FLOTAÇÃO POR AR DISSOLVIDO DE LODOS BIOLÓGICOS Gonçalves Maria Carolina, de Andrade Aguiar Vera Lucia EMPRESA: SABESP - COMPANHIA DE SANEAMENTO BÁSICO DE SÃO PAULO
AV. 1º DE MAIO S/Nº VILA ALDEINHA BARUERI - SÃO PAULO
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RESUMO
O tratamento de esgotos municipais e industriais produz lodos que devem ser convenientemente tratados e dispostos. A Estação de Tratamento de Esgotos de Barueri pertencente a SABESP, está localizada na Região Metropolitana de São Paulo e produz atualmente uma quantidade de lodo desidratado entre 160 e 200 ton/dia, para uma vazão que aflui à estação de 4,0 m3/s.
O presente estudo apresenta os resultados obtidos nas diversas fases de tratamento de lodo da ETE Barueri e os resultados obtidos durante a operação de um flotador de bancada, que são comparados com os dados dos flotadores por ar dissolvido com pressurização do reciclo existentes na ETE Barueri.
Também foi monitorada a redução de sólidos voláteis no digestor anaeróbio, comparando-se os resultados obtidos na estação com e sem a operação do flotador por ar dissolvido. Observa-se que com a operação do flotador, o lodo fica mais denso e a redução de sólidos voláteis nos digestores mais eficiente. Verificou-se que com a operação dos flotadores foram obtidos valores de redução volátil em torno de 38% e a redução foi igual a 13%, quando os flotadores não estavam operando.
Palabras Claves: tratamento de esgotos, operação, flotação, digestão
INTRODUÇÃO
Nas grandes cidades do mundo, um problema de difícil solução é a disposição final dos resíduos sólidos. Dentre estes resíduos sólidos está o lodo proveniente de estações de tratamento de esgotos, que deve ser convenientemente disposto.
Lodo é o sólido acumulado e separado do líquido durante as várias fases de tratamento do esgoto. O lodo numa estação de tratamento de esgotos pode ser bruto, primário, secundário, ativado, digerido e desidratado. As características de cada um diferem entre si, mas o objetivo final é diminuir o volume do lodo para redução de custos de capital, operação e manutenção.
O presente trabalho tem por objetivo avaliar as diversas fases de tratamento do lodo da Estação de Tratamento de Esgotos de Barueri (ETE Barueri) da SABESP, que trata esgotos de origem doméstica e industrial da Região Metropolitana de São Paulo.
A ETE Barueri trata cerca de 4,0 m3/s, é a maior estação em operação de São Paulo e está representada esquematicamente na Fig.1.
FIGURA 1
Legenda dos pontos :
0 - Poço distribuidor 9 - Adensadores por Flotação
1 - Grade Grosseira 10 - Adensadores por Gravidade
2 - Estação Elevatória de Esgoto Bruto 11 - Digestor Anaeróbio
3 - Grade Mecanizada Média 12 - Gasômetro
4 - Caixa de Areia Aerada 13 - Queimadores de Gás
5 - Decantador Primário 14 - Tanque de Estaocagem de Lodo 6 - Tanque de Aeração 15 - Sistema de Estocagem e Dosagem de
Cloreto Férrico
7 - Decantador Secundário 16 - Sistema de Dosagem e Extinção de Cal Viva
8 - Compressores 17 - Filtro Prensa
O esgoto afluente é primeiramente bombeado para as grades mecanizadas e a seguir para as caixas de areia aeradas, que removem material com baixo teor de matéria orgânica.
A remoção dos sólidos em suspensão é efetuada nos decantadores primários e o lodo primário encaminhado aos adensadores por gravidade. O esgoto decantado é conduzido aos tanques de aeração. Dos tanques de aeração a mistura líquida é encaminhada para os decantadores secundários, onde ocorre a separação da massa biológica. O lodo secundário é recirculado, em parte, para o tanque de aeração e o excesso para os adensadores por flotação. Os esgotos, após o tratamento secundário, são lançados no Rio Tietê próximo à ETE.
Descrição da Fase Sólida
Como foi exposto no item anterior, o lodo proveniente dos decantadores primários é enviado para os adensadores por gravidade e o excesso do lodo ativado, sedimentado nos decantadores secundários é enviado para os adensadores por flotação.
Os flotadores e os adensadores por gravidade promovem o adensamento dos sólidos provenientes da fase líquida reduzindo o volume a tratar nas unidades subsequentes do tratamento. A operação dos flotadores da ETE Barueri teve início em Janeiro de 1995. No fundo dos flotadores é injetada água pressurizada saturada de ar junto com o lodo para auxiliar a flotação do lodo biológico. O lodo mistura-se com as bolhas de ar num cilindro situado na parte inferior da estrutura central do removedor de superfície. A separação lodo flotado - água se realiza na saia, onde o flotado passa por cima e a água passa por baixo, até a chicana periférica do flotador, extravazando ao poço de água de recirculação e de subnadante dos flotadores. O líquido retirado na operação retorna ao poço na entrada da estação.
O lodo adensado por flotação e por gravidade é conduzido para os digestores anaeróbicos. Segundo o MOP - 11 (1990), nas estações de tratamento de esgotos onde a quantidade de lodo secundário é grande, a área do adensador por gravidade é reduzida substancialmente com unidades de flotação. Outra vantagem é que aumentando-se a concentração do lodo a ser descartado, o tamanho e o custo do processo subsequente, ou seja, a digestão anaeróbia é minimizado.
O propósito da digestão anaeróbica é a transformação do lodo em substância inócua e facilmente desidratável. A digestão anaeróbica estabiliza a parcela biodegradável do lodo e reduz a quantidade de sólidos presente no lodo. O lodo digerido é a seguir condicionado mediante a aplicação de produtos químicos. O condicionamento químico antes da desidratação mecânica aumenta a remoção da água e melhora a captura de sólidos (MOP-11, 1990). Os produtos químicos utilizados na ETE Barueri são o cloreto férrico e a cal.
A desidratação é o processo de remoção de água do lodo, conseguindo-se uma redução de volume maior do que a conseguida pelo adensamento. Na ETE Barueri é realizada através de filtro prensa de placas. Após a desidratação mecânica, o lodo com um conteúdo de sólidos igual a 40% é levado para disposição final.
CARACTERÍSTICAS DOS LODOS GERADOS
A quantidade e o volume de lodo produzido nas unidades de tratamento de esgotos aumenta quando os critérios e limitações do efluente da estação se tornam mais restritivos (MOP 11, 1990). As características físico -químicas dos lodos produzidos na ETE Barueri estão resumidas nas Tabelas 1, 2, 3 e 4.
Parâmetros ST SV % Captura de Sólidos
Lodo Afluente 6600 4300
Lodo Adensado 41000 22500 48
Sobrenadante 3400 2200
Tabela 2 - Lodo Adensado por Flotação
Parâmetros ST SV SST SSV % Remoção de Sólidos em
Suspensão Voláteis
Lodo Afluente 5200 3600 4600 3400
Lodo Flotado 32000 23400 - - 95
Subnadante 500 220 240 170
Tabela 3 - Lodo Digerido
Parâmetros ST SV SV/ST (%) % Remoção de SV Produção de Gás (m3/mês) Lodo Afluente 37000 22000 62 38 465.000 Lodo Digerido 28000 15000 54
Tabela 4 - Lodo Desidratado
Parâmetros ST (%) Umidade (%) Produção de Lodo (t/d)
Eficiência de Captura de Sólidos (%)
Lodo Desidratado 40 60 200 86
Os resultados são valores médios obtidos durante o ano de 1995, quando os adensadores por flotação passaram a operar regularmente. Os resultados de ST (sólidos totais), SV (sólidos voláteis), SST (sólidos em suspensão totais) e SSV (sólidos em suspensão voláteis) estão expressos em mg/L.
Os processos de adensamento por gravidade, adensamento por flotação, condicionamento e desidratação são usados para diminuir a quantidade de água e aumentar a porcentagem de sólidos totais no lodo. O processo de digestão anaeróbia produz lodo com menor número de microrganismos patogênicos, reduz o odor e a parcela de sólidos voláteis, quando comparado com o lodo não digerido. Convém ressaltar ainda que o digestor anaeróbio da ETE Barueri não apresenta aquecimento.
OPERAÇÃO COM FLOTADOR DE BANCADA
Objetivo dos Testes
O presente estudo tem por objetivo apresentar uma revisão geral dos fatores que influem no processo de flotação por ar dissolvido e observar o efeito destes fatores durante a operação de um flotador de bancada. Também é parte deste estudo a determinação dos parâmetros deste flotador e compará-los com os resultados obtidos nos flotadores que recebem o lodo em excesso da ETE Barueri.
Estudo dos Fatores que Influem no Processo
Flotação é o processo empregado para a separação de partículas suspensas de um líquido. É utilizada para separação de graxas, óleos, fibras e outros sólidos de baixa densidade no esgoto e também para o adensamento do lodo ativado (Eckenfelder e Ford, 1970).
Os principais componentes do processo são bomba de pressurização, tanque de pressurização, válvula de redução de pressão e tanque de flotação. A água saturada de ar é introduzida no flotador através da válvula
redutora de pressão. Imediatamente depois da válvula de redução, a água saturada é misturada com o lodo ativado. As bolhas de ar se tornam atadas às partículas de lodo formando partículas aglomeradas com densidade menor do que a água. As partículas aglomeradas se elevam formando o lodo flotado. O lodo flotado é retirado da superfície do tanque e o efluente clarificado é removido do fundo da unidade, sendo que uma parcela é recirculada de volta para o tanque de pressurização.
Existem muitas variáveis que afetam a eficiência de um flotador por ar dissolvido. As maiores variáveis são razão de reciclo do subnadante, pressão de saturação de ar, taxa de sólidos aplicada, taxa de aplicação superficial, tempo de detenção. Na avaliação das variáveis de flotação é conveniente empregar relação ar-sólidos adimensional. Esta relação é definida como o peso de ar liberado do reciclo pressurizado dividido pelo peso de sólidos aplicado no flotador. Segundo Eckenfelder et alii (1958), dos estudos em flotador de bancada com lodo ativado, a maior eficiência do processo foi obtida para uma relação de ar - sólidos igual a 0,02. Os autores relacionaram os sólidos em suspensão total do efluente e os sólidos totais do lodo flotado com a relação ar -sólidos para lodos ativados com afluentes domésticos com índice volumétrico de lodo alto e baixo, conforme mostra a Fig. 2 a seguir. Das curvas representadas na figura, parece não existir vantagem em aumentar a relação ar-sólidos acíma de certos valores ótimos.
(a) (b)
0,06 0,06
IVL = 85 IVL = 400
IVL = 400
relação
ar-sólidos relação ar-sólidos
0,01 0,01 IVL = 85
SST efluente (mg/l) %ST lodo flotado
Fig. 2 - Comparação entre a relação ar-sólidos e (a) sólidos em suspensão total do efluente (b) sólidos totais do lodo flotado em lodos com diferentes índices volumétricos de lodo (Eckenfelder et alii, 1958).
A quantidade de ar liberado da solução por unidade de volume de líquido pressurizado é diretamente proporcional à pressão. Quando outras variáveis são mantidas constantes, aumentando - se a pressão, vai resultar numa concentração de sólidos em suspensão totais menor no efluente e numa concentração de lodo flotado maior . Eckenfelder et alii (1958) concluem no estudo realizado que as características do flotador para lodos biológicos são influenciadas pela temperatura , pressão, concentração de lodo da alimentação e porcentagem de reciclo pressurizado e que a relação ar-sólidos é uma variável importante e conveniente para o projeto do processo. Segundo o MOP- 11 (1990) a vazão pressurizada pode variar até 350 % da vazão afluente, dependendo da concentração de sólidos afluente e pode operar com pressões de até 5,8 bar.
Atividades Experimentais
Foram realizados testes no flotador de bancada para avaliar os efeitos dos principais fatores que afetam a flotação por ar dissolvido em relação à concentração de sólidos totais do flotado e em relação à concentração de sólidos em suspensão totais no efluente. Para este estudo foram conduzidos testes onde variou-se as condições de pressão de saturação do ar, a razão de reciclo, a taxa de aplicação superficial e a taxa de aplicação de sólidos.
Foram realizados nove ensaios principais que foram subdivididos em outros testes, totalizando 26 testes.Os seis ensaios iniciais foram divididos em três grupos cada teste, onde ora se deixou constante ora se variou a vazão de reciclo do subnadante, a pressão de saturação de ar, a taxa de aplicação superficial e a taxa de sólidos aplicada. No sétimo ensaio, variou-se a pressão de saturação de ar, deixando-se constante a taxa de aplicação superficial, a razão de reciclo e a taxa de sólidos aplicada. No oitavo ensaio foi utilizada baixa taxa de aplicação superficial , baixa taxa de sólidos aplicada e variou-se a razão de reciclo e a pressão de saturação de ar. No último ensaio se usou taxa de aplicação superficial e pressão de saturação de ar constantes, variando-se a taxa de aplicação de sólidos e a razão de recirculação. A eficiência do processo de tratamento foi avaliada através da utilização dos parâmetros sólidos totais (ST), sólidos voláteis (SV), sólidos em suspensão totais (SST) e sólidos em suspensão voláteis (SSV).
Resultados e Discussão
Os ensaios experimentais em laboratório permitiram a obtenção de dados da relação ar-sólidos, da pressão de ar e da taxa de aplicação superficial mais adequadas, bem como dados dos valores de sólidos totais do lodo adensado por flotação e sólidos em suspensão voláteis do efluente final do flotador e do lodo afluente ao flotador. Na Tabela 1 estão sumarizados os resultados dos ensaios do flotador de bancada com todos os parâmetros operacionais e físico-químicos obtidos.
Os seis primeiros ensaios, com o flotador de bancada, indicam que são obtidos melhores resultados em termos da concentração dos sólidos totais do lodo adensado por flotação e dos sólidos em suspensão totais do efluente final para valores da pressão de ar igual a 4,0 bar e taxa de aplicação superficial de 60 m3/m2.d. Observou-se que para valores da relação ar-sólidos maiores que 0,01 obtem-Observou-se concentrações de sólidos totais do lodo adensado melhores. Dos resultados do sétimo teste se concluiu que para as mesmas taxas de aplicação superficial, mesmas taxas de aplicação de sólidos e mesmo tempo de detenção e variando-se a pressão de ar aplicada não houve grandes diferenças nos sólidos totais do lodo adensado, o que significa que aumentando-se a pressão de ar a eficiência do processo é aumentada até um valor limite, a partir do qual esta eficiência não apresenta alterações significativas. Dos resultados do oitavo teste se observou que para taxas de aplicação de sólidos baixas e para relação de ar-sólidos altas foram obtidos valores altos de concentração de sólidos totais. No nono ensaio foi utilizada taxa de aplicação superficial baixa, tempo de detenção alto e pressão de ar constante variando-se a vazão de recirculação e consequentemente a relação ar-sólidos. Deste teste se verificou que aumentando a porcentagem de reciclo pressurizado são obtidos valores da concentração de sólidos maiores.
Os resultados obtidos com o flotador de bancada mostrou que o procedimento experimental foi adequado, tendo demonstrado também, alguns aspectos deficientes pois não foi possível se manter as mesmas condições de operação do flotador por ar dissolvido da ETE - Barueri, procurando-se obter as condições de operação mais adequadas.
CONSIDERAÇÕES E RESULTADOS DA OPERAÇÃO DA ETE BARUERI
No processo de lodos ativados existem dois aspectos essenciais que são frequentemente a causa dos problemas na operação da estação. O primeiro trata da separação dos sólidos da mistura líquida que tem o duplo objetivo de produzir um efluente final sem sólidos e sólidos que adensados retornam para o processo. O segundo aspecto é o excesso do lodo, que deve ser descartado do sistema para se manter a idade de lodo requerida (Marais e Bratby, 1975).
O flotador por ar dissolvido da ETE Barueri é utilizado para adensar o excesso de lodo biológico proveniente do decantador secundário. Na operação do flotador por ar dissolvido, observou-se que a concentração de sólidos totais no lodo flotado diminui consideravelmente quando os valores do índice volumétrico de lodo aumentaram acima de 200 ml/g, devido a problemas operacionais. Em condições normais de operação utiliza-se vazão de água recirculada em torno de 350% da vazão de lodo afluente e pressurizada até 4 bar. A relação ar - sólidos é em torno de 0,04 e a remoção de sólidos em suspensão é cerca de 97%.
Comparando-se os resultados da operação, do digestor anaeróbio com e sem o flotador por ar dissolvido obtivemos eficiência maior de remoção de sólidos voláteis para lodos mais concentrados, isto é, quando o lodo do decantador primário e o lodo do decantador secundário eram encaminhados para o adensador por gravidade, o lodo resultante, afluente ao digestor anaeróbio, tinha baixa concentração de sólidos e a remoção de sólidos voláteis era baixa (13%). Utilizando-se adensamento por gravidade para o lodo primário e adensamento por flotação para o lodo secundário e o mesmo tempo de detenção hidráulico nos digestores foram obtidas concentrações de sólidos totais maiores no afluente aos digestores e melhor remoção de sólidos voláteis (em torno de 38%).
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos no presente trabalho permitiram chegar às seguintes conclusões:
1. Valores de índice volumétrico de lodo maiores que 200 ml/g prejudicam a operação do flotador por ar dissolvido, não se obtendo boas concentrações de lodo flotado.
2. A porcentagem de remoção de sólidos em suspensão no flotador por ar dissolvido é em torno de 97%.
3. A concentração do lodo flotado é influenciado pela pressão, concentração de sólidos do lodo afluente e pela porcentagem de água recirculada pressurizada.
4. Com a operação do flotador por ar dissolvido são obtidas concentrações de sólidos totais maiores no afluente ao digestor anaeróbio, obtendo-se melhores remoção de sólidos voláteis.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Eckenfelder, W.W, Ford, D. L. (1970) - Experimental Procedures for Process Design, Chapter 5, Flotation, Water Pollution Control, The Perberton Press, Jenkins Publishing Company.
Eckenfelder, W. W. , Rooney, T.F. , Burger, T.B. , Gruspier, J.T. , (1958) - Biological Treatment of Sewage and Industrial Wastes
,,
Volume II, Capítulo 2.10, Studies on Dissolved Air Flotation of Biological Sludges, papers present at the Conference on Anaerobic Digestion and Solids Handling, April 24 - 26, 1957.Manual of Practice Nº 11 - Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants
,
(1990) Second Edition, Water Pollution Control Federation, U.S.A.Marais, G. v. R., Bratby, J. (1975) Design Manual for Dissolved Air (Pressure) Flotation in Activated Sludge
