Comparação dos métodos de análises para quantificação dos sólidos presentes no
lodo
Lucas Campaner Alves1
Alexandre Saron1
1 - Centro Universitário SENAC - Avenida Engenheiro Eusébio Stevaux 823 04696-000 São Paulo – SP
Correspondência: [email protected]
Palavras chave: resíduos sólidos, balança infravermelha, lodo
Título Abreviado: Quantificação dos sólidos no lodo
ABSTRACT
The sludge generated in water treatment plants (WTP) has great moisture,
usually greater than 95% (Souza, et al. 1999). To quantify the level of solid present in
sludge is used the Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 21th
ed. 2005. Today the market offers a device that is a semi-analytical balance with heating
with infrared radiation that performs the same task of standard method (conventional
method), but with a great advantage: time to review and lower phases for quantification.
However, the infrared scale has not proven its efficiency and its validation will benefits
by presenting results faster and with greater accuracy, because the analytical errors are
larger in analysis involving many steps as operational occur in the conventional method.
The results of this research show more efficiency at the temperature of 105°C for 30
minutes, giving a value close to the found by conventional method.
RESUMO
O lodo gerado em estações de tratamento de água (ETA) possui grande umidade,
geralmente maior que 95% (Souza, et al. 1999). Para quantificar o teor de sólidos
presentes no lodo é utilizado o método analítico padrão para Análise de Água e Esgoto
1
preconizado no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 21th
ed. 2005. Hoje há no mercado um equipamento que se constitui de uma balança semianalítica com aquecimento com radiação infravermelha que realiza a mesma tarefa do
método padrão (método convencional), porém com uma excelente vantagem: tempo de
análise e menores etapas para a quantificação. Entretanto, a balança infravermelha não
tem sua eficiência comprovada e sua validação trará benefícios por apresentar
resultados mais rápidos e com maior exatidão, já que os erros analíticos são maiores em
análises que envolvam várias etapas operacionais como ocorrem no método
convencional. Os resultados da presente pesquisa demonstram maior eficiência à
temperatura de 105°C por 30 minutos, apresentando um valor próximo ao encontrado
pelo método convencional.
1. INTRODUÇÃO
Desde a década de 50, o destino dos resíduos das Estações de Tratamento de
Água (lodo de ETA) em todo o mundo vinha sendo os cursos d’água próximos às
estações, mas esta prática foi questionada devido aos riscos à saúde humana e aos
impactos ao meio ambiente. A partir de 1990 foram criados conjuntos de leis que
regulamentam descargas de poluentes aos ambientes aquático. Esta crescente
preocupação tem gerado regulamentações que restringem ou proíbem esta forma de
disposição (HOPPEN et al 2005).
A aplicação do lodo de ETA no solo tem se tornado uma pratica cada vez mais
atrativa nos EUA devido às exigências ambientais cada vez mais rigorosas associadas às
alternativas de disposição.
Segundo Ferreira Filho e Além Sobrinho (1998), o tratamento e disposição
desses resíduos têm recebido atenção no Brasil apenas nos últimos anos, enquanto nos
2
Estados Unidos da América (EUA) e, em certos paises da Europa, eles vêm sendo
estudados dês da década de 70.
Segundo Richter (2001), o destino final para o lodo de ETA é uma das tarefas
mais difíceis no tratamento de água, pois envolve transporte e restrições ambientais.
Um dos grandes desafios é à busca de alternativas economicamente e
tecnicamente viáveis, e ambientalmente vantajosas de destinação final do lodo de ETA.
A utilização benéfica do lodo de ETA pode ser considerada uma oportunidade para
aumentar a receita das empresas de saneamento, mas, principalmente, reduzir custos e
impactos ambientais associados a este resíduo (TSUTIYA; HIRATA, 2001)
Para embasar a escolha para a melhor disposição final de lodo devem ser
avaliados alguns aspectos como: quantidade e característica do lodo e custos das
possíveis soluções escolhidas (CORDEIRO, 1981).
A quantificação de teor de sólidos totais em amostras ambientais é preconizada
pela metodologia analítica no Método Padrão para Análise de Água e Esgoto (Standard
Methods for the Examination of Water and Wastewater), 21th ed. 2005 a qual consiste
em análises gravimétricas1 da química analítica quantitativa. Esta determinação faz-se
em laboratórios químicos cujo tempo de preparação para o método padrão é de 24 horas
e a metodologia em si é de mais 24 horas. Além do tempo operacional, fatores de erros
analíticos são maiores em análises que envolvam várias etapas operacionais de
pesagens.
No método padrão é preciso que se efetue a tara de uma cápsula de porcelana
deixando-a 24 horas em estufa a 105ºC; retira-se a cápsula colocando-a para esfriar em
1
A análise gravimétrica ou gravimetria é um método analítico quantitativo cujo processo envolve a
separação e pesagem de um elemento ou um composto do elemento na forma mais pura possível.
3
dessecador2 na ausência de umidade, verifica-se sua massa, adiciona-se a massa
conhecida de resíduo levando-a para a estufa a 105ºC por mais 24 horas, retira-se, esfria
e mensura-se a massa do resíduo seco com a massa da cápsula e que por diferença
obtém-se a quantidade de sólidos seco. Calcula-se a porcentagem de sólidos por
diferenças de massas.
Hoje no mercado há um equipamento único para a execução desta análise
gravimétrica. Consiste de uma balança na qual se insere a amostra e por aquecimento
infravermelho, obtém-se o peso constante do material após secagem. A obtenção do
resultado analítico poderá acontecer em até 15 minutos sem a necessidade de manuseios
e propagação de erros analíticos.
Na balança infravermelha faz-se os dois processos juntos, ela efetua a
mensuração de massa e logo após já começa a secagem pela radiação infravermelha.
Esta secagem pode ser programada até peso constante do resíduo ou programado tempo
e temperatura para esta secagem expressando o resultado diretamente em porcentagem
de sólidos.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral:
-Verificar através de análises de teor de sólidos, a correlação dos resultados
obtidos pela metodologia convencional com a balança infravermelha numa mesma
matriz.
2.2 Objetivos Específicos:
- Comparar os resultados encontrados pela balança infravermelha e pelo método
convencional
- Testar a possível eficiência da balança infravermelha.
2
Um dessecador é um recipiente fechado que contém um agente de secagem chamado dessecante. É
utilizado para guardar substancias em ambientes com baixo teor de umidade.
4
- Apresentar resultados que possibilitem a validação3 da balança infravermelha.
3. METODOLOGIA
3.1 Coleta de dados:
- Coleta de dados fornecidos pela PROSAB- Noções gerais de tratamento e
disposição final de lodos de estações de tratamento de água.
- Coleta de dados fornecidos pelo artigo- Principais equipamentos e processos
utilizados no condicionamento e tratamento do lodo de esgoto.
- Coleta de dados fornecidos pelo artigo- Quantificação de lodo em estação de
tratamento de água
- Levantamento de dados sobre tipos de água presentes no lodo.
3.2 Amostragem:
Para realização deste projeto, foi necessária a amostragem do lodo de diversas
estações de tratamento de água (ETA) do estado de São Paulo. Para melhor comparação
dos resultados é importante se ter mais de uma amostra provenientes de diversas fontes
para melhor eficiência do estudo.
Foi trabalhado com o lodo das seguistes ETA's:
•
ETA Guaraú
•
ETA SANASA
Foram coletados 5 litros de lodo de cada ETA através de descarga dos
decantadores. Para isso haverá a necessidade de agendamento de coleta e
acompanhamento operacional de funcionários do local para esta atividade.
3.3 Balança infravermelha:
A balança infravermelha faz dois processos juntos, ela efetua a mensuração de
massa e a secagem pela radiação infravermelha. Esta secagem pode ser programada até
2
Comprovação, através do fornecimento de evidência objetiva, de que os requisitos para uma aplicação
ou usos específicos pretendidos foram atendidos (NBR ISO 9000)
5
peso constante do resíduo ou programado tempo e temperatura para esta secagem
expressando o resultado diretamente em porcentagem de sólidos. Esse tipo de análise
poderá acontecer em até 15 minutos sem a necessidade de manuseios e propagação de
erros.
3.4 Método convencional:
No método convencional é preciso que se efetue a tara de uma cápsula de
porcelana deixando-a 24 horas em estufa a 105ºC; retira-se a cápsula colocando-a para
esfriar em dessecador na ausência de umidade, verifica-se sua massa, adiciona-se a
massa conhecida de resíduo levando-a para a estufa a 105ºC por mais 24 horas, retirase, esfria e mensura-se a massa do resíduo seco com a massa da cápsula e que por
diferença obtém-se a quantidade de sólidos seco. Calcula-se a porcentagem de sólidos
por diferenças de massas. Além do tempo, com as várias etapas do processo há
probabilidade de ocorrerem fatores de erros analíticos.
3.5 Análise estatística:
A análise estatística dos dados obtidos será efetuada através de curva de
correlação para avaliação do desvio padrão metodológico. Estas curvas serão obtidas
através das análises de teor de sólidos obtidos pelas duas quantificações distintas a ser
ensaiadas nos diferentes lodos de ETA's amostrados.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados obtidos pelas análises feitas com a balança infravermelho e o
método convencional utilizando o lodo da ETA Guaraú estão dispostos a tabela 1. Cada
resultado possui seu respectivo gráfico para ser melhor entendido.
Nos gráficos a linha vermelha representa o resultado encontrado pelo método
convencional e a linha verde é o resultado encontrado no auto stop. (função da balança
onde se encontra o teor de sólidos presentes no lodo.)
6
Tabela 1 - Resultados obtidos pelo lodo da ETA Guaraú A 105°C.
Inserir tabela 1
Amostra
1
Balança
infravermelha
105ºC
15 min
20 min
30 min
40 min
Auto stop
Método
Convencional
54,17%
31,58%
5,33%
0,44%
0,97%
1,24%
Amostra
2
Amostra
3
35,18%
18,06%
3,19%
2,87%
3,59%
3,37%
40,86%
24,09%
3,07%
0,81%
0,52%
2,27%
Amostra
4
41,60%
22,54%
0,92%
0,65%
0,65%
1,67%
Amostra
5
Amostra
6
25,32%
15,25%
5,50%
4,27%
5,46%
5,59%
36,01%
25,30%
12,09%
7,35%
7,70%
8,12%
Inserir gráficos das amostras 1,2,3,4,5 e 6.
O gráfico abaixo é referente à amostra 1, da tabela 1.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
60
% Sólidos
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (m in)
O gráfico abaixo é referente à amostra 2, da tabela 1.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
40
35
% Sólidos
30
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
Tem po (m in)
7
O gráfico abaixo é referente à amostra 3, da tabela 1.
% Sólidos
Ensaio com Balança Infraverm elha à 105°C
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tempo (min)
O gráfico abaixo é referente à amostra 4, da tabela 1.
Ensaio com Balança Infraverm elha à 105°C
50
% Sólidos
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (m in)
O gráfico abaixo é referente à amostra 5, da tabela 1.
Ensaio com Balança infraverm elho à 105°C
30
% Sólidos
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (m in)
8
O gráfico abaixo é referente à amostra 6, da tabela 1.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
40
35
% Sólidos
30
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (m in)
A tabela (2) a seguir representa os resultados obtidos a partir do lodo da ETA
SANASA:
Inserir tabela 2
Tabela 2 - Resultados obtidos pelo lodo da ETA SANASA a 105°C.
Balança
infravermelho
105ºC
15 min
20 min
30 min
40 min
Auto stop
Método
Convencional
Amostra
1
Amostra
2
Amostra
3
Amostra
4
Amostra Amostra
5
6
43%
34.31%
32.15%
31.04%
32.04%
49.35%
39.65%
33.25%
32.17%
33.2%
37.62%
23.06%
16.9%
16.42%
16.77%
43.19%
35.2%
29.82%
29.04%
30.01%
57.22%
45.3%
29.48%
24.9%
27.72%
54.68%
42.06%
29.53%
28.1%
29.01%
33.53%
33.89%
16.31%
31.2%
28.2%
28.98%
Inserir gráficos das amostras 1,2,3,4,5,6,7,8,9 e 10
O gráfico abaixo é referente à amostra 1, da tabela 2.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
44
42
40
38
36
34
32
30
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Te mp o ( m i n)
9
O gráfico abaixo é referente à amostra 2, da tabela 2.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
52
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Te mp o ( m i n)
O gráfico abaixo é referente à amostra 3, da tabela 2.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Te mp o ( m i n)
O gráfico abaixo é referente à amostra 4, da tabela 2.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
49
47
45
43
41
39
37
35
33
31
29
27
25
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Te mp o ( m i n)
10
O gráfico abaixo é referente à amostra 5, da tabela 2.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
60
58
56
54
52
50
48
46
44
42
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Te mp o ( m i n)
O gráfico abaixo é referente à amostra 6, da tabela 2.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 105°C
57
55
53
51
49
47
45
43
41
39
37
35
33
31
29
27
25
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Te mpo ( min)
A temperatura de 105°C utilizada neste trabalho foi adotada após a leitura do
manual de instrução do equipamento, onde não recomendava temperaturas superiores a
esta por risco de interferência no resultado com a queima da matéria orgânica. Essa
temperatura é a mesma que da estufa utilizada no método convencional há 24 horas,
porém, alguns testes foram realizados com temperatura de 120°C, e seus resultados foram
positivos por utilizar um tempo menor para obter o mesmo resultado.
Os resultados a seguir utilizaram o lodo da ETA SANASA. Porém o diferencial
para os resultados acima é que a temperatura utilizada ao invés de 105°C foi de 120°C.
11
Inserir tabela 3
Tabela 3 - Resultados obtidos pelo lodo da ETA SANASA a 102°C.
Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4
Balança infravermelha 105ºC
15min
20min
30min
40min
Auto stop
Método Convencional
35,01%
27,76%
26,86%
26,06%
27,04%
26,91%
31,02%
29,35%
28,81%
28,32%
28,75%
29,16%
37,5%
27,9%
26,78%
26,16%
26,14%
27,25%
45,67%
29,52%
28,95%
28,175
28,22%
28,93%
Inserir gráficos das amostras 1,2,3 e 4
O gráfico abaixo é referente à amostra 1, da tabela 3.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 120°C
37
35
% Sólidos
33
31
29
27
25
23
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (m in)
O gráfico abaixo é referente à amostra 2, da tabela 3.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 120°C
32
% Sólidos
31
30
29
28
27
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (min)
12
O gráfico abaixo é referente à amostra 3, da tabela 3.
Ensaio com Balança Infraverm elho à 120°C
40
38
% Sólidos
36
34
32
30
28
26
24
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (m in)
O gráfico abaixo é referente à amostra 4, da tabela 3.
% Sólidos
Ensaio com Balança Infraverm elho à 120ºC
49
47
45
43
41
39
37
35
33
31
29
27
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tem po (min)
5. CONCLUSÕES
Pelos resultados obtidos com os dois lodos à temperatura de 105°C, o tempo que
se mostrou mais eficaz foi o de 30 minutos por ser o menor tempo a apresentar um valor
que se aproxime ao resultado encontrado pelo método convencional.
O auto stop também pode ser utilizado, pois seu valor é muito parecido com o do
método convencional. Porém pode demorar mais que 30 minutos para se obter o valor.
13
Com os testes feitos a 120°C esse tempo foi reduzido para cerca de 20 minutos,
e com o aumento da temperatura esse tempo pode diminuir mais.
6. AGRADECIMENTOS
Agradecimentos ao professor orientador Alexandre Saron, ao Centro
Universitário SENAC e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e
Tecnológico.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CORDEIRO, J. S. Disposição, Tratabilidade e Reuso de Lodos de Estações de
Tratamento de Água. São Carlos, 1981. 155 f. Dissertação (Mestrado em Hidráulica e
Saneamento). Escola de Engenharia de São Carlos, USP.
FEITOSA, Cristiano Augusto Guimarães; CONSONI, Ângelo José. Análise de
Oportunidades de Minimização daGeração de Lodo na Estação de Tratamento de Água
Alto da Boa Vista, São Paulo. Interfacehs, São Paulo, n. , p.1-29, 01 ago. 2008.
Disponível em:
<http://www.interfacehs.sp.senac.br/br/secao_interfacehs.asp?ed=8&cod_artigo=138>.
Acesso em: 20 jan. 2009.
HOPPEN, Cinthya et al. Estudo de Dosagem para Incorporação do lodo de ETA
em Matriz de Concreto, como Forma de Disposição Final. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 23. 2005, Campo
Grande/ms. Campo Grande/MS, 2005. p. 1 - 9.
RICHTER, C.A. Tratamento de Lodo de Estação de Tratamento de Água. São
Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda, 2001.
SARON, A. e LEITE, V. M. B. Quantificação de Lodo em Estação de
Tratamento de Água. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA
14
SANITÁRIA E AMBIENTAL, 21., 2001, João Pessoa. Anais... João Pessoa: ABES,
2001. 1 CD-ROM.
TSUTIYA, M. T.; HIRATA, A. Y. Aproveitamento e Disposição Final de Lodos
de Estação de 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.
15