23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 II AVALIAÇÃO DA APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA DE TRATAMENTO PRIMÁRIO INTENSIFICADO QUIMICAMENTE NA ETES DA REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO CEPT (CHEMICALLY ENHANCED PRIMARY TREATMENT) Monica Riccitelli Engenheira Civil diplomada pela Universidade Paulista, com Especialização em Engenharia de Saneamento Básico, pela Faculdade de Saúde Pública da USP. Engenheira do Departamento de Planejamento, Controladoria e Desenvolvimento Operacional da Unidade de Negócios de Tratamento de Esgotos da Metropolitana, da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP. Keiko Arlete Semura Engenheira Química, diplomada pela Universidade de Mogi das Cruzes, com Especialização em Engenharia de Saneamento Básico, pela Faculdade de Saúde Pública da USP. Engenheira do Departamento de Planejamento, Controladoria e Desenvolvimento Operacional da Unidade de Negócios de Tratamento de Esgotos da Metropolitana, da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP. Liliane Zelmikaitis (1) Tecnóloga em Obras Hidráulicas, diplomada pela Faculdade de Tecnologia de São Paulo, com Especialização em Tecnologias Ambientais, pela Faculdade de Tecnologia de São Paulo. Tecnóloga do Departamento de Planejamento, Controladoria e Desenvolvimento Operacional da Unidade de Negócios de Tratamento de Esgotos da Metropolitana, da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP. Endereço (1) : Rua Sorocaba, 67 Jardim Estela Poá São Paulo / SP. CEP: Tel. Com. (11) / 7271 Res. (11) lzelmsilva@sabesp.com.br RESUMO Este trabalho tem como objetivo descrever e avaliar a tecnologia de aplicação de produtos químicos no tratamento primário (CEPT), nas estações de tratamento de esgotos da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) operadas pela Sabesp, com base em experiências práticas levantadas, trabalhos internos, bem como revisão bibliográfica do assunto. A tecnologia do CEPT Chemically Enhaced Primary Treatment, ou Tratamento Primário Quimicamente Assistido consiste na adição de sais férricos e polímeros orgânicos normalmente em unidades anteriores (normalmente decantadores primários) ao Tratamento Biológico (tanques de aeração, lagoas de estabilização, etc). A Sabesp opera na RMSP cinco estações de tratamento de esgotos (ETEs) de grande porte, que utilizam a tecnologia de lodos ativados convencional, e doze de pequeno porte (sistemas isolados) com processos variados. Para as estações de grande porte, estudos anteriores indicaram que a tecnologia não era viável, devido principalmente a gargalos operacionais na fase sólida. A utilização do CEPT exigiria investimentos na digestão anaeróbia e na desidratação mecânica dos lodos, que inviabilizaram a aplicação para o cenário estudado. Segundo levantamento realizado, a adoção do CEPT é particularmente vantajosa para estações que tenham que absorver mudanças expressivas de carga, como por exemplo as cidades turísticas, ou ainda para aumento da capacidade da fase líquida sem a necessidade de grandes investimentos. PALAVRAS-CHAVE: CEPT, TPA, tratamento de esgoto, tratamento físico-químico, saneamento ambiental, otimização. INTRODUÇÃO A RMSP foi dividida em duas grandes áreas para efeito de esgotamento sanitário. A área central e densamente urbanizada que comporta um sistema integrado, denominado Sistema Principal, e engloba as bacias drenantes aos rios Tietê, Pinheiros e Tamanduateí, e algumas sub-bacias drenantes aos reservatórios Guarapiranga e Billings. As demais áreas, situadas em regiões periféricas, com menor grau de urbanização, são ou serão servidas por sistemas próprios, denominados Sistemas Isolados. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 O Sistema Principal da RMSP foi concebido em cinco grandes sistemas, cujos municípios integrantes contribuem em termos de despejos, para as estações de tratamento de esgotos relacionadas na Tabela 1. O Sistema Principal compõe-se ainda de 139 kilômetros de interceptores, sifões, travessias e emissários com diâmetros variando de 0,60 m a 4,50 m. Tabela 1: Características das ETEs do Sistema Principal de esgotos da RMSP ETEs Capacidade Nominal (L/s) Vazão Média Tratada (L/s) ABC Barueri São Miguel Suzano Pq. Novo Mundo Total Todas as estações acima foram concebidas com tratamento por lodos ativados convencional. Esse processo oferece boa flexibilidade operacional, além de ser bastante confiável e estável, sendo considerado o mais eficiente para estações de tratamento de grande porte. A fase líquida das estações é compostas por: Tratamento preliminar: gradeamento e desarenação; Tratamento primário, onde a ETE Pq. Novo Mundo adota peneiras rotativas e as demais, decantadores primários, para remoção dos sólidos sedimentáveis; Tratamento secundário, compreendendo aeração, decantação e recirculação do lodo ativado. A fase sólida é composta de: Adensamento por gravidade dos lodos; Estabilização biológica em digestores de lodo. No caso da ETE Pq. Novo Mundo adota-se estabilização química com cal; Condicionamento do lodo, nas ETEs Barueri e São Miguel com polímero e cloreto férrico, e nas demais (ABC, Suzano e Pq. Novo Mundo) com cal e cloreto férrico; Desidratação mecânica em filtros prensa de placas. As estações de pequeno porte, nos sistemas isolados apresentam diversos tipos de tratamento, e estão relacionadas na tabela 2. Tabela 2: Relação das ETEs dos Sistema Isolados da RMSP. ETE Tipo de Tratamento Capacidade Nominal (L/s) Embu Guaçu Sede RAFA +Lagoa Facultativa 90 Embu Guaçu Cipó RAFA +Lagoa Facultativa + Baias de Infiltração 50 Ribeirão Pires RAFA 70 Rio Grande da Serra Lagoa Facultativa 24 Remédios Lagoa Facultativa + Valas de Infiltração 12 Salesópolis Lagoa Anaeróbia + Lagoa Facultativa + Lagoa de Maturação 24 Biritiba Mirim Lagoa Aerada + Lagoa Facultativa 55 Arujá Lagoa Aerada + Lagoa Facultativa 150 Cotia RAFA + Flotação 120 Riacho Grande Valos de Oxidação 20 Pinheirinho RAFA + Biofiltro Aerado 10 CDP Itapecerica RAFA + Lodos Ativados com Aeração Prolongada 3,5 Total 628,5 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 DESCRIÇÃO DO PROCESSO O tratamento primário dos esgotos objetiva principalmente remover sólidos em suspensão sedimentáveis e sólidos flutuantes. Após o tratamento preliminar, os sólidos em suspensão de maior peso contidos nos esgotos, sedimentam-se e depositam-se ao fundo do decantador, constituindo o lodo primário. Parcela dos sólidos em suspensão sedimentados é de natureza orgânica, o que conseqüentemente resulta na redução da carga orgânica afluente ao tratamento secundário. O Tratamento Primário Intensificado Quimicamente (CEPT) ou Tratamento Primário Avançado (TPA), normalmente localiza-se na unidade de decantação primária, e é baseado na remoção de sólidos em suspensão por meio dos processos físico-químicos de coagulação, floculação e sedimentação. Na coagulação são empregadas baixas concentrações de sais de ferro, combinadas ou não com polímeros; a floculação é alcançada após a adição suplementar de polímeros aniônicos e a ação de forças eletrostáticas que promovem o agrupamento das partículas coaguladas em flocos de maior tamanho; e na sedimentação observa-se o incremento da velocidade de sedimentação das partículas em função do aumento do seu tamanho. Normalmente, utilizam-se as unidades de decantação primária, anteriores ao Tratamento Biológico (Tanques de Aeração, Lagoas de Estabilização, etc), agregando-se apenas o sistema de dosagem e aplicação de produtos químicos. HISTÓRICO Segundo METCALF & EDDY (7), a utilização de produtos químicos no tratamento de esgotos, através de precipitação química (CEPT), descoberta em 1762, foi um método de tratamento muito utilizado na Inglaterra por volta de 1870, onde se utilizavam como agente de precipitação cloreto de cálcio, cloreto de magnésio, sulfato de alumínio, sulfato ferroso, entre outras substâncias. O tratamento químico foi também muito utilizado nos Estados Unidos, na década de 1890 e começo de 1900, porém com o desenvolvimento do tratamento biológico abandonou-se a utilização dos produtos químicos para tratamento dos esgotos. Nos primeiros anos da década de 1930 registraram-se algumas tentativas de desenvolvimento de novos métodos de tratamento químico e foram adotados em algumas plantas, sendo que a partir de 1971 começou a aumentar o interesse no uso desta tecnologia. Em 1985, adotou-se a utilização do CEPT, em uma planta na Califórnia, que por exigências ambientais deveria melhorar a performance de sua planta que tratava a nível primário, dispondo a seguir no oceano através de um emissário. Foram utilizados cloreto férrico e polímero aniônico, chegando a uma remoção de sólidos suspensos de 75%. Segundo MORRISSEY AND HALERMAN (5), na mesma época em Point Lama - San Diego, adotou-se o CEPT em uma planta com tratamento primário convencional, com resultados de 85% de remoção de sólidos suspensos totais, 55% de DBO e 85% de fósforo. Em 1997, a cidade de Hong Kong completou a construção de uma planta com capacidade de 20 m 3 /s. Adotando o tratamento primário intensificado quimicamente (CEPT), seguido de disposição oceânica, alcançou remoções de 85% de sólidos suspensos totais e 74% de DBO. APLICAÇÃO O Tratamento Primário Intensificado Quimicamente (CEPT), é empregado com os seguintes objetivos: Maximizar a capacidade de tratamento da fase líquida de estações em operação ( Turbinamento ) sem a necessidade de grandes investimentos; Melhorar a performance do tratamento primário, uma vez que esta tecnologia permite remoções da ordem de 57% de DBO, 85% de SST e 85% de Fósforo Total, que sem a adição de produtos químicos seria de torno de 35% de DBO, 55% de SST e 20% de Fósforo Total; ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Diminuir os custos de energia elétrica no tratamento secundário; Permitir a operacionalização de estações com grandes variações hidráulicas ou orgânicas, como por exemplo, nas cidades turísticas; Diminuir os requisitos de áreas para instalações de unidades da fase líquida (tratamento secundário); Proteger o sistema biológico em ETEs que recebem determinados efluentes industriais que poderiam prejudicar o processo e que podem ser removidos por precipitação química. ESTUDOS REALIZADOS A aplicação da tecnologia CEPT (Chemically Enhanced Primary Treatment) foi estudada no Plano Diretor de Esgotos da RMSP e no Estudo de Concepção e Projetos de Ampliação da ETE Barueri, cujos resultados são apresentados a seguir. PLANO DIRETOR DE ESGOTOS DA RMSP Dentre as alternativas estudadas na última Revisão e Atualização do Plano Diretor de Esgotos da RMSP (1), foi comparada a tecnologia CEPT e o Tratamento Primário Convencional, seguidos de tratamento biológico com remoção de Nitrogênio e Fósforo. Utilizaram-se as vazões de fim de plano, as quais mostram que o processo CEPT nem sempre é a alternativa mais econômica para adaptação dos sistemas, devido aos grandes investimentos necessários na fase sólida. Foram comparados os custos do Tratamento Convencional (decantador primário seguido de tanques de aeração com alimentação escalonada, nitrificação, remoção biológica de fósforo e desnitrificação, adensamento do lodo primário através de adensadores por gravidade e do lodo secundário por flotadores, digestão anaeróbia, desidratação por filtro-prensa e cloração) com o Tratamento Primário Intensificado Quimicamente (CEPT, seguido de tratamento biológico e tratamento do lodo idêntico ao do tratamento convencional). Estes custos estão descritos na tabela 3. Tais estudos demonstram, no caso da ETE Barueri, que a quantidade de lodo digerido previsto para 2020 com o tratamento convencional será de kg/d e com CEPT kg/d, o que corresponde a um acréscimo de cerca de 61% no custo de disposição de lodo, além da necessidade de 6 (seis) unidades a mais de filtro-prensa. Tabela 3: Comparação de custos para final de plano (2020), segundo a última Revisão do Plano Diretor de Esgotos (1). Custos ETEs Alternativas Estudadas Valor do Investimento (x US$ 1.000) Barueri Valor de Despesa com Operação e Manutenção (x US$ 1.000) Valor do Custo de Disposição Final do Lodo (x US$ 1.000) Valor Total (x US$ 1.000) Tratamento Convencional CEPT ABC São Miguel Suzano Tratamento Convencional CEPT Tratamento Convencional CEPT Tratamento Convencional CEPT ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 A ETE Parque Novo Mundo não foi objeto de estudo, pois não possui decantador primário. AMPLIAÇÃO DA ETE BARUERI Quando da contratação de estudos para ampliação da ETE Barueri (2), foi solicitado que os mesmos fossem realizados com diversas alternativas, inclusive CEPT (Tabela 4), de modo a escolher a que apresentasse o menor custo. Tabela 4: Comparação das alternativas estudadas na ampliação da ETE Barueri (2). Alternativa Tratamento 1A CEPT Lodo Ativado com Nitrificação 3A CEPT Lodo Ativado Convencional 5A CEPT MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) Híbrido 1B CEPT Lodo Ativado com Nitrificação 3B CEPT Lodo Ativado Convencional 5B CEPT MBBR Híbrido 6B Convencional MBBR Híbrido Apesar da ETE Barueri ter um folga na capacidade instalada, a principal dificuldade de ampliação diz respeito a gargalos existentes na fase sólida, que limitam o processamento dos lodos produzidos na fase líquida. Os cálculos dos custos, baseado nos estudos realizados, incluíram investimentos para implantação, operação e manutenção, com base em preços de Jan/03, conforme Figura 1. Figura 1: Comparação dos custos das alternativas estudadas na ampliação da ETE Barueri (2). A partir dos resultados das comparações técnico-econômicas acima apresentadas, excluindo-se as alternativas que não atendem aos padrões da legislação, adotou-se a Alternativa 6B para otimização e ampliação da ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 capacidade da ETE Barueri, com a utilização de MBBR (meio suporte), que reduz a geração de lodo, ampliando a capacidade das fases líquida e sólida. ETE PILOTO JESUS NETTO Em 1996 foram realizados testes com esgoto da ETE Jesus Netto (8) em parceria com a Fundação Salim Farah Maluf com auxílio do Dr. Halerman (MIT Massachussets Institute of Technology) e Dr. Ricardo Tsukamoto (consultor externo, diretor técnico da Bioconsult Ltda). O sistema estudado foi por lodos ativados convencional, com adensamento e digestão anaeróbia do lodo. Os resultados observados nesses testes apontaram para um custo com produtos químicos de R$ 0,0162/m³ esgoto tratado, o que equivale a 4% do custo global de tratamento. As eficiências de remoção estão descritas na tabela 5. A conclusão dos testes foi que o processo CEPT propiciou uma remoção maior de substâncias orgânicas no tratamento primário, gerando maior volume de lodo, em conseqüência, menor geração de lodo no secundário. O lodo primário apresenta melhores condições de desaguamento que o secundário, sendo considerado para esta estação a aplicação da tecnologia do CEPT vantajosa em termos técnicos e econômicos. Tabela 5: Resultados observados no tratamento primário da ETE Piloto Jesus Netto. Remoção Fosfato Total Remoção DBO (%) Remoção SST (%) Tipo Tratamento (%) Primário Secundário Primário Secundário Primário Secundário Tratamento sem adição de produtos químicos Tratamento com adição de FeCl 3 + Polímero A seguir, são descritos dois casos fora da empresa, e que adotaram a tecnologia do CEPT. Estas experiências servem de referência para análise da adoção para as estações de pequeno porte dos sistemas isolados. ETE ENCINA Localizada em San Diego na Califórnia, trata em média 1,5 m 3 /s. Seu processo é por lodos ativados convencional. Como a ETE estava sobrecarregada e não alcançava as metas de remoção, o CEPT foi introduzido em Sendo relacionados os principais resultados informados: Economia de 40 50% nos custos com energia elétrica; O lodo primário apresentou melhores resultados na digestão anaeróbia, com aumento na produção de metano de 15%; Como conseqüência da maior eficiência da digestão anaeróbia, não houve aumento significativo na produção final de lodo; Aumento na eficiência dos decantadores primários de 27% para 49 56% em termos de DBO, e de 65% para 75 80% em termos de SST. ETE RIVIERA DE SÃO LOURENÇO A Riviera de São Lourenço é um condomínio turístico do litoral norte de São Paulo. O tratamento de esgotos original consistia em uma seqüência de pré-tratamento (gradeamento grosseiro e desarenador), uma lagoa anaeróbia, 3 (três) lagoas facultativas em paralelo e cloração do efluente final. Como esta estrutura não estava ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 sendo suficiente para absorver o aporte de esgotos em época de temporada, implantou-se no processo o CEPT. A tabela 6 apresenta a eficiência informada para o tratamento primário com a adição de produtos químicos (CEPT). As obras civis consistiram na construção de dois tanques de sedimentação retangulares entre o pré-tratamento e a lagoa anaeróbia. A Figura 2 apresenta um fluxograma simplificado do processo. Esgoto Bruto Grade Caixa de Areia Decantador Primário Utilizado somente na alta temporada para tratamento físico-químico Lagoa Anaeróbia Lagoa Sedimentação Figura 2: Fluxograma da ETE Riviera de São Lourenço. Tabela 6: Resultados informados no tratamento primário da ETE de Riviera de São Lourenço. DQO (%) DBO (%) SST (%) Fósforo (%) 55 75% 50 66% 80 95% 82 87% AVALIAÇÃO DO PROCESSO O aumento da eficiência dos decantadores primários, com a adição de produtos químicos é diretamente proporcional ao aumento da quantidade de lodo removido nesta unidade. Este incremento é altamente variável em função da dosagem de produto químico utilizado. O manual de operação da Agência de Proteção Ambiental Americana, MOP 8 (3) relata faixas entre 50% e 100%. A eficiência de remoção de SST com CEPT é em torno de 20 a 40% superior ao processo convencional, dependendo da concentração de produtos químicos utilizados. Considerando um aumento na produção de lodo primário em relação ao tratamento convencional de 64% em peso, podemos subdividir nas seguintes parcelas: Devido à captura de sólidos suspensos totais no esgoto bruto 38% Devido à captura dos produtos químicos adicionais 11% Devido à captura de colóides que normalmente não seriam removidos 15% Aumento total do lodo em peso em relação ao tratamento convencional 64% Logicamente, tais resultados são essenciais para o dimensionamento das unidades da fase sólida. O que a princípio apresenta grandes vantagens operacionais na fase líquida, pode onerar consideravelmente as fases de tratamento e disposição final deste lodo. Sendo este, o principal motivo que nos estudos realizados para utilização desta tecnologia para grandes sistemas, não se mostrou viável economicamente. As experiências levantadas em bibliografia e artigos técnicos normalmente dizem respeito a estações de pequeno porte, e ressaltam todas as vantagens com relação à fase líquida do processo. Segundo SHAO et al (6), antigamente eram utilizadas grandes quantidades de sais de ferro (>100 mg/l) que tinha como conseqüência grandes volumes de lodo gerado, hoje a utilização de polímero e baixas dosagens de cloreto férrico, dosagens como 150 mg/l FeCl 3 e 0,25 mg/l de polímero aniônico, conferem eficiências maiores que 90% de remoção de SST, 75% de DBO e 95% de fósforo, com baixa produção de lodo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 CONCLUSÕES a) No levantamento realizado, observou-se que a tecnologia do CEPT é utilizada com bons resultados nos casos abaixo: Tratamento em cidades com grande oscilação de carga afluente (cidades turísticas Exemplo: Riviera de São Lourenço), que inviabilizariam o tratamento convencional. Como a Sabesp opera algumas estações de tratamento de esgotos por lodos ativados em cidades do litoral, o custo de energia elétrica neste tipo de tratamento é uma parcela importante dos custos operacionais da planta e as variações de vazão devido a sazonalidade da população contribuinte podem dificultar a operação do sistema biológico. Portanto, a utilização do CEPT, para estes casos pode apresentar vantagens, pois diminui e equaliza a carga orgânica para tratamento nos tanques de aeração; Cidades litorâneas, que utilizam tratamento primário, seguido de disposição oceânica, através de emissários submarinos, quando se necessita aumentar a eficiência do tratamento; Ampliação da capacidade instalada. b) A bibliografia existente demonstra que a tecnologia CEPT aumenta a capacidade de tratamento com menor custo, tornando possível duplicar a vazão tratada na fase primária e elevar a qualidade do efluente final. Portanto, para ampliações da capacidade nominal ou otimizações do processo, seria uma alternativa a ser considerada, desde que: a estação não apresente restrições quanto ao aumento no volume de lodo para tratamento e disposição final; os custos com a adição dos produtos químicos não inviabilizem sua adoção, pois com a implantação deste método, algum controle terá que ser adotado, seja ele automático ou manual. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ENGEVIX / LATIM CONSULT Revisão e Atualização do Plano Diretor de Esgotos da RMSP, Junho- 2000; 2. TECNOPAR CONSÓRCIO Estudo de Concepção e Projetos de Ampliação da Capacidade da ETE Barueri, 2003; 3. WEF Water Environment Federation, Design of Municipal Wastewater Treatment Plants, Manual of Practice of Operation MOP - 8, 2 V, 1992; 4. D.H.F.Halerman. An Introduction to Chemically Enhanced Primary Treatment; 5. MorrisseyS.P.; Harleman D.R.F. Retrofitting Conventional Primary Treatment Plants for Chemically Enhanced Primary Treatment in the USA,s.l.,s.d.,1992; 6. Y.J.Shao et al. Aced Primary Treatment: a Alternative to Biological Secondary Treatment. The City of Los Angeles Hyperion Treatment Plant Experience Water Science Technology. Vol.34,No 3-4, pp ,1996; 7. Metcalf & Eddy Inc. Wastewater Engineering: Treatment, Disposal and Reuse 3rd Edition, Revised by Tchobanoglous G. and Burton, F.McGraw-Hill,1991; 8. SABESP. A tecnologia "CEPT" no tratamento de esgotos, Relatório Interno, São Paulo ; 9. (18/01/2005); (17/11/2004); 11. SABESP Estudo Preliminar para Ampliação da Capacidade Nominal das Estações de Tratamento de Esgotos da RMSP com otimização do Processo Usando Tecnologia CEPT, Agosto-2001; 12. R.Y.Tsukamoto. Tratamento Primário Avançado: O Paradigma Moderno do Tratamento de Esgotos, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8