22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II-110 DESINFECÇÃO E SECAGEM TÉRMICA DO LODO DE ESGOTO ANAERÓBIO EM LEITO DE SECAGEM PELO USO DE BIOGÁS. Andréia Cristina Ferreira (1) Eng. Agrônoma, MSc. em Agronomia, Doutoranda em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Integrante do Grupo de Coordenação do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto e do Programa Interdisciplinar de Pesquisas de Gerenciamento de Mananciais, pesquisadora pela Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Cleverson Vitório Andreoli Eng. Agrônomo, Dr. em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Professor da UFPR e da FAE Business School, Eng. de Desenvolvimento e Coordenador 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. Milene França Eng. Civil (EESC-USP), MSc. em Engenharia Ambiental (UFSC), Integrante do Grupo de Coordenação do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto pesquisadora pela Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP. Cristina Cherubini Zootecnista (PUC-PR), MSc. em Agronomia (UFPR), Integrante do Grupo de Coordenação do Programa de Reciclagem Agrícola do Lodo de Esgoto e do Programa Interdisciplinar de Pesquisas de Gerenciamento de Mananciais pesquisadora associada pela Companhia de Saneamento do Paraná SANEPAR/GECIP.

2 Endereço(1): SANEPAR/GECIP R. Engenheiros Rebouças, 1376 Rebouças Curitiba / PR CEP: Brasil - Tel: +55(41) Fax: +55(41) andreiacf@sanepar.com.br RESUMO 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 e Pegorini, 1998). Seu adequado processamento 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). PALAVRAS-CHAVE: Secagem do lodo, higienização do lodo, biogás, leito de secagem. INTRODUÇÃO O gerenciamento do lodo de esgoto proveniente de estações de tratamento é uma atividade de grande complexidade e alto custo, que, se for mal executada, pode comprometer os benefícios ambientais e sanitários esperados destes sistemas. As exigências crescentes da sociedade e das agências ambientais por melhores padrões de qualidade ambiental têm se refletido nos gestores públicos e privados dos serviços de saneamento. Devido aos baixos índices de tratamento de esgotos ainda verificados no País, há uma perspectiva de um aumento significativo no número de estações de tratamento de esgotos e, em decorrência, da produção de lodo. Os órgãos ambientais de alguns estados passaram a exigir a definição técnica da disposição final do lodo nos processos de licenciamento. Estes aspectos demonstram que a gestão de biossólidos é um problema crescente em nosso País, com uma tendência de um rápido agravamento nos próximos anos.

3 Seu adequado processamento 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. Para esse processamento empregam-se mecanismos químicos, físicos e biológicos, combinados ou isoladamente, porém, no contexto atual de exigência torna-se favorável o surgimento de novas tecnologias de tratamento de lodo avaliadas no intuito de oferecer um produto totalmente livre de patógenos obedecendo a legislação vigente e com menores teores de água, melhorando a economicidade do processo e possibilitando o seu transporte para maiores distâncias. A carga poluente apresentada no lodo de esgoto impõe a criação de soluções que permitam diminuir os danos provocados por essa poluição, gastando o mínimo de energia possível em todo o processo. No que concerne a novas tecnologias, a utilização do biogás como fonte aquecedora e mantenedora de temperaturas suficientes para a completa higienização do lodo entra nesse cenário, principalmente com o intuito de reaproveitar a energia gerada em forma de biogás, nos sistemas anaeróbios de tratamento de esgoto. A utilização do calor para a secagem e higienização de lodo tem sido praticada em diversos países há muitos anos. A tecnologia aqui desenvolvida utiliza processos mais simples, menos onerosos e com temperaturas mais baixas, porém, suficientes para a completa higienização do lodo. Além da busca de maximizar a utilização do biogás dentro das estações de tratamento e minimizar os poluentes produzidos, o maior desafio foi desenvolver um sistema eficiente que dispense o uso da cal, diminuindo com isso o volume de lodo a ser disposto e o custo do processo de higienização. Visando o processamento mais adequado do lodo e viabilizando sua utilização na agricultura, 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, com a finalidade de otimizar a secagem e realizar a higienização do lodo, possibilitando seu uso seguro como fertilizante agrícola, viabilizando seu transporte por maiores distâncias e descaracterizando seu papel de agente veiculador de doenças. MATERIAIS E MÉTODOS A estrutura experimental foi montada no município de Colombo, região metropolitana de Curitiba. O experimento contou com uma estufa plástica tipo "Túnel hermano" modificada sobre um leito de secagem medindo 5,00 x 10,00 x 0,5m., cuja função é de não permitir a entrada da água da chuva. No leito de secagem foram colocadas tubulações de cobre com distâncias de 30, 45 e 60 cm, responsável pela circulação do óleo aquecido termicamente pelo biogás proveniente do RALF. Os tubos para passagem do óleo foram instalados na camada drenante do leito, tendo por objetivo o aquecimento ascendente da camada de lodo,

4 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. O óleo manteve-se aquecido através da passagem constante pelos tanques de aquecimento, em um sistema fechado de circulação e aquecimento contínuo. Além da avaliação das tub ulações diferenciadas que consistiram em três tratamentos, também foi avaliado um tratamento testemunha sem aquecimento e estufa plástica, com a finalidade de demonstrar a prática da secagem realizada hoje no Estado do Paraná e verificar o real incremento do aquecimento no desaguamento e na higienização do lodo. O biogás utilizado como fonte energética foi canalizado do reator anaeróbio em tubos de PVC até o sistema de aquecimento, constituído por dois aquecedores do tipo doméstico ligados em série, com capacidade para 200 litros cada. A temperatura na massa de lodo foi monitorada através de sensores elétricos com faixa para leitura de 200 a 600ºC, sendo utilizado quatro sensores, dois para medir a temperatura superficial e dois medindo a temperatura profunda do perfil de lodo, com monitoramento de 24 horas e leitura automática a cada 10 minutos. Figura 1 - Leitos de Secagem com tubulação Figura 2 - Leitos de Secagem com estufa plástica Figura 3 Sistema de aquecimento do óleo Os tratamentos com aquecimento foram avaliados em períodos diferentes, tendo por finalidade a otimização do consumo do biogás e incremento da temperatura na massa de lodo, promovendo a higienização térmica e aceleração do desaguamento do lodo. 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);

5 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. 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. A temperatura inicial do lodo com aquecimento, mesmo constituindo-se de grande quantidade de água livre, apresentou no tratamento T30cm uma grande elevação da temperatura nos dois primeiros dias chegando a máxima de 72ºC na parte inferior do perfil, com 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, para um período de avaliação de 15 dias foi de 46,16ºC. O comportamento dos outros dois tratamentos seguiu o mesmo padrão, observando-se uma elevação da temperatura no T45cm nos três primeiros dias, chegando a 64ºC na parte inferior do perfil. A média de temperatura observada na massa de lodo para o tratamento T45cm, para o mesmo período foi de 38,06ºC. Para o tratamento T60cm a temperatura máxima do perfil inferior do lodo chegou a 57,9ºC no quinto dia de avaliação, e a média de temperatura observada na massa de lodo para o período de 15 dias foi de 38ºC. O lodo do tratamento Testemunha foi o que apresentou as menores temperaturas, chegando a 49,50ºC na camada superficial e 35ºC na camada profunda, temperaturas insuficientes para inviabilização dos ovos de helmintos. A média da temperatura no perfil do lodo foi de 27,61ºC para o mesmo período de avaliação. Na testemunha, foram verificadas temperaturas maiores na camada superficial do perfil, contrária aos outros tratamentos, fato associado à forte influência dos fatores climáticos no respectivo tratamento.

6 Teor de sólidos no lodo de esgoto O desaguamento do lodo de esgoto é um dos mais importantes parâmetros 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 média na concentração de sólidos no lodo em relação ao perfil da massa do lodo, bem como o incremento observado para o período de 15 dias de avaliação. Tabela 1 - Incremento do teor de sólidos no último dia em relação ao primeiro. Tratamento dia 0 último dia Incremento T 30cm 0,83% 94,39% 93,93% T 45cm 9,85% 80,01% 70,16% T 60cm 6,67% 60,07% 53,40%

7 Testemunha 5,22% 34,26% 29,04% Os resultados mostram que para o mesmo período de avaliação, o maior incremento de sólidos ocorreu no tratamento que utilizou a distância de 30 cm entre as tubulações. 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, identificando a concentração dos ovos de helmintos em relação às duas camadas do perfil, comprovando a concentração dos ovos de helmintos na camada profunda em todos os tratamentos e, inviabilização total nos tratamentos T30cm e T45cm, principalmente na camada inferior do perfil. Tabela 2 - Ovos de helmintos viáveis/g MS no perfil dos tratamentos. Tratamento Caracterização Ovos viáveis Último dia Ovos viáveis

8 % de Redução T 30cm superficial 6, % T 30cm profundo 6, % T 45cm superficial 7,67 0,20 97,39% T 45cm profundo 7,67 0,06 99,22% T 60cm superficial 37,86 5,82 84,63% T 60cm profundo 37,86 0,38

9 98,99% Testemunha superficial 37,86 8,78 76,81% Testemunha profundo 37,86 10,42 72,48% 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 m2, 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). Os resultados obtidos comprovam a concentração dos ovos de helmintos na camada profunda do perfil em todos os tratamentos e a inviabilização total nos tratamentos T30cm, T45cm e T60cm, principalmente na camada inferior do perfil, porém, a eficiência em relação à inviabilização total e em menor tempo ocorreu na tubulação de 30 cm. 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.

10 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 mesmos 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 m2 e obtenção de temperaturas mais elevadas na massa de lodo, intensificando a evaporação da água. Os tratamentos com aquecimento utilizando 30 e 45 cm de distância de tubulação 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 injeção de calor subsuperficial no leito de secagem contribuiu para a desidratação do lodo e conseqüentemente na redução no período de permanência do mesmo nos leitos, otimizando a utilização do espaço físico na ETE. É importante ressaltar o reaproveitamento do biogás gerado, contribuindo para a melhoria das condições ambientais com geração energética de baixo custo. 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. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AISSE, M.M.; AMARAL, C.; SOVIERSOSKI, A. Estudo da desidratação do lodo anaeróbio, obtido em reatores tipo RALF, através do uso de leito de secagem. Relatório impresso, ISAM : Curitiba, 8 p., ANDREOLI, C.V; FERREIRA, A.C.; FRANÇA, M.; CHERUBINI, C. Desinfecção e secagem térmica de lodo de esgoto anaeróbio pelo uso de biogás. In: XXVII Congresso Interamericano de Ingeniería Sanitária y Ambiental. Cancún. CD Room. México: AIDIS, ANDREOLI, C.V., PEGORINI, E.S. Gestão de Biossólidos : Situação e Perspectivas. In: I Seminário sobre Gerenciamento de Biossólidos do Mercosul. Anais. Curitiba/PR

11 4. DALTRO FILHO, J.; NÓBREGA, C.C.; SOUZA, A.M. Desidratação de Lodo em Leito de Secagem, na Cidade de Aracajú - SE: Resultados Preliminares. In: SIMPÓSIO LUSO- BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, VI, 1994, Vol I, Tomo I, Florianópolis. Anais... Florianópolis-SC : ABES, p FERREIRA, A. C. Monitoramento do Uso de Estufa Plástica e Aproveitamento do Biogás na Secagem e Desinfecção de Lodo Anaeróbio em Leito de Secagem. Curitiba, 98 p. Tese, Mestrado, Universidade Federal do Paraná, ANDERSON, N.J.; DIXON, D.R.; HARBOUR, P.J.; SCALES, P.J. Complete Characterization of thermally treated sludges. In: SPECIALIZED CONFERENCE ON SLUDGE MANAGEMENT: REGULATION, TREATMENT, UTILIZATION AND DISPOSAL (10/2001 Acapulco - México). Anais... IWA, p , REY, L. Parasitologia parasitos e doenças parasitárias do homem nas Américas e na África. Guanabara 2a edição, Koogan, 1991.