DESINFECÇÃO E SECAGEM TÉRMICA DE LODO DE ESGOTO ANAERÓBIO PELO USO DE BIOGÁS

Transcrição

1 DESINFECÇÃO E SECAGEM TÉRMICA DE LODO DE ESGOTO ANAERÓBIO PELO USO DE BIOGÁS Cleverson Vitório Andreoli * Eng. Agrônomo, Dr. em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Professor da UFPR, Eng. de Desenvolvimento e Coord. Técnico do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto e do Programa Interdisciplinar de Pesquisas de Gerenciamento de Mananciais da Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Andréia C. Ferreira, Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Cristina Cherubin Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Milene França Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Endereço do autor principal: Av. Engenheiro Rebouças, 1376 Rebouças Curitiba PR GECIP CEP: Brasil Tel: +55(41) Fax: +55(41) c.andreoli@sanepar.com.br RESUMO O presente trabalho avaliou o desaguamento e higienização do lodo de esgoto anaeróbio proveniente de RALF, disposto em leitos de secagem com injeção subsuperficial de calor pela queima do biogás produzido na própria estação de tratamento. As avaliações foram feitas de forma estratificada ( 1 / 3 superior camada superficial e nos 2 / 3 inferiores camada profunda do perfil). Foram realizadas duas descargas em leito de secagem com injeção subsuperficial de calor utilizando o biogás como fonte energética. Cada descarga avaliou a eficiência do sistema utilizando duas diferentes distâncias entre as tubulações - 30 e 45 cm comparando sempre ao terceiro tratamento com estufa sem aquecimento, constituindo a testemunha do experimento, cujo objetivo foi o de demonstrar o incremento da temperatura na secagem e higienização do lodo. Os tratamentos foram conduzidos em períodos diferentes, com avaliação de 15 dias para o T30cm e 30 dias para o T45cm e o Testemunha. O lodo atingiu uma altura aproximada de 32 cm no leito de secagem em ambos os tratamentos, com taxa de sólidos de 2,7 kg ST/m 2 no tratamento T30cm, 31,4 kg ST/m 2 no tratamento T45cm e 30,6 kg ST/m 2 no tratamento Testemunha. A diferença na carga de sólidos utilizada se deve ao teor inicial de sólidos observado no lodo, 0,83% no tratamento T30cm, 9,82% no tratamento T45cm e 9,56% no tratamento Testemunha. O teor de sólidos ao final de 15 dias no tratamento T30cm foi de 94,61%, e para o tratamento T45cm foi de 77,26%. Esses resultados foram bem superiores quando comparados ao tratamento Testemunha que no mesmo período de avaliação obteve um teor de sólidos de 39,89%. Os tratamentos com aquecimento subsuperficial (T30cm e T45cm) apresentaram eficiência de 100% na inviabilização dos ovos de helmintos, porém o T30cm alcançou o resultado em menor período de tempo 10 dias, contra 20 dias do T45cm. O sucesso da higienização/secagem do lodo se deve as elevadas temperaturas alcançadas na massa de lodo (máxima de 72ºC T30cm e 66ºC T45cm), otimizando o processo de desaguamento do lodo e garantindo a segurança sanitária do produto para posterior reciclagem na agricultura. O tratamento Testemunha não alcançou níveis de redução de patógenos suficientes para que o lodo fosse utilizado para reciclagem agrícola, apresentando ao final dos 30 dias de avaliação 4,28 ovos de helmintos viáveis g.ms, valor muito acima da normatização paranaense que preconiza 0,25 ovos viáveis/g.ms. Palavras Chaves: Secagem Térmica, Higienização, Ovos de Helmintos, Lodo de Esgoto, Biogás 1

2 INTRODUÇÃO Os níveis precários de coleta e tratamento de esgotos no Brasil são reflexos do descaso com a qualidade ambiental, justificado pela escassez de recursos, porém, permite uma estimativa do potencial de produção de biossólidos (Andreoli & Pegorini, 1998). O adequado processamento dos biossólidos inclui uma secagem e desinfecção eficiente, reduzindo o teor de umidade e a quantidade de agentes patogênicos, viabilizando seu uso como fertilizante agrícola e constituindo uma solução promissora para a destinação final, através da ciclagem de nutrientes no ecossistema. Existem várias formas de associar desaguamento e higienização do lodo, porém, o uso de leitos de secagem já é uma tecnologia bastante difundida, principalmente em estações de pequeno porte, uma vez que alia eficiência e baixo custo. Os leitos de secagem, comumente utilizados no Estado do Paraná - Brasil, sofrem influência de inúmeros fatores climáticos como precipitação, insolação e ventos, podendo o ciclo de secagem ser prolongado e diferenciado nas diferentes regiões (Cherubini, 2002). Os fatores climáticos podem aumentar o período de permanência do lodo nos leitos de secagem, acarretando na necessidade de construção de vários leitos para suprir a demanda de lodo gerado, porém, com a utilização da estufa plástica sobre o leito de secagem, essas variáveis negativas podem facilmente ser eliminadas (Ferreira, 2001). Este trabalho consistiu na avaliação da injeção subsuperficial de calor em leito de secagem coberto com estufa plástica, através do aquecimento do óleo pelo biogás produzido durante o processo de tratamento do esgoto, com a finalidade de otimizar a secagem e realizar a higienização do lodo, possibilitando o uso seguro do lodo como fertilizante agrícola, viabilizando seu transporte por maiores distâncias e descaracterizando seu papel de agente veiculador de doenças. MATERIAIS E MÉTODOS O aparato experimental foi instalado na Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR nas dependências da ETE Guaraituba, localizada no município de Colombo, região metropolitana de Curitiba, Estado do Paraná - Brasil. O lodo utilizado no experimento foi oriundo do tratamento anaeróbio de esgotos, digerido em Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado (RALF), com características essencialmente domésticas. O biogás utilizado como fonte energética foi canalizado do reator em tubos de PVC até o sistema de aquecimento, constituído por dois aquecedores ligados em série do tipo doméstico, com capacidade para 200 litros cada um (figura 1). O óleo aquecido é recirculado em tubos de cobre através de duas bomba de 3 CV, sendo ligadas alternadamente, desta forma aquecendo o lodo disposto no leito de secagem. O experimento contou com um leito de secagem modificado coberto com estufa plástica (mesma utilizada em casas de vegetação). O leito de secagem foi dividido em três partes, sendo instalados tubos de cobres, com diferentes distâncias entre si: 30 cm, 45 cm e sem aquecimento, constituindo os três tratamentos (figura 2). Os tubos para passagem do óleo foram instalados na camada drenante do leito, tendo por objetivo o aquecimento ascendente da camada de lodo, uma vez que Ferreira (2001) e Cherubini (2002) constataram uma grande sedimentação dos ovos de helmintos presentes no lodo, tendo sua concentração no fundo do leito. 2

3 Figura 1 Caldeira em série para o aquecimento do óleo através do biogás Figura 2 - Tubulação de cobre colocada na camada drenante do leito de secagem para a circulação do óleo aquecido pelo biogás A temperatura na massa de lodo foi monitorada por sensores informatizados na camada superficial ( 1 / 3 superior) e camada profunda do perfil ( 2 / 3 inferiores), com leituras a cada dez minutos, 24 horas por dia. O experimento foi conduzido nos meses de março e abril (2 descargas), totalizando três tratamentos: Tratamento 1 leito coberto com tubulação 30 cm e aquecimento subsuperficial Tratamento 2 leito coberto com tubulação 45 cm e aquecimento subsuperficial Tratamento 3 leito coberto sem aquecimento (testemunha) Os tratamentos com aquecimento foram avaliados em períodos diferentes, tendo por finalidade a otimização do consumo do biogás e incrementação da temperatura na massa de lodo, promovendo a higienização térmica e aceleração do desaguamento do lodo. O lodo líquido atingiu uma altura aproximada de 32 cm no leito em ambas as descargas. Porém, devido às características momentâneas do reator, o lodo do tratamento T30cm apresentou apenas 0,83% de sólidos totais, ocasionando uma carga (taxa) de sólidos ao redor de 2,7 kg ST/m 2, contra 31,4 kg ST/m 2 do tratamento T45cm, que no momento da descarga apresentou teor de sólidos ao redor de 9,82%, e 30,6 kg ST/m 2 do tratamento Testemunha com teor de sólidos de 9,56% no mesmo momento. Após a descarga, foram monitorados periodicamente os seguintes parâmetros: Temperatura externa (ambiente); Temperatura e umidade relativa interna à estufa; Temperatura da massa de lodo em duas profundidades: superficial ( 1 / 3 superior) e profunda ( 2 / 3 inferiores); Contagem e viabilidade de ovos de helmintos nos dias 0 (zero); 2 (dois); 6 (seis); 10 (dez); 15 (quinze); 20 (vinte) e 30 (trinta) com avaliação realizada em duas profundidades do perfil de lodo. Para o tratamento T30cm, a avaliação ocorreu somente até o 15º dia devido a problemas no sistema de aquecimento. A metodologia utilizada foi proposta por Yanko (1987) e modificada por Thomaz-Soccol et al., (1998); Teor de sólidos a cada 2 dias nos primeiros 10 dias e posteriormente a cada 5 dias até o final do experimento. A avaliação da concentração de sólidos também foi realizada de forma estratificada no perfil de lodo. Utilizou-se metodologia proposta pela APHA (1998) com estufa laboratorial regulada à 105ºC, por no mínimo 12 horas. 3

4 RESULTADOS Elevação da temperatura do lodo Inúmeros fatores ambientais como chuva, umidade relativa do ar, radiação solar e ventos afetam o desaguamento do lodo em leitos de secagem convencionais (Aisse e Andreoli, 1999). O período de permanência do lodo nos leitos se deve, principalmente ao fator climático da região onde o mesmo está sendo desaguado, tendo seu ciclo prolongado em regiões de precipitação intensa, alta umidade relativa e temperatura ambiente amena (Daltro Filho et al., 1994). No Estado do Paraná, o período comumente utilizado para desaguamento de lodo em leitos de secagem convencionais é de 30 dias, porém pode-se utilizar até 45 dias, dependendo das condições climáticas da região e época do ano, tendo, ao final do período um lodo com 45-50% de sólidos. No lodo do tratamento T30cm observou-se uma grande elevação da temperatura nos dois primeiros dias chegando ao seu valor máximo de 72ºC na parte inferior do perfil, apresentando temperaturas mais altas em relação à camada superficial, fato associado à proximidade da camada profunda do lodo com a tubulação aquecida. A média de temperatura do perfil do lodo, no período de avaliação de 15 dias foi de 46,16ºC. Para o lodo do tratamento T45cm observou-se uma elevação da temperatura nos três primeiros dias, chegando ao valor de 64ºC na parte inferior do perfil. A média de temperatura observada na massa de lodo para o tratamento T45cm, no período de avaliação de 30 dias, foi de 38,06ºC. O lodo do tratamento Testemunha foi o que apresentou as mais baixas temperaturas, sendo a máxima na camada superficial de 49,50ºC e na camada profunda de 35ºC, temperaturas insuficientes para inviabilização dos ovos de helmintos. A média da temperatura no lodo (perfil todo), foi de 27,61ºC para o período de avaliação de 30 dias. Apontase ainda para temperaturas maiores na camada superficial do perfil, contrária aos outros tratamentos, fato associado à forte influência dos fatores climáticos no respectivo tratamento. A temperatura média observada no lodo (perfil todo) para os respectivos tratamentos é ilustrada na Figura 3. ºC ,76 26,74 25,57 39,69 33,55 25,69 58,70 25,60 27,22 55,55 47,48 52,03 49,53 46,53 44,17 44,20 46,31 45,44 43,91 40,44 50,37 55,65 26,14 27,16 28,06 28,72 29,19 30,34 30,55 37,02 41,68 43,62 45,05 48,48 35,19 33,94 30,60 28,14 28,20 48,00 27,57 29,54 30,53 40,02 28,38 33,37 37,16 37,90 30,88 33,08 33,62 35,68 28,23 27,87 28,26 25,43 30,69 33,38 39,57 40,28 43,44 25,55 27,60 27,39 28,64 43,42 28,75 T 30cm T 45cm Testemunha 37,51 25,28 35,72 40,09 23,32 25,67 42,16 26,95 39,68 25,55 dia 0 dia 1 dia 2 dia 3 dia 4 dia 5 dia 6 dia 7 dia 8 dia 9 dia 10 dia 11 dia 12 dia 13 dia 14 dia 15 dia 16 dia 17 dia 18 dia 19 dia 20 dia 21 dia 22 dia 23 dia 24 dia 25 dia 26 dia 27 dia 28 dia 29 dia 30 Figura 3 - Temperaturas médias no perfil todo do lodo para os tratamentos T 30cm, T 45cm e Testemunha 4

5 Em todos os tratamentos verificou-se a influência dos fatores climáticos principalmente a temperatura ambiente, na temperatura da massa de lodo, porém essa influência foi bastante minimizada no início dos tratamentos que utilizaram aquecimento (T30cm e T45cm). A influência dos fatores climáticos pode ser observada pela semelhança das curvas de temperatura na massa de lodo (figura 3) e temperatura ambiente (figura 4). 26 ºC ,76 24,88 20,38 21,71 21,06 19,06 19,19 dia 0 dia 1 dia 2 dia 3 dia 4 dia 5 dia 6 21,08 22,51 23,18 23,49 15,61 17,31 17,74 17,94 dia 7 dia 8 dia 9 22,92 23,56 20,65 22,14 23,12 23,84 dia 10 dia 11 19,45 20,41 21,53 20,86 dia 12 dia 13 18,07 22,78 21,9 22,79 18,42 dia 14 dia 15 21,04 22,40 17,67 18,58 19,90 15,32 17,38 21,07 Externo mês de abril Externo mês de maio 20,01 21,40 21,23 15,96 15,48 19,90 18,76 16,94 dia 16 dia 17 dia 18 dia 19 dia 20 dia 21 dia 22 dia 23 dia 24 dia 25 dia 26 dia 27 dia 28 dia 29 dia 30 Figura 4 - Temperaturas externas nos meses de março e abril, correspondente aos períodos de avaliação das descargas nos tratamentos T 30cm e T 45cm respectivamente O aparato experimental mostrou-se bastante promissor, uma vez que os tratamentos T30cm e T45cm apresentaram grande elevação da temperatura na massa de lodo, atingindo temperaturas suficientemente altas para promover com alta eficácia a higienização do lodo. Teor de sólidos no lodo de esgoto O desaguamento do lodo de esgoto é um dos mais importantes parâmetro na diminuição dos custos operacionais, (Andreoli et al. 2001) visto que o teor de sólidos do lodo anaeróbio no momento da descarga se encontra na faixa de 5-10% o que representa cerca de 80-90% do peso do lodo. A Tabela 1 mostra a concentração de sólidos no lodo em função da camada avaliada (superficial e profunda), bem como o incremento observado para o período de avaliação. 5

6 Tabela 1 - Incremento do teor de sólidos no último dia em relação ao primeiro Tratamento dia 0 último dia Incremento T 30cm 0,83% 94,61% 93,78% T 45cm 9,82% 95,42% 85,60% Testemunha 9,56% 49,23% 39,68% O lodo do tratamento Testemunha apresentou um teor de sólidos inicial de 9,56%, e aos 30 dias a concentração de sólidos foi de 49,23%, com a camada superficial apresentando tinha 61,34% de sólidos e a inferior (profunda) 43,18%, contrário ao observado nos demais tratamentos, fato explicado pela intensa influência dos fatores climáticos, neste tratamento, principalmente para camada superficial do perfil de lodo. No tratamento T30cm, o lodo no momento da descarga apresentou um teor de sólidos aproximado de 0,83%, e no 8º dia o lodo já apresentava um teor de sólidos de 55,51%. Dados obtidos por Cherubini (2002) em leito convencional mostraram, em 30 dias de avaliação uma taxa de 40% de ST. Este valor quando comparado aos resultados do experimento com aquecimento mostram uma otimização da secagem em torno de 22 dias. Quando se verificou a concentração de sólidos de forma estratificada, observou-se aos 15 dias, que a camada profunda do perfil apresentava uma maior quantidade de sólidos (95,06%) contra 93,72% da camada superficial. Apesar da pequena carga de sólidos utilizada (2,7 kg.st/m 2 ), o tratamento T30cm, aos 15 dias de avaliação, apresentou 94,61% de sólidos (média do perfil), valor extremamente alto quando comparado à resultados de concentração de sólidos em lodos desaguados em leitos de secagem convencionais. O tratamento T45cm apresentou um teor inicial de sólidos de 9,82% e ao final de 30 dias a concentração de sólidos observada foi é de 95,42%. No 8º dia o lodo já apresentava um teor de sólidos próximo a 40%, evidenciando a eficiência do sistema para aceleração do desaguamento. O teor de sólidos estratificado no perfil, apresentou uma concentração de 94,63% na camada superficial e 95,82% na camada profunda, mesmo fenômeno observado no tratamento T30cm, fato associado à proximidade da camada profunda do perfil à fonte de aquecimento. A Figura 5 ilustra a concentração de sólidos no lodo em função do tempo para os respectivos tratamentos, evidenciando a superioridade dos tratamentos T30cm e T45cm. 100% 94,61% 93,55% 94,32% 95,42% 90% 84,73% 80% 77,26% 70% 60% 55,51% TS 50% 47,00% 49,23% 39,13% 40% 34,82% 42,99% 33,64% 42,53% 30,94% 39,89% 28,53% 30% 24,33% 23,06% 28,86% 27,19% 20% 24,61% 22,60% 19,92% T 30cm 9,82% 10% T 45cm 9,56% Testemunha 0,83% 0% dia 0 dia 2 dia 4 dia 6 dia 8 dia 10 dia 15 dia 20 dia 25 dia 30 Figura 5 - Teor de Sólidos para os tratamentos T 30cm, T 45cm e Testemunha 6

7 Inviabilização dos ovos de helmintos presentes no lodo Os ovos de helmintos foram escolhidos como indicadores da qualidade sanitária do lodo por apresentarem elevada resistência, principalmente os ovos de Ascaris sp. devido a sua constituição particularmente resistente, podendo sobreviver no solo por um período de até 7 anos (SANEPAR, 1998). No presente estudo os ovos da Ascaris sp. foram predominantes, com prevalência de aproximadamente 80% em relação ao outros gêneros de helmintos, fato associado à elevada capacidade reprodutiva da espécie, sendo considerado o mais cosmopolita dos parasitos humanos (Rey, 1991). A Tabela 2 mostra a quantidade de ovos de helmintos viáveis no lodo (g./ms) e o percentual de redução alcançado ao final do período de avaliação em função do tratamento adotado. A Tabela 3 ilustra a concentração dos ovos de helmintos em relação às duas camadas do perfil, comprovando a concentração dos ovos de helmintos na camada profunda do perfil em todos os tratamentos e, invialização total nos tratamentos T30cm e T45cm, principalmente na camada inferior do perfil. Tabela 2 - Ovos de helmintos viáveis.g MS no perfil dos tratamentos Caracterização Último dia Tratamento Ovos viáveis Ovos viáveis % de Redução T 30cm superficial 6, % T 30cm profundo 6, % T 45cm superficial 7, % T 45cm profundo 7, % Testemunha superficial 7,67 1,12 85,40% Testemunha profundo 7,67 5,86 23,60% Tabela 3 - Média de ovos de helmintos viáveis/g.ms no perfil dos tratamentos Tratamento Caracterização Ovos viáveis Último dia Ovos viáveis % de Redução T 30cm alto 6, % T 45cm alto 7, % Testemunha 7,67 4,28 44,20% O tratamento Testemunha apresentou uma inviabilização de 44,20% dos ovos de helmintos, estando associado a inúmeros fatores, como precipitação, temperatura, irradiação solar e carga de sólidos utilizada no leito. O tratamento T30cm foi o que demonstrou melhores resultados em relação à inviabilização do ovos de helmintos, desconsiderando-se a carga de sólidos utilizada por m 2, uma vez que já no 6º dia o lodo apresentava 0,06 ovos de helmintos viáveis (g.ms), valor dentro do preconizado pela EPA (1992) para reciclagem agrícola do lodo de 0,25 ovos viáveis g.ms. O tratamento T45cm também apresentou bons resultados, estando dentro dos limites preconizados para uso agrícola, apresentando 0,10 ovos de helmintos viáveis (g.ms). É importante ressaltar que a carga de sólidos utilizada no T45cm foi superior, portanto, o tratamento pode vir a ser o mais recomendado, (considerando-se os resultados de helmintos em peso seco), principalmente sobre o aspecto econômico, pelo fato da diminuição de custos (redução da quantidade de tubulação). 7

8 As temperaturas foram muito elevadas, proporcionando a destruição da estrutura dos ovos de helmintos inviáveis, ou seja, até mesmo a quantidade total de ovos de helmintos foi alterada. A inviabilização de 100% ao final do período de monitoramento, tanto para o T30cm e T45cm, comprova a grande eficiência do sistema e, aponta para perspectiva de utilização do mesmo em escala real nas ETEs e/ou em outras áreas para desidratação/higienização de rejeitos e dejetos líquidos, solucionando ainda o problema de poluição atmosférica, uma vez que o sistema pode utilizar o biogás produzido no próprio sistema, evitando que o mesmo seja desperdiçado ou liberado para atmosfera. CONCLUSÕES Como base no trabalho, concluiu-se que: O tratamento Testemunha não foi eficiente para inviabilização dos ovos de helmintos presentes no lodo, uma vez que os mesmo ficam protegidos nas camadas mais profundas do leito. O tratamento T30cm apresentou ligeira superioridade para o desaguamento do lodo em relação ao T45cm considerando o mesmo período de avaliação (15 dias), provavelmente devido a menor carga de sólidos imposta por m 2 e obtenção de temperaturas mais elevadas na massa de lodo, intensificando a evaporação da água. Os tratamentos com aquecimento alcançaram redução de 100% dos ovos de helmintos viáveis, alcançado no décimo dia de avaliação para o tratamento T30cm e em 20 dias para o T45cm, comprovando a eficiência da tecnologia adotada, garantindo a segurança sanitária para o processo de reciclagem agrícola do lodo, quando esse for o destino final do resíduo. A tecnologia adotada pode ser utilizada com sucesso em qualquer região brasileira, apresentando resultados bastante positivos, inclusive para regiões de clima frio, como o sul do Brasil, possibilitando a aceleração da secagem/desaguamento (otimização de espaço físico) e higienização do lodo produzido nas ETEs, com custos relativamente baixos devido à utilização do biogás. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Andreoli C.V., Sperling. M.V. e Fernandes F. (2001) Lodo de Esgoto: Tratamento e disposição final. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - DESA-UFMG, Companhia de Saneamento do Paraná - SANEPAR, vol 6, 484 p. Andreoli, C.V., Fernandes, F., Domaszak, S.C. (1999) Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto estudo preliminar para definição de critérios pára uso agronômico e de parâmetros para normatização ambiental e sanitária. SANEPAR Companhia de Saneamento do Paraná, 2 a ed. Revisada, Curitiba-PR. Andreoli, C.V. (coordenador) (2001) Resíduos Sólidos do Saneamento: Processamento, Reciclagem e Disposição Fianl. Rima, ABES, Rio de Janeiro, 282p. Andreoli, C.V., Lara, A.I., Fernandes, F. (2001) Reciclagem de Biossólidos: transformando problemas em soluções. SANEPAR, FINEP, 2 a edição, Curitiba, 288p. Cherubini, C. (2002) Secagem e Higienização de Lodo de Esgoto Anaeróbio em Leitos de Secagem Através da Solarização. Tese, Mestrado, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 128 p. Ferreira, A.C. (2001) Monitoramento da Secagem e Desinfecção de Lodo Anaeróbio em Leito de Secagem com Uso de Estufa Plástica e Biogás. Tese, Mestrado, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 97 p. Rey, L.(1991) Parasitologia parasitos e doenças parasitárias do homem nas Américas e na África. Guanabara 2 a edição, Koogan. 8