USO DE LEITO DE SECAGEM PARA DESIDRATAÇÃO DE LODO DE REATORES UASB NA REGIÃO SUDESTE DO BRASIL

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1 USO DE LEITO DE SECAGEM PARA DESIDRATAÇÃO DE LODO DE REATORES UASB NA REGIÃO SUDESTE DO BRASIL Dalton Luis da Cunha Ramaldes Engenheiro Mecânico pela Escola de Engenharia da Universidade Federal E. Santo, especialização em Saúde Publica pela UNEARP-SP, pós-graduação em Sistema de Energia na UFES, Msc Engenharia Ambiental - UFES, Chefe da Divisão de Esgoto Sul Companhia Espírito Santense de Saneamento CESAN. Márcia Regina Pereira Lima Engenheira Civil UFES; pós graduada em Saneamento CEFET MG; Msc Engenharia Ambiental UFES; Professora do Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo. Ricardo Franci Gonçalves(*) Engenheiro Civil e Sanitarista UERJ, pós-graduado em Engenharia de Saúde Pública ENSP/RJ, DEA Ciências do Meio Ambiente Universidade Paris XII, ENGREF, ENC, Paris, Doutor em Engenharia do tratamento e Depuração de Águas INSA de Toulouse, França, Professor Adjunto do DHS e do PEMEA - UFES Dirección del autor principal (*): Departamento de Hidráulica e Saneamento Universidade Federal do Espírito Santo Agência FCAA Vitória ES CEP.: Brasil Tel.: Fax: franci@npd.ufes.br, prosab3@npd.ufes.br RESUMO O presente trabalho tem como objetivo avaliar a aptidão do lodo de um reator UASB à desidratação, via leito de secagem, que trata esgoto sanitário de características médias. O estudo está sendo realizado em escala piloto, para avaliar o tempo requerido para a percolação e a evaporação durante o processo de desidratação do lodo, observando, inclusive, as características adquiridas pelo material durante o desenvolvimento dos ensaios. As taxas de aplicação utilizadas foram 24, 36, 48, 60 e 73 kg ST/m2, que são maiores que as recomendadas pela Norma Brasileira (NB 570/1990), visando otimizar as áreas requeridas para implantação desse processo de desidratação. Os parâmetros de controle foram: sólidos totais, sólidos voláteis, volume percolado, perda de massa na evaporação, teor de umidade e tempo total de secagem. Outro importante enfoque apresentado nesse trabalho foi a determinação de uma relação entre taxas de aplicação de lodo e tempo requerido para a desidratação através de leito de secagem para diferentes valores finais umidade, utilizando-se resultados obtidos nesta pesquisa e os obtidos por vários pesquisadores de diversas regiões brasileiras. 1

2 INTRODUÇÃO Atualmente, os reatores do tipo UASB se apresentam como uma opção interessante e amplamente utilizada nos projetos de ETEs implantadas no Brasil. A redução de matéria orgânica do esgoto, a produção de biogás e a minimização da quantidade de lodos descartados são características importantes desse tipo de processo, Gonçalves et al,(1999). O lodo de descarte dos reatores UASB apresenta um elevado teor de umidade, apesar do adensamento promovido pelo UASB, o que implica na necessidade do desaguamento dos lodos para redução de volume e massa. Processos mecanizados como prensas desaguadoras e centrífugas são utilizados em médias e grandes ETEs para promover a separação sólido-líquido dos lodos. Entre as técnicas de secagem natural do lodo, destacam-se os leitos de secagem pela sua simplicidade de operação e manutenção. A grande desvantagem deste processo é a área requerida para sua implantação. Entretanto, para sistemas de tratamento anaeróbio, a produção de lodo é menor se comparada com sistemas aeróbios e o lodo anaeróbio é mais estabilizado, o que facilita consideravelmente a separação das fases sólido-líquido (van Haandel e Lettinga, 1994). O presente trabalho tem como objetivo avaliar a aptidão do lodo de um reator UASB à desidratação, via leito de secagem, que trata esgoto sanitário de características médias. O estudo foi realizado em escala piloto, para avaliar o tempo requerido para a percolação e a evaporação durante o processo de desidratação do lodo, observando, inclusive, as características adquiridas pelo material durante o desenvolvimento dos ensaios. Realiza comparação com outros autores que estudaram em escala real e de laboratório o desempenho de leitos de secagem na desidratação de lodos e desenvolve uma metodologia simplificada para dimensionar leitos de secagem. MATERIAL E MÉTODOS O lodo utilizado nos testes de desidratação foi obtido do descarte do fundo de um reator UASB que trata esgotos sanitários de uma região com ocupação predominantemente residencial. O processo encontra-se em operação há 21 meses, sob um tempo de detenção hidráulica médio (TDH) de 8,0 horas, produzindo um efluente tratado com características médias. A tabela 1 apresenta, as dimensões do reator UASB utilizado no experimento, bem como as características do efluente tratado e do lodo utilizado no experimento. Tabela 1: Apresentação das dimensões do reator UASB utilizado no experimento, das características do efluente tratado e do lodo desse reator submetido aos testes de desidratação PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO REATOR UASB, EFLUENTE TRATADO E LODO GERADOS Dimensões do Características do efluente tratado reator UASB DQO (mg/l) DBO (mg/l) SS (mg/l) Características do lodo Diâmetro = 1,0 m Média = 171 Média = 57 Média = 54 Densidade = 1,06 g/cm 3 Altura = 6,0 m Des. Padrão = 45 Des. Padrão = 31 Des. Padrão = 18 Viscosidade cinemática (*) = 900 cpi Vol. total = 4,8 m 3 Máx. = 266 Máx. = 126 Máx. = 93 ST = 9,0 % TDH = 8 h Min. = 90 Min. = 15 Min. = 22 SV = 55% (SV/ST) N o amostras = 59 N o amostras = 25 N o amostras = 52 Nota: (*) Teste realizado pelo Laboratório de Pesquisas da Petrobrás Serão analisados os tempos necessários para percolação e evaporação da água contida no lodo através de leitos de secagem (van Haandel e Lettinga, 1994). Para tanto, foram montados aparatos experimentais específicos para o estudo dos tempos em questão. Durante a perda de água por percolação avaliou-se a característica adquirida pelo lodo aplicado nos leitos de secagem, através dos parâmetros ST e SV. No ensaio de percolação avaliou-se, também, o comportamento da evaporação da água nas condições 2

3 experimentais. Observou-se a variação da massa de lodo aplicado em função do tempo. Foram adotadas as recomendações da NB 570, 1990 Projeto de estações de tratamento de esgotos sanitários - ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, para a montagem dos ensaios. As taxas de lodo aplicadas nos leitos foram 24, 36, 49, 60, 73 Kg ST/m 2. Estas taxas são superiores à recomendada pela norma brasileira (NB-570,1990) citada anteriormente que estabelece 15KgST/m 2. Os testes foram realizados nos meses de janeiro e fevereiro de 2001 durante um período de, aproximadamente, 50 dias. O aparato encontra-se montado na Estação de Tratamento de Esgotos Experimental do Centro Tecnológico da Universidade Federal do Espírito Santo. Figura 1 - Esquema dos leitos de secagem utilizados para os testes de percolação 100mm Estrutura para impedir a interferência das chuvas LS2 Lodo Soleira Drenante Coletores graduados do líquido filtrado Muitas estações de tratamento de água brasileiras encontram-se ou trabalhando acima de sua capacidade ou produzindo água com qualidade insatisfatória. Procurando suprir a demanda sempre crescente de água, mantendo sua qualidade, defronta-se com a escassez de recursos. A partir de tal constatação, faz-se necessário que se investiguem em laboratório novas tecnologias, que permitam estudar as inúmeras possibilidades de se obter água em quantidade mantendo a qualidade e custos baixos. RESULTADOS E DISCUSSÃO A carga de sólidos aplicada tem uma influência direta sobre o tempo requerido para a percolação. Com o acompanhamento da variação diária do volume de líquido percolado, observou-se que, logo após o lançamento do lodo nos leitos, os volumes apresentados atingem valores elevados. A carga de sólidos aplicada tem uma influência direta sobre o tempo requerido para a percolação. Com o acompanhamento da variação diária do volume de líquido percolado, observou-se que, logo após o lançamento do lodo nos leitos, os volumes apresentados atingem valores elevados (figura 2). 3

4 Figura 2: Resultados dos volumes percolados durante os testes de percolação T 24 T 36 T 48 T 60 T 73 Volume percolado(ml) Tempo (dias) Nota: Os valores T24, T36, T48, T60, T73 referem-se às taxas aplicadas (KgST/m 2 ) A redução de volume foi na faixa de 62 % ate 85 %, para as taxas de 73 e 24 kg ST/m 2, respectivamente. Essa valores são compatíveis com os valores obtidos por Catunda et al (1998), ou seja, redução de volume na faixa de 50 a 80 % (tabela 2). Tabela 2 - Resultados dos volumes percolados Taxa de aplicação ( kg ST/m 2 ) Volume inicial (ml) Volume percolado (ml) Redução de Volume (%) Nota: Os resultados apresentados levaram em consideração apenas os volumes de líquido percolado Levando-se em consideração o volume de lodo inicial, estes resultados mostram a grande redução do volume, proporcionada por esta técnica de desidratação. Observa-se, ainda, que os leitos com menores taxas (P1, P2 e P3) deixaram de percolar com a metade do tempo requerido pelos leitos com as maiores taxas (P4 e P5). Para o teste de evaporação foi utilizado o lodo submetido anteriormente à percolação. A massa de lodo foi misturada, homogeneizada e analisou-se a concentração de sólidos totais e voláteis, com resultados de 18 % para ST e 7,2 % para SV, ou seja, apresentou um teor de umidade em torno de 82 %. A figura 3, apresenta a relação entre o tempo de evaporação e a umidade obtida no lodo, em função da carga de sólidos aplicadas. 4

5 Figura 3 - Resultados finais dos teores de umidade na evaporação T 24 T 36 T 48 T 60 T 73 Umidade (%) 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0, Tempo (dias) Comparando-se o resultado obtido por Catunda et al (1998) para atingir umidade de 60% com taxa de aplicação 41,5 kgst/m2 e os encontrados nesse experimento, observa-se que para a taxa de aplicação 73 kgst/m2 (> 41,5 kgst/m2), o período necessário para atingir tal teor de unidade foi o mesmo, ou seja, 27 dias. Este resultado indica que as condições de evaporação foram bastante favoráveis para região estudada (Grande Vitória). Vários autores estudaram em escala real e de laboratório o desempenho de leitos de secagem na desidratação de lodos, podendo-se citar Aisse e Andreoli (1998) - Curitiba/PR, Lima et al (1999) Vitória/ES, Catunda et al (1998) Campina Grande/PB, Além Sobrinho (1996) São Paulo/SP e Daltro et al (1994) Aracajú/SE. A partir desses dados foi possível determinar uma relação entre taxa de aplicação de lodo e tempo requerido para a desidratação para diferentes valores finais umidade (Figura 4). Os dados utilizados foram os obtidos nesta pesquisa e os obtidos pelos pesquisadores citados anteriormente. Figura 4 Relação entre a taxa de aplicação e o tempo necessário para obtenção de diferentes umidades utilizando dados de diferentes pesquisadores Tempo (dias) Umid. 80% Umid. 70% Umid. 60% y = 0,4897x + 3,4882 R 2 = 0,8535 (Umid. 70%) y = 0,65x + 2,7055 R 2 = 0,9059 (Umid. 60%) y = 0,2305x + 7,0917 R 2 = 0,8729 (Umid. 80%) Taxa de aplicação (KgST/m2) As curvas apresentadas na figura 4 mostram que apesar das diferenças climáticas entre as regiões brasileiras, dos processos de geração de lodo (sistemas tipo Lagoas, Lodos Ativados tipo carrossel, UASB) e da utilização de leito de 5

6 secagem em escala real e piloto, é possível estabelecer uma boa relação entre o teor de umidade final, o tempo requerido para atingir tal teor de umidade e a taxa de aplicação adotada. Com os resultados desse trabalho pode-se determinar as dimensões necessárias de leito de secagem para desidratar lodo em condições específicas. No trabalho completo será apresentada uma metodologia que, utilizando-se da massa de lodo produzida em um determinado reator e da figura 4 obtida neste trabalho é possível obter as dimensões necessárias de leito de secagem para a desidratação do lodo. CONCLUSÃO A variação total na redução de volume percolado foi na faixa de 62 % ate 85 %, para as taxas de 73 e 24 kg ST/m 2, respectivamente. Os resultados mostraram que a variação de perda de massa na evaporação ficou na faixa de 35 % a 18 % para as taxas de 24 a 73 kg ST/m 2, respectivamente. Os resultados encontrados nos testes de evaporação indicaram que as condições para evaporação na região estudada (Grande Vitória) foram bastante favoráveis, podendo-se citar o tempo requerido para atingir umidade de 60% (27 dias) com taxa de aplicação de 73 kgst/m 2 ser o mesmo encontrado por Catunda et al (1998) para uma menor taxa de aplicação (41,5 kgst/m 2 ). Apesar das diferenças climáticas entre as regiões brasileiras, dos processos de geração de lodo (sistemas tipo Lagoas, Lodos Ativados tipo carrossel, UASB) e da utilização de leito de secagem em escala real e piloto, é possível estabelecer uma boa relação entre o teor de umidade final, o tempo requerido para atingir tal teor de umidade e a taxa de aplicação adotada. A metodologia adotada nesse estudo, para avaliação da percolação e evaporação, deve ser implementada com áreas superficiais dos pilotos superiores às utilizadas no experimento, o que possibilitará um melhor monitoramento dos resultados através de valores diários de ST e SV. Os resultados obtidos mostraram que a utilização de leitos de secagem para taxas de aplicação maiores que a recomendada pela Norma Brasileira (NB 570, 1990), é viável, o que possibilita redução na área requerida para implantação desse sistema. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, Projetos de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário NB 570, AISSE, M. M.; ANDREOLI, F de N. Estudo da desidratação do lodo anaeróbio, obtido em reator tipo Ralf, através do uso de leito de secagem e de centrifuga tipo decanter I, I SEMINÁRIO SOBRE GERENCIAMENTO DE BIOSSÓLIDOS DO MERCO SUL, Curitiba PR, ALEM SOBRINHO, P.; SAMUDIO, E. M. M. Desidratação de lodo de reator UASB em leito de secagem, XXV AIDIS, Cidade do México, CATUNDA, P.F., van HAANDEL, A. C. e MEDEIROS, U.T.P. Um método experimental para o dimensionamento e a otimização de leitos de secagem de lodo. XXVI AIDIS, Peru, DALTRO, F. Desidratação de lodo em leito de secagem, na cidade de Aracajú SE: resultados prelinimares, VI SILUBESA, Florianópolis SC, GONÇALVES, R. F. Gerenciamento do lodo de lagoas de estabilização não mecanizadas, PROSAB, GONÇALVES, R.F. et al. Combining upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors ande submerged aerated biofilters for secondary domestic wastewater treatment. Wat. Sci. Tech. Vol. 40, No 8, pp , LIMA, M. R. P.; GONÇALVES, R. F. Taxas de aplicação de lodo de lagoas anaeróbias de estabilização para desidratação em leitos de secagem, III EESMA, Anais. Vitória- ES, RAMALDES, D.L.C. et al. Resultados de testes de desidratação de lodo de reatores UASB através de processos naturais e mecânicos. IX SILUBESA, Porto Seguro - BA, U.S., Evironmental Protection Agency, Dewatering municipal wasterwater sludges, design manual. Washington, DC : EPA,

7 van HAANDEl, A. C.; LETTINGA, G. Tratamento anaeróbio de esgoto - Um método experimental para o dimensionamento e otimização de leito de secagem,