II ESTUDO PILOTO DE TERMO SECAGEM DE BIOSSÓLIDOS PRODUZIDOS NA ETE CENTRAL UBATUBA - SÃO PAULO

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1 II ESTUDO PILOTO DE TERMO SECAGEM DE BIOSSÓLIDOS PRODUZIDOS NA ETE CENTRAL UBATUBA - SÃO PAULO Antônio Dirceu Pigatto Azevedo (1) Tecnólogo em Saneamento, pela Unicamp, pós graduado em Engenharia de saneamento Básico pela Faculdade de Saúde Pública USP, Gerente de Divisão da SABESP - UN Litoral Norte. Kleber Castilho Polisel Engenheiro mecânico pela Universidade de Taubaté, Pós graduado em Engenharia de Saneamento Básico pela Faculdade de Saúde Publicada USP, mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC- USP, doutorando em Hidráulica e Saneamento pela EESC - USP, Gerente de Departamento da SABESP - UN Litoral Norte. Ricardo Manckel Amadei Engenheiro Civil pela Universidade de Taubaté, Superintendente da SABESP UN Litoral Norte. Endereço (1) : Rua Cachetal, 50 - Martín de Sá - Caraguatatuba - SP - CEP: Brasil - Tel: (12) e mail: adpazevedo@sabesp.com.br RESUMO A geração de resíduos sólidos decorrente da atividade humana atualmente e por muito tempo será um problema de grande importância ambiental não diferente no Litoral Norte, onde este problema é agravado pela proximidade do oceano atlântico com a serra do mar, ocasionando dificuldades técnicas de implantação de aterros sanitários. Pequenas áreas de agricultura tendo como principal cultura o gengibre produto que não se recomenda a utilização direta de Biossólido como fonte de nutriente, com a implantação dos sistemas de tratamento de esgoto público, a partir de meados de 90 detectamos a recuperação da balneabilidade das praias próximas as áreas mais habitadas e conseqüente melhoria na qualidade de vida da população, com as ETES em funcionamento ocorre a necessidade preemente de se estabelecer métodos adequados ambientalmente e economicamente viáveis para disposição final dos biossólidos gerados na região. No momento a SABESP exporta os biossólidos gerados no Litoral Norte para outros sistemas de tratamento da empresa em operação, a disposição desses resíduos em aterros sanitários comerciais tem apresentado custo bastante elevado principalmente pela distância entre a fonte geradora e o local de disposição, diante dessas alternativas estabelecemos estudo piloto que aplica a técnica da secagem térmica por GLP, o que permitiu a caracterização dos biossólidos e o conhecimento de operação do secador térmico desenvolvido pela Albrecht Equipamentos Industriais cedido por empréstimo para realização do experimento. Sendo assim o presente trabalho vem relatar o conhecimento da técnica de operação e levantamento real de custo do processo de secagem térmica, onde obtivemos excelente melhora na classificação microbiológica em relação a eliminação e ou inativação de ovos de Helmintos, aumentando as possibilidades de alternativas de reciclagem do biossólido na região do Litoral Norte do Estado de São Paulo. PALAVRAS-CHAVE: Secagem térmica, Secagem de biossólidos, Estudo piloto, Biossólido classe A, Térmo secagem. INTRODUÇÃO O resíduo sólido decorrente das atividades humanas, atualmente e por muitos anos será um problema de grande importância ambiental sendo que no Litoral Norte este problema é agravado pela proximidade do oceano Atlântico com a serra do mar com dificuldades técnicas de implantação de aterros sanitários e pequena área de agricultura. Com a implantação do sistema de tratamento de esgoto a partir de meados da década de 90, houve reflexo direto na recuperação da balneabilidade das praias que circundam as áreas mais habitadas e melhoria da qualidade de vida da população, mas com as ETES em funcionamento ocorre a necessidade preemente de se estabelecer métodos adequados, ambiental e economicamente de disposição final dos biossólidos gerados. A inexistência de aterros sanitários na região com exceção de São Sebastião, cuja técnica de disposição do lixo não contempla o recebimento de biossolidos com teor de 25% de sólidos, impõe como única alternativa a Sabesp no momento a exportação dos biossólidos para outros sistemas de tratamento da empresa em operação ou disposição em aterros comerciais a um custo elevado principalmente pela distância entre a fonte ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 geradora e o local da disposição. A alternativa de dispersão no solo em área de agricultura pouco se aplica na região, em razão de ser praticado no litoral norte apenas agricultura de subsistência sendo a principal cultura o gengibre que não se recomenda a utilização direta do Biossólidos. Partindo do princípio que todos resíduos gerados em uma determinada região nela deve ser disposto, no caso do litoral norte de São Paulo entendemos que somente uma associação de técnicas que possibilitem uma melhora das caraterísticas químicas e biológicas possibilitará a disposição na região. Assim estabelecemos estudo piloto que aplica a Técnica da Secagem Térmica por GLP, o que permitiu a caracterização dos biossólidos e o conhecimento de operação do secador térmico desenvolvido pela Albrecht Equipamentos Industriais. Cedido por empréstimo para desenvolvimento do experimento. CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DE PESQUISA: O equipamento piloto foi instalado junto ao sistema de desidratação de lodo da ETE Central, localizada na cidade de Ubatuba, instalação que opera pelo Sistema de Lodo Ativado por batelada com vazão de projeto prevista de 240 L/s compondo o tratamento preliminar: gradeamento e caixa de areia. O tratamento biológico é realizado em 4 reatores, operando com 4 aeradores com ciclos pré estabelecidos baseados no volume do afluente, respeitando tempos de ciclos mínimos definidos em projetos seguido de sistema de desinfecção por Cloro gás dos afluentes, para o tratamento do lodo possui 2 adensadores e 2 centrífugas. Figura: 01 foto ETE Central Ubatuba MATERIAIS E MÉTODOS A instalação piloto operou com um termo secador modelo Bruthus com capacidade para secagem de Kg/dia, fornecido por empréstimo pelo fabricante, alimentado por gás liqüefeito de petróleo (GLP), mantendo temperatura de 141ºC internamente na câmara de secagem, controlada eletronicamente, com tempo de permanência na câmara de 20 minutos permitindo variação de rotação do rotor sem perda de calor no seu interior, possibilitando a retirada de material seco com porcentagem de umidade variada sendo adotado nesta fase um sistema de alimentação manual do biossólido pré desidratado por centrífuga, cuja a porcentagem de umidade do biossólido desidratado variou entre 19 e 23% de concentração de sólidos, sendo utilizado como auxiliar de desidratação o polieletrólito Zetag FS 40 da CIBA ESPECIALITY CHEMICAL, no início dos trabalhos extraímos biossólido com concentração de 90% de sólidos após ajuste no equipamento efetuado pelo fabricante possibilitou durante o experimento a retirada de biossólidos com porcentagens de 75 %, 65 %, 50% e 45 % de umidade, após estabilizada a concentração desejada de sólidos estabelecemos períodos de uma semana para conhecimento e domínio da operação do equipamento. O consumo de gás (GLP) foi controlado por um medidor de consumo da LAU ( Liceu de Artes e Ofícios), aplicamos fator de correção: F = 6.29 para transformar a Vazão em Massa expressa em Kg de GLP. A concentração de umidade foi determinada através de uma balança analisadora de umidade modelo MA 30 Sartorius, calibrada. As demais análises físico - químicas e microbiológicas realizadas atenderam as especificações do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 20 th Edition realizadas em laboratórios da SABESP, CETESB e contratados. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 02: diagrama de funcionamento do termo-secador Figura 03: Vista do secador Desenvolvimento do experimento, após ajustes no equipamento de termo secagem na centrífuga e na rotina do adensador de lodo iniciamos o experimento que durou 05 semanas período no qual extraímos amostras para análises de microorganismos patogênicos (Coliformes totais e fecais e Ovos de helmintos), caracterização do biossólido, (Metais Orgânicos Total, Nitrogênio Khjedall Total, ph, Umidade e Metais Pesados), características físico - químicas do efluente, controle e consumo do combustível e polieletrólito. Microrganismos Patogênicos, sua presença no biossólido é um reflexo das condições de vida da população contribuinte, relaciona-se principalmente com o atendimento a infra-estrutura do saneamento básico instalado, habito de higiene, qualidade dos alimentos ingeridos, condição sócio econômica, qualidade das habitações e outros fatores. Na literatura disponível verifica-se que a incidência de patógenos em biossólidos produzido em países desenvolvidos tidos como países de 1º mundo são bastante inferiores à encontrada nos biossólidos dos países em desenvolvimento principalmente quanto a ovos de helmintos. Caracterização microbiológicas dos biossólidos Parâmetros Unidade Biossólidos liquido Biossólidos Seco Coliformes Totais NMP/g Coliformes Fecais NMP/g Ovos Helmintos Totais g/ Biossólidos seco 96 Ausente Ovos de Helmintos Viáveis g/ Biossólidos seco 1,4 Ausente % de Ovos Viáveis % 51 ausente Tabela 01: comparação microbiológica ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Caracterização físico-química do Biossólido, o biossólido contém matéria orgânica, macro e micro nutrientes que são de fundamental importância para o desenvolvimento de culturas e da manutenção da fertilidade do solo para uso em aplicação agrícola. As normas estabelecem restrições como: não consumir produtos agrícolas cuja parte comestível entrar em contato direto com o solo, esses produtos só podem ser cultivados após um período de 14 meses da incorporação do biossólido no solo ex: hortaliças, melões etc. Os metais pesados presentes no biossólido são originários de atividades industriais, domésticas ou comerciais, as ETE's recebem agregados aos afluentes águas de infiltração que no caso do litoral é rica em ferro e cloretos. Na tabela abaixo observamos que os metais presentes foram detectados em concentrações muito pequenas, as análises foram elaboradas segundo NBR , massa de resíduo solubilizada 273,3 g e 604,5 g do biossólido produzido pelo secador térmico, mesmo apresentando excelente qualidade química qualquer uso de aplicação como material orgânico (adubo ) deverá ser acompanhado por analises periódicas para caracterização segundo norma da CETESB P 4230 de Agosto de 1999, para experimentos realizados no Estado de São Paulo, como medida de garantia deveremos prolongar os prazos de monitoramento estabelecidos pela norma. Parâmetros Unidade Biossólidos no Biossólidos após Adensador Termo secagem Capacidade de retenção de água % Metais orgânicos total NMP/g Nitrogênio Kiljedall total % ph 5,6 7,6 Umidade % Arsênio * 7,0 <0,1 Cádmio * 5,0 <0,5 Chumbo * 4,0 50 mercúrio * 5,0 ND Selênio * ND ND Zinco * Tabela 02: resumo característica e presença de metais * Concentração em gramas por quilo de biossólido seco. Caracterização físico- química do efluente, resultado médio de 5 análises realizadas, a baixa carga ocorre em razão de alta taxa de infiltração e conexão indevida de águas pluviais. PARAMETRO UNIDADE AFLUENTE EFLUENTE RIO RIO JUSANTE MONTANTE DBO Mg/l DQO Mg/L ,8 28,6 35 FÓSFORO Mg/L 4,3 0,74 0,36 0,56 N-AMONIACAL Mg/L 11,6 7 1,7 1,6 BACTERIOLOGIA NMP/100 ML 2x x10 4 2,2x10 4 Tabela 03 : resumo resultados de análises Custo de produção, na tabela abaixo podemos observar que o menor custo de produção foi conseguido com uma umidade em torno de 50 % com um consumo de 312 Kg de gás por 24 h de operação, após o termino do experimento sugerimos melhoria no equipamento quanto ao aumento no rendimento que hoje é de 75% de aproveitamento do calor produzido, apontamos a nessecidade de reciclar calor do exaustor, e outras correções que devem propiciar uma redução no consumo de combustível medidas que tornam o equipamento mais competitivo, abaixando o custo de produção. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 BIOSSÓLIDO (Kg) Úmido Seco Produzido Consumido Por Hor a Por Dia Por Hora Por Dia Consumo de Gás (Kg/h) Umidade Biossólido Seco (%) Rotação do Tambor (%) Tempo de Perma nência no Tambor (min) Custo do Gás por Tonelada de Biossólido Úmido (R$) , , , ,50 - Tempo de alimentação do tambor à cada 10 min., 1ª fase 18 Kg e 2ª fase 30 Kg; - Período de operação: 6 h/dia durante 5 dias consecutivos; - Temperatura do biossólido no tambor: 141 C; Tabela 4: Consumo de Gás (GLP) para secagem do lodo com variação de umidade Alternativas de fonte de energia, a tabela abaixo demonstra estudo comparativo de vários combustíveis que podem ser utilizados como fonte de calor. O material foi fornecido pelo fabricante do equipamento. Combustível Lenha eucalipto 40% H 2 O Cavaco pinus 55% H 2 O Cavaco pinus 15% H 2 O Gás Natural* Custo/ t PCI PCI PCI LODO Custo/ t LODO (kcal/kg) (kcal/m 3 Preço Unit. Unid ÚMIDO ÚMIDO ) (kcal/l) (R$/t) (US$/t) R$25,00 m 3 R$17,78 US$5, R$12,00 m 3 R$15,67 US$5, R$10,00 m 3 R$12,70 US$4, R$0,84 m 3 R$79,10 US$26,63 GLP R$2,25 kg R$159,25 US$66,74 Óleo Diesel R$1,40 l R$128,88 US$43,39 Óleo de R$0,85 l R$83,14 US$27,99 Xisto Óleo BPF 1A R$0,85 l R$71,58 US$24,10 FONTE DE ENERGIA Energia PCI (kcal/kw h) Preço Unit. Custo/ t LODO ÚMIDO (R$/t) Custo/ t LODO ÚMIDO (US$/t) 860 R$0,125 kwh R$116,28 US$39,15 elétrica** Consumo de energia por tonelada de lodo úmido (83% de H 2 O). Consumo de energia por água evaporada. * Preço para consumo de gás natural de m³/dia (S.C.). ** Preço p/ indústria de médio porte (S.C.). Cotação do dólar comercial em = R$ 2,97. Conversão de unidades de energia 1MBTU=10 6 BTU=251996Kcal 1Kcal=3,968 BTU 10 6 Bkcal = 3,968MBTU Tabela 5: comparativa do consumo de energia por tonelada de lodo úmido para diferentes combustíveis (fonte: Albrech). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 CONCLUSÃO No presente trabalho foram realizados ensaios em uma instalação piloto de Termo Secagem de Biossólidos utilizando equipamento com capacidade de produção de Kg/dia operando com gás liquefeito de petróleo (GLP) o que permite conhecer a caracterização fisico - química e microbiológica do biossólido produzido na ETE Central de Ubatuba Litoral Norte do Estado de São Paulo, e agregar conhecimento da técnica de operação e levantamento real de custo do processo de secagem térmica, obtivemos excelente melhora na classificação microbiológica com relação a eliminação e ou inativação de ovos de helmintos, aumentando as possibilidades de alternativas de reciclagens do biossólido na região em que foi gerado, transformando problema em solução, material poluente em adubo orgânico a ser aplicado em recuperação de áreas degradadas, culturas de subsistência e ajardinamento. A ausência de ovos de helmintos no biossólido seco e a boa característica química possibilitam classifica-lo como resíduo classe "A", seguindo a Norma EPA 40 CRF Part REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CLEVERSON V. ANDREOLI, ADERLENE I. LARA, FERNANDO FERNANDES (1.999) Reciclagem de biossólidos: Transformando o problema e solução/ organização. Curitiba: Sanepar, Finep. 2. MILTON TOMOYUKI, JOÃO BAPTISTA COMPARINI, PEDRO ALEM SOBRINHO, IVANILDO HESPANHOL, PAULO DE CAMPOS TORRES DE CARVALHO, ADOLPHO JOSÉ MELFI, WANDERLEY JOSÉ DE MELO E MARCOS OMIR MARQUES (2.001) - Biossólidos na agricultura. 1ª ed. São Paulo: SABESP ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6