GILDENOR MOURA BEZERRA JÚNIOR
CARACTERIZAÇÃO PRELIMINAR DO CENTRADO DA
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DO BALDO
NATAL-RN
2019
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Gildenor Moura Bezerra Júnior
Caracterização preliminar do centrado da Estação de Tratamento de Esgotos do Baldo Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade Monografia, submetido ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos necessários para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Eduardo Vieira Cunha
Natal-RN 2019
Bezerra Junior, Gildenor Moura.
Caracterização preliminar do centrado da estação de
tratamento de esgotos do Baldo / Gildenor Moura Bezerra Junior. - 2019.
34 f.: il.
Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Ambiental, Natal, RN, 2019.
Orientador: Prof. Dr. Paulo Eduardo Vieira Cunha.
1. Lodo - Monografia. 2. Tratamento de esgoto - Monografia. 3. ETE - Monografia. 4. Desidratação de lodo - Monografia. 5. Tratamento de efluentes - Monografia. I. Cunha, Paulo Eduardo Vieira. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 628.32
GILDENOR MOURA BEZERRA JÚNIOR
CARACTERIZAÇÃO PRELIMINAR DO CENTRADO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTOS DO BALDO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como parte dos requisitos para obtenção do título de Bacharel em Engenharia
Ambiental
BANCA EXAMINADORA
______________________________________________________
MSc. Raulyson Ferreira de Araújo – Avaliador externo Companhia de Águas e Esgotos do Rio Grande do Norte - CAERN
______________________________________________________
Dra. Silvânia Lucas dos Santos – Avaliador interno Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
________________________________________________________
Dr. Paulo Eduardo Vieira Cunha – Orientador Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
RESUMO
Caracterização preliminar do centrado da Estação de Tratamento de Esgotos do Baldo
O tratamento de efluentes em ETE consiste em reproduzir através de algumas etapas físicas, químicas e/ou biológicas, em questão de horas, condições adequadas para a decomposição da matéria orgânica, bem como obter no final do processo um líquido clarificado que atenda os padrões de qualidade exigidos pelo CONAMA, órgão que estabelece normas e referências ambientais a serem seguidas pelos utilizadores de recursos do meio ambiente. Uma série de subprodutos são gerados durante o tratamento, como: sólidos grosseiros, areia, escuma, lodo e gaeses. O último citado é um item de suma importância no gerenciamento de uma ETE, pois além de onerar o processo com o seu transporte e disposição final, ele ainda necessita de tratamento antes disto a fim de separar a matéria sólida do líquido (centrado). O centrado representa a fração líquida resultante da etapa de desidratação de lodo executada na estação de tratamento, além disso, ele é reintroduzido ao sistema podendo causar impactos no processo de tratamento. Os possíveis impactos foram abordados no presente estudo através da caracterização do centrado mediante análises de pH, DQO, DBO5, Sólidos Suspensos e Sólidos Sedimentáveis sendo analisados de forma comparativa aos valores propostos pela literatura. Em virtude das análises feitas, foram detectadas grandes cargas orgânicas e de sólidos sendo reintroduzidas no sistema, possivelmente impactando a eficiência da ETE, assim, surgindo à necessidade do uso de polímeros na etapa de desidratação de lodo, assim como abrindo possibilidades para destinos mais sustentáveis do lodo.
Palavras-chave: Lodo. Centrifugação. ETE. Desidratação de lodo. Tratamento de efluentes.
ABSTRACT
Preliminary Characterization of centrate from baldo wastewater treatment plant
Wastewater treatment in the WWTP consists of using some chemical and / or biological steps, in a matter of hours, application conditions for decomposition of organic materials, as well as obtaining at the end of the process a clear liquid process that meets the quality standards required by the CONAMA, an agency that defines environmental norms and requirements to be followed by users of environmental resources. A number of byproducts are generated during treatment, such as: coarse solids, sand, foam sludge and gases. The last item mentioned is an important item in the management of an WWTP, because its prossessing, transportation and final destination may raise the costs, and its treatment is still needed to separate solid matter from the liquid (Centrate). The centrate represents a liquid fraction from the dehydration step of the method performed at the treatment plant, and it is reintroduced into the system and it may affect the treatment process. Some effects were approached in the present study of centrate characterization using pH, COD, BOD5, Suspended Solids and Sedimentable Solids, being analyzed comparatively to the values proposed in the literature. Due to the analyzes performed, large organic loads were detected and are being reintroduced into the system, which may affect the performance of the WWTP, thus the need to use polymers in the sludge dewatering step, as well as open the options for more sustainable destinations to the sludge.
SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO ... 3
2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 5
2.1 – MÉTODOS DE PROCESSAMENTO DE LODO EM ETE ... 10
2.2 – DESTINAÇÃO FINAL DO LODO EM ETE ... 11
2.3 – CENTRADO ... 11
3 – METODOLOGIA ... 12
3.1 – CARACTERIZAÇÃO DA ETE DO BALDO ... 12
3.2 – MONITORAMENTO DOS PARÂMETROS ... 17
4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 20
4.1 – POTENCIAL HIDROGENIÔNICO (PH) ... 20
4.2 – DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO) ... 21
4.3 – DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) ... 22
4.4 – SÓLIDOS SUSPENSOS (SS) ... 24
4.5 – SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS (SSED) ... 25
5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES ... 26
1 – INTRODUÇÃO
O saneamento básico consiste na junção de quatro pilares que são fundamentais para a sociedade, uma vez que estes proporcionam qualidade de vida atrelada ao bem-estar, condições favoráveis ao meio ambiente, assim como auxilia substancialmente a melhoria da saúde pública, uma vez que o conjunto de práticas relacionadas ao saneamento em questão desfavorece a proliferação de vetores e contato direto com águas residuárias, por exemplo.
Os quatro pilares do saneamento básico são: abastecimento de água, coleta e disposição de resíduos sólidos, drenagem pluvial urbana e esgotamento sanitário incluindo, além da coleta e transporte, o tratamento adequado dos esgotos, com intuito de garantir que os efluentes tratados apresentem características físico-químicas e biológicas que possam ser assimiladas pelo corpo receptor, ou seja, que este tenha capacidade suporte de receber o efluente tratado. Portanto, a disposição final de esgotos domésticos deve atender aos limites recomendados na Resolução CONAMA n°. 430/2011, tal como não ocasionar alterações na qualidade do curso de água, de modo a não alterar os padrões de qualidade da classe em que se encontra enquadrado o corpo receptor, conforme disposto na Resolução CONAMA n°. 357/2005.
Para que os limites preconizados nas referidas legislações ambientais sejam atendidos, existem diversas modalidades de tratamento dos esgotos, desde sistemas mais simples como as lagoas de estabilização – que utilizam-se de processos naturais de depuração, porém ocupam grandes áreas – a estações de tratamento mais modernas e compactas que utilizam a combinação de processos biológicos anaeróbios, aeróbios e anóxicos para remoção além da carga orgânica, de nutrientes, tais como nitrogênio e fósforo, fazendo a depuração do efluente bruto em horas, diferentemente da natureza.
Este último é o caso da Estação de Tratamento de Esgotos Dom Nivaldo Monte (ETE Central), popularmente conhecida como ETE do Baldo, que teve sua operação iniciada em junho de 2011. Localizada no bairro do Alecrim, esta obra de infraestrutura é dividida em dois módulos de tratamento biológico operando em paralelo (CAERN, 2011).
De acordo com o manual de operação da ETE do Baldo (CAERN, 2011) o processo de tratamento contém diversas fases e mecanismos integrados para redução das cargas poluidoras antes do descarte do efluente tratado no estuário do rio Potengi: tratamento preliminar, biológico anaeróbio e aeróbio, terciário e desinfecção.
Entretanto, durante os processos de tratamento acima citados, há produção de uma série de subprodutos, tais como resíduos sólidos retidos nas unidades de gradeamento, areia sedimentada,
gases e lodo proveniente dos reatores biológicos, sendo necessário o adequado gerenciamento e tratamento destes antes da disposição final no meio ambiente.
O lodo pode ser gerado em diferentes etapas do processo, tais como no tratamento primário e nas unidades biológicas de tratamento. A constante geração durante o processo de tratamento dos esgotos, aumenta a complexidade da estação de tratamento – uma vez que são inseridas novas unidades processuais na planta – e onera sobremaneira os custos operacionais, pois faz-se necessário o transporte do lodo e a disposição final adequada em aterros sanitários. Estima-se que os custos originados pela formação de lodo variam de 20 a 60% do total gasto numa ETE no Brasil (ANDREOLI, VON SPERLING; FERNANDES, 2001). Todavia, o custo apresentado pela literatura não condiz com o real gasto da ETE do Baldo.
De acordo com Ferreira; Andreoli; Jürgensen (1999) o tratamento da fase líquida e os processos de estabilização do lodo geram um material com elevado teor de umidade, tornando fundamental sua desidratação caso seja necessária qualquer operação subsequente do tratamento, bem como o seu transporte e destinação final. Desta forma, com intuito de diminuir o teor de água no lodo, é usual que sejam empregados diversos métodos naturais ou mecânicos, dentre eles: leitos de secagem, lagoas de lodos, centrífugas, prensas desaguadoras e filtros prensas. Muitas vezes a secagem natural não pode ser praticada, por insuficiência de área, por condições meteorológicas desfavoráveis, ou mesmo pela quantidade de lodo produzido. Nos casos de estações de médio e grande porte, utiliza-se equipamentos para secagem mecanizada que são escolhidos através dos seguintes fatores: características típicas do equipamento, custo, operação e manutenção, transporte da torta seca produzida até o destino final, impactos ambientais do transporte e destino final, custo do transporte e disposição final, massa e volume produzido da torta seca (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
Na ETE do Baldo, em razão da quantidade de lodo gerado e da escassez de área, o sistema de desidratação utilizado é do tipo centrífuga que são equipamentos que tem-se desenvolvido muito nos últimos anos, graças à facilidade de operação e manutenção, assim como boa eficiência na captura de sólidos e redução de volume por diminuição de umidade. As centrífugas consistem num equipamento que aplica cerca de 500 a 3000 vezes à da força da gravidade e são compostos por: partes móveis consistindo em decantador cônico horizontal (tambor) e rosca transportadora, construídos em aço inoxidável ou aço carbono. Os principais componentes de uma centrífuga são: base suporte, tambor, parafuso transportador, carcaça, conjunto redutor, motor principal e tubo de alimentação (ANDREOLI, 2001). Existem diversos tipos desse maquinário, onde as necessidades da estação vão decidir a versão que será melhor para o processo de tratamento. No caso da ETE do Baldo é utilizado a centrífuga do tipo decanter.
Do processo de centrifugação resultam dois subprodutos, sendo: a torta de lodo desidratado e o líquido extraído do lodo no processo de desidratação (centrado), o primeiro segue para o aterro sanitário e o segundo é reintroduzido ao sistema. Por envolver a problemática relacionada ao transporte e disposição final, a parte sólida pode ter possíveis soluções sustentáveis, como: aplicação no solo com fins agrícolas, reflorestamento, produção de fertilizante organo-mineral, restauração de terras, produção de agregado leve para construção civil, incorporação do lodo à fabricação de cimento e produtos cerâmicos (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
Na ETE do Baldo, o centrado retorna por gravidade ao início do processo de tratamento, podendo em razão de suas características físico-químicas e biológicas, afetar o desempenho das unidades subsequentes. Por isso, a caracterização do centrado torna-se particularmente importante, pois além da estação em questão, a cidade de Natal em breve irá receber duas estações semelhantes, chamadas de ETE Jundiaí/Guarapes e ETE Jaguaribe, ambas encontram-se em construção com tecnologia similar ao Baldo, porém com vazões de duas vezes e duas vezes e meia maiores, respectivamente, que a da ETE do Baldo.
Desse modo, o objetivo precípuo do presente trabalho é realizar a caracterização físico-química do efluente de centrífuga (centrado) da ETE do Baldo, a fim de conhecer a parcela líquida que é reintroduzida no sistema e auxiliar, a partir dos resultados obtidos, a tomada de decisões da gerência da estação, para que assim o tratamento seja o mais eficaz possível.
2 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
O sistema de tratamento de águas residuárias é dividido em níveis de diferentes níveis de tratamento (preliminar, primário, secundário, terciário, desinfecção, etc.), a fim de resultar no melhor efluente final, uma vez que ele precisa estar enquadrado nos padrões de lançamento preconizados na legislação ambiental vigente. A Figura 1 a seguir ilustra bem cada etapa que acontece, usualmente, nas unidades presentes em ETE.
Figura 1. Níveis de tratamento de esgotos.
Fonte: CAMPOS (1999).
Como mostrado no esquema anterior, variadas etapas do tratamento produzem lodo. Sabendo disso, é imprescindível que os gestores da ETE tenham conhecimento de suas características, a fim de facilitar o gerenciamento e controle do material em questão. Mas, não só o lodo é subproduto do tratamento de esgoto, como também os seguintes mostrados a seguir no Quadro 1.
Quadro 1. Origem e descrição dos principais subprodutos gerados no tratamento de esgotos.
SUBPRODUTO SÓLIDO ORIGEM DESCRIÇÃO
SÓLIDOS GROSSEIROS GRADE
Sólidos orgânicos e inorgânicos, com dimensões superiores ao
espaço livre entre as grades.
AREIA DESARENADOR
Compreende os sólidos inorgânicos mais pesados, que
sedimentam com velocidades relativamente elevadas. ESCUMA DESARENADOR; DECANTADOR PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO; LAGOA DE ESTABILIZAÇÃO; REATOR ANAERÓBIO.
Materiais flutuantes raspados da superfície, contendo graxa, óleos vegetais e minerais, sabões, cascas
de vegetais, cabelo, papel, etc.
LODO PRIMÁRIO TANQUE SÉPTICO; DECANTADOR PRIMÁRIO.
São os sólidos removidos por sedimentação. Normalmente é
cinza e tão odor ofensivo.
LODO BIOLÓGICO AERÓBIO (NÃO ESTABILIZADO)
LODOS ATIVADOS CONVENCIONAIS; REATORES AERÓBIOS COM BIOFILMES –
ALTA CARGA.
Compreende a biomassa de microrganismos aeróbios gerada às
custas da remoção da matéria orgânica dos esgotos.
LODO BIOLÓGICO AERÓBIO (ESTABILIZADO)
LODOS ATIVADOS – AERAÇÃO PROLONGADA; REATORES AERÓBIOS COM BIOFILMES – BAIXA CARGA.
Constituído por microrganismos aeróbios que crescem e se multiplicam às custas da matéria
orgânica dos esgotos brutos. No entanto, nos sistemas de baixa
carga, a disponibilidade de alimento é menor, e a biomassa fica retida mais tempo no sistema, por essa razão o lodo não requer a
etapa de digestão.
LODO BIOLÓGICO ANAERÓBIO (ESTABILIZADO)
LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO; REATORES ANAERÓBIOS.
A biomassa anaeróbia também cresce e se multiplica às custas de
matéria orgânica. O lodo não requer uma etapa de digestão posterior por ficar retido um longo
tempo.
LODO QUÍMICO
DECANTADOR PRIMÁRIO COM PRECIPITAÇÃO QUÍMICA; LODOS ATIVADOS
COM PRECIPITAÇÃO QUÍMICA DE FÓSFORO.
Resultante da precipitação química com sais metálicos ou com cal. A
taxa de decomposição do lodo químico nos tanques é menor que a
do lodo primário. Fonte: Metcalf e Eddy (1991); Von Sperling (2001).
O termo lodo de esgoto é a denominação genérica do resíduo gerado pelos sistemas de tratamento de águas residuárias. Assim, sua composição depende do tipo de tratamento empregado e das características das fontes geradoras (SANEPAR, 1997).
No lodo estão contidas todas as substâncias oriundas das atividades industriais, dos hábitos alimentares e do nível de saúde da população atendida pelas redes de esgoto, retratando exatamente as características dessa comunidade (PAULA JUNIOR, 2003).
O lodo de esgoto pode ser caracterizado como um material rico em matéria orgânica, com alto teor de umidade que possui concentrações elevadas de nitrogênio, fósforo e micronutrientes e outros minerais; e por esse motivo passa a ter grande importância como insumo agrícola (AISSE, 1999).
Os efeitos da aplicação do lodo no solo são sentidos em longo prazo, melhorando sua resistência à erosão e à seca, ativando a vida microbiológica do solo e possivelmente aumentando a resistência das plantas às pragas (SANEPAR, 1997).
Segundo CASSINI (2003), em 2003 o índice de cobertura de coleta de esgotos no país era da ordem de 50%, e apenas 25% tinha algum tipo de tratamento, gerando 270 mil toneladas de lodo por ano (expresso em matéria seca), que necessitam ser dispostos ou reutilizados de forma segura e ambientalmente sustentável.
O tratamento e a disposição final do lodo constituem muitas vezes problemas particularmente difíceis ou complexos, face às grandes quantidades que podem ser geradas, à dificuldade em se encontrar locais adequados ou seguros para o destino final do lodo, à própria distância de transporte, aos custos, aos impactos ambientais, e às características de operação e processo (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
A Tabela 1 demonstra os tipos de tratamentos utilizados em diferentes regiões do país, enquanto a Tabela 2 fornece informações imprescindíveis dos dados referentes ao destino final do lodo.
Tabela 1. Tipos de tratamento de lodo nas diferentes regiões do país.
Região Norte Nordeste Centro-Oeste Sudeste Sul Brasil Número de Distritos 19 252 57 795 260 1383 Tipo de tratamento Biodigestor - 9 6 127 11 153 Desidratação Mecânica - 2 4 132 5 143 Leito de Secagem 4 34 13 123 138 312 Outro - 13 11 49 8 81 Sem declaração - - - 81 1 82 Inexistente 15 197 29 412 106 759 Fonte: IBGE – Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (2004), (-) dado não determinado.
Tabela 2. Destinação final do lodo nas diferentes regiões do país.
Região Norte Nordeste Centro-Oeste Sudeste Sul Brasil Número de Distritos 19 252 57 795 260 1383 Destino Rio 2 93 9 128 39 271 Mar - 6 - 3 1 10 Terreno Baldio 1 52 5 20 24 102 Aterro Sanitário 4 33 13 240 44 334 Incineração - 1 1 9 1 12 Reaproveitamento 3 15 10 43 94 165 Outro 7 60 18 241 58 384 Sem Declaração 2 3 2 134 101 151 Fonte: IBGE – Pesquisa Nacional de Saneamento Básico (2004), (-) dado não determinado.
2.1 – Métodos de processamento de lodo em ETE
Os métodos utilizados no processamento de lodo em ETE são de extrema importância, uma vez que eles possibilitam que a parte sólida seja separada do líquido e não afetem o sistema, de modo a melhorar as condições de funcionamento, custos com transporte e disposição, além de aprimorar a eficiência final do efluente. São diversas opções que podem ser utilizadas de acordo com as necessidades e particularidades de cada situação e a seguir serão abordadas com mais detalhes.
O Adensamento do lodo proveniente das unidades de tratamento da fase líquida, por exemplo, consiste no aumento da concentração de sólidos nele contidos, através da remoção parcial da quantidade de água que caracteriza o seu grau de umidade. Portanto, o adensamento visa a redução do volume de lodo para o seu manuseio e consequentemente processamento e destino final, assim reduzindo custos de implantação e operação das unidades de digestão e secagem (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
A Digestão de lodo acontece em função da disponibilidade de oxigênio, sendo realizado em duas modalidades distintas: aeróbia e anaeróbia. Ambas citadas consistem num processo bioquímico complexo onde a disponibilidade de oxigênio, ou a falta dela, vai favorecer as bactérias atuantes no processo possibilitando que a fração sólida seja estabilizada, através de processos favoráveis à desidratação.
Já o processo de estabilização química, diferente dos outros citados acima, faz uso de produtos químicos alcalinos para elevar o potencial hidrogeniônico em até 12 ou mais, por pelo menos duas horas, impedindo ou retardando a ação de microrganismos que tipicamente gerariam odores ofensivos, gases, atração de vetores, no entanto não reduz o teor de matéria orgânica presente. Após esse processo, o biossólido não gera mais riscos ao meio ambiente, nem à saúde pública, uma vez que o ambiente se torna impróprio para o desenvolvimento dos organismos indesejáveis (JORDÃO; PESSÔA, 2005).
A escolha de um dos procedimentos disponíveis para a remoção de umidade do lodo é feita a partir das condições de cada ETE, no que diz respeito a sua viabilidade econômica, temporal e de área, por exemplo. São diversos os tipos de separação sólido-líquido, como: leitos de secagem, lagoas de secagem, tubos flexíveis geotêxteis, secagem térmica, incineração e secagem mecanizada (separação sólido-líquido da ETE do Baldo).
2.2 – Destinação final do lodo em ETE
A destinação final do lodo gerado em ETE é algo bastante relevante, uma vez que é necessário não apenas sua disposição, mas também o transporte. Vários aspectos precisam ser levados em consideração antes de selecionar a alternativa de destinação, visto que o seu condicionamento, estabilização, grau de desidratação, eventual reuso do lodo, impactos e riscos ambientais atuam como variáveis condicionantes nessa etapa de destinação do lodo.
Sabendo disso, a partir de uma caracterização do lodo, ele poderá atuar nas seguintes atividades: aplicação no solo com fins agrícolas, reflorestamento, produção de fertilizante organo-mineral, restauração de terras, confecção de agregado leve para construção civil e cerâmica.
2.3 – Centrado
O centrado consiste na parte líquida separada no processo de secagem mecanizada, também chamado de “filtrado” ou “líquido recirculado”. O processo de caracterização deste é imprescindível para o bom funcionamento da ETE, uma vez que ele é incorporado ao fluxo afluente de esgotos. Geralmente, o tratamento do centrado antes da sua incorporação se faz importante, devido o referido conter uma alta concentração de DBO e Sólidos Suspensos.
A Tabela 3 mostra-se as características do centrado, contendo as faixas referentes à Demanda Bioquímica de Oxigênio e Sólidos Suspensos, assim como seus respectivos valores típicos.
Tabela 3. Características do líquido recirculado na desidratação mecânica de lodo em mg/L.
OPERAÇÃO DBO SS
FAIXA TÍPICO FAIXA TÍPICO
FILTROS DE
ESTEIRA 50 – 500 300 200 – 2000 1000
FILTROS À
VÁCUO 500 – 5000 2000 1000 – 20000 4000
CENTRÍFUGAS 500 – 5000 1000 500 – 2000 1000
Fonte: JORDÃO e PESSÔA (2005).
O projeto a ser realizado na ETE do Baldo possui a finalidade de obter a caracterização do efluente que é separado da centrífuga para auxiliar na tomada de decisão para uma melhor gestão no processo de desidratação executado na estação.
3 – METODOLOGIA
Para a obtenção dos resultados requeridos nesse trabalho, foi realizada a caracterização do efluente de centrífuga que é introduzido no sistema após o processo de centrifugação da ETE do Baldo – CAERN, localizada na cidade de Natal, Rio Grande do Norte. A metodologia utilizada e a caracterização da área de trabalho serão apresentadas a seguir:
3.1 – Caracterização da ETE do Baldo
A Estação de Tratamento de Esgoto do Baldo possui capacidade para tratar 450 L/s de esgoto em duas linhas paralelas, cada uma com capacidade de 225 L/s. Atualmente a referida ETE recebe uma vazão média de cerca de 380 L/s. O projeto da referida ETE possui 20 anos de alcance máximo (CAERN, 2011).
A ETE consiste numa infraestrutura imprescindível para a cidade de Natal/RN, tendo em vista que ela atende cerca de 21 bairros, contribuindo substancialmente com o avanço da saúde pública e qualidade dos corpos hídricos que recebem, depois de tratadas, as grandes vazões geradas pela população.
Figura 2. Área total da ETE do Baldo.
Figura 3. Parte da estrutura da ETE do Baldo - CAERN.
Fonte: Autor (2019).
Referente ao tratamento realizado na estação, mostrado na Figura 4, o esgoto passa pelo processo preliminar, que consiste em gradeamento grosseiro mecanizado, gradeamento fino e desarenação, através de caixas de areia de fluxo horizontal e limpeza mecanizada. O tratamento secundário é constituído por processos físico-químicos e biológicos que ocorrem nos reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB), câmaras anóxicas, tanques de aeração e decantadores secundários. Após passar pelo tratamento preliminar, 75% do esgoto segue para os reatores UASB, enquanto 25% é destinado para as câmaras anóxicas com a função de disponibilizar DBO de mais fácil assimilação para os organismos responsáveis pelo processo de desnitrificação (CAERN, 2011).
O efluente dos reatores UASB são reunidos e destinados para as câmaras anóxicas que, por sua vez, também recebem as vazões de recirculação dos tanques de aeração e a recirculação do lodo dos decantadores secundários. Parte do efluente dos tanques de aeração (TAs) segue para os decantadores secundários com raspador mecânico de lodo de fundo e escuma (CAERN, 2011).
O lodo removido no fundo dos decantadores secundários retorna para os reatores UASB para o processo de digestão para manter a idade de lodo adequada, ao passo que o efluente líquido segue para a desinfecção, constituída por um sistema de emissão de raios ultravioletas, composto por 180 lâmpadas (FERRAZ, 2014).
Figura 4. Fluxograma da parte líquida na ETE do Baldo
Fonte: Autor (2019).
O conjunto da desidratação do lodo é constituído por: tanque de lodo digerido e escuma e centrifuga.
O lodo produzido pelo sistema de tratamento (lodo de excesso do reator anaeróbio + lodo excedente do tratamento aeróbio) devidamente estabilizado no UASB, com concentração da ordem de 3,5%, é enviado, por gravidade, para o tanque de lodo digerido e escuma onde é armazenado para ser desidratado nas centrífugas. A torta desidratada, com teor de sólidos da ordem de 22%, deve ser encaminhada, seguindo a prática mais usual, para disposição em aterro sanitário (START LTDA, 2015).
A secagem mecanizada consiste num método bastante viável e eficaz para locais onde não possui uma disponibilidade grande de área, condições climáticas desfavoráveis, assim como pela quantidade de lodo gerada (influenciada pelo tipo de tratamento empregado na ETE).
Existem diversas opções para esse tipo de procedimento, como: filtros prensa, à vácuo, de esteira e centrífugas. A última citada executa a remoção da umidade do lodo gerado na ETE do Baldo.
A desidratação por meio de centrífugas, um dos tipos de secagem mecanizada, tem-se desenvolvido muito nos últimos anos graças à evolução dos equipamentos e materiais, à facilidade de operação, à obtenção de uma torta seca (nome dado a parcela sólida após a centrifugação) com cerca de 25 a 35% de sólidos (65 a 75% de umidade) e a captura de sólidos superior a 98 e até 99% (JORDÃO e PESSÔA, 2005).
O processo executado por centrífugas na ETE em questão contém duas unidades deste equipamento, pois a estação não para de funcionar em nenhum momento, uma vez que possui demanda em todas as horas do dia (vazões maiores para horários de pico), assim, dando ênfase a importância de ter sempre uma máquina reserva, ou seja, não havendo paralisação na desidratação de lodo.
Figura 5. Centrífuga utilizada na ETE do Baldo.
Fonte: Autor (2019).
Atualmente, todo o lodo gerado pela ETE do Baldo é transportado por uma empresa terceirizada, chamada Santos e Fernandes Eireli, que leva a fração sólida do processo de separação sólido-líquido para o aterro sanitário da Braseco S/A, localizado no município de Ceará-Mirim/RN. Essas duas etapas finalizam o processo da parte sólida na estação, bem como é mostrado na Figura 6 abaixo.
Figura 6. Fluxograma da parte sólida na ETE do Baldo.
Fonte: Autor (2019).
Toda logística essencial feita para a disposição do lodo onera bastante o tratamento de esgotos feito pela CAERN, mas também diminui cada vez mais a vida útil do aterro sanitário que presta serviço para a empresa, sociedade e meio ambiente. Tal problemática apresentada anteriormente vai ser discutida nas fases subsequentes do trabalho com caráter de solução e possíveis sugestões para a gerência da ETE do Baldo, dado que o lodo pode ser utilizado para fins sustentáveis que contribuem com a sociedade e meio ambiente.
Por meio da centrífuga, equipamento separador de sólidos-líquidos de alta eficiência, a ETE em apreço consegue desempenhar de forma adequada parte do manejo do lodo, que foi citado anteriormente.
Durante o período de monitoramento a ETE gerou a seguinte quantidade de lodo seco encaminhada para o aterro sanitário (Tabela 4).
Tabela 4. Geração de Lodo durante o período de monitoramento da ETE do Baldo.
DATA QUANTIDADE DE LODO (kg)
02/OUT 1.580
04/OUT 1.200
28/OUT 2.600 Fonte: CAERN (2019).
Figura 7. Caçamba estacionária com o lodo resultante da centrifugação.
Fonte: Autor (2019).
3.2 – Monitoramento dos parâmetros
O monitoramento do sistema teve duração de 1 mês, no período de Outubro/2019 até Novembro/2019. As análises foram realizadas nos seguintes laboratórios: NAAE (Núcleo de Análises de Águas, Alimentos e Efluentes) e no laboratório da ETE do Baldo. O primeiro citado foi encarregado de fornecer laudos com os resultados de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) e Demanda Química de Oxigênio (DQO) das amostras do centrado, já o segundo ficou responsável pelas análises de Sólidos Suspensos, Sólidos Sedimentáveis e pH.
As coletas foram realizadas à medida que a gerência da estação sinalizava a necessidade de centrifugação de acordo com o nível do tanque (informado pelos operadores) e transportadas em garrafas de polietileno até o NAAE, localizado no IFRN Natal – Campus Central. Já as amostras analisadas no laboratório da estação de tratamento eram acondicionadas em frascos para a determinação de pH e análise de sólidos suspensos.
A frequência de descarte é fator determinante para o acúmulo de lodo no tanque, uma vez que ambos são diretamente proporcionais (quanto maior a frequência, maior a quantidade de lodo).
Quadro 2. Descrição e enfoque do ponto de coleta.
PONTO DE COLETA DESCRIÇÃO ENFOQUE
COLET-1
Local de coleta do centrado após a separação por centrifugação, antes do mesmo
retornar ao processo.
Caracterização do efluente da centrífuga.
O ponto COLET-1, mostrado na Figura 8, é localizado numa caixa de passagem onde o centrado é reintroduzido no sistema, possuindo importância relevante para a caracterização do efluente de centrífuga.
Figura 8. Mapa da ETE do Baldo contendo os pontos de coleta.
Fonte: Google Maps (Satélite), adaptado.
Os procedimentos executados seguiram o preconizado no Standard Methods for the
Quadro 3. Parâmetros físico-químicos e metodologias analíticas.
PARÂMETROS MÉTODO ANALÍTICO
pH Potenciométrico
DBO5 Oxitop
DQO Titulométrico
Sólidos Suspensos Gravimétrico
Sólidos Sedimentáveis Cone Imhoff
Os métodos analíticos dispostos no quadro acima são utilizados para análise do efluente coletado no COLET-1 (mostrado na Figura 8). Os dados fornecidos foram utilizados para caracterização proposta neste trabalho, assim como para auxiliar nas possíveis melhorias do projeto em fases subsequentes da vida acadêmica.
Figura 9. Amostra do dia 07/10 após o teste do Cone Imhoff.
Figura 10. Medição do pH realizado no dia 21/10.
Fonte: Autor (2019).
4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados obtidos com as análises feitas durante o período de monitoramento do estudo realizado estão presentes nas tabelas a seguir. Os parâmetros foram os seguintes: pH, DBO, DQO, Sólidos Suspensos e Sólidos Sedimentáveis.
4.1 – Potencial Hidrogeniônico (pH)
A tabela 5 contém todos os resultados de pH do período de interesse deste trabalho. Como descrito abaixo, as análises do potencial hidrogeniônico ficaram numa faixa semelhante, visto que a variação de valores ocorreu em torno de uma média de 6,79±0,016.
Tabela 5. Valores de pH no período de monitoramento.
DATA POTENCIAL HIDROGENIÔNICO
07/OUT 6,82 11/OUT 6,81 16/OUT 6,68 21/OUT 6,82 25/OUT 6,78 01/NOV 6,83
O potencial hidrogeniônico, mais conhecido como pH, durante o estudo foi um dos parâmetros que menos variaram, uma vez que os resultados obtidos sempre estiveram próximos à neutralidade, ou seja, não causando prejuízos ao tratamento com a recirculação do centrado, situando-se inclusive muito próximo aos valores observados no esgoto afluente à ETE do Baldo. De acordo com Chernicharo (1997), a faixa ideal de pH deve estar entre 6,0 e 8,3, acima ou abaixo do intervalo citado vai haver a inibição de microrganismos metanogênicos, causando malefícios ao sistema de tratamento biológico. Portanto, a ETE do Baldo mantém uma boa faixa de pH em funcionamento. Os danos causados por causa deste parâmetro vão além do tratamento, onde o processo de metanogênese pode ser afetado, mas a estrutura física da estação pode ser danificada através da oxidação e incrustações em sua configuração.
4.2 – Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
Os valores obtidos nas análises de DBO consistem nos mostrados na Tabela 6. A DBO média foi 9.922±5.585 mg/L O2, representando uma significativa concentração que é reintroduzida.
Tabela 6. Valores de DBO no período de monitoramento.
DATA DBO 07/OUT 7.494,8 mg/L 11/OUT 3.227,7 mg/L 16/OUT 7.203,0 mg/L 21/OUT 11.325,47 mg/L 25/OUT 21.168,0 mg/L
01/NOV 9.114,0 mg/L
De acordo com JORDÃO e PESSÔA (2005), os valores de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) contidos no líquido que é separado na centrífuga possui a recomendação da literatura para estar entre os valores de 500 e 5000 mg/L.
A terceira linha da tabela em questão sinaliza a faixa de valores, assim como os resultados típicos dos dois parâmetros discutidos. A partir dela é possível fazer um comparativo referente os valores esperados e os reais encontrados durante o período de monitoramento na ETE Dom Nivaldo Monte.
Sabendo que a faixa ideal para DBO descrita pela literatura é entre 500 e 5000 mg/L, o período de outubro a novembro de 2019 só houve um resultado dentro do esperado (Figura 11), os demais apresentaram uma grande discrepância, comparado ao valor limite, com uma diferença de mais de 40%. Tal desconformidade nos leva a conclusão que altas cargas orgânicas, que são postas de volta ao sistema através do processo de recirculação, são esperadas, todavia o não tratamento do centrado pode acarretar em possíveis impactos negativos ao sistema, abrindo o precedente para o uso de polímeros que irão auxiliar na eficiência do processo feito pelas centrífugas. Tal constatação não é conclusiva devido o pequeno tempo de monitoramento.
É importante deixar claro que durante o período de monitoramento a maioria das análises foram feitas em dias que ocorreu descarte de escuma, podendo ser fator determinante para os resultados obtidos fora do esperado pela literatura.
Figura 11. Concentração de DBO (mg/L) em comparação com o intervalo de valores característicos do centrado.
Os resultados de DQO estão representados na Tabela 7 a seguir. O valor médio da demanda química de oxigênio resultou em 31.785±11.358 mg/L O2, representando uma significativa concentração de matéria orgânica que é reintroduzida no sistema.
Tabela 7. Valores de DQO no período de monitoramento.
DATA DQO 07/OUT 35.384,67 mg/L 11/OUT 8.373,12 mg/L 16/OUT 34.905,6 mg/L 21/OUT 32.618,88 mg/L 25/OUT 33.520,96 mg/L 01/NOV 45.909,6 mg/L
Visto as altas concentrações indicadas pelos parâmetros analisados neste estudo, DQO e DBO, se faz necessário o uso da relação entre estes indicadores a fim de buscar uma melhor caracterização do líquido separado pelo processo de desidratação de lodo. Na Tabela 8 abaixo está contido os valores da razão DQO/DBO correspondentes a cada coleta.
Tabela 8. Relação DQO/DBO5 referente os dias de monitoramento.
DATA DQO/DBO5 07/OUT 4,7 11/OUT 2,6 16/OUT 4,8 21/OUT 2,9 25/OUT 1,6 01/NOV 5,0
A relação DQO/DBO5 das seis amostras analisadas apresentou-se elevada, uma vez que resultou numa média de 3,6±1,3. Isto significa que por deter essa classificação o centrado possui sua fração inerte elevada, ou seja, não biodegradável, além de indicar a necessidade de tratamento físico-químico (VON SPERLING, 2005).
4.4 – Sólidos Suspensos (SS)
A Tabela 9 expõe os resultados de sólidos suspensos. O valor médio de sólidos suspensos resultou em 25.603±11.965 mg/L. Os valores seguiram sem muitas variações, levando em consideração o nível de grandeza, porém houve discrepância no primeiro dia, que apresentou um valor muito superior, e do segundo dia, que apresentou um valor duas vezes menor.
Tabela 9. Valores de Sólidos Suspensos no período de monitoramento.
DATA SÓLIDOS SUSPENSOS
07/OUT 48.120 mg/L 11/OUT 7.280 mg/L 16/OUT 22.730 mg/L 21/OUT 23.180 mg/L 25/OUT 25.290 mg/L 01/NOV 27.020 mg/L
De acordo com JORDÃO e PESSÔA (2005), os valores de Sólidos Suspensos (SS) contidos no líquido que é separado na centrífuga precisam estar entre os valores mostrados na Tabela 3.
Referente ao parâmetro SS, todos os valores expressos em mg/L estão demasiadamente acima do esperado (Figura 12), de modo a possuir uma diferença de mais de três vezes o de 2.000 mg/L. Esses resultados mostram que o processo de separação sólido-líquido realizado pela centrífuga não é tão eficiente como se espera, devolvendo ao sistema uma quantidade de sólidos expressiva, como a do dia 07/Outubro que foi de 48.120 mg/L. Tamanha quantidade de sólidos evidencia a ineficiência do processo de centrifugação, uma vez que não conseguem entregar a concentração de sólidos suspensos dentro da faixa aceitável. Contudo, abre o precedente para o uso de polímeros, por exemplo, que vai servir para aumentar a aglutinação de partículas sólidas, assim, possivelmente melhorando a eficiência.
Figura 12. Sólidos suspensos (mg/L) em comparação com o intervalo de valores característicos do centrado.
4.5 – Sólidos Sedimentáveis (SSed)
Durante todo o mês de monitoramento, referente às seis análises feitas, o teste do Cone Imhoff só teve resultados numéricos nos dois primeiros dias, sendo as demais análises possuindo uma apresentação diferente das que foram citadas, uma vez que elas não sedimentaram, nem flotaram, assim como mostrado na Figura 13.
Figura 13. Teste do Cone Imhoff após 1h.
A Tabela 10 mostra os resultados de sólidos sedimentáveis alcançados nas duas primeiras datas de análise, assim como o comportamento do centrado após o tempo necessário para o Teste do Cone Imhoff finalizar.
Tabela 10. Valores de Sólidos Sedimentáveis no período de monitoramento.
DATA RESULTADOS
07/OUT 4,5 mL/L
11/OUT 150 mL/L
16/OUT Sem sedimentação e flotação
21/OUT Sem sedimentação e flotação
25/OUT Sem sedimentação e flotação
01/NOV Sem sedimentação e flotação
Diferentemente dos sólidos suspensos, os sólidos sedimentáveis apresentaram um comportamento, em quatro das seis análises, não quantitativo, porém, foi visualizado que a maioria das análises não sedimentaram, nem flotaram nenhuma parcela da amostra após uma hora de teste do Cone Imhoff.
5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS E RECOMENDAÇÕES
A partir do estudo realizado neste trabalho no período de monitoramento, foi possível concluir que:
• Os resultados encontrados na caracterização preliminar do centrado da ETE do Baldo apresentaram valores distintos dos referenciados na literatura da área, sobretudo para os parâmetros DBO e Sólidos Suspensos;
• O pH do centrado em todas as análises realizadas situou-se próximo a neutralidade, não ocasionando nenhum problema ao tratamento;
• Os ensaios de sedimentação, exceto em dois, em cone Imhoff, mostraram um comportamento constante após uma hora do teste, não havendo flotação, muito menos sedimentação. Tal situação foi acompanhada no período de monitoramento onde teve uma frequência maior de descarte de escuma;
• O centrado que é recirculado para o sistema possui elevada concentração – em razão da elevada DBO;
• A elevada relação DQO/DBO indica um centrado de difícil biodegradabilidade, uma vez que os valores de DQO exacerbados significa que a amostra possui alto teor de material inerte; • A alta concentração de sólidos suspensos pode mostrar a necessidade do uso de polímeros no
processo de desidratação do lodo da ETE. Tal decisão deve ser tomada acompanhada de estudos mais detalhados acerca de vazões e cargas;
• A geração de lodo produzido em ETE pode ser aproveitado na Construção Civil na confecção de cerâmica, cimento e agregado leve, aumentando a vida útil do aterro sanitário de forma sustentável;
• A maior investigação é necessária para melhor caracterização do centrado para haver maior embasamento em possíveis ações.
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