CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO LODO CENTRIFUGADO DA ESTAÇÃO
DE TRATAMENTO DE ÁGUA PASSAÚNA – CURITIBA / PR
PORTELLA, K.F.; ANDREOLI, C.V.; HOPPEN, C.; SALES, A. BARON, O. Caraterização físico-química
do lodo centifugado da estação de tratamento de água Passaúna – Curitiba – Pr. 22º CONGRESSO
BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA AMBIENTAL. Joinvile, 2003.
Kleber Franke Portella
Bacharel em Química, Mestre em Ciências (ITA), Doutor em Ciências (USP), Pesquisador do LACTEC.
Cleverson V. Andreoli(1)
Eng. Agrônomo, Mestre em Solos e Doutor em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Professor
da UFPR e da FAE Business School, Gerente de Pesquisa da Companhia de Saneamento do Paraná –
SANEPAR.
Cinthya Hoppen
Engenheira Química (PUC), Especialista em MBA em SGA (PUC), Mestranda de Engenharia de
Recursos Hídricos e Ambiental – UFPR, Bolsista CAPES.
Almir Sales
Engenheiro Civil, Mestre em Arquitetura (USP), Doutor em Engenharia Civil (USP), Professor da
UFSCAR.
Orlando Baron
Químico, Mestre em Engenharia de Materiais, Pesquisador do LACTEC.
Endereço (1): GECIP / SANEPAR. Rua Engenheiro Rebouças, 1376. Rebouças. CEP: 80215-900.
Curitiba / PR – Brasil. Telefone: +55(41) 330-3238 Fax: +55(41) 333-9952. E-mail:
[email protected]
RESUMO
As Estações de Tratamento de Água geram um resíduos nos decantadores denominado lodo de ETA.
Os órgãos ambientais estão exigindo a definição de alternativas adequadas de disposição final. Para
tanto, é necessário conhecer as características do lodo de ETA com a finalidade de dar destino final
com estas características. Para a caracterização físico-química do lodo de ETA foram utilizados
amostras de lodo centrifugado da ETA Passaúna de Curitiba – PR em nos meses de julho e agosto.
Foram determinados umidade, pH, análise de perda ao fogo, difração de raio X (DRX) e análise
química por fluorescência de raio X e espectofotometria de absorção atômica. Observou-se que o lodo
apresentou uma umidade média de 87% e pH de 6,7. Pela análise de perda ao fogo verificou que as
amostras ficaram em torno de 50% e de DTA os processos foram de reações endotérmicas. Os
elementos encontrados em maior quantidade pelas análises químicas e de raio X, foram o alumínio
com 20,80%, sílica com 12,75% e ferro com 7,58%.
PALAVRAS-CHAVE: lodo de ETA, caracterização, resíduos de ETA, resíduos sólidos
1. INTRODUÇÃO
Nos centros urbanos, o abastecimento de água torna-se cada vez mais centrado na qualidade do
produto a ser distribuído à população. Em contrapartida, a qualidade da água bruta está piorando e
exige uma maior concentração de produtos químicos aplicados no seu tratamento. Como
conseqüência, há um significativo aumento nos rejeitos ou lodo, provenientes das Estações de
Tratamento de Água (ETA), os quais são gerados principalmente nos decantadores.
Pela NBR 10.004 este lodo é classificado como “resíduo sólido”, portanto deve ser tratado e disposto
conforme exigência dos órgãos reguladores. Há muito tempo, o destino destes resíduos de ETA vinha
sendo os cursos d’água próximos das estações, no entanto, a crescente preocupação e a
regulamentação têm restringido ou proibido essa disposição. Esta prática tem sido questionada por
órgãos ambientais devido aos riscos à saúde e ao meio ambiente.
Para que haja uma alternativa final adequada, é necessário primeiramente conhecer as características
deste lodo de ETA, visando obter um destino final de acordo com suas características.
2. REVISÃO BIBIOGRÁFICA
Para transformar a água bruta em água potável para consumo humano, a Estação de Tratamento de
Água (ETA) utiliza os processo de coagulação, floculação, decantação e filtração, adicionados de
diversos componentes formando resíduos que serão removidos na por sedimentação e filtração
principalmente nos decantadores, sendo estes resíduos chamados de lodo de ETA (TSUTIYA;
HIRATA, 2001).
Segundo Silva e Isaac (2002) o lodo de ETA é caracterizado como um fluído não-newtoniano,
volumoso e tixotrópico, apresentando-se em estado gel quando em repouso e relativamente líquido
quando agitado.
Segundo Gradin, Além Sobrinho e Garcia Jr (1993) este lodo de ETA é constituído de resíduos sólidos
orgânicos e inorgânicos provenientes da água bruta, tais como: algas, bactérias, vírus, partículas
orgânicas em suspensão, colóides, areias, argila, siltes, cálcio, magnésio, ferro, manganês, etc. Silva,
Bidone e Marques (2000) complementam a composição dos lodos com hidróxidos de alumínio, em
grande quantidade, proveniente da adição de produtos químicos e em alguns casos polímeros
condicionantes utilizados no processo.
As características dos lodos podem variar também em função da tecnologia usada no tratamento de
água (SARON; LEITE, 2001). Cordeiro (2000) acredita que, além dos parâmetros tradicionais do
Saneamento, para o lodo de ETA devem ser considerados também a concentração, o tipo e o tamanho
das partículas.
De acordo com AWWA (1995) o lodo de ETA possui uma característica mais similar aos solos do que
se comparado com o lodo de esgoto. Neste caso, em geral, o nitrogênio e o carbono orgânico no lodo
de ETA são mais estáveis, menos reativo e em menores concentrações.
O potencial tóxico dos resíduos de ETAs dependem principalmente do teor de metais presentes, além
das características físico-químicas e das condições em que estes resíduos são dispostos. Outros
fatores que também influenciam a toxicidade são as reações sofridas durante o processo, forma e
tempo de retenção, características do curso d’água, composição e impureza dos coagulantes e outros
produtos químicos utilizados no tratamento da água (BARROSO e CORDEIRO, 2001b).
Barroso e Cordeiro (2001a) descrevem que alguns metais, como cobre, zinco, níquel, chumbo, cádmio,
cromo e magnésio e, em especial, o alumínio presente no lodo de ETA possuem ações tóxicas,
podendo apresentar efeitos positivos ou negativos nas técnicas de tratamento, disposição final e, até
mesmo, na reutilização destes resíduos.
O teor de sólidos totais varia entre 1.000 a 40.000 mg/L (0,1 a 4%), sendo deste, de 75 a 90% sólidos
suspensos e 20 a 35% compostos voláteis, apresentando, portanto uma pequena porção
biodegradável, mas o qual pode ser prontamente oxidável. A massa específica do lodo de ETA varia de
acordo com as concentrações de sólidos presentes neste, ela pode variar de 1,002 kg/m3 para lodos
com teor de sólidos de 1%, até 1,5 kg/m3 após processo de desidratação, (RICHTER, 2001).
Durante o processo de tratamento de água são utilizados coagulantes que desestabilizam as partículas
coloidais, formando flocos com tamanho suficiente para remoção. Geralmente estes coagulantes
utilizados são sais de ferro e alumínio, que devido as suas cargas desestabilizam as partículas.
Segundo Richter (2001) o lodo proveniente do sulfato de alumínio apresenta uma pequena proporção
de biodegradabilidade e suas principais características são apresentadas na Tabela 01 abaixo.
TABELA 01: CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LODOS DE SULFATO DE ALUMÍNIO.
Matéria
Sólidos
Al2O3.5H2O Inorgânicos
pH
DBO (mg/L)
(%)
(%)
Orgânica (%)
Totais (%)
0,1 – 4
15 - 40
35 - 70
15 – 25
6-8
30 – 300
FONTE: RICHTER (2001)
DQO (mg/L)
30 – 5.000
De acordo com Reali (1999), este lodo de sulfato de alumínio apresenta coloração marrom, com
viscosidade e consistência que lembram um chocolate líquido, além de possuírem uma difícil
sedimentação ou flotação em seu estado natural.
Segundo Richter (2001) a aparência do lodo de sulfato de alumínio varia em função da sua
concentração de sólidos. Para concentrações de 0 – 5%: aparência líquida; 8 – 12%: esponjoso ou
semi-sólido; e para 18 – 25%: argila ou barro suave.
Cordeiro (2001) analisou o lodo de três ETAs: São Carlos, Araraquara e Rio Claro, podendo observar
que os valores obtidos representam dados pontuais e existe uma variabilidade quanto à remoção do e
limpeza dos decantadores, pois na ETA Araraquara o lodo é removido 3 vezes ao dia e nas demais
acontece o acumulo em tanques. Os parâmetros analisados nestas ETAs e sua variabilidade podem
ser observados na Tabela 02.
TABELA 02: PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS PARA O LODO DAS ETAS SÃO CARLOS,
ARARAQUARA E RIO CLARO.
Parâmetros
ETA – São Carlos
ETA – Araraquara
ETA – Rio Claro
Conc. de Sólidos (%)
4,68
0,14
5,49
pH
7,2
8,93
7,35
Cor (U.C.)
4.300.000
10.650
250.000
Turbidez (U.T.)
800.000
924
36.000
DQO (mg/L)
4.800
140
5.450
Sólidos Totais (mg/L)
58.630
1.620
57.400
Sólidos Suspensos (mg/L)
23.520
775
15.330
Sólidos Dissolvidos (mg/L)
32.110
845
42.070
Alumínio (mg/L)
11.100 (18,93%)
2,16
30
Zinco (mg/L)
4,25
0,10
48,53
Chumbo (mg/L)
1,60
0,00
1,06
Cádmio (mg/L)
0,02
0,00
0,27
Níquel (mg/L)
1,80
0,00
1,16
Ferro (mg/L)
5.000 (8,53%)
214
4.200
Manganês (mg/L)
60,00
3,33
30
Cobre (mg/L)
2,06
1,70
0,091
Cromo (mg/L)
1,58
0,19
086
FONTE: (CORDEIRO,2000)
Barbosa et. al. (2000) realizou estudos com lodo de ETAs situadas também nas cidades de Araraquara
e São Carlos, analisando pH, condutividade, OD, dureza, turbidez, DQO, série de sólidos, metais (Al,
Cr, Fe, Ni, Pb, Cd, Zn, Mn, Cu) e nutrientes (N e P) nos períodos chuvoso e seco. Neste estudo pode
ser observado que as variáveis que expressaram a influência do período com chuva foram: pH,
turbidez, sólidos totais, sólidos suspensos, DQO, nitrogênio e fósforo. No caso dos metais os que
apresentaram concentrações elevadas foram o alumínio, ferro e manganês, justificado pelo aumento da
dosagem de coagulantes utilizado devido à água apresentar maiores concentrações de contaminantes
e materiais proveniente de lavagem dos solos.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PASSAÚNA
O Sistema de Tratamento Passaúna é projetado com 4 módulos, contendo em cada um, quatro
decantadores, seis filtros e um floculador hidráulico, capacitados a tratar um total de 2400 l/s.
Na ETA Passaúna após a captação é adicionada à água sulfato de alumínio passando pelo tanque de
coagulação com agitação rápida e posteriormente pela floculação com agitação lenta. Após estes
tanques a água segue para o decantador onde as partículas sólidas decantam e a água clarificada
passa para a fase de filtração. Após filtrada esta água segue para a câmara de contato com a adição
de flúor e fosfato para em seguida ser distribuída para a população.
A água de lavagem dos filtros retorna ao processo na fase inicial de tratamento. Nos decantadores, os
sólidos decantados retidos no fundo seguem para um adensador e passa posteriormente para
centrífuga decanter, na qual ocorre a aplicação de polímero para melhorar sua eficiência. A fração
líquida (clarificado) deste processo é descartada e a fração mais seca (lodo) é encaminhada para
caçambas para a destinação adequada.
COLETA DAS AMOSTRAS
Foram coletadas amostras de lodo centrifugado na Estação de Tratamento de Água Passaúna
diariamente, no período de 01/07/2002 à 31/07/2002 (Lodo 01) e no período de 01/08/2002 à
30/08/2002, visando obter as variações físico-químicas deste lodo.
Na Figura 1, é mostrado o lodo da ETA, após processo de centrifugação, onde foram coletadas as
amostras para análise.
FIGURA 01: LODO CENTRIFUGADO DA ETA PASSAÚNA.
ANÁLISE DAS AMOSTRAS DE LODO
Para as duas amostras de lodo de ETA foram determinadas a umidade pelo método gravimétrico, o
qual consite em pesar a amostra úmida em uma balança e secá- la com o auxílio de uma lâmpada de
infravermelho até obter peso constante, e o pH com auxílio de um pHmetro segundo a norma ASTM
4980-89. Detalhes da metodologia adotada e parâmetros analisados no lodo da ETA Passauna estão
descritos na literatura Portella, Hoppe, Sales e Baron (2002).
A análise de perda ao fogo das amostras foi determinada em equipamento de análise térmica, com
cadinho de platina aberto sob atmosfera de O2 e N2 e taxa de aquecimento do forno de 10ºC por minuto
até temperatura de 1000ºC.
Para efetuar a difração de raio X (DRX) das amostras, estas foram realizadas no material in natura
após secagem em estufa a 110ºC por 12 horas e após calcinadas à temperatura de 700ºC por
aproximadamente 3 horas, sendo posteriormente analisadas, utilizando radiação Cu K∝ λ=1,54184 Α,
tensão = 40 kV, corrente = 40 mA, varredura 2θ=5 a 90º - tamanho do passo: 0,020 - tempo do passo
1,00s - velocidade de varredura: 0,020º /s. Já para a análise química foram confeccionadas pastilhas
de vidro contendo as amostras, sendo estas analisadas pelo equipamento de fluorescência de raio X.
As análises dos elementos Fe, Si, e Al foram efetuadas por espectofotometria de absorção atômica
com atomização em chama em um espectofotômetro de absorção atômica.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A umidade do lodo centrifugado da ETA Passaúna está em tono de 87% e seu pH varia de 6,4 a 7. Na
Tabela podem ser encontrados os valores para as amostras de lodo. Nenhum comparativo foi realizado
entre o lodo da ETA Passauna e a literatura pelo motivo de que os lodos utilizados na literatura são in
natura os dados obtidos na Passauna são de lodo centrifugado.
TABELA 03: RESULTADOS DO TEOR DE UMIDADE E PH DAS AMOSTRAS DE LODO.
Amostra
Teor de Umidade (%)
PH
Lodo 01
87,5
7,02
Lodo 02
86,4
6,46
Os principais elementos detectados pela análise química no Lodo 01 foram: Al2O3 com 23,62%, SiO2
com 14,10% e Fe2O3 com 8,39%. No Lodo 02, os principais elementos encontrados foram os mesmos,
variando apenas suas porcentagens: 20,80% de Al2O3, 12,75% de SiO2 e 7,58% de Fe2O3, como pode
ser observado na Tabela 04.
Comparando os valores obtidos com o lodo da ETA Passauna e os lodos das ETAs São Carlos,
Araraquara e Rio Claro, observa-se que os valores de alumínio e ferro encontrados, 22,21% e 7,98%
respectivamente, estão bem próximos ao da literatura (18,93% e 8,53%).
TABELA 04: ANÁLISE QUÍMICA POR FLUORESCÊNCIA DE RAIO X E ESPECTOFOTOMETRIA DE
ABSORÇÃO ATÔMICA.
Elementos (%)
Lodo 01
Lodo 02
SiO2 *
14,10
12,75
Al2O3*
23,62
20,80
TiO2
0,35
0,68
Fe2O3*
8,39
7,58
MgO
0,15
0,42
CaO
0,33
0,36
Na2O
<0,02
0,10
K2O
0,11
0,27
P2O5
0,34
0,69
Outros elem. não detectados
3,60
5,23
* Elementos analisados por espectofotometria de absorção atômica com atomização em chama
Na perda ao fogo, obtida pela análise termogravimétrica, as duas amostras ficaram em torno de 50%. A
amostra de Lodo 01 obteve 49,01% e a amostra de Lodo 02 foi de 51,12%.
Na Figura 02 é mostrada a análise térmica diferencial (DTA) para as duas amostras de lodo, após
secagem a 110º C por 24 horas. Verifica-se que a amostra de Lodo 02 apresenta na faixa de
temperatura entre 20 e 200ºC, um pico endotérmico, maior que a amostra de Lodo 01, isto pode ser
atribuído a absorção de umidade do ambiente, uma vez que esta amostra ficou guardada por um
período maior que a amostra Lodo 02, após a secagem à temperatura de 110ºC. Na faixa de
temperatura compreendida entre 340 ºC e 400 ºC é verificado um processo de reação endotérmica
para a amostra de Lodo 01 o que não é verificado para o Lodo 02, podendo ser atribuído a este
processo a desidratação dos materiais argiloso ou decomposição de material carbonático presentes no
Lodo 01.
0,2
Lodo 01
Lodo 02
0,1
DTA / µV/mg
0,0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
0
200
400
600
800
1000
Temperatura / °C
FIGURA 02: ANÁLISE TÉRMICA DIFERENCIAL
O difratograma da amostra seca, sem calcinação à 700ºC, não apresentou picos característicos de fase
cristalina, mostrando que o material obtido é amorfo. Sendo, portanto, necessário a calcinação deste.
Nas Figuras 3 a 5 são apresentados os difratogramas da amostra de Lodo 01 juntamente com os
padrões ICDD (International Centre for Diffraction Data) 38-0471 (Al2SiO5) e 15-0776 (Al6Si2O15),
padrão ICDD 11-0252 (SiO2) e padrão ICDD 13-0534 (Fe2O3) e 45-1206 (Al0,3Fe2Si0,7).
FIGURA 03: DIFRATOGRAMA COM PADRÃO ICDD 38-0471 (AL2SIO5) E 15-0776 (AL6SI2O15).
FIGURA 04: DIFRATOGRAMA COM PADRÃO ICDD 11-0252 (SIO2).
FIGURA 05: DIFRATOGRAMA COM PADRÃO ICDD 13-0534 (FE2O3) E 45-1206 (AL0,3FE2SI0,7).
Como pode ser observado pelos diagramas, os elementos encontrados no lodo de ETA, em maior
quantidade, são o Al, Si e Fe, também determinados pela análise de fluorescência de raio X e
espectofotometria de absorção atômica. A presença destes elementos é justificada pelo uso do
coagulante de sulfato de alumínio no tratamento de água e pela própria composição da água, a qual
contém materiais em suspensão, como por exemplo a areia e materiais argilosos.
5. CONCLUSÕES
Com este trabalho pode-se observar que as característica do lodo da ETA Passaúna não variaram
entre os meses analisados, mostrando que pode haver uma estabilidade destas características.
O lodo apresentou umidade em torno de 87% e pH de 6,7. Pelas análises químicas e DRX, foi
detectado que os elementos com maior predominância são o alumínio, sílica e ferro, sendo o alumínio
em maior quantidade com 22,8% e os demais 13,42% e 7,98%, respectivamente, coincidentes com os
valores encontrados na literatura. Estas concentrações elevadas ocorrem devido ao uso do sulfato de
alumínio como coagulante e pelo próprio material presente na água bruta, como por exemplo ao
materiais argilosos e a sílica da areia.
Pela análise ao fogo pode-se observar que as amostras ficaram em torno de 50%,e pela análise de
DTA o lodo apresentou processos de reação endotérmicas, previstos pela umidade do sistema do
sistema e descarbonatação.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Tratamento de Água do Estado de São Paulo. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA
SANITÁRIA E AMBIENTAL, 21., 2001, João Pessoa. Anais... João Pessoa: ABES, 2001. 1 CD-ROM.