UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
MICHEL TERUHIKO OHARA
RECICLAGEM DE RESÍDUOS DE ESTAÇÕES DE
TRATAMENTO DE ÁGUA
SÂO PAULO
2006
2
MICHEL TERUHIKO OHARA
RECICLAGEM DE RESÍDUOS DE ESTAÇÕES
DE TRATAMENTO DE ÁGUA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial
para a obtenção do título de Graduação
do Curso de Engenharia civil da
Universidade Anhembi Morumbi
Orientador: Prof. Dr. Sidney Lazaro Martins
SÃO PAULO
2006
3
MICHEL TERUHIKO OHARA
RECICLAGEM DE RESÍDUOS DE ESTAÇÕES
TRATAMENTO DE ÁGUA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial
para a obtenção do título de Graduação
do Curso de Engenharia civil da
Universidade Anhembi Morumbi
Trabalho________________em: ___ de ___________de 2006.
______________________________________
Orientador: Professor Dr. Sidney Lazaro Martins
______________________________________
Banca: Professora Dr.ª Adir Janete Godoy dos Santos
Comentários: ________________________________________________________
4
Família e amigos
Dedico este trabalho para a milha família que sempre me apoiou e
compreendeu-me durante todo este tempo concedendo
grandes incentivos nos instantes mais difíceis e à estrutura.
Aos meus pais que plantaram no meu Coração
a vontade de vencer e desenvolver, afinal esta vitória também são deles,
aos amigos, que apoiaram nas horas mais difíceis,
agradeço pela paciência e alegria que trazem a cada dia.
aos meus colegas de sala que durante este período ajudaram
para que hoje possa alcançar este objetivo em minha vida.
E que nós sempre conservemos o espírito jovem e que cada
um de nós possamos crescer com honestidade e honra.
5
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos amigos e colegas de trabalho da Companhia de Saneamento Básico
do Estado de São Paulo – SABESP, pela disponibilização de seus relatórios,
contendo importantes considerações e informações que contribuíram para a
elaboração deste trabalho.
Também agradeço ao Professor Doutor Sidney Lazaro Martins pelo tempo e
conhecimentos que me foi dedicado, onde me orientou e aconselhou-me para a
elaboração deste projeto.
6
RESUMO
Este trabalho visa mostrar a importância da engenharia civil para com o meio
ambiente através do desenvolvimento e pesquisas de alternativas para soluções dos
resíduos gerados nas Estações de Tratamento de Água – ETAs, onde são
originados durante a remoção de material solubilizado e partículas em suspensão na
água bruta. São ilustrados os processos de tratamento de água existente, os
resíduos provenientes do processo de tratamento, os impactos ambientais, como
são disponibilizados atualmente e as alternativas existentes para reciclagem ou
disponibilização final desses resíduos. É mostrado no capítulo 6 um trabalho
realizado pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo –
SABESP em escala real de uma das alternativas mostradas no capítulo 5.
Palavras Chave: Lodo; Resíduos; Estações de Tratamento de Água.
7
ABSTRACT
This work shows how civil engineering is important for about to with the
environmement the breeding and alternatives researches about to expedients of the
remains generated at the water treatment season, where they are originated during
the removal. They are illustrated the peace processes handling, the environmental
impact, as a are made available the alternatives existing about to recycling closing he
might give residue. As a showed in chapter work paid-up Company as of Basic
Sanitation from Been as of they São Paulo – SABESP the one I know well into he
climbs actual from a of alternatives showed at the capitulo 5.
Key Words: Sludge, residue, water treatment season.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 5.1: Perfil de lodo ao longo de um decantador convencional .........................23
Figura 5.2: Limpeza manual de decantador convencional ........................................23
Figura 5.3: Decantador convencional transformado em decantador de alta taxa......24
Figura 5.4: Lavagem de filtros de uma ETA somente com água...............................26
Figura 5.5: Lavagem de um filtro com ar e água .......................................................26
Figura 5.6: Relação Mortalidade X Dias ....................................................................27
Figura 5.7: Esquema de um sistema de tratamento de água que utiliza centrífuga
para desidratação de lodo .....................................................................31
Figura 5.8: Corte em perspectiva de uma centrífuga horizontal ................................33
Figura 5.9: Esquema de remoção de água por sistema sob pressão .......................35
Figura 5.10: Ilustração geral de Filtro-Prensa ...........................................................35
Figura 5.11: Esquema de funcionamento de um filtro-prensa de placas...................36
Figura 5.12: “Desidratação” esquemática em um leito de secagem..........................39
Figura 5.13: Esquema geral do sistema de Leitos de Secagem ...............................40
Figura 5.14: Esquema do leito (corte) .......................................................................40
Figura 5.15: Componentes do leito de secagem a vácuo .........................................42
Figura 5.16: Construção de leitos de secagem de tela em cunha.............................43
Figura 5.17: Mecanismos de desidratação em lagoas ..............................................43
Figura 5.18: Esquema geral do sistema de Lagoas de Lodo ....................................44
Figura 5.19: Seção da lagoa de Shoremont ..............................................................45
Figura 5.20: Situação da disposição final dos lodos das ETAs nos Estados Unidos 47
Figura 6.1: Fluxograma do processo de tratamento de água da ETA Cubatão ........56
Figura 6.2: Sistema de tratamento de lodos da ETA.3/CUBATÃO............................58
Figura 6.3: Fluxograma do processo de fabricação de tijolos ...................................60
Figura 6.4: Moldagem do bloco cerâmico na extrusora.............................................60
Figura 6.5: Corte do bloco cerâmico .........................................................................61
Figura 6.6: Empilhamento dos blocos nas vagonetas ...............................................61
Figura 6.7: Estufa de secagem..................................................................................62
Figura 6.8: Forno de queima de blocos cerâmicos....................................................62
Figura 6.9: Ensaio de compressão............................................................................65
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1: Características físico-químicas dos lodos de decantadores das ETAs
da RMSP ...............................................................................................28
Tabela 5.2: Vantagens e desvantagens do uso de leitos de secagem......................41
Tabela 5.3: Horas-homem/ano para operação e manutenção de lagoas..................45
10
LISTA DE QUADROS
Quadro 5.1: Parâmetros de Caracterização de Lodos de ETAs................................29
Quadro 6.1: Resultados de ensaios de blocos cerâmicos com dosagem 1:8 ...........64
11
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
AESABESP
Associação dos Engenheiros da Sabesp
AWWARF
American Works Association Research Foudation
CETESB
Companhia de Tecnologia do Estado de São Paulo
DBO
Demanda biológica de oxigênio
DQO
Demanda química de oxigênio
ETA
Estação de Tratamento de Água
ETE
Estação de Tratamento de Esgoto
EUA
Estados Unidos da América
NTK
Nitrogênio total
PROSAB
Programa de Pesquisas em Saneamento Básico
RMSP
Região Metropolitana de São Paulo
SABESP
Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo
SANEPAR
Companhia de Saneamento do Estado do Paraná
ST
Solos totais
STF
Solos totais fixos
STV
Solos totais voláteis
WPCE
Walter Pollution Control Federation
12
LISTA DE SÍMBOLOS
cm/s
Centímetros por segundo
kg/m²
quilograma por metro quadrado
L/m²/s
Litros por metro quadrado por segundo
L/s
Litros por segundo
m
Metro
m/s
Metros por segundo
m³/s
Metros cúbico por segundo
mg/L
Miligrama por litro
mm
Milímetro
t/d
Tonelada por dia
13
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO...................................................................................................15
2
OBJETIVOS.......................................................................................................17
2.1
Objetivo Geral ...............................................................................................17
2.2
Objetivo Específico ......................................................................................17
3
MÉTODO DO TRABALHO ................................................................................18
4
JUSTIFICATIVA ................................................................................................19
5
RECICLAGEM DOS LODOS DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA.20
5.1
Geração de Resíduos nas ETAs..................................................................20
5.1.1
Tipo de Decantador e Procedimento de Limpeza ........................................ 21
5.1.2
Lavagem dos Filtros - Procedimentos e Freqüências ................................. 25
5.2
Impactos Ambientais Gerados pelos Resíduos de ETAs .........................27
5.3
Caracterização e Propriedades Físico-Químicas dos Lodos das ETAs ..28
5.4
Desidratação de Lodo ..................................................................................29
5.4.1
Desidratação por Centrifugação...................................................................... 30
5.4.2
Desidratação por Filtração Forçada ............................................................... 34
5.4.2.1 Filtro-prensa ...................................................................................................... 34
5.4.2.2 Prensa Desagüadora ....................................................................................... 37
5.4.2.3 Filtro a Vácuo .................................................................................................... 37
5.4.3
Desidratação Natural por Leitos de Secagem e Lagoas de Lodo ............. 38
5.4.3.1 Leitos de Secagem........................................................................................... 39
5.4.3.2 Leitos de Secagem Alternativos..................................................................... 41
5.4.3.3 Lagoas de Lodo ................................................................................................ 43
5.5
Benefícios na Utilização dos Resíduos das ETAs .....................................46
14
5.6
Reciclagem e/ou Disposição dos Resíduos das ETAs..............................47
5.6.1
Disposição em Aterros Sanitários ................................................................... 47
5.6.2
Disposição em Estações de Tratamento de Esgotos - ETEs..................... 48
5.6.3
Reciclagem do lodo na Fabricação de Cimentos ......................................... 49
5.6.4
Reciclagem do lodo na Fabricação de Tijolos Cerâmicos .......................... 50
5.6.5
Disposição em Solo Comercial........................................................................ 50
5.6.6
Disposição no solo............................................................................................. 51
5.6.7
Reciclagem do lodo no Cultivo de Grama Comercial .................................. 51
5.6.8
Reciclagem do lodo na Compostagem .......................................................... 52
5.6.9
Reciclagem do lodo na Plantação de Cítricos .............................................. 52
5.7
6
Recuperação de Coagulantes .....................................................................53
RECICLAGEM
DE
RESÍDUOS
DA
ETA
CUBATÃO
NA
INDÚSTRIA
CERÂMICA MÔNACO......................................................................................55
6.1
Processo de Tratamento da Água na ETA/Cubatão ..................................55
6.2
Tratamento dos lodos gerados no processo .............................................58
6.3
Descrição do Processo de Fabricação do Bloco Cerâmico .....................59
6.4
Propriedades Mecânicas dos Blocos .........................................................63
6.5
Custo .............................................................................................................65
7
CONSIDERAÇÕES FINAIS...............................................................................67
8
CONCLUSÃO ....................................................................................................68
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................69
15
1 INTRODUÇÃO
Desde a década de 1950, o destino dos resíduos das Estações de Tratamento de
Água, denominado lodo de ETA, em todo o mundo eram lançados nos cursos d’água
mais próximos às estações, mas está prática foi questionada devido aos riscos à
saúde humana e aos impactos ao meio ambiente. A partir de 1.990 foram criados
conjuntos de leis que regulamentam as descargas de poluentes aos meios
aquáticos. Esta crescente preocupação tem gerado regulamentações que restringem
ou proíbem esta forma de disponibilização (PROSAB, 2006).
A busca por soluções economicamente e ambientalmente favoráveis ou vantajosas
para o tratamento e disposição final do lodo de ETA continua sendo um desafio,
principalmente para países em desenvolvimento, que confrontam severas restrições
econômicas e onde os problemas sanitários exigem soluções emergenciais,
conforme Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental - ABES (2006),
mas o desafio se torna ainda maior quando nos deparamos pela falta de
normalização para disponibilização deste resíduo (lodo de ETA).
Segundo Giordani e Abreu (2004), as impurezas retidas no processo de
potabilização das águas naturais captadas dos rios e os produtos químicos utilizados
no tratamento originam o lodo das ETAs. Estes resíduos são originados na operação
da lavagem de filtros e descarga de decantador. Pela norma NBR 10.004 da
Associação Brasileira de Normas Técnicas (2004), os lodos são classificados como
“resíduos sólidos”, portanto, devem ser tratados e disponibilizados conforme
exigência dos órgãos reguladores. Todavia, em nosso país, estes resíduos são, em
sua maioria, lançados nos cursos d’água, sendo raras as estações que possuem um
sistema adequado de tratamento e disposição do lodo produzido.
Ainda Giordani e Abreu (2004), face às novas exigências legais e com o advento da
Lei 9.605/98, mais comumente chamada Lei de Crimes Ambientais, o não
atendimento à legislação vigente faz com que as empresas de saneamento
acumulem um passivo ambiental o que poderá acarretar por conseqüência uma
16
série de punições legais e transtornos aos responsáveis pelo funcionamento das
ETAs e a solução para este passivo ambiental consiste na promoção da coleta,
tratamento e correta destinação final dos lodos produzidos.
Neste trabalho são apresentadas algumas alternativas para reciclagem e/ou
disponibilização final dos lodos, tais como, Disposição em Estações de Tratamento
de Esgotos – ETEs, Reciclagem na Incoporação na Fabricação de Cimentos,
Disposição no solo, Reciclagem na Incorporação na Plantação de Cítricos, entre
outros.
Conhecendo as alternativas disponíveis para a disposição final do lodo de ETA,
antes da definição da metodologia a ser adotada, deve ser realizado um estudo
detalhado da viabilidade técnica, ambiental e econômica, tendo em vista o bom
funcionamento do sistema a ser adotado.
17
2 OBJETIVOS
O trabalho demonstra a importância da reciclagem dos resíduos das Estações de
Tratamento de Água (ETAs).
2.1 Objetivo Geral
Este trabalho descreve como são disponibilizados os resíduos das ETAs atualmente
e como minimizar os seus impactos ambientais através de experiências e estudos
realizados no Brasil e no Mundo.
2.2 Objetivo Específico
O trabalho tem por objetivo principal indicar o papel da engenharia civil no âmbito de
melhoria da qualidade de vida do homem e de todo meio ambiente, inclusive à vida
aquática, através de estudos de viabilidade técnica e econômica, mostrar que é
possível
solucionar
ou
minimizar
os
impactos
ambientais
gerados
pela
disponibilização inadequada dos lodos de ETAs adotadas no Brasil e no Mundo,
através da reciclagem desses resíduos.
18
3 MÉTODO DO TRABALHO
O trabalho foi elaborado a partir de referências disponibilizadas e publicadas pelas
pesquisas realizadas em parcerias com as Companhias de Saneamento do Estado
de São Paulo (SABESP), nos trabalhos do Programa de Pesquisas em Saneamento
Básico (PROSAB), da Associação dos Engenheiros da Sabesp – AESabesp, entre
outras publicações.
Foram pesquisados também vários artigos e publicações pertinentes ao tema na
Internet.
É utilizada também a norma NBR 10.004 da Associação Brasileira de Normas
Técnicas (2004), o qual é responsável por classificar os resíduos sólidos em
diferentes níveis de periculosidade, considerando possíveis riscos ambientais e à
saúde humana, onde define e caracteriza que os resíduos gerados nas ETAs,
denominados de lodos provenientes de tratamento de água, são “resíduos sólidos”,
pertinentes ao tema a ser pesquisado.
19
4 JUSTIFICATIVA
A Engenharia civil busca formas para garantir e suprir as necessidades “do homem”,
tal como no fornecimento de água, geração de energia elétrica, meio de
comunicação, etc., através da disponibilização destes recursos em sua “porta” o
homem ganhou conforto, porém gerou problemas como os resíduos.
Desta maneira, preocupado com os resultados obtidos com a experiência já
vivenciada pela sociedade, onde as ações antrópicas do passado produziram vários
impactos ambientais, chegando a custar muitas vidas nativas do meio ambiente, tal
como: animais silvestres, pássaros e até mesmo a extinção da vida nos cursos
d’água urbanos, por exemplo os rios Tietê e Pinheiros que cruzam o município de
São Paulo.
Então, com o principal objetivo, na melhoria da qualidade de vida do homem e
respeitando e preservando os seres vivos e o meio ambiente, este trabalho será
elaborado propondo soluções para os lodos das ETAs.
20
5 RECICLAGEM DOS LODOS DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO
DE ÁGUA
A indústria do abastecimento público de água utiliza o tratamento completo ou
convencional, através dos processos de coagulação, floculação, decantação e
filtração, transformando a água bruta “inadequada” para consumo humano, em água
potável de acordo com o padrão de potabilidade, utilizando, para isso, processos e
operações com produtos químicos, gerando os resíduos, denominados de lodos,
conforme Cordeiro (1999).
Os lodos de Estações de Tratamento de Água – ETAs, com grande freqüência são
dispostos nos cursos de águas próximos às estações de tratamento, provocando
grandes impactos para o meio ambiente e principalmente para a vida aquática,
contudo embora que modestamente, é louvável a recente preocupação das
companhias de saneamento e instituições de pesquisa brasileira com o destino de
lodos de ETAs. Isto pode significar que o lodo está começando incomodar e que,
portanto podemos estar caminhando, no sentido de resgatar a dívida ambiental
provocada pelo lançamento diário ao nível de milhões de litros no meio ambiente.
Segundo Azeredo, Rodrigues e Webwester (2002), estima que atualmente são
gerados aproximadamente 90t/d de lodos nos municípios operados pela Sabesp e
500t/d na Região Metropolitana de São Paulo – RMSP, a base seca a 30%.
5.1 Geração de Resíduos nas ETAs
É de suma importância à existência da ETA quando utilizado manancial superficial
para o sistema de abastecimento público de água, e segundo Cordeiro (1999),
atualmente é o sistema mais utilizado pelas companhias existentes.
21
A maioria das ETAs utilizam o sulfato de alumínio ou hidróxido de ferro como
coagulantes e produzem, basicamente, como subprodutos do tratamento, lodos dos
decantadores e águas de lavagens dos filtros. Além dos coagulantes, a presença de
carvão ativado em pó, cal e polímeros é comum nos lodos gerados nas ETAs, além
do tempo de permanência nos decantadores, conforme Tsutiya e Carvalho (2001).
O sistema tradicional ou completo tem a função de retirar as partículas finas em
suspensão e exigem operações unitárias de rápida mistura para dispersão do
coagulante aplicado e câmaras de mistura lenta para a formação final do floco,
assim para a clarificação da água é necessária a sua remoção, operação realizada
nos decantadores, que são grandes tanques onde esse material sedimentado fica
retido durante um certo período, desta forma, maior parte dos flocos ficam retidos
nos decantadores e a outra parcela menor que não sedimentam é encaminhada aos
filtros para a clarificação final. Dessa maneira a ETA produz água para
abastecimento público e gera resíduos acumulados nos decantadores e água de
lavagem dos filtros, conforme Cordeiro (1999).
Os principais resíduos gerados na ETA são:
•
Água de lavagem dos filtros;
•
Lodos dos decantadores;
•
Rejeito de limpeza dos tanques de produtos químicos.
5.1.1 Tipo de Decantador e Procedimento de Limpeza
Segundo Bernardo, Carvalho e Scalize (1999), as características operacionais e o
seu tipo de decantador interferem diretamente no método de tratamento e de
disposição dos resíduos líquidos, geralmente os decantadores convencionais (sem
equipamento de extração de lodo) são limpos em intervalos de tempos de 1 a 4
meses de operação, dependendo da qualidade água bruta a ser tratada, gerando
resíduos bem mais concentrados que os observados em decantadores de alta taxa
ou convencionais com dispositivos de extração de lodo, os quais são limpos
diariamente dependendo da qualidade da água bruta a ser tratada.
22
Ainda conforme Bernardo, Carvalho e Scalize (1999), o procedimento utilizado na
limpeza dos decantadores também interfere na qualidade dos resíduos líquidos
gerados, principalmente no que diz respeito à concentração de sólidos. A extração
de lodo dos decantadores pode ser mecanizada (remoção intermitente ou contínua)
ou manual. O emprego de equipamento para remoção de lodo é justificado quando a
água bruta a ser tratada possui alta concentração de sólidos suspensos ou a
elevada concentração de matéria orgânica, ou quando a matéria extraída é
rapidamente degradada. Em ETAs relativamente de grande porte (em geral, com
capacidade de tratamento de vazão maior que 1 m³/s), adicionalmente os
decantadores são providos de dispositivos automáticos para a remoção de lodo.
Os decantadores convencionais, que não possuem equipamentos de extração de
lodo, são limpos quando se observa imenso arrastamento de flocos para as calhas
de coleta de água decantada ou quando a fermentação do lodo causa o surgimento
de odor desagradável e de bolhas que prejudicam a eficiência da unidade. Inicia-se
com o esvaziamento do decantador e, em seguida, é realizada a lavagem do mesmo
por jateamento de água sob pressão removendo o restante de lodo que permanece
no fundo.
No decantador convencional a formação de uma zona de turbilhonamento de
pequenas bolhas de gás na superfície indica o início da fermentação. Se o operador
não atentar para esse fenômeno e a fermentação prosseguir, haverá, além da
produção de sabor e odor desagradável na água decantada, desprendimento de
grandes placas de lodo na zona de decantação, deteriorando ainda mais a qualidade
da água decantada, conforme descrito por Bernardo, Carvalho e Scalize (1999).
A limpeza manual resulta na produção de resíduo líquido em bateladas, o que
dificulta o gerenciamento do mesmo. A descarga contínua ou semi-contínua de lodo,
além de permitir maior eficiência e controle do sistema de tratamento, se evita a
ocorrência de condições anaeróbias. Dessa forma, o armazenamento do lodo por
longo período, tendo em vista o aumento de sua concentração, não é recomendado.
Nas figuras 5.1 e 5.2 são mostradas fotos de um decantador convencional, de
escoamento horizontal, após sua limpeza manual. Foi demarcada na parede lateral a
23
altura do lodo depositado, observando-se que a maior quantidade de lodo é retida no
primeiro terço médio da unidade (PROSAB, 2006).
Figura 5.1: Perfil de lodo ao longo de um decantador convencional
(PROSAB, 2006)
Figura 5.2: Limpeza manual de decantador convencional
(PROSAB, 2006)
No entanto, no Brasil há muitas ETAs que tiveram seus decantadores convencionais
modificados em unidades de alta taxa, mediante a instalação de módulos tubulares
ou de placas planas paralelas em parte deles, sem ter sido construído um sistema
24
adequado para a remoção do lodo (figura 5.3). Como geralmente é diminuída a área
de concentração do lodo e aumentada a vazão, há necessidade de paralisações
periódicas para execução das limpezas (PROSAB, 2006).
Figura 5.3: Decantador convencional transformado em decantador de alta taxa
(PROSAB, 2006)
25
Na maioria das ETAs de ciclo completo no Brasil, segundo levantamento efetuado
por Cordeiro em 1993, a limpeza dos decantadores é feita manualmente, por meio
de jatos de água. O local de disposição desses resíduos é quase sempre um curso
d’água próximo a ETA e o período de tempo entre limpezas sucessivas em um
mesmo decantador variou de 20 a 180 dias.
A remoção por meio de descarga de fundo nos decantadores de alta taxa contendo
poços de lodo, segundo Bernardo, Carvalho e Scalize (1999), a duração de
descarga depende da qualidade do resíduo descartado, que é visualmente
observada pelo operador. Tal procedimento pode interferir nas características dos
resíduos, visto que é uma comparação muito subjetiva.
5.1.2 Lavagem dos Filtros - Procedimentos e Freqüências
A lavagem de filtros, segundo Bernardo, Carvalho e Scalize (1999), geralmente é
realizada em intervalos de 12 a 48 horas, com duração de 4 a 15 minutos e taxa de
aplicação de água da ordem de 10 a 15 L/m²/s, dependendo do método de lavagem.
Ainda conforme Bernardo, Carvalho e Scalize (1999), a concentração de sólidos
suspensos da água de lavagem de filtros varia muito durante tal procedimento,
sendo relativamente baixo no início, aumenta depois de 1 a 3 minutos e, após atingir
um pico, diminui gradativamente até o final. O filtro é considerado limpo quando se
observa a ausência de flocos e clarificação na água de lavagem.
As
características
desses
resíduos
dependem,
dentre
outros
fatores,
da
periodicidade e dos métodos das lavagens, conforme descrito por Bernardo,
Carvalho e Scalize (1999). Usualmente, a lavagem dos filtros, somente com água,
consiste na aplicação de uma vazão no sentido ascensional, que causa expansão do
meio granular e libera o material sólido retido na camada filtrante, resultando um
resíduo líquido com concentração de sólidos que pode variar de 50 a 300 mg/l, em
condições normais de operação. A matéria sólida nos resíduos é formada por flocos
remanescentes da decantação (argilas muito finas, hidróxido de ferro ou alumínio,
26
matéria orgânica, entre outros.), podendo também ser resultante da oxidação do
ferro ou manganês. Na figura 5.4 são mostradas fotos da lavagem de um filtro de
uma ETA, somente com água, cuja duração é da ordem de 10 minutos e, na figura
5.5, tem-se fotos mostrando a lavagem com ar-água.
4 minutos após o início da lavagem
4 minutos após o início da lavagem
Figura 5.4: Lavagem de filtros de uma ETA somente com água
(PROSAB, 2006)
Aplicação de ar
Final da aplicação do ar
Lavagem com água
Final da lavagem com água
Figura 5.5: Lavagem de um filtro com ar e água
(PROSAB, 2006)
27
5.2 Impactos Ambientais Gerados pelos Resíduos de ETAs
Os mananciais de águas superficiais estão sujeitas à contaminação por formas
naturais quando utilizadas, em decorrência da ação da água sobre as rochas e
também por ações humanas sobre o meio, através da aplicação de fertilizantes,
pesticidas e disposição de resíduos industriais, entre outras formas. Essas
substâncias poderão estar presentes nos resíduos gerados, portanto este aspecto
tem grande importância (CORDEIRO, 1999).
Quando utilizado sulfato de alumínio como coagulante no processo de tratamento da
água, conforme Cordeiro (1999) os resíduos dos decantadores têm em sua
composição grandes concentrações de alumínio, e quando esse material é lançado
sem nenhum tipo de tratamento em rios com baixa velocidade ou lagos, poderá
causar problemas, principalmente na camada bentônica desses locais.
Ainda segundo Cordeiro (1999), os estudos realizados por Lamb e Bailey, descritos
por Cornwell, tiveram por objetivo determinar os efeitos agudos e crônicos, utilizando
lodos resultantes do sulfato de alumínio sobre T.dissimilis, que é representativo da
família dos chironomídeos, os quais são organismos que ocupam porção
significativa da camada bentônica, sendo importante na alimentação dos peixes.
Através desse estudo pode ser observada que a taxa de mortalidade dessas
espécies aumenta com o aumento das dosagens de lodo, conforme ilustrada na
figura 5.6. “Acredita-se que pode ocorrer aumento na concentração de metais
tóxicos no bentos, além disso, pode se ter à inibição no movimento de pupas”.
Figura 5.6: Relação Mortalidade X Dias
(PROSAB, 2006)
28
Segundo Roberto & Abreu, descrito por Cordeiro (1999), “os fatores biológicos,
químicos e físicos que alteram as condições ambientais, predispondo os peixes a
enfermidades diversas, tornando-os fracos, suscetíveis às infestações e podendo
levá-los à morte, são tidos como enfermidades ecológicas”.
5.3 Caracterização e Propriedades Físico-Químicas dos Lodos das
ETAs
Os lodos gerados nos decantadores e filtros das ETAs, podem ter suas
características bastante variadas, dependendo principalmente das condições
apresentadas pela água bruta, dosagens e produtos químicos aplicados, forma de
limpeza dos decantadores, entre outros (CORDEIRO, 1999).
A tabela 5.1 mostra algumas características físico-químicas dos lodos de
decantadores das ETAs operadas pela SABESP na Região Metropolitana de São
Paulo – RMSP, conforme Tsutiya e Carvalho (2001). Observando-se os resultados
dos parâmetros apresentados, mostraram-se muito variados, evidenciando a
diversidade das ETAs, confirmando a afirmação de Cordeiro (1999).
Tabela 5.1: Características físico-químicas dos lodos de decantadores das ETAs da RMSP
Teodoro
Parâmetro
Guaraú
A.B.V
Rio Claro
Rio Grande
Alumínio (mg/kg)
65.386
7.506
6.690
83.821
123.507
95.541
Cobre (mg/kg)
23
1.109
14.833
25
2.791
<5
Ferro (mg/kg)
32.712
281.508
449.774
32.751
41.259
30.080
152
86
150
42
46
38
Manganês (mg/kg)
3.146
1.684
6.766
136
5.181
453
Sódio (mg/kg)
6.609
1.027
41.482
563
3.222
433
Zinco (mg/kg)
59
57
75
47
145
68
Organoclorados (ppb)
ND
0,02
0,02
-
-
ND
Carbamatos (ppb)
ND
8,4
ND
-
-
ND
24.957
17.412
14.486
11.043
5.518
10.692
Fluoreto (mg/kg)
Sólidos totais (mg/l)
Fonte: Tsutiya e Carvalho – 2001
Ramos
Alto Cotia
29
Ainda segundo Cordeiro (1999), devido a está diversificação mostra-se necessário o
equacionamento do problema de forma quase individualizada.
Segundo Tsutiya e Carvalho (2001), a caracterização final do lodo deve estar
relacionada à alternativa de disposição final desejada, e não apenas na
caracterização dos parâmetros estabelecidos pela NBR 10.004, onde classifica os
lodos de decantadores como “resíduos sólidos”. A American Walter Works
Association Research Foundation – AWWARF (1999) caracteriza os lodos de ETAs
no estudo da viabilidade para sua utilização benéfica, apresentado no Quadro 5.1.
Quadro 5.1: Parâmetros de Caracterização de Lodos de ETAs
Parâmetros
Unidade
Parâmetros
Unidade
Potássio
mg/kg
Nitrogênio amoniacal
mg/kg
Cor
Nitrogênio nitrato/nitrito
mg/kg
Textura
Cálcio
mg/kg
Físicos
Concentração de sólidos
%
Teor de umidade
%
Carbonato de cálcio
Granulometria
%
Metais
Limite de liquidez
% sólidos
Radionuclídios
Limite de plasticidade
% sólidos
Orgânicos
kg/m³
Toxicidade
Massa específica
Peso específico
Coliformes totais
Retração
pH
%
Ruptura por cisalhamento
Químicos
Nutrientes
Nitrogênio total
mg/kg
Fósforo total
mg/kg
Fonte: AWWARF (1999)
5.4 Desidratação de Lodo
Como os resíduos têm características e freqüências de descarga distintas, acabam
influenciando no processo de tratamento ou “desidratação”. A desidratação ou
remoção de parcela de água do lodo tem por objetivo a redução do volume,
30
conseqüentemente, diminuição de custo no transporte para a destinação final do
lodo.
Para definir o tipo de sistema a ser utilizado depende de vários fatores, tal como:
área necessária para implantação, custo do terreno, distância da estação até o
destino final, condições climáticas, custo dos equipamentos, operação, preparo de
recursos humanos para operação, necessidade de condicionamento, entre outros.
A redução do volume dos rejeitos das ETAs pode ser realizado com a remoção da
água livre e nos interstícios dos sólidos, e os métodos de remoção de água são
diversas, tal como: nos sistemas naturais através dos Leitos de Secagem e Lagoas
de Lodo e nos sistemas mecânicos através dos Filtros-prensa, Prensa Desaguadora,
Centrífugas e Filtros a Vácuo (CORDEIRO, 1999).
Deve-se ressaltar que nos países como Bélgica, Holanda, Alemanha, Estados
Unidos e África do Sul, vem desenvolvendo sistemas inovadores, e segundo
Corweel & Koopers, descritos por Cordeiro (1999), “podem se tornar alternativas no
futuro para a remoção de águas de lodos de ETAs”. Dentre estes podem ser citados:
•
Filtro-prensa de diafragma;
•
Filtro-prensa tubular;
•
Sistema Hi-Compact;
•
Sistema Compactor;
•
Microfiltração;
•
Sistema de aquecimento-degelo;
•
Filtro-prensa contínuo de alta pressão.
5.4.1 Desidratação por Centrifugação
Segundo Reali, Patrizzi e Cordeiro (1999), a centrifugação é uma operação de
separação de fases que ocorre pela ação do campo de forças centrífugo que surge
quando se rotaciona um recipiente cilíndrico (tambor) contendo as fases que se
31
deseja separar, como, por exemplo, o lodo originado em ETAs e ETEs. No caso do
lodo, quando o cilindro é submetido a altas rotações, as partículas mais densas
(sólidos) são rapidamente impulsionadas na direção da parede interna do tambor,
onde são acumuladas e, dessa forma, separadas da fase líquida.
É mostrado, na figura 5.7 um esquema ilustrativo com sistema de desidratação de lodo de
ETA utilizando centrífuga. Este esquema refere-se a um exemplo de sistema de remoção de
água do lodo em uma ETA convencional, envolvendo as seguintes etapas:
•
Clarificação por sedimentação e aproveitamento da água de lavagem dos filtros da
ETA. Nesse exemplo, os sedimentos dos tanques de clarificação por sedimentação
são reunidos aos lodos descartados dos decantadores da ETA;
•
Espessamento dos lodos provenientes das descargas dos decantadores e dos
tanques de clarificação da água de lavagem dos filtros e após o espessamento do
lodo (por flotação ou gravidade), este é encaminhado para a (s) centrífuga (s), na (s)
qual (is) ocorre a desidratação final;
•
A torta produzida após a centrifugação é encaminhada para disposição final, e o
líquido drenado é retornado aos tanques de clarificação da água de lavagem de
filtros ou descartado na rede de esgoto.
Figura 5.7: Esquema de um sistema de tratamento de água que utiliza centrífuga para
desidratação de lodo
(PROSAB, 2006)
32
Os três tipos de centrífugas mais comuns em ETAs, são as centrífugas de disco com
eixo vertical, centrífugas com tambor não perfurado de eixo vertical e centrífugas
decantadoras de eixo horizontal, conforme Reali, Patrizzi e Cordeiro (1999). Todos
os três tipos operam segundo o princípio de remoção de uma suspensão, escoando
através delas sob influência de campos centrífugos geralmente na faixa de 1.000 a
6.000 vezes a força da gravidade. A principal diferença entre os três tipos é o
método com que os sólidos são coletados e descarregados do tambor.
As
centrífugas
decantadoras
de
eixo
horizontal
ou
somente
centrífugas
decantadoras, são os mais utilizados para desidratação de lodos. Essas centrífugas
consistem essencialmente em um tambor cilíndrico horizontal sem perfurações,
quando rotacionado, promove a separação acelerada dos sólidos e sua acumulação
em sua parede interna. Esses sólidos são arrastados continuamente para uma das
extremidades do cilindro por meio de uma rosca que transporta helicoidalmente
(rosca sem fim) disposta internamente ao cilindro. Esse cilindro possui a forma
cônica convergente na região de descarga dos sólidos, permitindo que a rosca de
transporte se movimente para que a massa de sólidos seja separada com a camada
de líquido existente no interior de tambor, percorrendo um pequeno trecho “seco”
antes de ser descarregada para fora da centrífuga, (PROSAB, 2006).
A figura 5.8 ilustra os principais componentes internos e externos de centrífugas
decantadoras em corte e em perspectiva com eixo horizontal com alimentação do
lado oposto da saída dos sólidos (PROSAB, 2006).
As centrífugas de discos é utilizada nos diversos processos industriais, nos quais se
tenham suspensões contendo baixas concentrações de partículas finas. Nesses
equipamentos, a vazão afluente é distribuída entre diversos canais estreitos
formados por diversos discos cônicos superpostos (PROSAB, 2006).
Quanto às centrífugas com tambor não perfurado de eixo vertical a alimentação é
feita pelo fundo do tambor e os sólidos são acumulados na parede interna do tambor
rotativo, enquanto o efluente clarificado verte pelo topo do mesmo. Esse
equipamento é capaz de separar uma ampla faixa de tamanho de partículas. Porém,
como a mesma não possui dispositivos para a descarga contínua dos sólidos
33
acumulados, a operação requer interrupções periódicas para a remoção desse
material (PROSAB, 2006).
Figura 5.8: Corte em perspectiva de uma centrífuga horizontal
(PROSAB, 2006)
Contudo, basicamente os quatro principais parâmetros técnicos de grande interesse
para quem utiliza as centrífugas decantadoras, são:
•
Grau de clarificação do líquido centrifugado;
•
Capacidade de processamento da centrífuga e potência da mesma;
•
Grau de hidratação da torta produzida;
•
Dosagem requerida de condicionadores químicos (usualmente polímeros).
Porém, segundo Reali, Patrizzi e Cordeiro (1999), não é possível generalizar acerca
do melhor tipo de polímero, fazendo-se necessário que, para cada caso, sejam
realizados ensaios de centrifugação para determinação de qual o melhor tipo de
polímero e respectiva dosagem ótima.
34
5.4.2 Desidratação por Filtração Forçada
Os sistemas mecânicos para a desidratação por filtração forçada exigem menores
áreas de implantação em relação às de desidratação natural por leitos de secagem e
lagoas de lodo.
Os sistemas mecânicos, segundo Cordeiro (1999), têm por característica a utilização
de pressões diferentes da pressão atmosférica para auxiliar a remoção da água livre
presente nos lodos. Desta forma, nesse aspecto mostra-se à necessidade de custos
adicionais de implantação, operação e manutenção. Porém deve-se estudar de
forma ampla, no sentido de conhecer as possibilidades de aplicação desses
métodos.
5.4.2.1 Filtro-prensa
Segundo Cordeiro (1999), o sistema de filtro-prensa para remoção de água de lodos
funciona de forma intermitente. O lodo é introduzido em câmaras, onde “telas”
(mantas) filtrantes estão alojadas. Por meio da aplicação de pressões diferenciais,
inicia-se a compressão do material sobre o meio filtrante, fazendo com que seja
removido, formando-se na câmara uma mistura com teor elevado de sólidos,
usualmente denominado de “torta”.
O sistema filtro-prensa envolve basicamente duas operações: a primeira é aplicação
da pressão sobre a massa (lodo) e a segunda consiste na filtração da água contida
na massa. Na figura 5.9 é ilustrado um esquema desse fenômeno.
Os filtros-prensa de placas são constituídos por uma estrutura metálica que tem
como guia uma viga e pode ser superior ou lateral, onde as placas são colocadas. É
um sistema que têm funcionamento em batelada, onde as câmaras são preenchidas
com o lodo e a parte móvel do filtro provoca a compressão, de tal maneira que se
inicia a formação da torta com a retirada do filtrado através de cada câmara. Na
35
figura 5.10 é ilustrado um esquema geral do filtro-prensa de placas (PROSAB,
2006).
Figura 5.9: Esquema de remoção de água por sistema sob pressão
(PROSAB, 2006)
Figura 5.10: Ilustração geral de Filtro-Prensa
(PROSAB, 2006)
À medida que as tortas de lodo vão se formando no interior das câmaras, a pressão
de alimentação aumenta, mantendo constante o fluxo. Essa pressão aumenta
gradativamente até atingir um valor máximo. A pressão de operação dos filtros varia
de 2 a 15 bar (aproximadamente 2 a 15 MPa), podendo chegar, em certos casos, a
até 20 bar. Essa pressão deve ser fixada em função do tipo de lodo e do teor de
sólidos que se deseja na torta. A espessura da torta depende da filtrabilidade do
lodo, (CORDEIRO, 1999).
36
No projeto de filtro-prensa a escolha do tipo de tecido é um fator importante, uma
vez que o tecido promove influência direta na eficiência da operação. Tal como, a
abertura da trama e a espessura do filamento devem ser bem adaptadas ao
tamanho da partícula que se deseja reter, conforme ilustrado na figura 5.11,
(CORDEIRO, 1999).
Figura 5.11: Esquema de funcionamento de um filtro-prensa de placas.
(CORDEIRO, 1999)
Ainda conforme Cordeiro (1999), um sistema típico de filtro-prensa inclui: sistema de
recebimento e armazenagem do lodo, sistema de transferência do lodo, sistema de
preparo e dosagem de produtos químicos, sistema de condicionamento do lodo,
sistema de alimentação do filtro-prensa, sistema de filtração e compressão do lodo,
sistema de transporte da torta e sistema de lavagem dos tecidos.
A adição de produtos químicos ao lodo, tal como, cloreto férrico e cal, sulfato ferroso
e cal, sulfato férrico e cal e polieletrólitos (polímeros sintéticos), segundo Cordeiro
(1999), visa principalmente melhorar as condições de filtrabilidade do mesmo e a
possibilidade de formação de um floco mais compacto.
37
5.4.2.2 Prensa Desagüadora
O filtro-prensa de correia foi desenvolvido no início da década de 1960, esse
equipamento funciona com o lodo sendo introduzido entre duas correias, em que
uma delas é o meio filtrante. Estas deslocam-se entre roletes que promovem a
compressão de uma esteira ou correia sobre a outra, provocando a drenagem do
líquido (PROSAB, 2006).
A operação envolve três etapas básicas em seu funcionamento, onde a primeira é o
condicionamento do afluente, a segunda é uma drenagem gravitacional e a terceira
é a compactação do lodo, por meio de forças de compressão.
O sistema de desidratação, segundo Cordeiro (1999), utiliza galpão fechado de
construção simples, bomba de alimentação de lodo, equipamento de preparo e
dosagem de floculante (quando necessário), correia transportadora de lodo, painel
de alimentação, água com pressão de 0,4 a 0,6 MPa e ar comprimido com pressão
de 0,7 MPa.
5.4.2.3 Filtro a Vácuo
O funcionamento dos filtros a vácuo baseia-se em um tambor posicionado
horizontalmente dentro de uma caixa que contém o lodo. A superfície do tambor é
dividida em setores que servem de suporte para o meio filtrante. A pressão negativa
é aplicada em cada setor por meio de tubos internos e a superfície do tambor é
envolvida com o meio filtrante (manta) através do qual a água é drenada para o
tambor, passando através do lodo. Os sólidos são depositados sobre a manta e
removidos por raspadores para fora do sistema, conforme Cordeiro (1999).
A seleção do filtro a vácuo é efetuada a partir do conhecimento do ciclo de
operação, da quantidade total de sólidos a secar e a obtida após a filtragem em
kg/m²*h de área de filtragem, por hora de operação. A tela filtrante pode ser
38
constituída de diversos materiais, tais como tecido de algodão, lã, fibras sintéticas,
fios plásticos, etc. Esse meio filtrante é um dos principais parâmetros a ser
considerado no sistema, (CORDEIRO, 1999).
Para a instalação da filtração a vácuo inclui: bombas para vácuo, entradas para os
produtos químicos, filtros a vácuo, tanque de recuperação, bomba para o filtrado,
correia para transporte da massa e receptor da massa. As dimensões variam de 1,0
a 3,6 metros de diâmetro e de 0,9 a 6,0 metros de comprimento, dependendo do tipo
de equipamento. A sua eficiência é influenciada por diversos fatores, tais como,
concentração de sólidos na torta, temperatura, demanda de água, eficiência de
clarificação, tempo de secagem e operação a vácuo (PROSAB, 2006).
Segundo Cordeiro (1999), vários autores têm demonstrado restrições à utilização
destes equipamentos para remoção da água de lodos resultantes da coagulação
com sulfato de alumínio. Krausaukas relatou essa limitação. Fulton enfatizou a
natureza gelatinosa dos lodos de ETAs, sendo necessário o condicionamento dos
mesmos. Nielsen et at, mostraram maior custo operacional desses sistemas em
relação aos outros e a necessidade de altas dosagens de polímeros, além de
problemas com o meio filtrante.
5.4.3 Desidratação Natural por Leitos de Secagem e Lagoas de Lodo
A remoção natural de água livre de lodos gerados em decantadores de ETAs e ETEs
tem sido utilizada há alguns anos. Em regiões onde as condições climáticas
mostram-se favoráveis e há disponibilidade física, a aplicação desse método pode
reduzir impactos ambientais, diminuindo o volume de despejos, possibilitando o
reuso da água livre e minimizando perdas (CORDEIRO, 1999).
Desta forma, podemos dizer que os sistemas naturais para remoção de água livre de
lodos de ETAs podem ser de grande aplicação no Brasil. Esse fato se deve
principalmente pelas condições climáticas apresentadas no país (PROSAB, 2006).
39
5.4.3.1 Leitos de Secagem
Os leitos de secagem são constituídos pelo método mais utilizado para
“desidratação” de esgotos sanitários nos EUA (Estados Unidos da América), onde
praticamente dois terços (2/3) das estações utilizam esse método (PROSAB, 2006).
Na figura 5.12 é mostrado o esquema geral do sistema de Leitos de Secagem. Vêm
sendo realizadas pesquisas desde 1.990 para a remoção de água dos lodos em
leitos de secagem, quando se verificou que lodos digeridos desidratavam-se mais
rapidamente dos lodos brutos.
Figura 5.12: “Desidratação” esquemática em um leito de secagem
(PROSAB, 2006)
Os dados de projeto, no entanto, são muito empíricos e somente há pouco tempo é
que tem sido estudada com mais efetividade, em termos de engenharia. Esses
sistemas caracterizam-se por serem multifásicos, envolvendo algumas etapas,
conforme ilustradas na figura 5.13 (PROSAB, 2006).
Ainda segundo Cordeiro (1999), os leitos de secagem são constituídos por tanques
rasos, com duas ou três camadas de areia com granulometria diferente e cerca de
30 cm de espessura. O sistema completo é composto por camada suporte, meio
filtrante e sistema drenante, conforme ilustrado na figura 5.14 e essa camada
suporte tem por finalidade manter a espessura do lodo uniforme, facilitar a remoção
manual do lodo e evitar a formação de buracos devido à movimentação de
funcionários sobre o leito.
40
Figura 5.13: Esquema geral do sistema de Leitos de Secagem
(PROSAB, 2006)
Figura 5.14: Esquema do leito (corte)
(PROSAB, 2006)
Deve ser caracterizado o filtrado através do leito, pois pode possuir valores elevados
de DQO, metais, cor e turbidez. No entanto, a possibilidade de retorno à entrada da
ETA e o reuso do drenado é fator fundamental. Os tubos que transportam os lodos
para os leitos de secagem devem ser dimensionados para trabalharem com
velocidade de 0,75 m/s (PROSAB, 2006).
Na tabela 5.2, demonstra algumas vantagens e desvantagens do uso de leitos de
secagem (PROSAB, 2006).
41
Tabela 5.2: Vantagens e desvantagens do uso de leitos de secagem.
Vantagens
Desvantagens
Baixo custo inicial quando o custo da Necessidade de maior área.
terra é baixo.
Pequena necessidade de operação.
Necessidade de trabalhar com lodo
estabilizado.
Baixo consumo de energia.
Seu
projeto
tem
necessidade
de
conhecimento sobre o clima.
Pouca
necessidade
de
utilização Remoção do lodo seco exige trabalho
condicionante químicos.
intensivo.
Alta concentração de sólidos.
Fonte: PROSAB, 2006
5.4.3.2 Leitos de Secagem Alternativos
Os sistemas de leitos de secagem alternativos podem ser de duas formas:
•
Leitos de Secagem a Vácuo
•
Leito de secagem de tela em cunha
O primeiro utiliza pressões negativas para ativar a operação de drenagem. O
sistema é composto por laje de fundo em concreto armado, camada de brita,
membrana filtrante apoiada sobre a camada de brita, paredes divisórias e retentoras,
sistemas de tubulações, comportas de alimentação, bomba de vácuo e bomba de
remoção de filtrado.
É mostrado na figura 5.15 o esquema do sistema sugerido pela Walter Pollution
Control Federation – WPCE (1983), conforme descrito por Cordeiro (1999). O lodo é
introduzido sobre o leito filtrante em camadas de 30 a 50 cm. A aplicação da pressão
é realizada com valores de 0,3 a 8,4 mH 2 O , mantida no poço de sucção e sob o
meio filtrante. O filtrado removido é mantido no poço de acumulação até determinado
nível em que a bomba de acionamento entrará em funcionamento automático.
42
Ainda segundo Cordeiro (1999), a partir do momento em que a torta sobre o leito
começa a fissurar e o vácuo passa a se perder, o sistema gerador de pressão é
desligado. Esse sistema pode ser vantajoso para lodos gerados em locais com
pequena disponibilidade de área para implantação de secagem de resíduo e
estações que produzem pouco lodo. Por meio dessa sistemática podem ser
utilizados polímeros para condicionamento do lodo.
Figura 5.15: Componentes do leito de secagem a vácuo
(WPCE, 1983)
Para o segundo caso, chamado de leito de secagem de tela cunha, são construídos
por tanques retangulares rasos e impermeáveis. O fundo é formado por um septo de
tela em cunha, como ilustrado na figura 5.16. O fundo falso é vedado e o controle do
drenado é realizado através de uma válvula de gaveta (CORDEIRO, 1999).
Desidratando lodos de origem sanitária e industrial, na Inglaterra e nos EUA nos
últimos 30 anos, esse sistema tem sido utilizado com sucesso. Os leitos de secagem
de tela em cunha podem “desidratar” 2,4 a 4,9 kg/m² de matéria por ciclo de
operação, segundo WPCE (1983), descritos por Cordeiro (1999). Considerando-se
um período de 24 horas, o sistema pode atingir teor de solos de até 12%. A
43
utilização desse mecanismo tem sido recomendado para ETEs de pequeno porte
com vazões de até 20 l/s.
Figura 5.16: Construção de leitos de secagem de tela em cunha
(WPCE, 1983)
5.4.3.3 Lagoas de Lodo
Outro método a ser utilizado para a remoção de água quando o custo da terra for
baixo é o de lagoas de lodo. Nas figuras 5.17 e 5.18 são ilustrados o mecanismo de
desidratação em lagoas e o esquema geral de Lagoas de Lodo, respectivamente.
Este sistema parecido ao dos leitos de secagem, onde a desidratação ocorre em três
fases: drenagem, evaporação e transpiração (PROSAB, 2006).
Figura 5.17: Mecanismos de desidratação em lagoas
(PROSAB, 2006)
Segundo Cordeiro (1999), têm mostrado em algumas experiências que a drenagem
é independente da profundidade da lagoa, no entanto, a evaporação é o principal
44
fator para a desidratação. As lagoas constituem-se em método bastante popular nos
EUA, tanto para os lodos de ETEs e ETAs, podem ser naturais ou artificiais, sendo
construídas por meio de diques ou escavações. São grandes as áreas necessárias e
o custo da terra é um dos fatores essenciais na definição do método.
Figura 5.18: Esquema geral do sistema de Lagoas de Lodo
(PROSAB, 2006)
O projeto de lagoas de lodo inclui: sistema de tubulações de entrada de lodo e saída
do decantado, sistema de bombeamento (se necessário) e equipamento para
remoção mecânica de lodo. Apesar de existirem lagoas que atingem 3,0 m de
profundidade, recomenda-se que a profundidade das lagoas varie de 0,7 a 1,4 m
(CORDEIRO, 1999).
São vários os fatores que devem ser avaliados nos critérios de projeto, segundo
Cordeiro (1999), podendo ser citados: clima, permeabilidade do subsolo,
características do lodo, profundidade da lagoa e área superficial. Quanto ao clima,
devem ser analisados a precipitação (índices pluviométricos, distribuição anual e
sazonal), temperaturas extremas e taxa de evaporação (média anual e flutuações
anuais e sazonais), onde a permeabilidade do subsolo deve possuir valores
moderados, variando de 0,00042 a 0,00140 cm/s, e o nível de água do lençol
freático deverá estar no mínimo 50 cm acima do fundo da lagoa ou de acordo com
as legislações locais.
45
Os trabalhos envolvidos na operação e manutenção das lagoas incluem: aplicação
de lodo, remoção periódica do sobrenadante, remoção periódica dos sólidos e
reparos no talude. Segundo U.S.ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY –
USEPA (1979) descrito por Cordeiro (1999), os tempos para operação e
manutenção variam de acordo com aplicação de sólidos (recomenda-se que se
utilize de 36 a 39 Kg de sólidos por m³, devendo estar prevista duas células, no
mínimo, para facilitar a estocagem do lodo), podendo ser avaliados na Tabela 5.3.
As áreas ocupadas pelas lagoas podem ser duas ou três vezes maior que a dos
leitos de secagem de mesma capacidade.
Tabela 5.3: Horas-homem/ano para operação e manutenção de lagoas.
Sólidos secos
Operação
Manutenção
Total
100
30
55
85
1.000
55
90
145
10.000
120
300
420
50.000
450
1.500
1.950
aplicados (Ton/ano)
Fonte: USEPA (1979)
Na figura 5.26, pode se analisar as curvas de isoconcentrações, mostrando que o
adensamento natural faz com que a variação de concentração de sólidos cresça da
superfície para o fundo de 1,7% a 10% (PROSAB, 2006).
Figura 5.19: Seção da lagoa de Shoremont
(PROSAB, 2006)
46
Este sistema de lagoa para remoção de água de lodos de ETA é desenvolvida na
ETA - Alto Tietê (Taiaçopeba), na Região Metropolitana de São Paulo. Essa estação
foi inaugurada em 1991, entrando em operação com sistema de recuperação de
água de lavagem e lagoas para “desidratação” de lodos. O sistema não funcionou
adequadamente em função das características do tamanho de partículas do lodo e
do clima da região.
5.5 Benefícios na Utilização dos Resíduos das ETAs
Com as Legislações cada vez mais restritivas, altos custos associados à disposição
de lodos em aterros, e aumento das dosagens de produtos químicos nos processos
de tratamento de água, têm aberto novos desafios para os pesquisadores e técnicos
na busca de soluções mais econômicas para o tratamento e disposição final de
lodos de ETAs, através da disposição benéfica e do tratamento de lodos criando
oportunidades para o aumento de receita e principalmente, redução de custos e de
impactos ambientais gerados pelas empresas de saneamento básico de todo o
mundo.
Segundo Tsutiya e Carvalho (2000), os usos benéficos mais utilizados ou de maior
potencial de utilização para o Estado de São Paulo são: diposição no solo,
fabricação de cimento, fabricação de tijolos, cultivo de grama comercial, solo
comercial, plantações de cítricos e compostagem. O lodo poderá ser utilizado
também para a melhoria da sedimentabilidade em águas de baixa turbidez,
recuperação de coagulantes e controle de H 2 S . Além das utilizações benéficas
citadas, muitas vantagens tem sido observadas, quando os lodos de ETAs são
lançados em redes coletoras de esgotos ou diretamente nas estações de tratamento
de esgotos. No capítulo 5.6 Incorporação e/ou Disposição dos Resíduos das ETAs,
serão relatados de forma resumida algumas das alternativas aqui mostradas.
Na figura 5.20 é ilustrada as soluções adotadas nos Estados Unidos em
porcentagem para a disposição de lodos de ETAs.
47
Outros; 7%
Descarga em Corpo
Hídrico; 11%
Disposição em Rede
de Esgoto; 24%
Agricultura; 25%
Aterro (Municipal);
20%
Aterro Exclusivo;
13%
Figura 5.20: Situação da disposição final dos lodos das ETAs nos Estados Unidos
(AWWARF, 1999)
5.6 Reciclagem e/ou Disposição dos Resíduos das ETAs
As alternativas para o uso benéfico do lodo são diversas, trazendo vantagens
econômicas, transformando em larga escala, resíduos em recursos, minimizando os
impactos gerados nos cursos d’águas pelos lodos de ETAs. Neste capítulo estão
descritas algumas alternativas resumidamente como se reciclar ou disponibilizar
esses resíduos “indesejáveis”.
5.6.1 Disposição em Aterros Sanitários
Para se disponibilizar os resíduos das ETAs nos aterros sanitários é necessário se
realizar os ensaios para a classificação do lodo de acordo com a norma ABNT NBR
10.004, onde classifica os lodos como resíduos sólidos inerte ou não-inerte, perigoso
ou não perigoso. Mas cabe ressaltar que para esta disponibilização envolve altos
custos transporte da ETA até o aterro sanitário, conforme Guerra et al. (2005).
48
5.6.2 Disposição em Estações de Tratamento de Esgotos - ETEs
A descarga de lodo de ETAs em coletores de esgotos e encaminhados para as
estações de tratamento de esgotos sanitários – ETEs é comumente realizada em
todo o mundo. Normalmente são observados alguns efeitos positivos, tais como
controle de H 2 S , aumento da eficiência dos decantadores primários e da remoção
dos fósforos. Quando a descarga é feita em valores menores que 150 a 200 mg/L,
efeitos negativos ao processo biológico não são observados de maneira geral, mas
observa-se aumento de eficiência nos decantadores primários da ETE, e
conseqüentemente, o volume de lodo produzido nos decantadores primário é maior,
quando os lodos são decantados separadamente, conforme Tsutiya e Carvalho
(2001).
A produção de lodos nas ETEs quando são adicionados 200 mg/l de lodos de ETAs,
é aproximadamente duas vezes maior. No caso de ETEs que não possuem
decantadores primários, o sistema de lodos ativados terá que ser operado com
maior concentração de sólidos suspensos e uma sobrecarga pode ocorrer nos
decantadores secundários (PROSAB, 2006).
Quando lançados em ETEs os lodos que contém alumínio e ferro, são observados
maiores eficiências na remoção de fósforo. No entanto, os sólidos dissolvidos
presentes nos lodos de ETAs, em determinadas concentrações podem inibir o
processo biológico de tratamento de esgotos. A determinação deste efeito não é
simples de ser realizado. Uma carga de choque inicial de um composto tóxico pode
inibir o processo biológico, porém, com vários compostos, os microrganismos podem
se adaptar e ajustar à presença de um determinado composto tóxico. De acordo com
as vazões afluentes da ETE, uma boa prática é equalizar a descarga, para que as
concentrações de compostos potencialmente tóxicos permaneçam constantes,
conforme Azeredo, Rodrigues e Webwester (2002).
Para evitar qualquer efeito não desejado ao sistema de tratamento de esgotos à
toxidade do lodo ao sistema biológico de tratamento, bem como, as conseqüências
49
desta descarga à qualidade e a produção dos lodos de ETEs, devem ser analisadas.
Quando a remoção de lodos de ETAs dos decantadores for efetuada de forma
contínua, a descarga nos sistemas coletores de esgotos pode ser realizada
diretamente. Entretanto, se essa remoção for feita em regime de batelada, faz-se
necessário um tanque equalizador, antes da descarga do lodo no sistema coletor de
esgotos, conforme Tsutiya e Carvalho (2001).
As águas de lavagens de filtros pelas grandes vazões, concentradas em pequenos
períodos, antes de sua descarga em redes coletoras, normalmente são seguidas de
tanques de equalização e também sempre que possível devem ser realizadas
quando o coletor estiver transportando grandes vazões, de modo a propiciar
velocidade suficiente para evitar a deposição de sólidos. De maneira geral,
problemas de deposição de sólidos não são observados com velocidade mínima de
0,8 m/s ou concentração de sólidos menor que 3%.
5.6.3 Reciclagem do lodo na Fabricação de Cimentos
A utilização de lodos de ETAs na fabricação de cimento Portland é realizada com
sucesso por empresas de saneamento como Metropolitan Water, LA, CA e a Tulsa
OK. Os materiais comumente utilizados na fabricação do cimento Portland são
calcário, xisto e argila. O calcário corresponde à cerca de 70 a 80% do material
bruto, porém contém baixas concentrações de sílica, ferro e alumínio. Para
solucionar esta deficiência, são adicionados argila, xisto, minério de ferro e bauxita.
Os lodos de ETAs que utilizam coagulantes durante o processo de tratamento,
normalmente contêm todos esses elementos que são adicionados durante o
processo de fabricação do cimento, e por isso, o lodo é introduzido no processo de
fabricação de cimento na fase de pré homogeneização das matérias primas. O teor
de sólidos necessários para esta aplicação é de no mínimo 50%.
As principais características, de lodos de ETAs, que comprometem a qualidade do
produto ou até mesmo, inviabilizam na fabricação do cimento são: a presença de
50
altas concentrações de matéria orgânica, ântracito ou carvão ativado, sulfato,
permanganato de potássio e metais pesados.
A presença de óxidos de potássio e de sódio no lodo diminui significativamente as
concentrações de álcali no cimento produzido. Altas concentrações de álcali no
cimento, causam expansão e fissuras em estruturas de concreto.
5.6.4 Reciclagem do lodo na Fabricação de Tijolos Cerâmicos
As características físicas e químicas de lodos de ETAs são muitas vezes similares
às características dos materiais utilizados na fabricação de tijolos, pois apresentam
propriedades físicas e químicas similares à argila natural e xisto utilizados na
produção de tijolos. Para prevalecer e viabilizar a sua aplicação neste processo, os
lodos mais indicados, são compostos de argilas, silte, areia, coagulantes e matéria
orgânica removidos durante o tratamento de água, porém com a presença de cal no
lodo, por outro lado, compromete a qualidade do tijolo produzido, inviabilizando a
sua aplicação (TSUTIYA e CARVALHO 2001).
Este assunto será mais detalhado no estudo de caso.
5.6.5 Disposição em Solo Comercial
O lodo de ETA tem sido utilizado para substituir alguns dos componentes
tipicamente utilizados na produção de solos comerciais, tais como, perlita (para
aeração), calcário (para ajuste de pH), areia (peso) e argila bentonítica (agente
tampão). Além dessas vantagens, o lodo de ETA é utilizado para melhoria estrutural
do solo, ajuste de pH, adição de traços de minerais, aumento da capacidade de
retenção de água e melhoria das condições de aeração do solo. Normalmente, este
uso requer lodo com concentração de sólidos de 40 a 60%, conforme descrito por
Azeredo (2002).
51
Os lodos de ETAs, também, vem sendo utilizados na fabricação de adubos
orgânicos, para aumento de peso. Uma outra aplicação que vem merecendo
destaque é a sua utilização como solo suporte para germinação de sementes,
conforme Tsutiya e Carvalho (2000).
5.6.6 Disposição no solo
A aplicação de lodos de ETAs em solos agrícolas traz alguns benefícios, tal como:
melhoria estrutural do solo; ajuste de pH; adição de traços de minerais; aumento da
capacidade de retenção de água e melhoria das condições de aeração do solo.
Porém, têm demonstrado em estudos que o lodo de ETAs, quando aplicado ao solo
agrícola, apresenta tendência de reagir e indisponibilizar à planta, o fósforo presente
no solo. Além disso, a fototoxicidade do alumínio pode ser um problema em solos
com pH acima de 6,5. Muitos consideram que, as baixas concentrações de matéria
orgânica e de nutrientes nos lodos de ETAs tornam desinteressante sua aplicação
no solo, conforme Tsutiya e Carvalho (2001).
5.6.7 Reciclagem do lodo no Cultivo de Grama Comercial
A aplicação de lodos de ETAs no cultivo de gramas, aumenta a aeração e a
capacidade de retenção de líquido no solo, e também, fornece nutrientes adicionais
às plantas. O cultivo de grama comercial inclui: grama para jardinagem, campos
para atividade esportiva, parques, cemitérios e jardinagem de rodovias, e
normalmente é realizada em cinco etapas: preparação do solo, semeadura,
crescimento da grama, colheita e transporte, conforme Tsutiya e Carvalho (2001).
Os lodos de ETAs podem ser aplicados na fase líquida ou após a desidratação
segundo Tsutiya e Carvalho (2001). O lodo líquido pode ser aplicado tanto na fase
de preparação do solo como na fase de crescimento, enquanto que o lodo
desidratado “torta” pode ser aplicada somente na fase de preparação do solo.
52
Ainda conforme Tsutiya e Carvalho (2001), estudos pilotos de demonstração, devem
ser conduzidos para determinação da dosagem de aplicação adequada, levando em
conta o acúmulo de metais no solo, a absorção de nutrientes, bem como, o teor de
sólidos para aplicação líquida do lodo, para que na fase de preparação do solo, não
exceda a umidade adequada, e para que na fase de crescimento, os sólidos não
cubram as folhas prejudicando a fotossíntese.
5.6.8 Reciclagem do lodo na Compostagem
Atualmente, estão sendo realizadas pesquisas, para o uso de lodos de ETAs em
compostagem, utilizando-se o sistema em leiras, juntamente com restos vegetais,
resíduos sólidos domésticos e biossólidos. A adição de lodos de ETAs na
compostagem, tem mostrado benefícios como, ajuste de umidade, fornecimento de
traços de minerais, ajuste de pH e também, servindo como material para o aumento
do volume de composto.
5.6.9 Reciclagem do lodo na Plantação de Cítricos
Segundo Tsutiya e Carvalho (2001), nos Estados Unidos, os solos onde são
cultivadas as plantas cítricas, como laranja e limão, normalmente, tem deficiência de
ferro. Para o crescimento das culturas de cítricos é vital a presença ferro e pode ser
suprido através da aplicação no solo de lodos de ETAs. Entretanto, é necessário que
no processo de tratamento se utilize o sulfato férrico como coagulante.
Ainda segundo Tsutiya e Carvalho (2001), algumas ETAs nos Estados Unidos,
substituíram o sulfato de alumínio por sulfato férrico de alta pureza para atender a
essa condição, para que o lodo possa ser utilizado em fazendas de cítricos,
aumentando significativamente seu valor comercial. A aplicação do lodo de ETA tem
se mostrado tão eficiente quanto outros produtos comerciais, normalmente utilizados
para provisão de ferro ao solo.
53
Porém para a aplicação do lodo desidratado em culturas agrícolas, deverá ser
determinada a dosagem de aplicação através de um projeto piloto, para evitar a
contaminação do solo por metais pesados.
5.7 Recuperação de Coagulantes
A recuperação de coagulantes presentes nos lodos de ETAs podem ser realizadas
de várias formas: via ácida, via alcalina, extração com solventes orgânicos e
extração com quelantes. Alguns países do hemisfério norte utilizam a recuperação
de coagulantes, via ácida em grande escala, conforme Gonçalves et al. (1999),
descrito por Tsutiya e Carvalho (2001).
O processo de recuperação de coagulantes consiste basicamente na solubilização
das espécies de ferro e alumínio que possuem o potencial de coagulação. Como os
hidróxidos presentes nos lodos de ETAs variam de 35 a 50% dos sólidos, além das
vantagens referentes a economia de produtos químicos, a recuperação de
coagulantes, reduz significativamente o volume e melhora as características do lodo
produzido (TSUTUYA e CARVALHO, 2001).
A solubilização envolve equações de equilíbrio entre o precipitado com as espécies
solúveis, para diferentes condições de pH. O lodo, na maioria dos casos é exposto a
pH inferiores a 2 ou superiores a 10. O alumínio pode ser solubilizado na sua
totalidade (100%) em pH 2, teoricamente. Porém a porcentagem do alumínio
recuperado irá depender da eficiência do processo de desidratação do lodo.
Segundo a AWWARF (1987), descrito por Tsutiya e Carvalho (2001), a eficiência de
recuperação de alumínio nas ETAs de Richmond e de Montgomery, na Carolina do
Norte, chega a 94%, e a qualidade do coagulante recuperado, é significativamente
melhor à qualidade do coagulante adquirido no mercado.
O controle de outras espécies, como metais pesados e compostos orgânicos, tanto
no lodo quanto na água tratada, é imprescindível, uma vez que a solubilização de
54
hidróxidos pode disponibilizar à fase líquida outras espécies nocivas à saúde
humana, segundo Tsutiya e Carvalho (2001).
55
6 RECICLAGEM DE RESÍDUOS DA ETA CUBATÃO NA INDÚSTRIA
CERÂMICA MÔNACO
Este trabalho foi realizado na ETA Cubatão de propriedade da Companhia de
Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP, tendo em vista estudar em
escala real durante dois meses, tanto no que se refere à produção de lodo como na
confecção dos blocos cerâmicos e envolveu a participação de técnicos da indústria
cerâmica, sendo o possível receptador dos lodos de ETA, dos órgãos ambientais, tal
como a Secretária do Meio Ambiente – SMA e Companhia de Tecnologia do Estado
de São Paulo – CETESB, responsáveis pelo licenciamento e pela fiscalização das
atividades minerarias e de ETAs, da Escola Politécnica da Universidade de São
Paulo e da própria SABESP, conforme descrito por Sampaio et al. (2002).
6.1 Processo de Tratamento da Água na ETA/Cubatão
O processo de tratamento da água é realizado pelo sistema convencional, composto
pela coagulação, floculação, decantação, filtração, desinfecção, fluoretação e
correção do pH. A estrutura em questão é formada basicamente por uma câmara de
mistura rápida, seis módulos de tratamento compostos de floculador, decantador e
filtro, um reservatório apoiado para lavagem de filtros, duas casas de química e uma
área para estocagem de produtos químicos líquidos (SABESP, 2002).
Este sistema possui duas captações, a mais antiga, capta água diretamente do rio
Cubatão próxima a ETA e a mais recente, também situada no rio Cubatão, a
aproximadamente 1 km à montante, capta água do rio através da barragem SubÁlvea, em seguida a água vai da captação para a ETA por gravidade (SABESP,
2002).
A água bruta, proveniente das captações, ao entrar na ETA é submetida à caixa de
areia composta por três unidades com as seguintes dimensões: 20 m de
56
comprimento; 5,1 m de largura; e 2,9 m de altura, em seguida é recalcada pela
Estação Elevatória de Água Bruta – EEAB, composta de 11 unidades de
bombeamento, até a caixa de mistura, logo após a passagem pela caixa de areia.
Nesta caixa, são adicionados cal e cloreto férrico. O tempo de detenção hidráulico é
de 18 segundos, com vazão de 4,0 m³/s. A caixa de mistura possui as seguintes
dimensões: 10,5 m de comprimento; 2,0 m de largura; 3,5 m de altura útil; 0,5 m
borda livre e 73,5 m³ de volume útil (SABESP, 2002).
Segundo Sampaio et al. (2002), imediatamente a montante da caixa de mistura, na
tubulação de recalque de água bruta, é adicionado o ácido fluorsilícico e,
imediatamente a jusante, na tubulação de saída, é adicionado o cloro. Todas as
dosagens são efetuadas somente na água bruta, uma vez que não existe um ponto
único de saída de água tratada. Após a passagem pela câmara de mistura, a água
coagulada vai para os seis módulos de tratamento, por uma tubulação com 1500mm
de diâmetro, por gravidade. Esta tubulação é dotada de seis derivações com 600mm
de diâmetro que alimentam um canal de água coagulada, situado na frente dos
floculadores existentes. A figura 6.1 ilustra o fluxograma da ETA Cubatão.
Figura 6.1: Fluxograma do processo de tratamento de água da ETA Cubatão
(SABESP, 2002)
57
Ainda conforme Sampaio et al. (2002), a ETA.3/Cubatão possui seis floculadores
ligados a seis decantadores. Cada floculador é formado por quatro câmaras
semelhantes operando em série, interligadas por passagens inferiores e superiores
alternadas. Os floculadores possuem as seguintes dimensões: 16,35 m de
comprimento; 13,60 m de largura; e 3,56 m de altura. Cada uma das quatro câmaras
de cada floculador é dotada de um misturador de eixo vertical do tipo turbina, com
polias escalonadas que permitem o ajuste do gradiente de velocidade transferido à
água em três valores diferentes.
Os decantadores de formato retangular, de fluxo longitudinal, com limpeza manual.
Possuem cortinas de madeira, bocais na entrada e calhas vertedoras para a coleta
de água decantada na saída. Os decantadores possuem as seguintes dimensões:
50,30 m de comprimento; 18,30 m de largura; e 4,85 m de altura; e a limpeza de
cada decantador é realizada, em média, de 40 a 45 dias. O procedimento de limpeza
consiste de esgotamento do decantador e floculador anexo, seguido de remoção do
lodo restante com jatos de água com mangueiras (SABESP, 2002).
Os seis decantadores são ligados a 12 filtros do tipo rápido por gravidade, com leito
filtrante de antracito e areia sobre camada suporte de pedregulho. Cada filtro é
formado por duas câmaras de filtração com as seguintes dimensões: 15,20 m de
comprimento; 3,80 m de largura; 57,0 m² de área de filtração; e 1274 m² de área
total de filtração; e os filtros são lavados a cada 12 horas, onde o sistema de
lavagem é em contra corrente auxiliada por lavagem superficial do tipo fixa. A água
de lavagem em contra corrente é fornecida por um reservatório apoiado, situado ao
lado dos filtros. O volume útil do reservatório é de 1300 m3. Este reservatório é
abastecido por três conjuntos moto-bombas situados no sub-solo da casa de
química. A sucção é feita a partir do reservatório de água tratada, situado sob os
filtros (SABESP, 2002).
58
6.2 Tratamento dos lodos gerados no processo
Segundo Sampaio et al. (2002), os lodos gerados no processo de tratamento de
água da ETA/CUBATÃO têm sua origem nos decantadores e filtros por ocasião das
suas lavagens, onde a água de lavagem dos filtros é bombeada para um tanque de
decantação e em seguida o lodo é adensado. Os lodos provenientes dos
decantadores são bombeados para o tanque de estocagem juntamente com os
lodos adensado provenientes da lavagem dos filtros e é nesse tanque que ocorre
adensamento por gravidade dos lodos acumulados. A figura 6.2 apresenta um
fluxograma do processo de tratamento de lodos da ETA.
EEAB
Caixa
Floculador
Extravazora
EE Água
Decantadores
Lavagem
Filtros
Tanques de
Decantação
Reservatório
Estação
Elevatória de
Lodo
Casa de
Desidratação
Figura 6.2: Sistema de tratamento de lodos da ETA/CUBATÃO
(SABESP, 2002)
Os lodos adensados no tanque de estocagem de lodos são removidos pelo fundo do
tanque e bombeados para as máquinas desaguadoras. Nesse momento é
adicionado polímero, previamente preparado, para auxiliar no processo de
desidratação, onde é realizada em 4 unidades de filtros prensas de esteira e em
59
seguida encaminhada a uma caçamba receptora para disposição final, conforme
descrito por Sampaio et al. (2002).
Ainda segundo Sampaio et al. (2002), de acordo com o Projeto da SEREC, de
reformulação da fase sólida de tratamento, foi informado pela operação da SABESP
que a produção de lodos da ETA/CUBATÃO é de 40 a 60 toneladas de massa
úmida por dia. O projeto executivo considerou um mínimo de 12,73 ton/dia até um
máximo de 26,89 ton/dia expresso como base seca, o que corresponde a 70,72
ton/dia a 149,39 ton/dia de lodo na base úmida.
6.3 Descrição do Processo de Fabricação do Bloco Cerâmico
Segundo Sampaio et al. (2002) de acordo com informações do proprietário, a
Cerâmica Mônaco processa em torno de 250 t de argila por dia. A matéria prima
utilizada para fabricação do bloco cerâmico é argila e uma pequena adição de
carvão coque. A argila é procedente de jazida da própria Cerâmica Mônaco, situada
a uma distância de 12 quilômetros da fábrica. A argila, de três tipos, é extraída por
tratores de esteira, misturada e deixada em repouso ao ar livre, por um período de 3
meses. Após esse período, a argila é transportada, por caminhões, até o pátio da
fábrica, onde permanece armazenada por alguns dias. A figura 6.3 mostra um
fluxograma de processo de fabricação de tijolos.
A partir do pátio da fábrica, a argila é recolhida por trator e despejada em uma
tremonha de dosagem e junto com a argila é feita uma pequena dosagem de carvão
coque para auxiliar na queima para aumentar a temperatura dos tijolos, onde a sua
dosagem na Cerâmica Mônaco é de aproximadamente 2,4% da massa da mistura
(SAMPAIO et al. 2002).
Ainda conforme Sampaio et al. (2002), a mistura é movimentada através de esteiras
transportadoras até a máquina extrusora. Durante esse transporte, passa por outras
máquinas misturadoras, onde se pode adicionar água quando a massa estiver muito
seca. Na extrusora, a massa é prensada através do molde, resultando num feixe
60
contínuo com o formato do tijolo que é cortado em blocos por fios de arame. A figura
6.4 mostra o filete contínuo do bloco cerâmico saindo da extrusora, e a figura 6.5
mostra a máquina de corte dos blocos.
Figura 6.3: Fluxograma do processo de fabricação de tijolos
(SAMPAIO et al, 2002)
Figura 6.4: Moldagem do bloco cerâmico na extrusora
(SAMPAIO et al, 2002)
61
Figura 6.5: Corte do bloco cerâmico
(SAMPAIO et al, 2002)
Os blocos cortados são transportados e empilhados em vagonetas transportadoras,
que são transferidas para a estufa de secagem, onde permanecem por 48 horas e a
temperatura nesse ambiente atinge 100ºC, conforme descrito por Sampaio et al.
(2002). A figura 6.6 mostra a transferência dos blocos cortados para a vagoneta e a
figura 6.7 mostra o interior da estufa de secagem.
Figura 6.6: Empilhamento dos blocos nas vagonetas
(SAMPAIO et al, 2002)
62
Figura 6.7: Estufa de secagem
(SAMPAIO et al, 2002)
Após a secagem na estufa os blocos são transferidos para o forno de queima, onde
são empilhados de forma a preencher todo o seu interior. Este processo de queima é
realizado durante 30 horas no forno fechado e atinge uma temperatura de 900ºC. O
combustível utilizado é madeira picada. Sua queima se dá através de um queimador,
que é posicionado em um bocal na parede do forno (SAMPAIO et al. 2002). É
ilustrado na figura 6.8 uma vista externa do forno em processo de queima.
Figura 6.8: Forno de queima de blocos cerâmicos
(SAMPAIO et al, 2002)
63
Quando se termina o período de queima segundo Sampaio et al. (2002), os tijolos
permanecem dentro do forno por mais 24 horas para resfriamento. O resfriamento é
realizado pela circulação de ar através dos mesmos. Esse ar aquecido é transferido
para a estufa de secagem para aproveitamento de energia. Após o resfriamento, os
tijolos são retirados do forno e transferidos para o pátio de estocagem e expedição.
O processo de fabricação dos blocos cerâmicos, desde a alimentação de argila até a
retirada dos blocos do forno, leva em torno de 7 dias.
6.4 Propriedades Mecânicas dos Blocos
Segundo Sampaio et al. (2002), foram coletadas amostras a cada lote de blocos
cerâmicos fabricados para a realização dos seguintes ensaios:
•
Determinação das dimensões em blocos cerâmicos estrutural e vedação;
•
Determinação do desvio em relação ao esquadro e planeza das faces;
•
Determinação da absorção de água;
•
Determinação da resistência à compressão.
Os blocos cerâmicos para alvenaria fabricados com adição de lodo devem obedecer
às especificações estabelecidas na norma ABNT NBR 7171, onde são classificados
como blocos de vedação, com as seguintes dimensões: 11,5 x 14 x 24 centímetros
(SAMPAIO, 2002).
Apresentaram trincas e rachaduras após secagem e queima, além de acentuada
retração dimensional os blocos cerâmicos fabricados com adição de lodo nas
proporções 1:4 (uma parte de lodo para 4 partes de argila) e 1:5. As dimensões
finais ficaram inferiores às especificadas pela norma ABNT NBR 7171. Por essas
razões os blocos não foram encaminhados para ensaios mecânicos, conforme
descrito por Sampaio et al. (2002).
Não apresentaram retração dimensional significativa os blocos fabricados com
adição de lodo nas proporções 1:8 e 1:10. As dimensões finais ficaram dentro dos
64
limites estabelecidos pela norma ABNT NBR 7171. Os resultados dos ensaios
realizados com blocos na proporção 1:8, bem como dos ensaios realizados com
blocos sem a adição de lodo, estão apresentados no quadro 6.1 (SAMPAIO et al.
2002).
Quadro 6.1: Resultados de ensaios de blocos cerâmicos com dosagem 1:8
Especificação
Bloco com lodo
Bloco sem
NBR 7171
Dosagem 1:8
lodo
1,0 (mínimo)
2,3
2,3
8 a 25
19,1
19,1
Comprimento (mm)
240
239,3
239,2
Largura (mm)
115
112,1
110,7
Altura (mm)
140
137,7
135,4
e1 (superior)
7 (mínimo)
5,1
5,4
e2 (lateral)
7 (mínimo)
5,7
5,8
e3 (interna)
4,9
4,9
e4 (interna)
5,0
4,9
Ensaio de Compressão (MPa)
Absorção de água (%)
Verificação dimensional
Espessura das paredes (mm):
e5 (lateral)
7 (mínimo)
5,5
5,6
e6 (inferior)
7 (mínimo)
5,8
6,5
3
1
1
Face A (mm)
3
0
1
Face B (mm)
3
0
1
Desvio de esquadro - média (mm)
Planeza das faces - média:
Fonte: Sampaio et al. (2002)
Enquanto que os blocos fabricados com dosagem de lodo de 1:10 possuíam
reentrâncias nas paredes laterais externas, conforme Sampaio et al. (2002), os
blocos cerâmicos fabricados com dosagem de lodo de 1:8 possuíam paredes laterais
65
externas planas. Essa diferença se deve à forma de extrusão utilizada no processo
de moldagem do bloco.
Ainda conforme descrito por Sampaio et al. (2002), os blocos com as reentrâncias
nas paredes externas, com e sem a adição de lodo, apresentaram baixa resistência
à compressão, enquanto que os blocos com paredes externas planas apresentaram
resistência à compressão acima dos valores especificados pela norma NBR 7171,
ou seja, o formato da parede externa do bloco cerâmico teve grande importância na
resistência mecânica à compressão.
A figura 6.9 apresenta o bloco cerâmico com parede lateral externa plana, sendo
submetido ao ensaio de compressão.
Figura 6.9: Ensaio de compressão
(CERÂMICA MÔNACO, 2002)
6.5 Custo
O custo para disposição final dos lodos de ETAs em aterros sanitários pode variar
bastante, depende, entre outros fatores, da existência de aterros na região, dos seus
custos e da distância entre o local de geração e o da disposição final. Segundo
Sampaio et al. (2002), foi encontrada para a Região Metropolitana de São Paulo
uma média de 50 a 100 Reais por tonelada. Na ETA Taiaçupeba os preços para
transporte e disposição final dos lodos variam de 49 a 76 Reais por tonelada.
66
Um recente acordo foi firmado entre a ETA Cubatão e a Cerâmica Mônaco, para
transporte e incorporação do lodo na fabricação de tijolos. Nesse acordo, a ETA
Cubatão vai pagar 35 Reais por tonelada de lodo para a Cerâmica Mônaco, que se
encarregará do transporte e reciclagem na fabricação de tijolos por dois meses. Ou
seja, este custo será de 29 a 54% do custo previsto na ETA Taiaçupeba para
transporte e disposição final em aterro sanitário (SABESP, 2002).
Atualmente o lodo da ETA Cubatão está sendo destinado para o aterro sanitário do
Guarujá, sendo pago o transporte deste lodo para o aterro. Não está sendo pago o
custo de disposição final no aterro, devido a um acordo com a Prefeitura. No
entanto, estas medidas estão em caráter provisório, não representando a solução
definitiva de disposição final do lodo da ETA Cubatão (SABESP, 2002).
67
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
A utilização dos lodos das ETAs como matéria-prima representa uma solução
ambiental e economicamente adequada para disposição final destes resíduos,
abrindo novos caminhos e desafios em busca de uma melhor alternativa,
contribuindo também para a sustentabilidade dos sistemas de tratamento de água.
Os estudos de reciclagem ou disposição final dos lodos de ETAs devem ser
realizados individualmente caso a caso, devido às características particulares de
cada instalação, desta forma, verificar a melhor alternativa a ser adotada no sistema,
de modo a verificar a compatibilidade entre os materiais, clima, logística, espaço
físico para implantação do projeto, entre outros.
No estudo de caso relatado, conforme Sampaio et al. (2002), foi realizado um estudo
detalhado de todos os processos envolvidos para o estabelecimento de dosagens
mais adequadas para a realização de reciclagem do lodo da ETA Cubatão na
indústria Cerâmica Mônaco de modo a não comprometer as características físicas e
mecânicas dos blocos produzidos.
Ainda segundo Sampaio et al. (2002), neste estudo, se verificou que havia uma
compatibilidade entre os dois materiais quanto às suas características do lodo da
ETA Cubatão e da argila da Cerâmica Mônaco, esperando-se então que não
houvesse
maiores
interferências
no
processo
produtivo,
bem
como
nas
características finais dos blocos processados, conforme apresentado no quadro 6.1.
Quanto aos custos de destinação final do lodo de ETA Cubatão na indústria
Cerâmica Mônaco, incluindo o transporte, conforme relatado estão em torno de 29 a
54% dos custos praticados pelos aterros sanitários, representando uma viabilidade
econômica desta prática.
68
8 CONCLUSÃO
A busca de soluções para o tratamento e disposição final de lodos de ETA’s,
economicamente viáveis e ambientalmente vantajosas, continua sendo um desafio,
com muita polêmica e não normalizado. Desta maneira, é fundamental a criação e
estruturação de um comitê com o objetivo em colocar estes problemas em pauta que
há tanto tempo se arrasta pela história. Portanto, reunir e envolver técnicos e a
comunidade científica das diversas áreas, tal como, engenharia civil, química,
biologia, geologia, etc., para pesquisar e estudar as formas de disponibilização em
função dos processos de tratamento existentes e dos resíduos gerados.
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