Caracterização dos lodos produzidos na ETE Cabanga - Recife - Pernambuco.

R I T A D E C A S C I A A V E L I N O S U A S S U N A

C A R A C T E R I Z A Ç Ã O DOS LODOS P R O D U Z I D O S

N A E T E C A B A N G A - R E C I F E - P E R N A M B U C O

C A R A C T E R I Z A Ç Ã O D O S L O D O S P R O D U Z I D O S N A E T E C A R A N G A R E C I F E - P E R N A M B U C O R I T A D E C A S C I A A V E L I N O S U A S S U N A D I S S E R T A Ç Ã O A P R O V A D A E M

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A G R A D E C I M E N T O S

À professora Annemarie K ô n i g e ao professor Rui de Oliveira pela o r i e n t a ç ã o e d e d i c a ç ã o dispensadas à r e a l i z a ç ã o deste trabalho.

À Companhia Pernambucana de Saneamento - COMPESA - por ter permitido a e x e c u ç ã o deste trabalho, especialmente a Júlio Sérgio Maia pela sua valiosa c o l a b o r a ç ã o .

Ao corpo docente da Á r e a de Engenharia S a n i t á r i a e Ambiental ( A E S A ) do Departamento de Engenharia C i v i l da Universidade Federal da P a r a í b a pelos ensinamentos prestados durante o curso, e aos f u n c i o n á r i o s dessa á r e a pela d e d i c a ç ã o dispensada no decorrer do curso e na r e a l i z a ç ã o dos experimentos.

A E s t a ç ã o Experimental de Tratamentos B i o l ó g i c o s de Esgotos S a n i t á r i o s - EXTRABES - nas pessoas dos professores S a l o m ã o Anselmo Silva e Rui de Oliveira pela pronta d i s p o s i ç ã o à d e t e r m i n a ç ã o de alguns p a r â m e t r o s da pesquisa.

À professora L ú c i a Helena Garofalo Chaves, aos f u n c i o n á r i o s J o s é Wilson S. Barros e Francisco de Assis O. Clementino e demais colaboradores que fazem parte do L a b o r a t ó r i o de I r r i g a ç ã o e Salinidade - L I S - do Departamento de Engenharia A g r í c o l a da Universidade Federal da P a r a í b a pelo apoio prestado durante as

análises de salinidade.

A Rolemberg Barros de F r a n ç a e a todas as pessoas que direta ou indiretamente c o n t r i b u í r a m para a r e a l i z a ç ã o deste trabalho.

Oferecimento:

A Deus pela minha existência, e a minha família genealógica, em destaque minha mãe RITA SVASSVNA e minhas irmãs, TEREZINHA, SOCORRO,

VERÔNICA E MARTA que desde cedo, e sempre, estiveram do meu lado.

R E S U M O

A pesquisa f o i realizada na E s t a ç ã o de Tratamento de Esgotos de Cabanga situada em Recife (PE), pertencente à Companhia Pernambucana de Saneamento (COMPESA). Nessa e s t a ç ã o , o esgoto bruto afluente era submetido ao processo de gradeamento para r e t e n ç ã o de sólidos grosseiros e posteriormente ao desarenamento em caixas de areia. Destas, seguia para os decantadores p r i m á r i o s onde era gerado o lodo cru a ser digerido posteriormente nos digestores p r i m á r i o e s e c u n d á r i o . A p ó s a d i g e s t ã o , o lodo era descarregado para os leitos de secagem onde ocorria a sua d e s i d r a t a ç ã o a t r a v é s da drenagem e e v a p o r a ç ã o do liquido intersticial ( l í q u i d o drenado).

O objetivo deste trabalho foi a c a r a c t e r i z a ç ã o do Iodo cru originado nos decantadores p r i m á r i o s , do lodo digerido efluente do digestor s e c u n d á r i o nos diversos p e r í o d o s de secagem e do l í q u i d o drenado dos leitos de secagem. Além disso f o i avaliada a qualidade f í s i c o - q u í m i c a e s a n i t á r i a do lodo final seco da ETE Cabanga e a possível u t i l i z a ç ã o desse lodo na agricultura como fertilizante e condicionador do solo.

As amostras de lodo cru foram analisadas no p e r í o d o de 16/08/93 a 20/08/93 e de 27/09/93 a 01/10/93 nos experimentos 01 e 02, respectivamente. Em ambos os experimentos as coletas foram realizadas a cada dois dias nos h o r á r i o s de 9, 13 e 17 h. No p e r í o d o de 05/03/93 a 25/10/93 foram realizados seis experimentos para caracteri-zar o lodo digerido. Em cada experimento foram coletadas amostras de lodo no primeiro dia de secagem e ao longo do processo de secagem em intervalos de tempo variados. As amostras para c a r a c t e r i z a ç ã o do líquido drenado foram coletadas em cada experimento realizado com lodo digerido, desde que o leito utilizado- para a secagem p o s s u í s s e acesso à t u b u l a ç ã o que coletava esse l í q u i d o . No primeiro dia de

secagem foram coletadas as amostras iniciais e as subsequentes a cada t r ê s dias, caso houvesse liquido escoando a t r a v é s da camada drenante.

Os p a r â m e t r o s analisados foram: temperatura, ST, STF, S T V , peso e s p e c í f i c o , teor de umidade, p H , n i t r o g é n i o t o t a l , a m ó n i a , f ó s f o r o t o t a l , salinidade e ovos de helmintos.

A análise dos resultados experimentais de c a r a c t e r i z a ç ã o permitiu concluir que o lodo cru e digerido ( l í q u i d o e seco) e o l í q u i d o drenado dos leitos da ETE possuem uma excessiva salinidade devida à entrada de água do mar na rede de esgoto. O movimento das m a r é s (preamar e baixa-mar) provocou v a r i a ç õ e s nas c o n c e n t r a ç õ e s de cloreto (7005 - 14224 mg/l) e de s ó d i o (5137 - 8318 mg/l) do lodo cru. Durante a secagem do lodo digerido as c o n c e n t r a ç õ e s de cloreto variaram de 4200 a 12175 m g / l e as de s ó d i o de 3067 a 15330 m g / l , enquanto no l í q u i d o drenado dos leitos de secagem estas v a r i a ç õ e s foram de 4118 a

10889 mg/l e de 2277 a 11270 m g / l , respectivamente.

Além da salinidade, os lodos cru e digerido da ETE Cabanga apresentaram ainda elevados n ú m e r o s de ovos de helmintos. No lodo cru, as c o n c e n t r a ç õ e s de ovos de A^. lumbricoides e T\_ t r i c h i u r a variaram de 8600 a 45467 ovos/l e de 533 a 1667 ovos/l, respectivamen-te. O Iodo final seco também apresentou elevados n ú m e r o s de ovos de A lumbricoides (15378 a 37422 ovos/l) e de T\ trichiura (133 a 1267 ovos/l).

A elevada salinidade e a c o n s i d e r á v e l quantidade de ovos de helmintos presentes no lodo seco inviabilizam o seu uso a g r í c o l a , uma vez que pode prejudicar o solo e o desenvolvimento das plantas e contaminar o meio ambiente.

A B S T R A C T

This research was carried out at Cabanga Sewage Treatment Plant, Recife-Pernambuco state ( 8o 10' 52" S, 34° 5 4 ' 0" O, 2m a.s.l.),

belonging to COMPESA (Companhia Pernambucana de Saneamento). After preliminary treatment, raw sewage was conducted to primary settling tanks and raw sludge was treated i n anaerobic digesters. The final sludge was unloaded into drying beds and dewatered through evaporation and drainage.

This w o r k aimed the characterization o f (a) raw sludge from primary settling tanks; (b) digested sludge from anaerobic digesters; (c) dried sludge, after several drying periods and (d) d r a í n e d l i q u i d .

From March to October 1993 samples were taken at regular intervals and analysed for temperature, p H , t o t a l , fixed and volatile solids, specific weight, humidity, t o t a l nitrogen, ammonia, t o t a l phosphorus, salinity and helminth eggs.

Results showed a drained liquid and raw and digested sludge w i t h high leveis o f salinity due to presence o f sea water in the sewerage collecting system. Ti de movement promoted i n raw sludge a wide variation o f chloride and sodium concentration (7005 - 14244 mg/l and 5137 - 8318 mg/l respectively).

D u r i n g dewatering o f digested sludge, chloride and sodium concentration were also high, varying from 4200 - 12175 mg/l and 3067 - 15330 mg/l respectively. Draíned liquid presented o f values varying from 4118 to 10880 mg/l for chloride and from 2277 - 11270 mg/l for sodium.

Helminth eggs counts were high in raw and digested sludge Ascaris lumbricoides varied in the former from 8600 - 45467 eggs/1 and w i t h i n the range 15378 - 37422 eggs/1 in the latter. For Trichuris trichiura this variation comprised values from 533 to 1667 eggs/1 and

Dried sludge high salinity and helminth eggs contents restricted tts agricultural use once they would cause soil and píant damage and environmental contamination.

S U M Á R I O

1 - I N T R O D U Ç Ã O 01

2 - R E V I S Ã O DE L I T E R A T U R A 03 2.1 - Tipos de e s t a ç õ e s onde há g e r a ç ã o de lodo 03

2.1.1 - E s t a ç õ e s de tratamento de águas (ETAs) 03 2.1.2 - E s t a ç õ e s de tratamento de esgotos (ETEs) 04 2.2 - Lodos produzidos em e s t a ç õ e s de tratamento de esgoto 04

2.2.1 - Lodo resultante de e s t a ç õ e s convencionais de

tratamento p r i m á r i o do tipo Cabanga 04 2.2.2 - Lodo resultante do processo de f i l t r a ç ã o

b i o l ó g i c a 06 2.2.3 - Lodo resultante do processo de lodo ativado 07

2.3 - Tipos e c a r a c t e r i z a ç ã o de Iodos gerados em ETEs 12 2.3.1 - Lodo resultante do tratamento p r i m á r i o 12

2.3.1.1 - Lodo p r i m á r i o 12 2.3.2 - Lodo resultante do tratamento s e c u n d á r i o 12

2.3.2.1 - Lodo ativado 12 2.3.2.2 - Lodo de filtração b i o l ó g i c a 13

2.3.3 - Lodo digerido 14 2.4 - D i g e s t ã o a n a e r ó b i a de lodo 14

2.4.1 - Fatores que influenciam na d i g e s t ã o a n a e r ó b i a 16

2.4.1.1 - Temperatura 16 2.4.1.2 - pH e capacidade de t a m p o n a ç ã o 17

2.4.2 - D i g e s t ã o a n a e r ó b i a em dois e s t á g i o s 18

2.5 - Processos de secagem 19 2.5.1 - Secagem natural 19

2.5.2 - Secagem artificial 25 2.5.2.1 - Filtros - prensa 25 2.5.2.2 - Filtros rotativos a v á c u o 25 2.5.2.3 - Centrífugas 27 2.6 - D i s p o s i ç ã o final do lodo 27 2.6.1 - I n c i n e r a ç ã o 28 2.6.2 - A t e r r o s a n i t á r i o 28 2.6.3 - Uso do lodo líquido na compostagem de lixo 29

2.6.4 - Uso do lodo como fertilizante e condicionador

do solo 30

3 - M A T E R I A I S E M É T O D O S 40 3.1 - D e s c r i ç ã o das i n s t a l a ç õ e s amostradas 40

3.2 - D e s c r i ç ã o dos experimentos 45 3.2.1 - Experimentos com lodo cru 45

3.2.2 - Experimentos com Iodo digerido 46 3.2.3 - Experimentos com líquido drenado 48

3.3 - Procedimento de coleta 48

3.3.1 - lodo cru 49 3.3.2 - lodo digerido 49

3.3.2.1 - Ponto de descarga 49 3.3.2.2 - Seção 1, Seção 2 e Seção 3 50

3.3.3 - L í q u i d o drenado 50 3.4 - P a r â m e t r o s analisados 51

4 - A P R E S E N T A Ç Ã O E A N Á L I S E DOS RESULTADOS 54 4 . 1 - Volumes de esgosto bruto afluente à ETE 54 4.2 - Volumes de lodo cru aduzidos para o digestor primário 54

4.2.1 - C a r a c t e r i z a ç ã o do lodo cru 56 4.3 - Volumes de lodo digerido descarregado nos leitos 60

4.3.1.1 - Amostra de descarga 61 4.3.1.2 - S e ç õ e s 1,2 e 3 no p e r í o d o de secagem to-... 65 4.3.1.3 - S e ç õ e s 1,2 e 3 a partir do p e r í o d o de se-cagem to 67 4.4 - L í q u i d o drenado 74 5 - D I S C U S S Ã O 81 6 - C O N C L U S Ã O 85 7 - R E F E R Ê N C I A S B I B L I O G R Á F I C A S 87

1.0 - I N T R O D U Ç Ã O

O l a n ç a m e n t o de á g u a s r e s i d u á r i a s sem qualquer tratamento em corpos receptores produz a l t e r a ç õ e s nas c a r a c t e r í s t i c a s físicas (cor, turbidez, temperatura), q u í m i c a s (salinidade, p H , c o n c e n t r a ç õ e s de gases dissolvidos como o x i g é n i o e d i ó x i d o de carbono) e b i o l ó g i c a s (organismos p a t o g ê n i c o s como v í r u s , b a c t é r i a s , p r o t o z o á r i o s e helmintos) dessas á g u a s e podem contribuir para a d i s s e m i n a ç ã o de d o e n ç a s de v e i c u l a ç ã o hídrica como o c ó l e r a , a febre t i f ó i d e , a disenteria, entre outras. Para reduzir a v e i c u l a ç ã o de d o e n ç a s , o l a n ç a m e n t o de á g u a s r e s i d u á r i a s em corpos receptores e s t á geralmente condicionado ao seu tratamento p r é v i o , de modo a preservar o meio ambiente, mantendo os corpos receptores livres desses inconvenientes, e contribuindo para a melhoria da s a ú d e .

Os processos de tratamento de esgotos são formados por uma série de o p e r a ç õ e s u n i t á r i a s que se destinam à r e m o ç ã o de s u b s t â n c i a s i n d e s e j á v e i s . O tratamento preliminar consiste no gradeamento para a r e m o ç ã o de s ó l i d o s de grandes d i â m e t r o s contidos nos esgotos e do desarenamento realizado em caixas de areia. Por sua vez, o tratamento p r i m á r i o destina-se à r e m o ç ã o de s ó l i d o s s e d i m e n t á v e i s presentes nas á g u a s r e s i d u á r i a s a t r a v é s do processo de d e c a n t a ç ã o . Os s ó l i d o s resultantes desse processo geram os Iodos de esgotos que devem ser removidos para evitar o assoreamento dos corpos receptores.

O tratamento do lodo de esgoto consiste, geralmente, na sua d e c o m p o s i ç ã o a n a e r ó b i a e tem por objetivo a e s t a b i l i z a ç ã o da m a t é r i a o r g â n i c a , a r e d u ç ã o do n ú m e r o de organismos p a t o g ê n i c o s , do volume de lodo a ser manipulado e t o r n á - l o de fácil d e s i d r a t a ç ã o . A p ó s a d i g e s t ã o , o lodo apresenta grande quantidade de á g u a e a sua d e s i d r a t a ç ã o torna-se n e c e s s á r i a para a r e d u ç ã o do volume e para

facilitar sua d i s p o s i ç ã o final. O lodo pode ser desidratado a t r a v é s de processos de secagem artificiais ( filtros rotativos a v á c u o , f i l t r o s -prensa e c e n t r í f u g a s ) e naturais ( lagoas de lodo e leitos de secagem ) . Nos leitos de secagem, o lodo digerido é espalhado sobre uma s u p e r f í c i e permeável composta de brita e areia que permite a p e r c o l a ç ã o da água intersticial do lodo. A p ó s esse breve p e r í o d o de drenagem, a secagem prossegue a t r a v é s do processo de e v a p o r a ç ã o . O tempo n e c e s s á r i o para a d e s i d r a t a ç ã o do Iodo depende do clima e c o n d i ç õ e s m e t e o r o l ó g i c a s da r e g i ã o .

Quanto à sua d i s p o s i ç ã o final, o lodo seco pode ser submetido ao processo de i n c i n e r a ç ã o seguido de aterramento das cinzas resultantes, disposto em aterro s a n i t á r i o ou utilizado na agricultura. O uso do lodo como p o s s í v e l recurso para fins a g r í c o l a s está relacionado principalmente com a sua capacidade de condicionador do solo e com o seu valor fertilizante ( fator N : P : K ) , embora, comparado aos f e r t i l i -zantes comerciais, o lodo seco seja considerado pobre em nutrientes. No entanto, a c o n s t a t a ç ã o de elevadas c o n c e n t r a ç õ e s de ovos de helmintos e de elevada salinidade pode tornar o seu uso a g r í c o l a i m p r a t i c á v e l .

2.0 - R E V I S Ã O D E L I T E R A T U R A

2.1 - Tipos de e s t a ç õ e s onde há geração de lodo

2.1.1 - E s t a ç õ e s de T r a t a m e n t o de Á g u a s ( ETAs )

A água no seu estado natural pode conter organismos nocivos à saúde humana além de apresentar cor, odor e sabor que a tornam i m p r ó p r i a , por exemplo, para uso d o m é s t i c o ( H A R D E N B E R G H , 1964). Para t o r n á - l a adequada ao consumo é n e c e s s á r i o melhorar suas caracteristicas o r g a n o l é t i c a s , f í s i c a s , químicas e b a c t e r i o l ó g i c a s (SESP,

1981).

O tipo e o grau de tratamento dispensados à água dependem de sua qualidade, que é função de sua origem (MACEDO F I L H O & BRANCO, 1964). Á g u a s superficiais muito turvas, são submetidas, em e s t a ç õ e s convencionais de tratamento de á g u a s , a um tratamento preliminar que consiste numa s e d i m e n t a ç ã o prévia para r e m o ç ã o de areia, silte e argilas, antes do tratamento químico. No entanto, as á g u a s s u b t e r r â n e a s geralmente apresentam turbidez reduzida e dispensam o tratamento preliminar, sendo submetidas diretamente ao tratamento p r i m á r i o , que consiste na c l a r i f i c a ç ã o a t r a v é s da c o a g u l a ç ã o , d e c a n t a ç ã o e f i l t r a ç ã o ( H A M M E R , 1979).

Os lodos produzidos em ETAs são provenientes principalmente dos decantadores e f i l t r o s e são c o n s t i t u í d o s de r e s í d u o s s ó l i d o s o r g â n i c o s e i n o r g â n i c o s provenientes da água bruta e de compostos q u í m i c o s utilizados no processo de c o a g u l a ç ã o ( G R A N D I N et aj_.,

1993).

Os m é t o d o s utilizados para tratamento de lodos gerados em ETAs são os mesmos utilizados para processamento de lodos gerados em E s t a ç õ e s de Tratamento de Esgotos e serão descritos posterior-mente.

2.1.2 - E s t a ç õ e s de Tratamento de Esgotos ( E T E s ) .

O tratamento dos esgotos ( d o m é s t i c o s e industriais) é n e c e s s á r i o para reduzir a c o n t a m i n a ç ã o de corpos receptores (rios, lagos, a ç u d e s , e t c ) , minimizando assim impactos ambientais (por exemplo a e u t r o f i z a ç ã o ) e d i s s e m i n a ç ã o de d o e n ç a s de v e i c u l a ç ã o hídrica.

Em geral o esgoto d o m é s t i c o é composto de 99,9% de água e 0 , 1 % de s ó l i d o s em s u s p e n s ã o e dissolvido ( M A R A , 1976; STEEL, 1966). Essa fração sólida é composta de material o r g â n i c o e i n o r g â n i c o classificados como s ó l i d o s v o l á t e i s e fixos, respectivamente ( S T E E L ,

1966). O material s ó l i d o s e d i m e n t á v e l submetido ao processo de d e c a n t a ç ã o origina o lodo de esgoto bruto, t a m b é m denominado Iodo p r i m á r i o , quando retido por decantadores p r i m á r i o s . Em e s t a ç õ e s que empregam o tratamento s e c u n d á r i o de esgotos, como lodos ativados e f i l t r a ç ã o b i o l ó g i c a , além do lodo p r i m á r i o , o processo produz lodo s e c u n d á r i o nos decantadores s e c u n d á r i o s .

2.2 - Lodos produzidos em estações de tratamento de

esgotos.

2.2.1 - Lodo resultante de e s t a ç õ e s convencionais de trata-mento p r i m á r i o do tipo Cabanga.

Em e s t a ç õ e s convencionais de tratamento p r i m á r i o , o esgoto bruto afluente é submetido ao processo de gradeamento para r e m o ç ã o de s ó l i d o s grosseiros e após a medição de v a z ã o é submetido ao desarenamento. O tratamento p r i m á r i o do esgoto bruto é c o n s t i t u í d o de unidades de tratamento preliminar (gradeamento e desarenamento) e de unidades de d e c a n t a ç ã o p r i m á r i a para r e m o ç ã o de s ó l i d o s s e d i m e n t á v e i s ,

além de unidades destinadas à d i g e s t ã o e d e s i d r a t a ç ã o do lodo gerado nos decantadores ( Figura 2.1 ) .

AFLUENTE ^ Z Z ^

GRADES

ESTAÇÃO CALHA CAIXA DE DECANTADOR ELEVATÓRIA PARSHALL AREIA PRIMÁRIO

DIGESTOR

LEITOS DE SECAGEM

Figura 2.1. Esquema de uma Estação de Tratamento de Esgotos Primária do tipo Cabanga - Recife ( PE ).

As grades s ã o dispositivos formados por barras m e t á l i c a s paralelas dispostas uma ao lado da outra com o mesmo e s p a ç a m e n t o entre elas. Geralmente constituem a primeira unidade de uma E s t a ç ã o de Tratamento e se destinam a reter s ó l i d o s grosseiros. A Calha Parshali permite a d e t e r m i n a ç ã o da v a z ã o afluente, e as caixas de areia se destinam a reter areia e outros detritos minerais inertes e pesados, como silte, que se encontram nos esgotos (AZEVEDO N E T T O , 1977). Essa r e m o ç ã o é n e c e s s á r i a para proteger equipamentos m e c â n i c o s contra a b r a s ã o , evitar a o b s t r u ç ã o de c a n a l i z a ç õ e s e para impedir a f o r m a ç ã o de d e p ó s i t o s de areia nos decantadores, digestores e t u b u l a ç õ e s (IMHOFF & I M H O F F , 1986).

A d e c a n t a ç ã o p r i m á r i a é realizada em tanques circulares, quadrados ou retangulares, de fundo inclinado ou chato e com p o ç o s de Iodo ( J O R D Ã O & PESSOA, 1975 ) . Esta d e c a n t a ç ã o tem como o b j e t í v o separar a fase líquida da sólida do esgoto. Os s ó l i d o s decantados originam o lodo p r i m á r i o que se acumula num p o ç o no fundo do tanque, de onde é encaminhado para posterior tratamento e d i s p o s i ç ã o ( H A M M E R , 1979). Esse tratamento consiste geralmente, na d i g e s t ã o a n a e r ó b i a seguida da d e s i d r a t a ç ã o em leitos de secagem.

2.2.2 - Lodo resultante do processo de f i l t r a ç ã o b i o l ó g i c a

A Figura 2.2. mostra um esquema de uma ETE que u t i l i z a a f i l t r a ç ã o biológica como tratamento s e c u n d á r i o . Os f i l t r o s b i o l ó g i c o s consistem em tanques rasos, circulares e de grandes d i â m e t r o s , cheios com brita ou cascalho ( H A M M E R , 1979 ) .

O esgoto afluente é submetido a uma d e c a n t a ç ã o p r i m á r i a onde ocorre a r e m o ç ã o dos s ó l i d o s s e d i m e n t á v e i s de maior d i m e n s ã o . O efluente do decantador é aplicado uniformemente, por meio de um distribuidor r o t a t i v o , na superfície do meio filtrante percolando a t r a v é s

dele. O contato c o n t í n u o do esgoto com o meio inerte faz com que ele fique revestido por uma fina película c o n s t i t u í d a de b a c t é r i a s , fungos e p r o t o z o á r i o s que se alimentam de m a t é r i a o r g â n i c a do esgoto. O efluente do f i l t r o é e n t ã o submetido a uma d e c a n t a ç ã o s e c u n d á r i a para r e m o ç ã o dos s ó l i d o s c o n s t i t u í d o s de frações de lodo b i o l ó g i c o desprendidos no meio filtrante. Parte desse lodo é recirculada e a outra é submetida a tratamento juntamente com o lodo produzido no decantador p r i m á r i o ( H A M M E R , 1979). O tratamento do lodo resultante desse tipo de e s t a ç ã o pode ser realizado ou a t r a v é s de d i g e s t ã o a n a e r ó b i a seguida de secagem em leitos ou espalhamento no solo, ou de filtração a v á c u o seguida de aterro s a n i t á r i o ( H A M M E R , 1979). Esses m é t o d o s de tratamento de lodo são ilustrados esquematicamente na Figura 2.3.

2.2.3 - Lodo resultante do processo de lodo ativado

O sistema de lodo ativado é composto basicamente de um reator e um decantador operando em série. O lodo ativado, que segundo V A N H A A N D E L & L E T T I N G A (1994) é formado principalmente por microorganismos vivos que constituem uma parte dos s ó l i d o s o r g â n i c o s do lodo, é misturado com á g u a s r e s i d u á r i a s sob a e r a ç ã o m e c â n i c a . Essa a e r a ç ã o fornece o o x i g é n i o n e c e s s á r i o ao metabolismo dos microorga-nismos presentes nos flocos do lodo e facilita a mistura do esgoto e lodo. No decantador ocorre a s e p a r a ç ã o da fase s ó l i d a da líquida.

A Figura 2.4 mostra um esquema de uma e s t a ç ã o de tratamento de esgoto com u t i l i z a ç ã o do processo de lodo ativado, de acordo com STEEL ( 1966 ) . Segundo esse autor, o esgoto bruto é submetido a uma p r é - s e d i m e n t a ç ã o com o objetivo de diminuir o excesso de lodo, antes de seguir para o e s t á g i o de a e r a ç ã o . Esta etapa é seguida por uma s e p a r a ç ã o de s ó l i d o s ( d e c a n t a ç ã o s e c u n d á r i a ) de onde parte do lodo

obtido é recirculado para ser misturado com o esgoto no tanque de a e r a ç ã o , e a outra f r a ç ã o , o lodo de excesso, passa por um tratamento. Este consiste geralmente na d i g e s t ã o a e r ó b i a ou a n a e r ó b i a ( V A N H A A N D E L & L E T T I N G A , 1994) seguida de d e s i d r a t a ç ã o em leitos de secagem e d i s p o s i ç ã o f i n a l . O efluente liquido do decantador s e c u n d á r i o pode ser l a n ç a d o em um corpo receptor ou retornado ao início do processo.

Outras alternativas para processamento dos lodos gerados em sistemas de lodos ativados são mostradas na Figura 2.5.

Afluente Métodos Alternativos Adição de Condicionantes Químicos

•Retomo para o Afluente

Liquido* Drenado

Aterro

Figura 2.3 - Métodos de tratamento de Iodo gerado em estações que utillizam a filtração biológica (HAMMER, 1979)

Afluente _{Tanque de}

Pré- Sedimentação Tanque de _{Aeração Decantação} Tanque de

Efluente

Lodo Digerido para Leitos de Secagem

F i g u r a 2.4 - Esquema de uma E T E tratamento s e c u n d á r i o por d i g e s t ã o a n a e r ó b i a

que utiliza Iodo ativado como e realiza o tratamento do lodo ( S T E E L , 1966).

A f l u e n t e

Opcional

t I

E f l u e n t e T Lagoas de Cinzas

gura 2.5 - M é t o d o s alternativos de tratamento de lodo de e s t a ç õ e s de lodo ativado ( H A M M E R , 1979).

4

2.3 - Tipos e c a r a c t e r i z a ç ã o de lodos gerados em E T E s

2.3.1 - Lodo resultante do tratamento p r i m á r i o

2.3.1.1 - Lodo p r i m á r i o

Os lodos gerados em decantadores p r i m á r i o s a t r a v é s de s e d i m e n t a ç ã o do esgoto bruto constituem os lodos p r i m á r i o s e são também denominados lodos brutos, crus ou frescos ( A Z E V E D O N E T T O ,

1977).

São lodos a n a e r ó b i o s de c o l o r a ç ã o parda e odor bastante d e s a g r a d á v e l ( A Z E V E D O N E T T O , 1977; IMHOFF & I M H O F F , 1986; M E T C A L F & E D D Y , 1991). A percentagem de s ó l i d o s totais secos varia

de 2 a 8%, sendo que 60-80% desses corresponde à fração v o l á t i l ( M E T C A L F & E D D Y , 1991). A umidade geralmente é elevada com valores de 95,0 - 97,5% ( AZEVEDO N E T T O , 1977 ) , de 94-96% (

STEEL, 1966 ) e de 95% ( H A R D E N B E R G H , 1960). O pH varia entre 5 e 8 ( M E T C A L F & E D D Y , 1991) e a c o n c e n t r a ç ã o de n i t r o g é n i o t o t a l é de aproximadamente 4500 m g / l (AZEVEDO NETTO & HESS, 1970 citados por A M O R I M et a i . , 1981).

A d i g e s t ã o para esse tipo de lodo é n e c e s s á r i a para converter o lodo bruto num material mais estável e de fácil d e s i d r a t a ç ã o em leitos de_ secagem.

2.3.2 - Lodo resultante do tratamento s e c u n d á r i o

2.3.2.1 - Lodo ativado

O lodo ativado consiste de flocos que apresentam na sua estrutura uma p o p u l a ç ã o de b a c t é r i a s a e r ó b i a s , p r o t o z o á r i o s e fungos, além de material o r g â n i c o e i n o r g â n i c o . Segundo M E T C A L F & E D D Y

(1991), o lodo ativado é relativamente livre de odores quando fresco mas pode tornar-se s é p t i c o quando armazenado sem a e r a ç ã o . Tem c o l o r a ç ã o parda, a p a r ê n c i a floculenta e o teor de s ó l i d o s totais é baixo (0,83 a 1,16%), com a fração v o l á t i l variando entre 59 e 88%. Segundo AZEVEDO NETTO (1977) o teor de umidade varia entre 98,5 e 99,5% podendo atingir, às vezes, valores mais elevados. P o r é m , L I N S L E Y & F R A N Z I N I (1964) citam a faixa de 98 a 99%. A faixa de v a r i a ç ã o de pH é de 6,5 a 8,0 ( M E T C A L F & E D D Y , 1991) e a c o n c e n t r a ç ã o de n i t r o g é n i o t o t a l é de aproximadamente 6.200 m g / l ( A Z E V E D O NETTO & HESS, 1970 citados por A M O R I M et aJ., 1981).

Quanto à secagem, as p a r t í c u l a s finas e dispersas dificultam sua d e s i d r a t a ç ã o em leitos de secagem, a menos que haja um p r é v i o condicionamento q u í m i c o .

2.3.2.2 - Lodo de f i l t r a ç ã o b i o l ó g i c a

O lodo s e c u n d á r i o resultante do processo de f i l t r a ç ã o b i o l ó g i c a é, t a m b é m , denominado de húmus ( H A R D E N B E R G H , 1960). Quando fresco o odor n ã o é ofensivo e a c o l o r a ç ã o é parda ( A Z E V E D O N E T T O , 1977; M E T C A L F & E D D Y , 1991). A a p a r ê n c i a é floculenta e a umidade varia de 92 a 95% (AZEVEDO N E T T O , 1977) e de 96 a 97% (STEEL, 1966). Ainda de acordo com esse ú l t i m o , as f r a ç õ e s v o l á t e i s variam de 45 a 70%.

A Z E V E D O NETTO (1977) afirma que em algumas i n s t a l a ç õ e s , esse tipo de lodo é encaminhado diretamente aos leitos para secagem, p o r é m , H A M M E R (1979) sugere a d i g e s t ã o a n a e r ó b i a e a f i l t r a ç ã o a v á c u o como m é t o d o s alternativos de tratamento de lodo, seguidas de secagem em leitos ou espalhamento no solo e aterro s a n i t á r i o .

2.3.3 - Lodo digerido

O lodo digerido é o resultado da e s t a b i l i z a ç ã o a e r ó b i a ou a n a e r ó b i a do lodo cru. O lodo digerido anaerobicamente apresenta c o l o r a ç ã o escura e quando recente tem cheiro de a l c a t r ã o ( A Z E V E D O N E T T O , 1977; STEEL, 1966). A percentagem de s ó l i d o s totais secos é de 6 a 12% e os s ó l i d o s v o l á t e i s representam 30 a 60% dessa m a t é r i a sólida ( M E T C A L F & E D D Y , 1991). O teor de umidade depende do tempo de d i g e s t ã o e do t i p o de lodo. STEEL (1966) afirma que nos lodos p r i m á r i o s bem digeridos este teor é de 88 a 94%. No entanto, A Z E V E D O NETTO (1977) cita para esse tipo de lodo um teor de umidade de 87%. O pH no lodo digerido varia de 6,5 a 7,5 ( M E T C A L F & E D D Y , 1991) e a c o n c e n t r a ç ã o de n i t r o g é n i o total é de aproximadamente 2.200 mg/l ( A Z E V E D O NETTO & HESS, 1970 citados por A M O R I M et a i , 1981). A N D R E O L I et § 1 (1994) afirmam que 25 a 50% do n i t r o g é n i o contido no lodo digerido corresponde à f r a ç ã o amoniacal resultante do processo de d e c o m p o s i ç ã o da m a t é r i a o r g â n i c a presente no lodo cru.

2.4 - Digestão anaeróbia de lodo

A d i s p o s i ç ã o do lodo de esgoto sem tratamento pode ter como c o n s e q u ê n c i a a p o l u i ç ã o do solo e de recursos h í d r i c o s constituindo-se num problema de ordem e s t é t i c a , p ú b l i c a e ambiental (SOUZA et a l . .

1993).

A d i g e s t ã o a n a e r ó b i a do lodo fresco é empregada para reduzir e estabilizar a m a t é r i a o r g â n i c a presente, diminuir o n ú m e r o de organismos p a t o g ê n i c o s , reduzir o volume-de lodo a ser manipulado, facilitar a sua d e s i d r a t a ç ã o , etc. ( A Z E V E D O N E T T O , 1977).

Esse processo de e s t a b i l i z a ç ã o b i o l ó g i c a de simplificado em dois e s t á g i o s sucessivos, de acordo com

lodo pode ser a Figura 2.6. MATÉRIA ORGÂNICA le estágio ÁCIDOS ORGÂNICOS 2- estágio MATÉRIA ORGÂNICA le estágio ÁCIDOS ORGÂNICOS 2- estágio METANO E DIÓXIDO DE CARBONO MATÉRIA ORGÂNICA W ÁCIDOS ORGÂNICOS METANO E DIÓXIDO DE CARBONO bactérias formadoras de ácidos bactérias formadoras de metano

Figura 2.6 - Esquema simplificado da digestão anaeróbia de Iodo de esgoto.

Na primeira etapa, as b a c t é r i a s a n a e r ó b i o - f a c u l t a t i v a s atacam as s u b s t â n c i a s o r g â n i c a s complexas a t r a v é s de mecanismos combinados de h i d r ó l i s e e f e r m e n t a ç ã o e convertem p r o t e í n a s , carboidratos e gorduras em á c i d o s o r g â n i c o s , principalmente á c i d o a c é t i c o e p r o p i ô n i c o (SAWYER & M c C A R T Y , 1967). No segundo e s t á g i o , as b a c t é r i a s denominadas m e t a n o g ê n i c a s são as r e s p o n s á v e i s pela e s t a b i l i z a ç ã o da m a t é r i a o r g â n i c a e transformam, em c o n d i ç õ e s a n a e r ó b i a s , os á c i d o s o r g â n i c o s resultantes do primeiro e s t á g i o em metano e d i ó x i d o de carbono, de acordo com as e q u a ç õ e s 2.1 e 2.2 (de O L I V E I R A , 1983). C H3C H2C O O H + '/2 H , 0 f e r m e n t a ç ã o r C H 3 C O O H + % C 02 + % C H4 á c i d o p r o p i ô n i c o i c i d o a c é l i c o E q u a ç ã o 2.1 r M , r O O H f e r m e n t a ç ã o » C H4 .+ C 02 á c i d o a c é l i c o metano d i ó x i d o de c a r b o n o E q u a ç ã o 2.2

2.4.1 - Fatores que influenciam na d i g e s t ã o a n a e r ó b i a

2.4.1.1 - Temperatura

OSWALD (1968), citado por de O L I V E I R A (1983), classifica os valores de temperatura em m í n i m o , ótimo e máximo para os dois e s t á g i o s do processo de d i g e s t ã o a n a e r ó b i a como sendo, respec-tivamente, 4, 25 e 40°C para o primeiro e s t á g i o e de 15, 32 e 40°C para o segundo e s t á g i o .

A Tabela 2.1 apresenta o p e r í o d o de d i g e s t ã o em função da temperatura do processo. Na p r á t i c a , a faixa de temperatura utilizada para a d i g e s t ã o a n a e r ó b i a está compreendida entre 3 0 e 3 5°C (AZEVEDO NETTO, 1977; H A M M E R , 1979; STEEL, 1966; V A N H A A N D E L & L E T T I N G A , 1994; JORDÃO & PESSOA, 1975). Porém METCALF & EDDY (1991) citam que as faixas de temperatura ótimas são a mesofílica (30-38°C) e a termofílica (49-57°C).

V A N H A A N D E L & L E T T I N G A (1994) relatam ainda que o valor da temperatura do esgoto (ou lodo) a ser digerido depende do clima da região onde ele é produzido, mas geralmente apresenta um valor de temperatura abaixo do valor ótimo para a digestão anaeróbia.

Tabela 2.1 - Influência da temperatura sobre o período de digestão anaeróbia.

TEMPERATURA (°C ) 8 10 15 20 25 30 20 25 30 35

PERÍODO DE DIGESTÃO (d) 120 90 60 45 30 27 45 35 30 25

TIPO DE DIGESTÃO MESÓHLA MESÓHLA

2.4.1.2 - pH e capacidade de t a m p o n a ç ã o

B A B B I T T & B A U M A N N (1958) citam como s a t i s f a t ó r i a para a d i g e s t ã o a n a e r ó b i a a faixa de pH entre 7,0 e 8,0, no entanto, V A N H A A N D E L & L E T T I N G A (1994) citam como ótima a faixa de 6,5 a 7,5, com valores em torno do neutro. Tanto o valor como a estabilidade do pH no reator a n a e r ó b i o são muito importantes, uma vez que as b a c t é r i a s m e t a n o g ê n i c a s são mais s e n s í v e i s a v a r i a ç õ e s de p H do que as a c i d o g ê n i c a s , e, segundo estes ú l t i m o s , a taxa de m e t a n o g ê n e s e diminui rapidamente em valores inferiores a 6,3 ou superiores a 7,8.

As s u b s t â n c i a s tamponadoras de maior interesse para a d i g e s t ã o a n a e r ó b i a são os bicarbonatos que, em equilíbrio com o á c i d o c a r b ó n i c o , tendem a regular a c o n c e n t r a ç ã o de íons h i d r o g é n i o , de acordo com as e q u a ç õ e s abaixo ( S A W Y E R & M c C A R T Y , 1967):

H2C 03 s > H + H C 03"

E q u a ç ã o 2.3

k i =

rH+ir Hcori

[ H2C 03]

E q u a ç ã o 2.4

O segundo e s t á g i o da d i g e s t ã o deve se desenrolar paralelamente ao primeiro, a fim de que seja mantida a r e a ç ã o alcalina. Quando isso n ã o acontece, os á c i d o s o r g â n i c o s produzidos no primeiro e s t á g i o se acumulam no digestor e destroem a alcalinidade produzida pelos bicarbonatos, aumentando a c o n c e n t r a ç ã o de g á s c a r b ó n i c o ( E q u a ç ã o 2.5).

^ R - COO" + H20 + C 02

E q u a ç ã o 2.5

Se a c o n c e n t r a ç ã o de bicarbonatos diminuir a valores abaixo de 1000 mg C a C O í / l , o p H diminui muito rapidamente em função da a c u m u l a ç ã o de á c i d o s o r g â n i c o s (SAWYER & M c C A R T Y , 1967). Nesse caso faz-se n e c e s s á r i a a c o r r e ç ã o com a adição de álcalis para manter o pH p r ó x i m o do valor f a v o r á v e l à d i g e s t ã o .

A a m ó n i a , resultante da d e g r a d a ç ã o de compostos nitrogenados, também funciona como agente tamponador (de O L I V E I R A , 1983), de acordo com a e q u a ç ã o abaixo:

N H3 + H20 =* N H4 ++ OH"

E q u a ç ã o 2.6

2.4.2 - D i g e s t ã o a n a e r ó b i a em dois e s t á g i o s

A d i g e s t ã o em dois e s t á g i o s emprega dois digestores, normalmente de mesma d i m e n s ã o operando em série. No primeiro tanque ocorre a d i g e s t ã o mais ativa e o segundo, em geral, é empregado para armazenamento e adensamento do material bastante digerido, promovendo a melhor qualidade do sobrenadante ( M E T C A L F & E D D Y ,

1991). O primeiro digestor, geralmente, é provido de dispositivos para mistura completa e de aquecimento (depend-endo do clima local) com o objetivo de otimizar a d e c o m p o s i ç ã o b i o l ó g i c a , enquanto o segundo

R - C + H C O 3

digestor é mantido sem aquecimento e sem a g i t a ç ã o ( A Z E V E D O N E T T O , 1977).

Fatores como a capacidade da e s t a ç ã o de tratamento, m é t o d o de d i s p o s i ç ã o final do l o d o , capacidade de armazenamento n e c e s s á r i a e c o n d i ç õ e s c l i m á t i c a s , determinam o uso da d i g e s t ã o em dois e s t á g i o s ou da d i g e s t ã o convencional de apenas um e s t á g i o . Em e s t a ç õ e s de grande porte que operam com um grande n ú m e r o de digestores, a o p e r a ç ã o em s é r i e frequentemente fornece a melhor u t i l i z a ç ã o da capacidade do digestor ( H A M M E R , 1979). Nesse caso, o lodo efluente do digestor s e c u n d á r i o é, periodicamente, removido para d e s i d r a t a ç ã o e d i s p o s i ç ã o .

2.5 - Processos de secagem

O p r o p ó s i t o da d e s i d r a t a ç ã o do lodo digerido é reduzir o seu teor de umidade a um grau adequado para sua d i s p o s i ç ã o f i n a l . Essa d e s i d r a t a ç ã o promove uma r e d u ç ã o do seu volume original e, consequentemente os custos com tratamento posterior e transporte ( I D E , 1994).

Os processos de secagem empregam o mecanismo da secagem jnatural (lagoas de secagem de lodo e leitos de secagem) e mecanismos

•iartificiais (filtros-prensa, f i l t r o s rotativos a v á c u o e c e n t r í f u g a s ) .

2.5.1 - Secagem n a t u r a l

2.5.1.1 - Lagoas de secagem de Iodo

As lagoas de secagem de lodo são unidades que realizam a r e m o ç ã o de umidade do lodo digerido a t r a v é s de p e r c o l a ç ã o (por isto devem possuir um sistema de drenagem para evitar a c o n t a m i n a ç ã o de á g u a s s u b t e r r â n e a s ) e e v a p o r a ç ã o . Essas lagoas t ê m finalidade e

funcionamento i d ê n t i c o s aos leitos de secagem, diferenciando-se no dimensionamento, detalhes construtivos e o p e r a ç ã o ( S T E E L , 1966).

De acordo com o p e r í o d o de secagem, as lagoas são classificadas em t e m p o r á r i a s e permanentes. Nas lagoas t e m p o r á r i a s o lodo é retirado após a secagem para d i s p o s i ç ã o final, enquanto nas lagoas permanentes a r e m o ç ã o do lodo não é o b r i g a t ó r i a , embora este possa ser retirado após v á r i o s anos de a p l i c a ç ã o ( J O R D Ã O & PESSOA,

1975 ) .

Algumas vantagens desse processo de secagem s ã o a simplicidade de o p e r a ç ã o , a flexibilidade e a a d e q u a ç ã o para e s t a ç õ e s de qualquer capacidade, e algumas desvantagens são a possibilidade de poluir á g u a s s u b t e r r â n e a s e e x a l a ç ã o de odores, caso o lodo n ã o esteja completamente digerido.

2.5.1.2 - L e i t o s de secagem

São unidades empregadas em ETEs de pequeno e médio portes, especialmente quando há disponibilidade de grandes á r e a s para sua c o n s t r u ç ã o ( D A L T R O F I L H O et ai.., 1994). São tanques retangulares, em geral com d i m e n s õ e s de 6 a 9 metros de largura, a t é 38 metros de comprimento e de 30,0 a 37,5 c e n t í m e t r o s de profundidade ( S T E E L , 1966). A á r e a n e c e s s á r i a para os leitos de secagem de lodo depende das c o n d i ç õ e s climáticas da r e g i ã o , da p o p u l a ç ã o e do tipo de tratamento que f o i aplicado ao lodo ( A Z E V E D O N E T T O , 1977). Na Tabela 2.2 são listados coeficientes per capita de área requerida para a secagem de lodo de diferentes tipos de ETEs.

As unidades constituintes de um leito de secagem são o tanque de armazenamento, a camada drenante e a cobertura, sendo essa ú l t i m a opcional. Nos p a í s e s de clima temperado onde há grande p r e c i p i t a ç ã o de neve, adotam-se telhas transparentes para a cobertura ( J O R D Ã O & PESSOA, 1975).

Os tanques de armazenamento geralmente são de forma retangular c o n s t r u í d o s com paredes de alvenaria ou concreto ( J O R D Ã O & PESSOA, 1975).

A camada drenante é c o n s t i t u í d a de uma camada suporte, meio filtrante e sistema de drenagem. A camada suporte tem por finalidade uniformizar a espessura da lâmina de lodo no l e i t o , evitar que o lodo se misture com a areia do meio filtrante, facilitar a r e m o ç ã o do lodo seco e evitar a f o r m a ç ã o de buracos no leito após a retirada do material seco. Essa camada é, normalmente, feita com tijolos dispostos de acordo com a Figura 2.7, assentados com cerca de 2 a 3 c e n t í m e t r o s de d i s t â n c i a um do outro e rejuntados com areia grossa ( J O R D Ã O & PESSOA, 1975).

Tabela 2.2 - Á r e a s per capita requeridas para leitos de secagem em diferentes tipos de e s t a ç õ e s de tratamento de esgotos.

P R O C E S S O Á R E A D O S L E I T O S ( ra2 / hab ) T R A T A M E N T O PRIMÁRIO 0,05 0,09 FILTRAÇÃO BIOLÓGICA 0,08 0,15 L O D O A T I V A D O 0,15 0,28 F O N T E I M H O F F & I M H O F F ( 1986 ) * A Z E V E D O N E T T O C 1977 )

* Estes dados se referem a 8-9 descargas de lodo por ano, com espessura de 25 cm de lâmina de lodo l í q u i d o no leito.

Figura 2.7 - D i s p o s i ç ã o dos tijolos da camada suporte de leitos de secagem ( J O R D Ã O & P E S S O A , 1975).

De acordo com J O R D Ã O & PESSOA (1975), o meio filtrante é c o n s t i t u í d o de t r ê s camadas de britas. A camada superior de 75 mm de espessura c o n s t i t u í d a de britas de d i â m e t r o s m é d i o s variando de 1/16" (1,6 mm) a 1/4" (6,4 mm), a camada i n t e r m e d i á r i a de 50 mm de espessura com britas de d i â m e t r o s m é d i o s variando de 1/4" (6,4 mm) a 7/8" (22,2 mm), e a ú l t i m a de espessura v a r i á v e l , o n e c e s s á r i o para formar uma camada em n í v e l , com espessura total mínima de 150 mm e diâmetro médio variando de 3/4" (19 mm) a 2" (50,8 mm) (Figura 2.8). Por sua vez, V A N H A A N D E L & L E T T I N G A (1994) citam que os leitos são c o n s t i t u í d o s de camadas estratificadas de areia e cascalho com d i â m e t r o s aumentando de 1 mm na superfície até 25 mm no fundo, e espessura de 300 mm e 600 mm, respectivamente.

A camada superior de brita é recoberta com uma de areia grossa para evitar que o lodo percole a t r a v é s das britas e para facilitar o assentamento, em n í v e l , dos tijolos da camada suporte.

O sistema de drenagem do leito é c o n s t i t u í d o de t u b u l a ç õ e s dispostas no fundo dos tanques, abaixo do meio filtrante, destinado a coletar o líquido percolado a t r a v é s das camadas superiores de areia e brita. Para facilitar a m a n u t e n ç ã o e o acesso a essas t u b u l a ç õ e s , o sistema de drenagem deve convergir para fora dos tanques, p r ó x i m o às suas paredes laterais.

A o p e r a ç ã o de secagem se inicia com a descarga para o leito do lodo digerido l í q u i d o armazenado no fundo do digestor. A lâmina de lodo líquido no leito deve ter aproximadamente 20 (vinte) c e n t í m e t r o s (IMHOFF & I M H O F F , 1986). Ao longo do p e r í o d o de secagem esta espessura diminui devido a drenagem e e v a p o r a ç ã o da á g u a intersticial do lodo.

JORDÃO & PESSOA (1975) citam que, dependendo do clima da r e g i ã o , um lodo p o d e r á ser removido do. leito após um p e r í o d o que varia de 20 a 40 dias com valores de umidade entre 60 e 70%. No entanto, ECKENFELDER (1970) cita o teor de umidade final para o

lodo de 50 a 70% e não especifica o p e r í o d o de secagem. Já D A L T R O F I L H O e i af. (1994) dizem que não existe qualquer e s p e c i f i c a ç ã o quanto ao teor de umidade final do lodo seco nem quanto ao seu p e r í o d o de secagem, embora existam algumas r e c o m e n d a ç õ e s . De acordo com K A M I Y A M A e i aL (1988) a elevada umidade do ar e o alto índice p l u v i o m é t r i c o são fatores que dificultam o processo de secagem do lodo. Esses autores relatam ainda que o lodo digerido aerobicamente é de difícil secagem em_ leitos. de_yjdq_à . p r e s e n ç a de crostas rijas que se formam na superfície e dificultam a e v a p o r a ç ã o , da água intersticial do lodo que se encontra nas camadas abaixo da crosta.

1 brita 1,6 mm a 6,4 mm: 75 mm brita 6,4 mm a 22,2 mm: 50 mm Tijolos e Areíão Telha Drenante brita 19 mm a 50,8 mm: o necessário Canal de Drenagem

7

Figura 2.8 - Camada drenante dos leitos de secagem Fonte: J O R D Ã O & P E S S O A (1975).

2.5.2 - Secagem artificial

2.5.2.1 - F i l t r o s - p r e n s a

Os filtros-prensa são filtros de p r e s s ã o c o n s t i t u í d o s por uma série de placas verticais de ferro geralmente com d i m e n s õ e s de 0,8 m x 0,8 m a t é 1,5 m x 1,5 m. Cada f i l t r o pode ter de 20 a 100 placas revestidas individualmente com tela filtrante em ambas as faces. O lodo é introduzido entre as placas a t r a v é s de uma bomba e mantido sob p r e s s ã o crescente (que pode atingir 15 kgf/cm2 ou mais) durante um

p e r í o d o de 30 ( t r i n t a ) minutos a 2 (duas) horas. O l í q u i d o i n t e r s t i c i a l atravessa as telas filtrantes e é encaminhado à entrada da e s t a ç ã o de tratamento. A torta de lodo produzida é removida com umidade em torno de 40-50% ( A Z E V E D O N E T T O , 1977). Já IMHOFF & I M H O F F (1986) citam uma r e d u ç ã o de umidade do lodo de 95 para 65% e relatam que uma bomba operando por um p e r í o d o de 1 a 2 horas com p r e s s ã o entre 6 e 8 atm, pode reduzir o volume do lodo a um sétimo do o r i g i n a l .

As grandes vantagens dos filtros-prensa são o baixo teor de umidade final do lodo (40-50%) e o pequeno volume final de lodo seco que, em geral, saí da prensa com espessura variando de 2 a 3 c e n t í m e t r o s . P o r é m , geralmente se faz n e c e s s á r i o um p r é - t r a t a m e n t o do lodo com o objetivo de melhorar sua permeabilidade ( A Z E V E D O N E T T O , 1977). Este p r é - t r a t a m e n t o é realizado a t r a v é s do uso de um

condicionante químico (p. e. cloreto f é r r i c o ) que proporciona a f l o c u -l a ç ã o do -lodo e faci-lita a sua d e s i d r a t a ç ã o .

2.5.2.2 - Filtros rotativos a v á c u o

Os f i l t r o s a v á c u o são tambores rotativos de movimento lento (variando de 1/8 a 1 rpm) cujo contorno é revestido com uma tela

filtrante. O tambor, dividido internamente em compartimentos que são submetidos a v á c u o , é mergulhado parcialmente em uma cuba contendo o Iodo l í q u i d o . A e x t r a ç ã o da á g u a é realizada a t r a v é s do v á c u o que aspira o lodo, sugando a á g u a i n t e r s t i c i a l , durante a r o t a ç ã o do tambor, para dentro do mesmo. A t o r t a de lodo fica retida sobre a tela filtrante de onde é retirada posteriormente ( A Z E V E D O N E T T O , 1977). O teor de umidade final do lodo nesse processo varia entre 72 e 78% (Tabela 2.3).

A área ocupada por este equipamento é de aproximadamente um milésimo da área destinada a leitos de secagem, porém a r e d u ç ã o de umidade é menos eficiente. No entanto, no caso de e s t a ç õ e s onde a área disponível é pequena ou no caso em que o lodo tenha r e s í d u o s industriais ou outros constituintes que dificultam a secagem natural, os filtros a v á c u o podem ser utilizados em s u b s t i t u i ç ã o aos leitos de secagem. ( A Z E V E D O N E T T O , 1977).

Da mesma forma que nos filtros-prensa, nos filtros r o t a t i v o s a v á c u o existe a necessidade de um p r é - t r a t a m e n t o do lodo a t r a v é s de coagulantes químicos (ex.: cloreto f é r r i c o ) para facilitar sua desi-d r a t a ç ã o a t r a v é s desi-da c o a g u l a ç ã o desi-de p a r t í c u l a s coloidesi-dais ( A Z E V E D O N E T T O , 1977).

Tabela 2.3 - Percentagem de umidade resultante do uso de filtros rotativos para diferentes tipos de lodos.

O R I G E M DO L O D O D I G E R I D O U M I D A D E D O L O D O R E S U L T A N T E ( % )

T R A T A M E N T O PRIMÁRIO 72

F I L T R O S BIOLÓGICOS 74

L O D O S A T I V A D O S 78

2.5.2.3 - C e n t r í f u g a s

A c e n t r í f u g a é um tambor rotativo cilíndrico e s e ç ã o c ó n i c a numa das extremidades. O lodo é introduzido na parte central a t r a v é s de um tubo e mantido contra as paredes do tambor pela ação da força c e n t r í f u g a . Dentro do tambor existe um parafuso transportador que remove os s ó l i d o s separados pela c e n t r i f u g a ç ã o para a extremidade c ó n i c a do mesmo. Do lado oposto é descarregado o l í q u i d o intersticial do lodo, que não escoa para a seção cónica devido à diferença de altura entre as duas extremidades, de acordo com a Figura 2.9 ( A Z E V E D O N E T T O , 1977).

t V v y \ / y V l o d o

líquido intersticial

Figura 2.9 - C e n t r í f u g a ( modificado de H A M M E R , 1979)

O processo de c e n t r i f u g a ç ã o não produz um lodo seco mas um lodo mais concentrado com umidade final entre 80 e 85% (ECKENFELDER, 1970), e por isso é mais apropriada ao adensamento do lodo bruto antes de e n v i á - l o aos digestores do que para a secagem, uma vez que esse é o m é t o d o menos eficiente dos processos de secagem.

2.6 - D i s p o s i ç ã o final do lodo

Existem diversas o p ç õ e s para a d i s p o s i ç ã o final dos lodos de esgoto. No entanto, a necessidade de dispor os lodos de forma e c o n ó m i c a e segura do ponto de vista s a n i t á r i o e ambiental, pode restringir o uso de algumas dessas p r á t i c a s . Na Europa são feitas s é r i a s

*

r e s t r i ç õ e s aos processos de i n c i n e r a ç ã o e aterramento, e a partir de 1998, em todas as cidades com p o p u l a ç ã o superior a 10.000 habitantes,

a p r á t i c a de d i s p o s i ç ã o de lodo no mar será proibida ( S T E N T I F O R D & PEREIRA NETO, 1993; S I M O N & TEDESCO, 1993).

2.6.1 - I n c i n e r a ç ã o

Na i n c i n e r a ç ã o os lodos secos são calcinados em fornos a altas temperaturas, geralmente entre 700 e 900°C (AZEVEDO N E T T O , 1977). Nos fornos verticais de prateleiras, o lodo seco é introduzido na parte superior e é empurrado a t r a v é s de b r a ç o s g i r a t ó r i o s ligados a um eixo vertical passando pelo centro do forno, caindo sucessivamente sobre as prateleiras, de cima para baixo em contracorrente com o ar aquecido. As cinzas resultantes são inertes, não apresentam valor fertilizante e praticamente nenhum efeito condicionador do solo. Podem ser dispostas em aterros ou espalhadas sobre o solo sem p r e o c u p a ç õ e s de ordem s a n i t á r i a ( A Z E V E D O N E T T O , 1977).

As vantagens desse processo são a eliminação de todos os microorganismos e de toda a m a t é r i a o r g â n i c a , além da máxima r e d u ç ã o de volume de lodo seco. No entanto, existem r e s t r i ç õ e s com r e l a ç ã o a e m i s s ã o de gases de d i ó x i d o de enxofre, ó x i d o s de n i t r o g é n i o , m o n ó x i d o de carbono e d i ó x i d o de carbono, que causam problemas de p o l u i ç ã o a t m o s f é r i c a (EPA, 1975).

2.6.2 - Aterro s a n i t á r i o

A Z E V E D O NETTO (1977) relata que os aterros s a n i t á r i o s são usados para d i s p o s i ç ã o final de lodos brutos ou digeridos, l í q u i d o s ou secos. No entanto, H A M M E R (1979) recomenda o aterro s a n i t á r i o para d i s p o s i ç ã o final de Iodos brutos e digeridos desidratados e para as cinzas resultantes da i n c i n e r a ç ã o . Esse autor cita que as o p e r a ç õ e s b á s i c a s no aterro incluem o espalhamento, c o m p a c t a ç ã o e o cobrimento d i á r i o com terra.

As desvantagens apresentadas por esse tipo de d i s p o s i ç ã o de lodo são a possibilidade de c o n t a m i n a ç ã o de á g u a s superficiais e s u b t e r r â n e a s e os problemas de ordem e s t é t i c a (aspecto e cheiro) nos aterros que não são cobertos diariamente com terra ( H A M M E R , 1979, IMHOFF & I M H O F F , 1986).

2.6.3 - Uso do lodo não desidratado na compostagem de lixo

STENTIFORD & PEREIRA NETO (1993) definem a com-postagem com um processo b i o l ó g i c o , a e r ó b i o que consiste na p r o d u ç ã o de um composto o r g â n i c o a p a r t i r de uma mistura de r e s í d u o s s ó l i d o s ( l i x o urbano) com lodo de esgoto, sob c o n d i ç õ e s controladas de temperatura, umidade e o x i g e n a ç ã o . De acordo com PEREIRA NETTO (1989) citado por N Ó B R E G A (1991), esse processo necessita de água para que seja garantida a atividade microbiana e, consequentemente, a d e g r a d a ç ã o da m a t é r i a o r g â n i c a . Para IMHOFF & I M H O F F (1986), essa umidade n e c e s s á r i a à compostagem do lixo é fornecida pelo lodo de esgoto. Além disso, o lodo atua como inoculo de microorganismos que irão decompor a m a t é r i a o r g â n i c a do l i x o .

As vantagens da compostagem são a reciclagem do lodo de esgoto e do lixo urbano eliminando o problema de d i s p o s i ç ã o desses r e s í d u o s e a p r o d u ç ã o do composto o r g â n i c o . L A C A V A (1988) relata a p r o d u ç ã o média de 50 toneladas mensais desse composto na E s t a ç ã o Experimental de Biotecnologia de Novo Horizonte (SP) com uma tecnologia desenvolvida pela Companhia T e c n o l ó g i c a de Saneamento Ambiental de São Paulo (CETESB). Segundo OBENG & W R I G H T (1987) citados por N Ó B R E G A (1991), o composto formado bem maturado não apresenta odores e agentes contaminantes e, de acordo com STENTIFORD & P E R E I R A NETO (1993), pode ser utilizado na agricultura como fertilizante e condicionador dos solos, melhorando suas propriedades estruturais. PEREIRA NETO. (1989) apud N Ó B R E G A

(1991) cita, ainda, o uso do composto como m a t é r i a - p r i m a no processamento de fertilizantes industriais, em reflorestamento, parques, jardins, etc.

2.6.4 - Uso de lodo como fertilizante e condicionador do solo

A u t i l i z a ç ã o do lodo de esgoto na agricultura se deve ao fato de que esse lodo geralmente c o n t é m n i t r o g é n i o , fósforo e p o t á s s i o (fator N : P : K ) , m a t é r i a o r g â n i c a e micronutrientes (cobre, zinco, ferro, m a n g a n ê s ) f a v o r á v e i s à f e r t i l i z a ç ã o e condicionamento do solo ( A N D R E O L I et aj,, 1994; S I M O N & TEDESCO, 1993). Apesar do seu valor fertilizante, em r e l a ç ã o aos fertilizantes comerciais, o lodo é considerado pobre, e por isso a sua maior u t i l i z a ç ã o prende-se às suas propriedades de condicionador do solo, transformando a terra dura e argilosa em um material mais p e r m e á v e l , com um maior poder de r e t e n ç ã o de água ( A Z E V E D O N E T T O , 1977). No entanto, a p r e s e n ç a de organismos p a t o g ê n i c o s , metais pesados e alta salinidade no lodo pode restringir o seu uso a g r í c o l a , para que n ã o ocorra a c o n t a m i n a ç ã o do meio ambiente, a produtividade do solo n ã o seja reduzida e a qualidade das culturas para a l i m e n t a ç ã o n ã o seja comprometida. No caso específico de lodos d o m é s t i c o s , é n e c e s s á r i a uma maior a t e n ç ã o sobre a p r e s e n ç a de organismos p a t o g ê n i c o s ( S I M O N & TEDESCO, 1993). H À N E L (1988) apud I D E (1994) relata que o lodo de esgoto pode conter v í r u s , b a c t é r i a s , p r o t o z o á r i o s , helmintos e fungos p a t o g ê n i c o s o r i g i n á r i o s do esgoto bruto em d e c o r r ê n c i a da c o n t r i b u i ç ã o de descargas hospitalares, de s a n i t á r i o s , etc. Ainda de acordo com esse autor, os ovos de helmintos apresentam densidade maior que 1 (um), consequentemente 80% deles são eliminados na d e c a n t a ç ã o p r i m á r i a com um tempo de d e t e n ç ã o de 1,5 horas, e, portanto, passam a fazer parte da massa de lodo. A Tabela 2.4 apresenta outros processos de tratamento e suas eficiências na r e d u ç ã o e d e s t r u i ç ã o desses ovos.

Esses microorganismos associados ao Iodo aplicado aos solos a g r í c o l a s podem causar graves problemas de c o n t a m i n a ç ã o de plantas, além da d i s s e m i n a ç ã o de ovos v i á v e i s ou infectantes e outros p a t ó g e n o s , apresentando um perigo à s a ú d e humana. A s o b r e v i v ê n c i a dos ovos de Ascaris lumbricoides no solo é, normalmente, favorecida pelo f r i o , umidade e sombreamento do solo. A e x p o s i ç ã o ao sol e a d e s s e c a ç ã o reduzem consideravelmente o tempo de s o b r e v i v ê n c i a desses ovos. Segundo TORPEY et aL, 1984 apud I D E (1994), os ovos de Ascaris lumbricoides são d e s t r u í d o s quando submetidos a tratamento t e r m o f í l i c o . Uma e x p o s i ç ã o desses ovos a uma temperatura de 50°C por um p e r í o d o de 60 minutos ou a 55°C por um tempo de e x p o s i ç ã o de 7 minutos são suficientes para d e s t r u í - l o s . Além disso os processos a n a e r ó b i o s diminuem a viabilidade desses ovos.

A p r e s e n ç a de organismos p a t o g ê n i c o s requer cuidados no manuseio do lodo e a p r e s e n ç a de ovos de Ascaris lumbricoides restringe o seu uso, tornando-o inadequado em hortas e culturas de vegetais que sejam ingeridos crus.

AZEVEDO N E T T O , (1977) cita que o lodo seco em leitos de secagem, filtros a v á c u o , filtros-prensa e c e n t r í f u g a s c o n t é m uma quantidade significativa de organismos p a t o g ê n i c o s e não deve ser utilizado no cultivo de legumes e frutas que entram em contato com o solo. Pode ser empregado em gramados, parques, c e m i t é r i o s e outras á r e a s onde o contato direto com as pessoas é mínimo.

As altas c o n c e n t r a ç õ e s de metais pesados nos lodos s ã o , normalmente, resultantes de descarga de efluentes industriais. Outras fontes como atividades comerciais, c o r r o s ã o de t u b u l a ç õ e s , e t c , podem contribuir para aumentar essas c o n c e n t r a ç õ e s nos lodos ( I D E , 1994).

De acordo com A N D R E O L I et al_. (1994) entre os metais de pequeno risco e s t ã o a l u m í n i o , ferro, magnésio e cromo. O a n t i m ô n i o , a r s é n i o , m e r c ú r i o e s e l ê n i o são t a m b é m considerados de pequeno risco porque e s t ã o normalmente presentes no lodo em quantidades muito

pequenas. Os elementos de perigo significativo são o m o l i b d ê n i o , c á d m i o , n í q u e l , cobre e zinco, sendo o cádmio o de maior risco. As c o n c e n t r a ç õ e s limites de alguns metais no lodo para uso a g r í c o l a são mostradas na Tabela 2.5.

T A B E L A 2.4 - Processos de tratamento e seus efeitos sobre os ovos de Ascaris lumbricoides

O P E R A Ç Ã O U N I T Á R I A E F I C I Ê N C I A D E R E M O Ç Ã O

P R O C E S S O S D E R E M O Ç Ã O

Decantadores 80% dos ovos (depende das c o n d i ç õ e s ( p r i m á r i o e s e c u n d á r i o ) de o p e r a ç ã o )

Filtro b i o l ó g i c o 38% dos ovos (através da a g r e g a ç ã o dos ovos nos flocos b i o l ó g i c o s )

promove o desenvolvimento de ovos devido a aerobiose do processo.

P R O C E S S O S D E E S T A B I L I Z A Ç Ã O ( afetando o estado do ovo )

Digestores a n a e r ó b i o s Retarda o desenvolvimento do ovo devido a anaerobiose e promove a d e s t r u i ç ã o com o aumento da tempera-tura do processo.

Digestores a e r ó b i o s Favorece o desenvolvimento do ovo devido a o x i g e n a ç ã o e promove a d e s t r u i ç ã o com o aumento da tempera-tura.

Lodo ativado Promove o desenvolvimento do ovo devido a o x i g e n a ç ã o .

P R O C E S S O S D E D E S C O N T A M I N A Ç Ã O ( p o s s í v e l d e s t r u i ç ã o do ovo )

I n c i n e r a ç ã o >- 100% de d e s t r u i ç ã o F i l t r a ç ã o a V á c u o +~ nenhum efeito C e n t r i f u g a ç ã o >• nenhum efeito

Leitos de Secagem 100% de morte para um teor de umidade do lodo < 5%

Compostagem +• 100% eficaz se a massa de compostagem a l c a n ç a r 6 0 ° C

Como as c o n c e n t r a ç õ e s de metais pesados nos lodo geralmente são maiores do que nos solos, a u t i l i z a ç ã o a g r í c o l a do lodo pode aumentar essa c o n c e n t r a ç ã o e causar problemas de toxicidade para as plantas e saúde dos homens e animais (WEBBER et aL, 1984 apud I D E , 1994).

T A B E L A 2.5 - C o n c e n t r a ç õ e s limites (mg/kg) de metais pesados no Iodo de esgoto para u t i l i z a ç ã o na agricultura propostas pela Holanda a t é o ano 2000.

l . • C O N C E N T R A Ç Õ E S L I M I T E S ( mg / kg ) >r. . M E T A L : = i'i ' i, ( 1 Proposto-p"ara :-/ . -1992 - 1995 • 1995 - 2000 M E R C Ú R I O 3,5 0.75 C Á D M I O 3,5 1,25 N Í Q U E L 70 30 C O B R E 425 75 C R O M O 350 75 C H U M B O . . 300 100 Z I N C O 1400 300 F O N T E : D O E , 1989 apud S T E N T I F O R D & P E R E I R A N E T O , 1993.

A elevada salinidade apresentada por alguns todos de esgoto e s t á geralmente associada a c o n t r i b u i ç ã o da água do mar no sistema coletor de esgotos. Esta á g u a , de elevada salinidade, com condutividade e l é t r i c a - C.E.- em torno de 48 mmhos/cm ( M O L L E & C A D I E R , 1992), contribui com quantidades a p r e c i á v e i s de sais e compromete o uso a g r í c o l a do lodo. A u t i l i z a ç ã o do lodo salino pode promover a a b s o r ç ã o e a a c u m u l a ç ã o de certos í o n s em c o n c e n t r a ç õ e s elevadas no tecido vegetal, causando danos às culturas e reduzindo sua produtividade. Segundo AYERS & WESTCOT (1985) a magnitude desses danos às culturas depende da quantidade de íons absorvidos e da sensibilidade de cada cultura.

O m é t o d o mais usado para determinar a salinidade de um solo consiste em medir a condutividade e l é t n c a ( C E . ) do extrato de s a t u r a ç ã o do solo. Esta C E . tem r e l a ç ã o com a c o n c e n t r a ç ã o de sais solúveis e, portanto, com a salinidade da amostra ( D A K E R , 1976). A Tabela 2.6 mostra os diferentes tipos de solos, suas salinidades expressas a t r a v é s da C E . e sua influência para as culturas.

De acordo com D A K E R ( 1 9 7 6 ) , um solo é realmente considerado salino quando a C E . do extrato de s a t u r a ç ã o (liquido intersticial do solo) é superior a 4 mmhos/cm, a 25°C. De acordo com esse autor, as culturas que se desenvolvem nesse tipo de solo apresentam c a r a c t e r í s t i c a s como manchas, crescimento irregular, folhas com c o l o r a ç ã o verde-azulada intensa, etc. Nos solos classificados como muito fortemente salinos com C E . superior a 16 mmhos/cm (Tabela 2.6), p o u q u í s s i m a s culturas tolerantes se desenvolvem satisfatoria-mente. Algumas dessas culturas (por exemplo, algodoeiro, cevada, trigo e tamareira) resistem a elevados valores de salinidade. No entanto, nas culturas sensíveis o rendimento é afetado (Tabela 2.7). Na Tabela 2.8 BERNSTEIN (1964) apud C R U C I A N I (1986) mostra como a p r o d u ç ã o de algumas culturas é afetada em solos com elevada salinidade.

T A B E L A 2.6 - Teor de salinidade medido pela condutividade e l é t r i c a ( C E . ) no extrato de s a t u r a ç ã o do solo e sua i n f l u ê n c i a para as culturas.

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Ligeiramente 2 a 4 0 rendimento de plantas muito

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salinos afetado

D Fortemente 8 a 16 Somente as plantas tolerantes

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W Muito P o u q u í s s i m a s plantas tolerantes se

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TABELA 2.7 - Tolerâncias de algumas culturas à salinidade Tolerantes

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Algodão 27,0 Soja 10,0 Amendoim 6,6 Morango 4,0

Cevada 28,0 Abobrinha 15,0 Pimentão 8,6 Damasco 5,8

Italiana

T â m a r a 32,0 Trigo 20,0 Alface 9,0 Amora 6,0

Millho 10,0 Feijão 6,3

Arroz 11,0 Ameixa 7,1

Batata-doce 11,0 Cebola 7,4

Repolho 12,0 Laranja 8,0

Tomate 13,0 Cenoura 8,1

FONTE: Adaptado de MAAS & HOFFMAN ( 1977 ) e MAAS ( 1984 ) apud AYERS & WESTCOT (1985)

( 1 ) Salinidade máxima, expressa pela condutividade elétríca no extrato de saturação de solo, com a qual cessa o

T A B E L A 2.8 - T o l e r â n c i a de algumas culturas à salinidade .. 1' • 1 •• " • • - \ . C.K.<" com r e d u ç ã o da p r o d u ç ã o de: C U L T U R A . 25% 50% Cevada 16 18 Beterraba 13 16 A l g o d ã o 12 16 „ Trigo 10 14 y • Sorgo • 9 12 Soja 7 9 Espinafre 7 8 Tomate 6,5 8 - B r ó c o l i - 6 8 • .-; -V--' :' Arroz , v 6 8 Milho 6 7 - C a n a - d e - a ç ú c a r 5 8,5 | , . V Couve"-', ^ 4 7 , . Batata inglesa^ . • • . : n . . i i ; . : i . . i j. 4 6 .T B a t a t a doce *"~~ 3,5 6 • Cebola - , i • . '; ' . i ' ' V • -L-.:.4 , 3,5 4 1 Alface' 3 5 , Cenoura 2,5 4 ! F e i j ã o verde (-vagens ): i i < , , 2 3,5 F O N T E : B E R N S T E I N ( 1964 ) apud C R U C I A N I ( 1986 ) .

( 1 ) Condutividade e l é t r i c a do extrato de saturação do solo expressa em mmhos/cm