III-074 - OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE SECAGEM E DESINFECÇÃO DO
LODO DE ESGOTO ANAERÓBIO UTILIZANDO LEITOS DE SECAGEM
ALIADOS À ESTUFA PLÁSTICA E BIOGÁS
Cleverson Vitório Andreoli(1)Eng. Agrônomo. Mestre em Agronomia. Doutor em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR). Professor do Departamento de Solos da Universidade Federal do Paraná e Eng. de Desenvolvimento e Coordenador do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto da SANEPAR.
Andréia Cristina Ferreira
Engª Agrônoma pela UFPR. Mestranda em Ciência do Solo (UFPR). Pesquisadora bolsista de Aperfeiçoamento do CNPq pelo PROSAB, atuando na SANEPAR.
Claudia Rodrigues Teles
Engª Florestal (UFLA). M.Sc. em Eng. Ambiental (UFES). Bolsista DTI – RHAE/CNPq – SANEPAR. Cristina Cherubini
Zootecnista pela Pontifícia Católica do Paraná. Mestranda em Ciência do Solo (UFPR). Estagiária da SANEPAR.
Patrícia Michele Bernert
Estudante do curso de Agronomia da UFPR. Estagiária da SANEPAR. Fabiano Favarin
Engº Agrônomo pela UFPR. Estagiário da SANEPAR. Luiz A. Ramos de Castro
Estudante do curso de Agronomia da UFPR. Estagiário da SANEPAR.
Endereço(1): Rua Engenheiro Rebouças, 1376 - Rebouças - Curitiba - PR - CEP: 80215-900 - Brasil - Tel: (41) 330-3238 - e-mail: c.andreoli@sanepar.pr.gov.br
RESUMO
Para a disposição final do lodo de esgoto, a secagem e a desinfecção são processos imprescindíveis, devido à redução no seu custo de transporte, redução do potencial poluente e contaminante. Há diversas formas de secagem do lodo, sendo a mais viável economicamente o uso de leitos de secagem, largamente difundidos por apresentarem baixo nível de investimento. Porém, nem sempre as estações de tratamento dispõem de espaço físico para a instalação de leitos de secagem em número ou área suficientes. Assim, torna-se necessário a compatibilização na própria estação dos leitos de secagem para todas as descargas de lodo realizadas. De acordo com essas afirmações, o uso de estufas plásticas sobre os leitos de secagem, aliados à injeção de calor através dos gases gerados no próprio processo de tratamento do esgoto (biogás), associado ao processo de revolvimento, mostraram-se eficientes na redução do período necessário para a secagem do lodo e, consequentemente na diminuição no tempo de permanência do lodo dentro dos leitos de secagem. Os tratamentos com estufa plástica, apresentaram maiores teores de sólidos totais no lodo que os demais. Entre os tratamentos sem estufa, o leito de secagem com revolvimento apresentou secagem rápida, influenciado pela temperatura e pela baixa precipitação atmosférica verificada no período. Os tratamentos com solarização com e sem revolvimento, apresentaram valores menores em relação ao teor de sólidos totais, pois a presença do plástico sobre a camada de lodo impossibilitou a liberação do vapor para a atmosfera, fazendo com que a água fosse incorporada novamente à massa de lodo.
Em relação à redução da viabilidade de ovos de helmintos deste processo na primeira descarga os tratamentos 7 e 8 (solarização com e sem revolvimento, respectivamente) foram os mais eficientes, apresentando 0,34 e 1,44 ovos g/ MS após 28 dias de experimento. Na segunda descarga os tratamentos 3 e 4 (estufa plástica e biogás com e sem revolvimento, respectivamente) destacaram-se dos demais apresentando 5,06 e 3,99 ovos g/ MS e na terceira descarga os melhores resultados obtidos foram os tratamentos 3, 7 e 8 com 9,05, 9,33 e 7,91 ovos/g/MS, respectivamente.
PALAVRAS-CHAVE: Lodo de Esgoto, Biossólido, Secagem Térmica, Desinfecção, Leito de Secagem, Biogás.
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INTRODUÇÃO
O lodo de esgoto é um produto poluente tanto pelos níveis de patógenos quanto pelos teores de nutrientes presentes, especialmente nitrogênio. O correto processamento do lodo de esgoto, através da desinfecção e secagem, viabiliza seu uso como fertilizante agrícola, constituindo uma solução promissora para a destinação final, através da ciclagem de nutrientes no ecossistema.
A produção e a estabilização do lodo de esgoto ocorrem em meio líquido, o que resulta em um produto com alto teor de umidade, normalmente maiores que 96%. Além disto, apresenta elevados teores de nutrientes e patógenos, o que o torna altamente poluente e contaminante.
Para a disposição final, a secagem e desinfecção são imprescindíveis, pelo custo do transporte e o potencial poluente. Há diversas formas de secagem do lodo, sendo que, o uso de processos sofisticados, como o uso de prensas, centrífugas, secadores térmicos, etc., normalmente apresentam elevado custo e grande complexidade de operação dos equipamentos. Assim, torna-se viável o uso de leitos de secagem pelo baixo nível de investimento, especialmente quando a otimização do processo em leitos através da aceleração da secagem ou da redução no tempo de permanência do lodo dentro dos leitos, utilizando energia produzida na própria estação, resultam na redução do número de leitos e necessidade de menor espaço físico.
Este sistema de secagem é influenciado por dois processos físicos diferentes que são a evaporação e a drenagem. Estas operações são extremamente afetadas pelo clima e pela estação do ano, podendo a secagem levar de algumas semanas a alguns meses. Esses fatores ambientais podem ser controlados no sentido da maximização da velocidade de secagem através de práticas como cobertura do leito, injeção de calor no sistema, elevação da temperatura e renovação do ar (úmido por seco), movimentação do ar e exposição da superfície mais úmida (fundo) através do revolvimento.
Este procedimento de secagem é utilizado em alguns países europeus, não só para a secagem de lodo mas também de produtos agrícolas e de madeira. Nestes países a temperatura média é significativamente menor e a umidade relativa média é maior que as observadas em nossas condições tropicais. Assim, o uso de estufas plásticas pode ser uma solução prática e viável tanto em climas mais quentes quanto em subtropicais como no sul do Brasil.
Baseado nessas justificativas, este trabalho visou a avaliação da influência dos fatores temperatura e tempo na secagem de lodo em escala real e na inviabilização dos ovos de helmintos. Estes experimentos foram conduzidos através do uso de estufa plástica sobre leitos de secagem, revolvimento da massa de lodo e injeção de calor a partir dos gases gerados no processo de tratamento de esgoto de um RALF (Reator Anaeróbio de Lodo Fluidizado).
MATERIAIS E MÉTODOS
O experimento contou com duas estufas plásticas tipo “Túnel Hermano” utilizando filme plástico transparente 100µ UVB sobre leitos de secagem e dois outros leitos, um sem cobertura e outro coberto por filme plástico transparente (solarização). Os quatro leitos de secagem foram divididos em dois diferentes tratamentos, onde um apresentou revolvimento e outro não, totalizando 8 tratamentos. O aparato experimental foi instalado na estação de tratamento de esgoto em Guaraituba, situada no município de Colombo-PR, na região metropolitana de Curitiba, sob clima Cfb, mesotérmico úmido, temperaturas médias do mês mais quente menores que 22 °C e mês mais frio menores que 18°C com geadas severas e freqüentes, sem estação seca com latitude 25º26' e longitude 49º16' a 947 metros (IAPAR, 1978).
Nos tratamentos 3 e 4, tendo o leito de secagem coberto por estufa plástica, foram instalados 3 conjuntos de fogareiro-chapéu sobre duas tubulações de biogás no centro do leito a 0,5 m da superfície do lodo, para queima dos gases gerados no processo de tratamento do esgoto, com o objetivo de aumentar a temperatura interna da estufa.
Leito de secagem com estufa plástica, revolvimento e biogás;
Leito de secagem com estufa plástica sem revolvimento e com biogás; Leito de secagem com revolvimento;
Leito de secagem sem revolvimento;
Leito de secagem com filme plástico e revolvimento (solarização); Leito de secagem com filme plástico sem revolvimento (solarização).
Neste trabalho foram realizadas três descargas de lodo em quatro leitos de secagem, onde a primeira descarga ocorreu no mês de novembro de 1999 e a terceira descarga em fevereiro de 2000. Após as descargas ( t0 ),
além do teor inicial de sólidos do lodo, foram determinados periodicamente os seguintes parâmetros: Temperatura e umidade relativa externa à estufa (3 determinações diárias), utilizando termohigrômetro; Temperatura e umidade relativa interna à estufa (3 determinações diárias), utilizando higrômetros e termômetros, sendo um termômetro para cada tratamento e apenas um higrômetro disposto no centro da estufa;
Temperatura do lodo (3 determinações diárias), utilizando Termopar; Níveis de patógenos pela metodologia demonstrada por YANKO (1987);
Teor de sólidos totais no lodo utilizando metodologia proposta pelo Standard Methods (1998).
O revolvimento do lodo dentro dos leitos foi realizado a cada sete dias, utilizando-se rastelos. As amostragens para determinação de sólidos foram realizadas a cada dois dias e para helmintos, a cada cinco dias. Dentro da estufa com injeção de calor, as chamas permaneceram ligadas durante todo o tempo, porém, a quantidade de biogás queimado não foi constante, pois a sua produção é variável conforme a vazão do afluente.
Observou-se que a secagem de lodo em regiões caracterizadas pelo clima Cfb, em leitos com boa manutenção do substrato do fundo de drenagem, atingem bons níveis de umidade para calagem (entre 55 e 75%) no verão em 15 a 25 dias e no inverno de 30 a 45 dias, variando em função da temperatura e da precipitação. Assim, foi estimado que com o aumento da temperatura a partir do efeito estufa, do calor da chama e com a exposição das massas úmidas do lodo através do revolvimento, o tempo máximo de secagem do lodo anaeróbio fosse 28 dias, independente da condição climática local, podendo apresentar variações de acordo com cada tratamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A elevação da temperatura no interior das estufas plásticas, o aumento da evaporação e da umidade relativa foram reduzidos com o manejo das estufas através da abertura das cortinas laterais. A movimentação do ar no interior da estufa propiciou o aumento da evaporação. Para maximizar esta evaporação, foi necessário o revolvimento da massa de lodo para expor as superfícies mais úmidas.
Os tratamentos utilizando a solarização (com e sem revolvimento), foram os processos menos eficientes de secagem do lodo. Este fato pode ser explicado, pois o filme plástico que foi colocado diretamente sobre a camada de lodo no leito de secagem impediu a saída do vapor d’água para a atmosfera.
A importância da solarização não se relaciona somente com o processo de secagem, mas com a eficiência sobre a higienização através da redução da viabilidade de ovos de helmintos. Na primeira descarga no tempo zero, o lodo apresentou 13,5 ovos viáveis /g MS e após 25 dias de experimento o tratamento 7 (solarização com revolvimento) apresentou 0,34 ovos viáveis g/ MS. Este valor ainda não atende as normas da EPA (1992), que preconiza 0,25 ovos/g MS, porém, é um valor muito próximo à normatização. A segunda descarga apresentou os tratamentos 3 e 4 (estufa com biogás com e sem revolvimento, respectivamente) como os melhores resultados na inviabilização dos ovos e a terceira descarga, resultados mais positivos ficaram nos tratamentos 4, 7 e 8. A figura 1 abaixo, mostra claramente os resultados dos oito tratamentos nas três descargas, mostrando os valores iniciais de ovos e os valores após 28 dias de experimento.
Relacionando esses dados de redução e fazendo um comparativo com valores em porcentagem, na primeira descarga os tratamentos 7 e 8 tiveram um índice de redução de 97,48 e 89,33%; a segunda descarga apresentou os tratamentos 3 e 4 com um índice de 89,94 e 91,99% e a terceira descarga apresentou os tratamentos 3, 7 e 8 com índices de 84,51, 84,03 e 86,46%, respectivamente. Portanto, apesar dos valores ainda estarem acima dos valores da EPA e da própria legislação paranaense sobre reciclagem de lodo de esgoto, que também preconiza um valor de 0,25 ovos/g/MS, o experimento mostrou uma redução aceitável, tendo em vista as condições adotadas em campo.
Como os resultados apresentaram-se de maneira diferenciada com o decorrer das coletas, foram realizadas amostragens de lodo das camadas superficial, média e profunda do leito, onde foram detectados 16,37 ovos viáveis/g/MS, 35,18 ovos viáveis/g/MS e 39 ovos viáveis/g MS. Estes resultados, confirmam que ocorreu a sedimentação dos ovos de helmintos na parte inferior do leito de secagem. Aliado ao fato das amostragens terem sido realizadas em média na parte superficial dos leitos, por causa das elevadas temperaturas nas estufas e em pontos distintos, as diferenças de resultados obtidas entre os tratamentos mostrados nas figura 1 podem ser explicadas. Portanto, os métodos de amostragem de lodo devem ser reavaliados.
Na primeira descarga de lodo nos leitos, a maior temperatura atingida pelo lodo no processo da solarização (tratamentos 7 e 8 ) foi de 35,7ºC, superior aos outros tratamentos, inclusive aos tratamentos com injeção de calor (tratamentos 3 e 4), pois apesar da temperatura interna da estufa chegar à 75ºC nestes tratamentos, a temperatura do lodo manteve-se constante atingindo um máximo de 31,5ºC, demonstrando que o lodo é bastante resistente às variações de temperatura (figura 2). Assim, numa escala de resultados pode-se dizer que as maiores temperaturas atingidas pelo lodo na primeira descarga referem-se aos tratamentos com solarização seguidos dos tratamentos com estufa e injeção de calor, depois os tratamentos com estufa sem biogás e finalmente os leitos sem cobertura.
F IG URA 1 - Núm e ro d e o vo s d e h e l m in to s viá ve i s/ g/ M S n o lo d o sub m e ti d o a o s d ife re nte s tra ta m e n to s.
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 1 2 3 T r atam e n to s Número de ovos de helmintos/g/MS
Inic ial T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
FIGURA 2 - Temperatura atingida pelo lodo na primeira descarga em oito tratamentos durante 28 dias.
Entretanto na segunda descarga, a maior temperatura atingida pelo lodo foi nos tratamentos com biogás (3 e 4) de 40 0C, seguidos do tratamento por solarização (7 e 8), depois os tratamentos 1 e 2 e finalmente o 5 e 6 (figura 3).
Essas diferenças ocorridas nos dados da primeira e segunda descargas referem-se ao ajuste do sistema de biogás, pois, na segunda descarga o sistema estava em condições ótimas de funcionamento, estando ligado praticamente 24 horas/dia, o mesmo não ocorrendo na primeira descarga de lodo.
FIGURA 3 - Temperatura atingida pelo lodo na segunda descarga em oito tratamentos durante 28 dias. 15 20 25 30 35 40
06/Nov 11/Nov 16/Nov 21/Nov 26/Nov 01/Dez 06/Dez 11/Dez
Datas de avaliação
Temperatura do lodo
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 15 20 25 30 35 40 4505/Jan 10/Jan 15/Jan 20/Jan 25/Jan 30/Jan 04/Fev
Datas de avaliação
Temperatura do lodo
A figura 4 mostra os valores obtidos em relação à temperatura do lodo na terceira descarga realizada no mês de fevereiro de 2000.
FIGURA 4 - Temperatura atingida pelo lodo na terceira descarga em oito tratamentos durante 28 dias.
As figuras mostram que as maiores temperaturas atingidas pelo lodo estão nos tratamentos 3 e 4, onde estão instalados o sistema de biogás, chegando à 40ºC, com temperatura ambiente no interior da estufa chegando à 90ºC nos dias mais quentes. Os tratamentos 1 e 2 que apresentam cobertura e os tratamentos com solarização (7 e 8) apresentaram praticamente os mesmos resultados superiores chegando à 30ºC, apesar da temperatura ambiente da estufa 1, que detém os tratamentos 1 e 2 terem obtido uma temperatura máxima de 34ºC e a temperatura ambiente para os tratamentos 7 e 8 atingirem 30ºC. Essas temperaturas atingidas pelo lodo foram importantes para o processo de secagem do material, já que o objetivo deste trabalho também é a secagem e em menor tempo possível atingindo um maior teor de sólidos.
Para um melhor desempenho, tanto para a inviabilização dos ovos de helmintos quanto para aumentar o teor de sólidos do lodo, foram realizadas adaptações no sistema utilizando biogás, tais como redimensionamento dos bicos queimadores e das tubulações, no sentido de aumentar a pressão do biogás. Outras mudanças também foram realizadas na 2ª descarga, tais como a permanência das chamas acesas durante 24 h/dia. Segundo MCGHEE (1991) este tipo natural de secagem em leitos, podem alcançar cerca de 45 à 50% de sólidos, sendo atingidos aos 35 dias em climas de condições normais. MENDONÇA e CAMPOS (2000) em teste com secagem chegaram à 29% de sólidos em 25 dias com leitos normais e 35% em leitos cobertos. Este experimento mostrou que através da estufa plástica pode-se chegar a um teor de sólidos de 80% em 28 dias, aliados com a queima de biogás, como mostram as figuras 5, 6 e7.
De acordo com a figura 5, até os 9 dias de experimento todos os tratamentos apresentaram um valor aproximado em relação ao teor de sólidos. Aos 13 dias, os tratamentos 4 (estufa com gás e sem revolvimento) e 6 (leito de secagem sem revolvimento) apresentaram valores acima de 30% de ST, em um menor período de tempo que os demais tratamentos. A seguir, o T2 (estufa plástica sem revolvimento), o T3 (estufa com gás com revolvimento) e o T5 (leito de secagem com revolvimento) somente após 15 dias atingiram teores maiores que 30% ST. Os tratamentos T7 e T8 só atingiram esses teores após 25 dias de experimento. Entretanto, o T2 e T3 (estufa plástica sem revolvimento e estufa plástica com gás e revolvimento) atingiram teores de sólidos de 81,17 e 80,44 % respectivamente ao final do experimento.
Estes resultados indicam que o tratamento 5 apresentou secagem rápida, influenciado pela temperatura e umidade do período de avaliação, pois foi um período quente com baixa precipitação. Este comportamento é interessante para o objetivo de secagem do lodo. Verifica-se na segunda descarga um melhor resultado nos tratamentos com estufa que utilizaram o biogás, sendo que no resultado final, os tratamentos 3 e 4 obtiveram teores de 79,9 e 84,4% de sólidos. Neste período as temperaturas externas ao ambiente foram menores que na primeira descarga, e o sistema de biogás estava funcionando em melhores condições, estes fatores justificam, portanto, os melhores resultados obtidos para esses dois tratamentos. Os teores de sólidos dos tratamentos 1 e
1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 3 0 /J a n 0 4 /F e v 0 9 /F e v 1 4 /F e v 1 9 /F e v 2 4 /F e v 2 9 /F e v 0 5 /M a r D a t a s d e a va l i a ç ã o Temperatura do lodo T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8
F I G U R A 5 - T e o r d e s ó lid o s d a p r im e ir a d e sc a r g a d e lo d o n o s o it o tr a ta m e n to s 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 Caract. 15/11/1999 20/11/1999 25/11/1999 30/11/1999D a ta s d e le itu r a05/12/1999 Teor de sólidos tr a t . 1 tr a t . 2 tr a t . 3 tr a t . 4 tr a t . 5 tr a t . 6 tr a t . 7 F I G U R A 6 - T e o r d e s ó li d o s d a se g u n d a d e s c a r g a d e lo d o n o s o i t o t r a t a m e n t o s 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 Caract. 11/01/2000 16/01/2000 21/01/2000 26/01/2000 31/01/2000 D a t a s d e le it u r a Teor de sólidos tr a t. 1 tr a t. 2 tr a t. 3 tr a t. 4 tr a t. 5 tr a t. 6 tr a t. 7 tr a t. 8 F I G U R A 7 - T e o r d e s ó li d o s d a t e r c e i r a d e s c a r g a d e lo d o n o s o i t o t r a t a m e n t o s 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 Caract. 08/02/2000 14/02/2000 18/02/2000 23/02/2000 28/02/2000 D a t a s d e le it u r a Teor de sólidos t r a t . 1 t r a t . 2 t r a t . 3 t r a t . 4 t r a t . 5 t r a t . 6 t r a t . 7
Estes resultados indicam que o tratamento 5 apresentou secagem rápida, influenciado pela temperatura e umidade do período de avaliação, pois foi um período quente com baixa precipitação. Este comportamento é interessante para o objetivo de secagem do lodo.
Verifica-se na segunda descarga um melhor resultado nos tratamentos com estufa que utilizaram o biogás, sendo que no resultado final, os tratamentos 3 e 4 obtiveram teores de 79,9 e 84,4% de sólidos. Neste período as temperaturas externas ao ambiente foram menores que na primeira descarga, e o sistema de biogás estava funcionando em melhores condições, estes fatores justificam, portanto, os melhores resultados obtidos para esses dois tratamentos. Os teores de sólidos dos tratamentos 1 e 2, que utilizam apenas estufa, ficaram com 60,35 e 54,31%, respectivamente e os piores resultados para secagem do lodo, novamente, foram os tratamentos 7 e 8, que utilizam a solarização.
A terceira descarga mostra-se com resultados inferiores à segunda, isto deve-se ao fato de problemas novamente com o sistema de aquecimento da segunda estufa, que detém os tratamentos 3 e 4. Porém, mesmo apresentando problemas os melhores resultados de secagem foram obtidos nestes tratamentos, chegando a 68,3 e 59,4% de sólidos.
Portanto, a tendência verificada mostra que os resultados foram melhores nos tratamentos com estufa, independente da utilização ou não do gás. Os leitos de secagem ficaram numa posição intermediária, sendo os tratamentos T7 e T8 com solarização, os menos eficientes no processo da secagem.
No que se refere à diferença de dados, além dos problemas com o sistema de aquecimento, outro fator também constatado diz respeito à amostragem do lodo, pois, quando é realizada apenas na camada superficial, pode ocorrer uma super estimativa dos resultados, pois, essa camada apresenta um teor de sólidos maior que a camada inferior do leito. Assim, as amostragens para a porcentagem de sólidos foram realizadas, pegando-se todo o perfil do lodo e fazendo-se uma homogeneização do material. Mesmo com este procedimento, os pontos de amostragem são distintos e observa-se um comportamento diferente do lodo dentro do leito de secagem, portanto, as diferenças entre os tratamentos mostrados nas figuras 5, 6 e 7 podem ser explicadas por este fator, porém, não influenciaram na tendência da secagem, nem nos resultados finais sobre o teor de sólidos.
CONCLUSÕES
Avaliando a desidratação e desinfecção do lodo anaeróbio em leitos de secagem em escala real, conclui-se: ! A secagem térmica do lodo com injeção de calor nos próprios leitos de secagem mostrou ser uma
alternativa viável na redução do tempo de permanência do lodo nos leitos diminuindo a necessidade de espaço físico;
• reaproveitamento do biogás gerado, contribui para a melhoria das condições ambientais, gerando energia a baixo custo;
• A solarização consegue elevar a temperatura do lodo, porém o teor de sólidos permanece reduzido quando comparado aos outros tratamentos;
• Em relação aos ovos de helmintos, os tratamentos 7 e 8 (solarização) mostraram-se mais eficientes na inviabilização dos mesmos na 1a descarga com 97,48 e 89,33%, respectivamente. Para a segunda descarga, após as adaptações no sistema utilizando biogás, os tratamentos 3 e 4 (estufa com biogás) foram os mais eficientes, tendo uma redução de 89,84 e 91,99% e na terceira descarga os tratamentos 3 (com biogás), 7 e 8 (solarização) obtiveram reduções de 84,51, 84,03 e 86,46%, respectivamente.
• Mesmo apresentando um bom índice redutor de ovos, nenhum dos tratamentos foi totalmente eficiente na inviabilização dos mesmos, de acordo com as normas da EPA e da normatização paranaense.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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