de coleta de esgoto sanitário. De acordo com relatório emitido pela Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal ( CAESB), em 2013, 100% do esgoto coletado no Distrito Federal era tratado. Essa marca foi atingida em 2005 e representa um dos melhores índices do Brasil. No entanto, quanto maior o índice de coleta e tratamento de esgotos, maior é a quantidade de resíduos gerados e maiores são as dificuldades de gestão desses resíduos, dentre os quais o lodo de esgoto se destaca. Em 2012, a CAESB produziu 18.360 toneladas de lodo de esgoto, base seca , correspondendo a 122.400 toneladas, base úmida, dos quais 9,3 toneladas foram destinados para a recuperação de áreas degradadas, 19% foram submetidos ao processo de secagem natural e o restante ficou armazenando nas próprias unidades de tratamento aguardando destinação adequada (CAESB, 2013).

O manejo do lodo compreende operações como adensamento, desaguamento, estabilização, higienização, secagem e disposição; sendo que, quando não realizado de forma correta, pode trazer, além dos prejuízos operacionais, sérios impactos ao meio ambiente. O manejo correto do lodo gera consideráveis custos de implantação e operação. Apesar do volume de lodo produzido em uma Estação de Tratamento de Esgoto estar entre 1-2% do volume de esgoto tratado, Andreoli et al. (2001) indicam que seu tratamento e disposição final chega a atingir valores entre 40% e 60% do custo operacional da ETE.

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Existe uma grande preocupação na seleção de tecnologias de tratamento de esgotos que minimizem a produção de lodo. Essa seleção aponta para a aplicação de processos em que os reatores biológicos operem com baixa relação A/M (alimento/microrganismos); favorecendo, em muitos casos, o metabolismo endógeno da biomassa, no qual as bactérias utilizam o próprio protoplasma como fonte de substrato von Sperling (1996).

Nos processos convencionais, devido à baixa quantidade de biomassa, o volume dos reatores e dos decantadores secundários está diretamente relacionado à carga a ser removida. Esses sistemas operam com alta relação A/M e geram grandes quantidades de lodo. A utilização de sistemas híbridos, com a utilização, em um mesmo reator, de biomassa em suspensão e aderida em meios suporte, é vista como uma alternativa para reduzir o volume dos reatores biológicos e a relação A/M, minimizando a produção de lodo.

A combinação de sistemas anaeróbios seguidos de reatores aeróbios é uma configuração que pode levar a minimização da produção de lodo. Nesse sistema, grande parte da matéria orgânica é oxidada no reator anaeróbio e a quantidade que chega ao reator aeróbio é baixa o suficiente para favorecer o metabolismo endógeno da biomassa.

A utilização de processos físico-químicos seguidos de reatores aeróbios é outra prática bastante utilizada. Esse processo é baseado na adição de produtos químicos (coagulantes e polímeros) à montante do tratamento primário. No Brasil essa tecnologia é denominada Tratamento Primário Avançado e identificada sob a sigla TPA (Gonçalves et al., 2000). Essa alternativa leva a uma maior produção de lodo primário, no entanto, reduz as cargas afluentes aos reatores biológicos. O alto custo operacional e a geração de subprodutos tóxicos, e sobretudo, os efeitos negativos no processo de tratamento biológico, são apontadas como limitações para o uso dessa tecnologia.

A utilização de processos com biomassa imobilizada em meios suporte também foi indicada por Gonçalves et al.(2000), como uma alternativa para a redução da relação A/M. Nesse processo o desenvolvimento de uma biomassa ativa imobilizada nos meios suporte elimina a necessidade de ampliação dos reatores, que passam a operar com baixa concentração de sólidos em suspensão e possibilita a operação do sistema com tempos de detenção celular que favoreçam a remoção de nitrogênio.

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Os sistemas utilizando biomassa imobilizada em leitos móveis, conhecidos pela sigla MBBR (Moving Bed Biofilm Reator) tem sido apontado como uma boa alternativa na redução do volume de lodo gerado e no aumento da capacidade de unidades de tratamento. Existem vários estudos avaliando o comportamento de sistemas quanto à produção de lodo. No sistema operado por Chen, (1998) a produção específica de lodo foi de 0,212gSST.g- 1

DQO removida. de Araújo Júnior et al. (2013) operou um sistema MBBR variando a carga aplicada no qual a produção de lodo variou de 0,32 a 0,5 gSSV.g-1DQOremovida.