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III-028 DESIDRATAÇÃO DO LODO AERÓBIO E SÉPTICO ATRAVÉS DO USO DE CENTRIFUGA TIPO DECANTER, COM E SEM O USO DE POLIELETRÓLITOS

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XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental

III-028 – DESIDRATAÇÃO DO LODO AERÓBIO E SÉPTICO ATRAVÉS DO

USO DE CENTRIFUGA TIPO DECANTER, COM E SEM O USO DE

POLIELETRÓLITOS

ANDREOLI, C. V.; HOPPEN, C.; MÄDER NETTO, O. S. Desidratação do Lodo aeróbio e Séptico através do uso de Centrífuga tipo Decanter, com e sem o uso de polieletrólitos. 21º CONGRESSO BRASILEIRO DE EMGEMHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL. Anais... João Pessoa, set., 2001.

Cleverson Vitório Andreoli(1)

Eng. Agrônomo, Mestre em Solos e Doutor em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Professor da UFPR, Engenheiro de Desenvolvimento e Coordenador Técnico do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto e do Programa Interdisciplinar de Pesquisas de Gerenciamento de Mananciais da Companhia de Saneamento do Paraná – SANEPAR.

Cinthya Hoppen

Eng. Química pela PUC-PR em 2000, Pós-Graduanda de Especialização em MBA em Sistema de Gestão Ambiental – PUC/PR, estagiária da Companhia de Saneamento do Paraná – SANEPAR.

Otto Samuel Mäder Netto

Acadêmico do Curso de Eng. Química / PUC-PR, estagiário da Companhia de Saneamento do Paraná – SANEPAR.

Endereço(1): SANEPAR – GECIP: R. Engenheiro Rebouças, 1376 – Curitiba / Pr – CEP: 80215-900 – Brasil

Tel.: (41) 330-3238 – Fax: (41) 333-9952 – e-mail: c.andreoli@sanepar.pr.gov.br RESUMO

O projeto avaliou a eficiência da secagem por centrífuga dos lodos aeróbio e séptico, com e sem a utilização de polieletrólito. O experimento foi conduzido na ETE Padilha – Curitiba / Pr, com a utilização de 4 tratamentos: lodo aeróbio sem polieletrólito, lodo aeróbio com polieletrólito, lodo de limpa-fossa sem polieletrólito e lodo de limpa-fossa com polieletrólito. Foram analisados na entrada da centrífuga e no clarificado, a DBO, DQO e Série de Sólidos, para a torta analisou-se apenas a Série de Sólidos. O trabalho demonstrou que no lodo aeróbio sem polieletrólito, o clarificado apresentou uma grande quantidade de matéria orgânica e a torta apresentou baixo teor de sólidos, na média de 19,03%. No lodo aeróbio com polieletrólito, o clarificado apresentou uma melhora comparado com o lodo sem polieletrólito, mas a torta não apresentou diferença significativa (16,31%). No caso do lodo séptico, apesar da grande quantidade de gordura, observou-se uma significativa melhora no clarificado com a utilização do polieletrólito. Na torta esta diferença foi discreta, obtendo um teor de sólidos de 31,31% e 37,2% para o lodo sem e com polieletrólito respectivamente.

PALAVRAS-CHAVE: Desidratação do lodo, centrifugação, lodo aeróbio, lodo séptico, polieletrólitos.

INTRODUÇÃO

Na cidade de Curitiba o resíduos de caminhões limpa – fossa, que operam sistemas domésticos, são lançados na entrada da ETE Belém e são tratados em uma estação de aeração prolongada tipo Carroussel em conjunto com o esgoto.

O presente projeto avaliou a eficiência de secagem de lodo aeróbio (proveniente da ETE Belém) e de lodo séptico produzido em fossas sépticas domésticas com e sem o uso de polieletrólitos em uma centrifuga do tipo Decanter, com o objetivo de identificar uma alternativa possível para evitar o lançamento do lodo séptico nas estações de tratamento. Foram também estudadas as características do clarificado para avaliar o impacto da carga orgânica desse material e as relações DQO / DBO, DQO / Sólidos Totais e Sólidos Voláteis / Sólidos Totais (Fração Orgânica dos Sólidos).

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XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

DIGESTÃO AERÓBIA E A PRODUÇÃO DE LODO

O tratamento de esgoto gera um resíduo sólido denominado lodo de esgoto que necessita de uma disposição final adequada. O lodo pode ser produzido pela decantação do esgoto produzindo lodo primário ou através da ação de micro organismos aeróbios ou anaeróbios produzindo o chamado lodo secundário.(FERREIRA et al., 1999).

O grau de estabilização do lodo depende da tecnologia de tratamento do esgoto utilizada; dessa forma lodos não estabilizados dependem de processos especiais de estabilização , pois podem gerar problemas de odor e atração de vetores. Geralmente sistemas anaeróbios de tratamento produzem uma menor quantidade de lodo e um lodo com maior facilidade de desaguamento (FERNANDES, 2000).

De acordo com EPA (1999), a digestão aeróbia envolve estabilização biológica de biossólidos em uma lagoa aberta ou fechada usando bactérias aeróbias e convertendo sólidos orgânicos contendo dióxido de carbono, água e nitrogênio. Patógenos e odores (e o potencial gerador de odores) são reduzidos no processo.

Os Processos aeróbio produzem de 15 a 20 mil litros de esgoto tratado, com 0,5 a 20% de sólidos contendo 50 a 60% de matéria orgânica. Os processos anaeróbios em geral produzem menores quantidades de lodo (OUTWATER, 1994)

O potencial monetário da implantação da digestão aeróbia é favorável, mas os custos de operação como por exemplo a energia são relativamente caros. Já no fator técnico, a digestão é favorecida em relação à obtenção de um lodo digerido estável, sem odores e muito fértil. No entanto tem piores resultados na secagem do lodo final com relação ao lodo anaeróbio (JORDÃO e PESSOA, 1995).

LODO SÉPTICO

A fossa séptica foi definida por BATALHA (1989), como uma unidade de sedimentação e digestão, de escoamento horizontal e contínuo. Esta constituí o primeiro componente para disposição de águas residuárias domésticas, muito utilizado em locais onde não se dispõe de rede de esgotos. O lodo produzido nas fossas é denominado de lodo séptico.

Segundo JORDÃO e PESSOA (1995), as fossas sépticas tem como principal objetivo impedir a contaminação: do solo, da água de subsolo usada para consumo humano, das praias, rios entre outros. VON SPERLING (1996) afirma que estas são também uma forma de tratamento a nível primário, e suas variantes, como os tanques de Imhoff, são basicamente decantadores, onde os sólidos sedimentáveis são removidos para o fundo, permanecendo nestes um tempo longo e suficiente (alguns meses) para a sua estabilização. Esta estabilização se dá em condições anaeróbios.

Sólidos sedimentáveis e lodos parcialmente decompostos acumulam-se no fundo da fossa, onde ficam retidos e, pela digestão anaeróbia, se transformam no chamado lodo séptico. A digestão anaeróbia se desenvolve com mais intensidade no lodo, ocorrendo a maior atividade de transformação da matéria orgânica (BATALHA, 1989).

DESIDRATAÇÃO DO LODO

A desidratação do lodo é uma operação que diminui o volume do lodo em excesso por meio da redução de seu teor de água. As principais razões para que ocorra a desidratação são: redução do custo de transporte para o local de disposição final; redução do volume para disposição em aterro sanitário ou uso na agricultura; melhoria das condições de manejo do lodo e aumento do poder calorífico (GONÇALVES e LUDUVICE, 2000).

De acordo com SPELLMAN (1997) a seleção do processo de desidratação de lodo depende do tipo de lodo e da área disponível e podem ser divididos em métodos naturais e mecânicos. O método de desidratação natural inclui os métodos em que a umidade é removida pela evaporação e gravidade, destacando-se: lagoas de

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tem a desvantagem de serem menos controláveis. O método de desidratação mecânica inclui prensa desaguadora, filtro prensa e centrífuga. A secagem térmica pode atingir um teor de sólidos totais de 90 a 95% com a desvantagem de possuir uma grande demanda de energia (SIMONSEM, 1999).

CENTRIFUGAÇÃO

Centrífugas de vários tipos vem sendo usadas para desidratação de biossólidos há quase 30 anos. O processo de separação sólido – líquido utilizando centrífugas segue os mesmos princípios encontrados em um adensador por gravidade, utilizando-se da força centrífuga para acelerar o processo de sedimentação fazendo com que a água saia das partículas sólidas do biossólido. A centrifugação tem a vantagem de produzir um resíduo final mais consistente e com menos odor, além de requerer uma quantidade menor de espaço que os outros equipamentos de secagem. No entanto, possui a desvantagem de necessitar de um consumo maior de energia, resultando em maior custo que os outro equipamentos de secagem. (SPELLMAN, 1997).

Segundo ALÉM SOBRINHO (2000), o lodo aeróbio obtém uma concentração na torta de 20 a 25% de sólidos após a secagem na centrífuga, já GONÇALVES E LUDUVICE (2000), consideram o teor de sólidos na torta entre 18 e 22% para o mesmo processo. Afirmam ainda que as características que influenciam o desempenho da centrífuga (Tabela 1) são os mesmo que influenciam na decantação, sendo eles: condicionamento do lodo; ajustes mecânicos no equipamento e características do lodo, que são relacionadas à concentração de sólidos vazão na alimentação e temperatura.

Tabela 1- Desempenho típico de centrífugas

Tipo de lodo Conc. da torta Captura de sólidos Dosagem de polieletrólitos

Lodo bruto primário 28 – 34 % 95% 2 – 3 g/Kg

Lodo anaeróbio 35 – 40 % 95% 2 – 3 g/Kg

Lodo ativado 14 – 18 % 95% 6 – 10 g/Kg

Lodo misto * bruto 28 – 32 % 95% 6 – 10 g/Kg

Lodo misto anaeróbio 26 – 30 % 95% 4 – 6 g/Kg

Lodo aeróbio ** 18 – 22 % 95% 6 – 10 g/kg

* lodo primário + ativados excedente ** aeração prolongada ou ativado excedente FONTE: GONÇALVES E LUDUVICE, 2000 POLIELETRÓLITOS

Para auxiliar na desidratação de lodo em alguns casos é necessária a utilização de produtos químicos, conhecidos como agentes coagulantes. Estes produtos são aplicados ao lodo à montante do início processo, favorecendo a agregação das partículas e a formação de flocos. Os principais coagulantes utilizados são os metálicos e os polieletrólitos. Os polieletrólitos são compostos orgânicos sintéticos de alto peso molecular e são classificados como: aniônicos, catiônicos e não iônicos. A atuação dos polieletrólitos está mais relacionada à concentração (captura) de sólidos do líquido centrifugado do que ao teor de sólidos na torta. (GONÇALVES E LUDUVICE, 2000).

RAMALDES et al. (2000) realizaram procedimento em centrifugação com diferentes tipos de polímeros: neutro, aniônico e catiônico. Estes antes verificaram que o condicionamento com polímero neutro apresentou pouco aumento na concentração de sólidos suspensos. Com o polímero catiônico, a concentração de sólidos suspensos aumentou a partir de 400 mg de polímero por litro de lodo. Os valores de concentração de sólidos totais com a utilização de polímero aniônico, não apresentou dados maiores que o valor da concentração da testemunha.

Após avaliação de remoção de umidade do lodo digerido por centrífugas tipo Decanter CA – 500, realizado na ETE Penha / Rio de Janeiro, DA-RIN e SILVA (1993) observaram uma variação nos teores de sólido na torta de 23,8% a 45,8%, em toda a experiência. Com o uso de polímeros estes valores giraram em torno de 35% e sem o uso destes, os teores foram de 31,32%. Evidenciando que o uso ou não deste produto exercem uma influência desprezível no teor de sólidos da torta, no entanto, no líquido drenado esta influencia é decisiva.

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Em estudo de desidratação de lodo anaeróbio em centrífuga tipo Decanter, conduzido junto à ETE Padilha – Curitiba/PR, AISSE E ANDREOLI (1998) obtiveram uma torta de lodo com 26,4% de ST, atingindo um valor máximo 33,5%. O clarificado apresentou uma concentração média de ST de 26.958 mg/l, considerada elevada devido a ausência de polieletrólitos para o pré-condicionamento do lodo.

MATERIAIS E MÉTODOS

O experimento foi conduzido na ETE Padilha – Curitiba / Pr, com a utilização de um centrífuga tipo “Decanter”, utilizada para a desidratação do lodo. Foram utilizados para este experimento lodo aeróbio provenientes da ETE Belém e lodo séptico descarregado por empresas de limpa-fossa.

O processo de desidratação do lodo pela centrífuga, foi realizado com e sem a presença de polieletrólito de alto peso molecular ( fortemente catiônico), com concentração igual a 0,25.

As amostra foram coletadas no início da centrifugação, clarificado e torta com 2 coletas de 2 repetições para os seguintes tratamentos:

- lodo aeróbio com polieletrólito - lodo aeróbio sem polieletrólito - lodo de limpa-fossa com polieletrólito - lodo de limpa-fossa sem polieletrólito

No início da centrifugação foi analisado a DBO pelo método de Diluição e Incubação (Via Sódica), a DQO pelo método Colorimétrico e Refluxo Aberto com Dicromato de Potássio, e série de sólidos pelo método gravimétrico. Para a torta, foi analisado apenas os sólidos totais pelo mesmo método do início da centrifugação (Standard Methods, 1998).

Analisou-se para o clarificado os mesmos parâmetros do início da centrifugação. Utilizou-se a Incubação do Quinto Dia para DBO, Método de Refluxo para DQO e Método de Secagem em Banho Maria para série de sólidos (SILVA, 1977).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

No lodo aeróbio sem a presença do polieletrólito o resultado obtido não foi satisfatório, pois houve uma grande perda de matéria orgânica e sólidos no clarificado e a torta apresentou uma umidade muito alta (80,97%), como mostra a Tabela 2. Devido a uma flotação do lodo, os resultados obtidos na primeira e segunda coleta foram diferentes, pois com esta flotação a amostra de entrada foi coletada na parte sólida e a centrifugação ocorreu na parte líquida, justificando assim os baixos valores no clarificado e torta. Com a utilização do polieletrólito, houve uma melhora no clarificado comparado com o resultado do lodo sem o polieltrólito. No entanto não alterou a quantidade de sólidos presente na torta, ficando esta em média com 16,31% de sólidos.

No caso do lodo séptico, proveniente de caminhões limpa-fossa, houve uma grande variação devido a característica diferentes em cada descarga do caminhão. Na primeira descarga (sem polieletrólito), o lodo apresentou uma grande quantidade de gordura o que inviabilizou a realização das análises na entrada da centrífuga, sendo possível as análises somente após a centrifugação. Apesar disto, o clarificado apresentou uma significativa melhora com a utilização do polieletrólito, diminuindo sua matéria orgânica e teor de sólidos. Na torta esta diferença foi bastante discreta, pois apresentou um teor de sólidos semelhante do lodo com e sem o uso de polieletrólito, 31,31% e 37,2% respectivamente.

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Tabela 2 – Resultados obtidos das coletas de lodo aeróbio e limpa-fossa, com e sem polieletrólitos

LODO AERÓBIO LODO SÉPTICO

Coletas Sem Polieletrólito Com Polieletrólito Sem Polieletrólito Com Polieletrólito

ENTRADA ENTRADA ST (mg/L) 6179 74100 10136 8357,5 N.R.* N.R.* N.R.* N.R.* STF(mg/L) 2549 36800 4888 4165 N.R.* N.R.* N.R.* N.R.* STV(mg/L) 3630 37300 5248 4192,5 N.R.* N.R.* N.R.* N.R.* DQO (mg/L) 2329,3 18560 16486,4 12852 N.R.* N.R.* N.R.* N.R.* DBO (mg/L) 1344,35 9030 5310 5598,75 N.R.* N.R.* N.R.* N.R.* CLARIFICADO CLARIFICADO ST (mg/L) 11973 497 720 679 3521 2121 661 509 STF(mg/L) 3611 335 441 434 1255 925 263 303 STV(mg/L) 8362 162 279 245 2266 1196 398 206 DQO (mg/L) 10722,5 144 617 520,5 3888,5 3573 394 581 DBO (mg/L) 3300 89,5 226 190,5 2073,5 1699,5 144 212.5 TORTA TORTA ST (%) 21,63 16,425 15,88 16,735 34,9 27,72 29,36 45,23 STF(%) 12,32 7,615 7,305 8 11,39 6,32 11,76 16,94 STV(%) 9,31 7,31 8,58 8,28 23,51 42,8 17,6 11,665 * N.R. = Não foi possível a realização

Foram analisados as relações entre DQO e DBO, dos lodo aeróbio e limpa-fossa, ambos com polieletrólito, os resultados obtidos podem ser observados na Tabela 3. Para a entrada da centrífuga a relação ficou entre 2,2 e 2,5 para o lodo aeróbio e 1,8 e 3,6 para o de limpa-fossa, nos dois casos houve um valor acima destes, ficando acima de 6. Já para o clarificado o resultado obtido foi satisfatório, com um desvio padrão inferior a 0.007, pois tanto no lodo aeróbio como no limpa-fossa, os valores obtidos ficaram em torno de 2,7. De acordo com VON SPERLING (1996), esta relação varia de 1,7 a 2,4 para o esgoto bruto, mas a medida que este passa pelas unidades de tratamento ocorre uma redução na fração biodegradável, aumentando esta relação.

Tabela 3 – Relação DQO / DBO dos Lodos Aeróbios e Limpa-Fossa com polieletrólito

LODO AERÓBIO LODO LIMPA – FOSSA

COLETAS ENTRADA CLARIFICADO ENTRADA CLARIFICADO

(1ª repetição) 2,3104 2,7321 3,6519 2,7434 (2ª repetição) 6,9973 2,7281 6,1709 2,7314 (1ª repetição) 2,2019 2,7256 2,9030 2,1360 (2ª repetição) 2,4547 2,7409 2,8116 2,7348 Média 3,491075 2,731675 3,63435 2,7364 Desvio Padrão 2,339776 0,00670774 1,852177 0,00505701

A relação entre sólidos voláteis e sólidos totais (SV/ST) indica a fração orgânica dos sólidos do lodo. Quanto maior esta relação, maior será a quantidade de matéria orgânica, sendo esta a responsável pelo mau odor do lodo. No lodo aeróbio com polieletrólito a média para esta relação na entrada foi de 0,51, no clarificado de 0,3675 e na saída de 0,5325, sendo a saída ligeiramente maior que a entrada. Já para o lodo de limpa-fossa, a menor diferença se deu entre a entrada e o clarificado, sendo sua relação 0,525 e 0,5030 respectivamente, na saída foi igual a 0,615, apresentados na Tabela 4.

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XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental Tabela 4 – Fração Orgânica dos Sólidos do Lodo Aeróbio e Limpa-Fossa com polieletrólito

LODO AERÓBIO LODO LIMPA – FOSSA

COLETAS ENTRADA CLARIFICADO TORTA ENTRADA CLARIFICADO TORTA

(1ª repetição) 0,52 0,36 0,56 0,6 0,6 0,59 (2ª repetição) 0,51 0,41 0,52 0,53 0,6019 0,61 (1ª repetição) 0,49 0,43 0,52 0,49 0,44 0,61 (2ª repetição) 0,52 0,27 0,53 0,48 0,37 0,65 Média 0,51 0,3675 0,5325 0,525 0,5030 0,615 Desvio Padrão 0,01414 0,07135 0,01893 0,05447 0,11669 0,02517 A relação DQO / Sólidos Totais representa a quantidade de DQO existente em cada mg de sólido. Os sólidos totais são divididos em sólidos voláteis, que representam a matéria orgânica que volatiliza a 550ºC e sólidos fixos ou inertes, que são considerados a matéria inorgânica ou mineral. O resultado desta relação para os lodos aeróbio e limpa-fossa com polieletrólito pode ser observados na Tabela 5. Na entrada, tanto no lodo aeróbio como de limpa fossa apresentaram uma variação de 1,0 à 2,3 nesta relação. No entanto no clarificado do lodo aeróbio não houve uma variação significativa (0,74 à 0,86), ao contrário do clarificado que variou de 0,43 à 1,26.

Tabela 5 - Relação DQO / Sólidos Totais do Lodo Aeróbio e Limpa-Fossa com polieletrólito

LODO AERÓBIO LODO LIMPA – FOSSA

COLETAS ENTRADA CLARIFICADO ENTRADA CLARIFICADO

(1ª repetição) 2,3156 0,8644 1,8927 0,4342 (2ª repetição) 1,0979 0,8497 2,2855 0,7862 (1ª repetição) 1,5838 0,7855 1,2916 1,2632 (2ª repetição) 1,4724 0,7435 1,0849 1,0102 Média 1,61742 0,810775 1,638675 0,87345 Desvio Padrão 0,50974 0,056437 0,55077 0,351737 CONCLUSÕES

No lodo aeróbio sem a presença do polieletrólito o resultado obtido não foi satisfatório, pois houve uma grande perda de matéria orgânica e sólidos no clarificado, além de a torta apresentar um baixo teor de sólidos, em torno de 19,03%. Com a utilização do polieletrólito, o clarificado apresentou uma melhora comparado com lodo sem polieletrólito, no entanto a torta não apresentou diferença significativa, alcançando um teor de sólidos de 16,31%.

No caso do lodo séptico proveniente de caminhões limpa-fossa, apesar da grande quantidade de gordura nas primeiras coletas, observou-se uma melhora no clarificado, diminuindo a matéria orgânica e sólidos, enquanto na torta a diferença do lodo com e sem polieletrólito foi bastante discreta, obtendo um teor de sólidos igual a 31,31% e 37,2% respectivamente.

Em todo o experimento ocorreu a flotação do lodo, o que indica uma necessidade de um tanque com misturador para esse lodo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Lodo de Esgoto. EMBRAPA Meio Ambiente. Jaguariuna / SP, 2000. Pág. 11-24.

3. APHA – AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard Methods for the Examinations of Water and Wastewater, 20 Edition. New York, 1998.

4. BATALHA, B. L. Fossa Séptica. São Paulo, 1989. 20p.

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6. EPA –ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Biossolids generation, use and disposal in the United States. September, 1999.

7. FERNANDES F. Estabilização e higienização de biossólidos. In: Impacto Ambiental do Uso Agrícola do Lodo de Esgoto. EMBRAPA Meio Ambiente. Jaguariuna / SP, 2000. Pág. 45-67.

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10. JORDÃO, E.P. e PESSOA, C.A. Tratamento de Esgoto Domésticos. 3 ed. ABES. Rio de Janeiro, 1995. 11. OUTWATER, A.B. Reuse of sludge and minor wastewater residuals. S. 1: Lewis Publishers, 1994. 179p. 12. RAMALDES, D.H.C.; FURIERI, E.C.; SILVA, C.M.D. da; GONÇALVES, R.F. Resultados de testes de

desidratação de lodos de reatores UASB através de processos naturais e mecânicos. In: IX SIMPÓSIO LUSO BRASILEIRO. 2000. Anais... Porto Seguro / Ba, 2000.

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14. SIMONSEN, N. Thermal sludge treatment in Denmark, examples of efficient drying and incineration. In: Disposal and utilization of sewage sludge: treatment methods and application modalities. Greece, 1999. 658p. 15. SPELLMAN, F.R. Dewatering Biossolids. Technomic Publishing CO, Lancaster / UAS. 1997. 276p. 16. VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 2 ed. vol. 1. Belo

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