COMPARISON BETWEEN THE ALUMINUM WATER AND POLYVINYL SLUDGE TREATMENT PLANT USE (PAC) IN REDUCING WASTE MATCH OF SEWAGE TREATMENT PLANT

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1 COMPARAÇÃO ENTRE A UTILIZAÇÃO DE LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA E POLICLORETO DE ALUMÍNIO (PAC) NA REDUÇÃO DE FÓSFORO DO EFLUENTE DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ESGOTO Priscila Aparecida de Andrade Pires 1 *; Maria Alice Moreno Marques 2 Resumo - As Companhias de Saneamento adotam procedimentos para remoção de nutrientes dos efluentes das Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) e para disposição correta dos lodos de Estação de Tratamento de Água (ETA). Para a realização da remoção, é usual a utilização de precipitação química, contudo isto onera custos no tratamento, e encarece a tarifa de prestação de serviços de esgoto aplicada à população. Para dispor do lodo de ETA, o aterro sanitário é um dos mais utilizados, porém, seus custos também são elevados. Diante disso, devido ao teor residual de coagulante no lodo de ETA, o mesmo vem sendo empregado no tratamento de esgoto para remoção de fósforo e nitrogênio. Para avaliar este potencial de coagulação do Lodo de ETA, foram realizados ensaios de Jar Test com variação de dosagem do mesmo, e acompanhamento de remoção de turbidez. Assim, é necessário analisar sua eficiência em comparação ao coagulante utilizado na precipitação química, para verificar a viabilidade de substituição nas ETEs, e promover redução de custos e aproveitamento de resíduos na área de saneamento. No decorrer dos ensaios, foi constatado que, quanto maior a dosagem o lodo de ETA, é maior a eficiência de remoção de turbidez. A partir da análise do efluente tratado, foi constatado a pequena remoção de fósforo com o uso de vultoso de lodo de ETA, o qual pode encarecer a substituição do PAC e não tornar viável a sua substituição. Palavras-Chave Fósforo. Lodo. Precipitação Química. COMPARISON BETWEEN THE ALUMINUM WATER AND POLYVINYL SLUDGE TREATMENT PLANT USE (PAC) IN REDUCING WASTE MATCH OF SEWAGE TREATMENT PLANT Abstract The Sanitation Companies adopt procedures for removing nutrients from effluents from sewage treatment plants (WWTP) and proper disposal of sludge Water Treatment Plant (WTP). To carry out the removal, it is usual to use chemical precipitation, however, onerous costs in treatment and costly to rate the provision of sewage services applied to the population. For ETA sludge disposal, the landfill is one of the most widely used, however, their costs are also high. Therefore, due to the residual content of coagulant in water treatment plant sludge, it has been used in sewage treatment to remove phosphorus and nitrogen. To assess this potential ETA sludge coagulation, they were performed jar tests with varying dosage of the same, and turbidity removal tracking. It is therefore necessary to analyze its efficiency compared to the coagulant used in chemical precipitation to verify the feasibility of replacing the STPs, and promote cost reduction and recovery of waste in sanitation. During the tests, it was found that the higher the dose the sludge, is higher turbidity removal efficiency. From the analysis of the treated effluent, the small phosphorus removal was observed with the use of bulky ETA sludge, which may endear the replacement of the CAP and not become viable replacement. Keywords Phosphorus. Sludge. Chemical Precipitation. 1 Afiliação: Companhia Espírito Santense de Saneamento - CESAN 2 Afiliação: Faculdades Integradas Espirito Santenses - FAESA. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO O crescimento populacional tem acarretado um aumento no índice de poluição dos corpos hídricos devido, principalmente, ao lançamento excessivo de esgoto in natura. No Brasil, a maioria das cidades não tem rede de esgoto, e de acordo com estudo feito pelo Instituto Trata Brasil, apresentado no Ranking do Saneamento 2014, o índice de tratamento de esgoto nos cem principais municípios é de 38,5%, sendo que a média nacional é de 37,5%. Essa poluição por esgoto causa, dentre outros problemas, a eutrofização dos corpos hídricos, ocasionada pelas altas concentrações de nitrogênio e fósforo, que ocasionam o déficit de luminosidade, a redução do oxigênio dissolvido, mortandade de peixes e outras espécies aquáticas, dentre outros malefícios (BARRETO et. al., 2013). De acordo com a Companhia Espírito Santense de Saneamento (CESAN), empresa responsável pelo abastecimento de água e coleta e tratamento de esgoto em 52 municípios do estado do Espírito Santo, há Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) que apresentam tratamento terciário para remoção de fósforo e nutrientes, visando à remoção complementar de poluentes não suficientemente removidos pelo tratamento secundário. O tratamento terciário utilizado em uma destas estações é a precipitação Química, procedimento adotado para remoção de fósforo e nitrogênio do efluente, como é o caso da ETE Civit II, localizada no município da Serra ES. No caso da precipitação química, atualmente é utilizado no tratamento terciário da ETE Civit II o Policloreto de Alumínio (PAC) para reduzir os índices de fósforo do efluente. Desde o início do tratamento físico-químico, em 2010, obteve-se uma redução de 70% no teor de fósforo no efluente da estação (OVANI et. al., 2012). Apesar dos benefícios do PAC, a utilização deste coagulante gera um custo adicional no tratamento de esgoto, pois, atualmente, o consumo é aproximadamente L.mês -1, o que pode onerar os serviços de coleta e tratamento prestados para a população. Outra situação que gera um ônus para Companhia de Saneamento é o descarte de lodos de Estação de Tratamento de Água (ETA). Por ser tratado como um gasto sem retorno para a empresa, na maioria das vezes, o destino destes lodos são os corpos hídricos próximos às estações, ocasionando impactos em rios e lagos devido a suas características. De acordo com dados do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico (PROSAB, 1999), estes rejeitos podem apresentar teores de sólidos acima de 2,5%, sendo capaz de acarretar alterações importantes em rios e lagos. De acordo com a NBR , da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT, 2004), este lodo é classificado como resíduo sólido, portanto, deve ser tratado e disposto conforme exigência dos órgãos reguladores. A partir da necessidade de tratamento deste resíduo e da análise de suas características, OMOTO (20--) verificou, por meio de teste de bancada, que o lodo de ETA apresenta contribuições positivas ao tratamento de esgoto, devido à presença de coagulante residual, dentre outros constituintes. Pelas suas análises, houve redução de 35% de fósforo, além de redução dos sólidos suspensos e aumento dos sólidos sedimentáveis no esgoto tratado. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 Diante dos benefícios apresentados, a utilização do lodo de ETA no tratamento de esgoto em substituição ao PAC pode ser realizada para obtenção de ganhos de ordem econômica, social e, principalmente, ambiental. Dentro desse contexto este trabalho objetivou comparar a utilização do lodo de ETA com o PAC na remoção do teor de fósforo no efluente da ETE Civit II. METODOLOGIA Este trabalho foi desenvolvido por meio da execução das seguintes fases: Pesquisa bibliográfica; Coleta de lodo de ETA e efluente de esgoto; Dosagem do lodo de ETA no efluente da ETE; Análise físico química das amostras tratadas; Discussão dos resultados. A pesquisa bibliográfica utilizou livros, artigos, legislações e relatórios técnicos relacionados à pesquisa. Para o desenvolvimento do estudo foi utilizado o efluente da lagoa facultativa da ETE Civit II, no ponto antes da dosagem do PAC. Nos ensaios, foram inseridos, em cada jarro, 2 litros deste efluente, e dosadas diferentes quantidades de lodo de ETA simultaneamente. A ETE Civit II está localizada no bairro Alterosas, município da Serra ES. Optou-se em recolher o efluente da ETE Civit II, pois o uso do PAC como tratamento terciário é nesta estação e, assim, é mais fidedigna a comparação das eficiências de remoção de fósforo. O lodo de ETA foi recolhido da etapa de flotação da Estação de Tratamento de Água Santa Maria, situada na Rodovia do Contorno, Serra ES. O coagulante utilizado nesta estação é o sulfato de alumínio, e o lodo apresentou 874 mg.l -1 de alumínio residual, de acordo com análise realizada pela companhia. O Jar Test é um método usual para determinação de dosagens de coagulantes, além de verificar o gradiente de velocidade que permita a condição ótima de floculação. Ele é realizado em bancada, e reproduz as condições dos processos de coagulação/floculação (SOARES et. al., 2004). O equipamento utilizado para a realização dos ensaios consiste em seis jarros de dois litros, com pás inseridas capazes de realizar rotações de 0 a 140 rpm. Usando como referência de metodologia os ensaios descritos por Di Bernardo et. al. (2002), foram realizados 4 testes neste estudo, com variação de dosagem de lodo, e ph do efluente. No início dos ensaios de Jar Test, ocorria a agitação rápida com uma rotação de 100 rpm por 2 minutos, o que permitia a dispersão do coagulante. Após este período, a agitação era diminuída para 40 rpm, com duração de 10 minutos para a formação dos flocos. Depois deste tempo, desligava-se o equipamento, e mantinha-se um tempo de detenção de 30 minutos para etapa de sedimentação Com o término deste período, verificava-se o ph e a turbidez do sobrenadante com o aparelho de multiparâmetro. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 A leitura do ph tinha o intuito de avaliar possíveis alterações do ph pela inserção do alumínio no efluente, visto que, caso houvesse alteração brusca, deveria ser adotado o procedimento de correção do ph e ajustá-lo entre 5 a 9 antes do lançamento, conforme limite previsto na Resolução CONAMA nº 430/11. A turbidez demonstra, indiretamente, a quantificação de sólidos suspensos na amostra, entre eles, os nutrientes existentes. Assim, sua redução demonstra, também, redução nos níveis de fósforo na amostra. Foi adotada a meta de 100 NTU para padrão de lançamento, conforme enquadramento do corpo hídrico classe 2. Foram realizados três ensaios com variação de dosagem do lodo de ETA, com doses de 50 mg.l -1 até mg.l -1 de sulfato de alumínio presente no lodo. No quarto ensaio, foi promovida a variação de ph do efluente para verificar se haveria melhoria com relação à eficiência da floculação. De posse do melhor resultado de remoção de turbidez nos ensaios realizados, foram coletadas amostras do efluente bruto e tratado com lodo para análise, realizada no laboratório da Cesan. Os parâmetros avaliados foram turbidez, fósforo total e sólidos totais. A análise do fósforo permite comparar o teor deste nutriente no esgoto bruto e no tratado com o lodo de ETA, o que permite quantificar a eficiência na remoção, principal objetivo deste estudo. A quantificação dos sólidos totais é importante, pois grande parte dos contaminantes é sólida. O teor de sólidos numa água refere-se à quantidade de matéria suspensa ou dissolvida presente nessa água, podendo afetar negativamente sua qualidade (VON SPERLING, 2005). Para este estudo, a análise dos sólidos totais é importante para verificar o aumento no teor de sólidos, que irão influenciar na geração de lodo. Com os resultados, foi avaliada a eficiência do tratamento do efluente com o lodo de ETA, e comparado com os resultados das análises realizadas no efluente da ETE Civit II, disponibilizado pela companhia. Estes resultados também permitiram a comparação dos resultados em períodos que antecederam a introdução da etapa de precipitação química na estação. RESULTADOS E DISCUSSÕES No primeiro ensaio, foram adotadas dosagens do lodo de ETA semelhantes à dosagem de PAC na ETE Civit II, que é de 70 mg.l -1. Nos outros ensaios foram adotadas dosagens maiores do lodo de ETA. Após o 1º ensaio, obteve-se os resultados apresentados na Tabela 01. A melhor eficiência de remoção de turbidez foi com a dosagem de 70 mg.l -1, que permitiu a redução de 10,3% de turbidez, porém, não atendeu ao limite máximo de 100 NTU para lançamentos em corpos hídricos classe II, de acordo com o CONAMA nº 357/05. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Tabela 01: Resultado do 1º ensaio Dose de Sulfato de Volume de lodo Turbidez ph Eficiência remoção ,5 50 9, ,6 5, , ,2 9, , ,4 10, , ,4 8, , ,7 9, , ,6 9,7 No 2º ensaio, utilizou-se dosagens superiores de lodo de ETA, conforme variação apresentada na Tabela 02. Tabela 02: Resultado 2º ensaio Dose de Sulfato de Volume de lodo Turbidez ph Eficiência remoção , , ,7 13, , ,4 16, , ,6 18, , ,6 22, , ,7 27, , ,7 30,0 Foi possível observar uma remoção maior de turbidez se comparado ao primeiro ensaio, obtendo eficiência de 30%. Contudo, a meta de 100 NTU de turbidez não foi atingida. No 3º ensaio, continuou-se aumentando a dosagem de lodo de ETA, tendo em vista a melhoria na emoção da turbidez a partir do 2º ensaio. As dosagens adotadas em cada jarro estão descritas na Tabela 03. Neste ensaio, a amostra apresentava uma turbidez superior às amostras dos ensaios anteriores. Tabela 03: Resultado 3º ensaio Dose de Sulfato de Volume de lodo Turbidez ph Eficiência remoção , , ,9 29, , ,9 33, , ,9 37, , ,8 45, ,9 49, ,9 50,9 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Neste 3º ensaio, foi obtida uma eficiência de remoção de 50,9%, mas sem atingir o padrão exigido pelo corpo hídrico. A tendência apresentada nos três ensaios foi que, quanto maior a dosagem do lodo de ETA, maior era a eficiência na remoção de fósforo (Figura 01) ,00 Dosagem Sulfato de Alumínio mg.l ,00 20,00 Eficiência de Remoção de Turbidez (%) Dosagem Sulfato de Alumínio Remoção Turbidez 0 0,00 1º ensaio 2º ensaio 3º ensaio Figura 01: Dosagem de sulfato de alumínio relacionado à remoção de turbidez Foi realizado também um 4º ensaio com variação do ph para verificar se haveria redução mais acentuada da turbidez, visto que o ph alcalino favorece a precipitação (SCHÜTZ et. al., 2009). Neste ensaio, a turbidez do efluente se apresentava inferior à 100 NTU, e foi observada a redução em amostras com ph mais básico, conforme Figura ) U T (N z e id rb u T ,8 99,1 95,7 72,8 ph ph efluente bruto ph Figura 02: Remoção de turbidez a partir da variação de ph no 4º ensaio Neste 4º ensaio, a dosagem utilizada de sulfato de alumínio foi de mg.l -1 em todos os jarros, pois foi a dosagem que apresentou melhor eficiência dentre os três ensaios realizados com variação de dosagem. A amostra inicial já se apresentava com uma turbidez abaixo de 100 NTU, e com ph de 11, foi possível uma redução de 26,5% neste parâmetro. A partir do 4º ensaio, as amostras de efluente sem tratamento e o que foi tratado com lodo de ETA foram enviadas para análise, obtendo os resultados apresentados na Tabela 04. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Tabela 04: Resultados dos Ensaios de Jar Test - Efluente Final ETE CIVIT II EFLUENTE Temperatura (ºC) Fósforo total (mg P.L -1 ) Sólidos Sedimentáveis (ml.l -1 ) Sólidos Totais (mg.l -1 ) Efluente Final A 1 R 4 - Sem tratamento químico Efluente Final A 3 R 4 - Tratado com lodo de ETA 26,1 5,33 0, ,3 4,41 <0,1 800 Fazendo comparação com dados da CESAN em relação à ETE CIVIT II, a eficiência de remoção de fósforo com a utilização do PAC é superior à 70% (OVANI et. al, 2012), e com a dosagem de lodo utilizada, só foi possível obter uma redução de 17% para a dosagem utilizada. Apesar de haver melhora no efluente com o aumento da dosagem de lodo de ETA, esta dose testada não atingiu o padrão adotado pela companhia de 1 mg P.L -1. Aumentar mais ainda a dose talvez inviabilizaria a substituição do PAC pelo lodo de ETA, porque haveria necessidade de investimento para armazenamento do mesmo para dosagem na lagoa de estabilização. Além disso, seria indispensável avaliar se o custo de disposição do lodo em aterro sanitário se apresenta mais dispendioso do que transportar o volume de lodo necessário para a precipitação química, para verificar se o transporte não encareceria a disposição do lodo na ETE. Além disso, o lançamento de lodo de ETA na ETE resulta em aumento de sólidos no sistema, o que foi verificado na análise das amostras, visto que no efluente sem tratamento a concentração de sólidos foi de 380 mg.l -1, e no efluente tratado com lodo de ETA, a concentração subiu para 800 mg.l -1. Este aumento de sólidos decorrente da inserção do lodo de ETA vai resultar em acréscimo nos custos de remoção de lodo da lagoa de polimento, pois haverá necessidade de remoção em menores intervalos de tempo. O leito filtrante também deverá passar por um número maior de manutenções, visto a probabilidade de colmatação mais rápido, o que pode prejudicar a qualidade do efluente a ser lançado no corpo receptor. RECOMENDAÇÕES Como na pesquisa de OVANI et. al. (2012) o sulfato de alumínio apresentou a menor eficiência com relação ao cloreto férrico e ao PAC, sugere-se que sejam empregados estes coagulantes em alguma ETA para análise quanto ao potencial de aproveitamento do lodo gerado para tratamento do efluente da ETE. Diante dos resultados apresentados, presume-se que, para a remoção de fósforo do efluente, seja necessário um volume de lodo de ETA com residual de cloreto Férrico ou PAC menor se comparado ao necessário de lodo com residual de sulfato de alumínio. Além disso, é importante uma análise no lodo de ETA para avaliar se o coagulante residual está na fase líquida ou sólida, pois se o mesmo estiver na parte líquida, sugere-se que o lodo de XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 ETA passe pelo processo de decantação, para que os sólidos suspensos sejam precipitados e não sejam lançados na ETE, com o objetivo de minimizar a ocorrência de aumento do lodo na lagoa de polimento. Como o lodo de ETA apresentou uma pequena eficiência com relação à remoção de fósforo, sugere-se que o mesmo seja usado em conjunto com o coagulante PAC na ETE Civit II, para reduzir o consumo desse coagulante e, assim, reduzir o custo com a aquisição do mesmo. Para avaliação econômica com relação à viabilidade de substituição do coagulante, é recomendável a análise dos custos para uso do lodo de ETA para precipitação química nas ETEs, desde seu transporte até as manutenções na ETE decorrentes do uso do lodo. CONCLUSÃO O intuito deste estudo foi avaliar a viabilidade de utilização do lodo de ETA no tratamento de efluente da ETE Civit II. Contudo, a prática apresentou-se pouco viável visto que, para atingir valores próximos ao obtido no tratamento de efluente com PAC, que é de aproximadamente 1,44 mg.l -1 (OVANI et. al, 2012), há necessidade de uso vultoso de lodo de ETA a ser lançado na lagoa de estabilização, com referência ao volume adotado no 3º ensaio. Diante disso, deve ser avaliado se o custo com disposição final do lodo da ETA e utilização de PAC na ETE superam os gastos que seriam decorrentes do uso de lodo de ETA na precipitação química da ETE, para que complemente o estudo de viabilidade para substituição do coagulante. REFERÊNCIAS BARRETO, L. V. et. al. Eutrofização em rios brasileiros. Enciclopédia Biosfera, Centro Científico Conhecer Goiânia, v. 9, N.16; p. 2179, BRASIL (2005). Ministério do Desenvolvimento Urbano e Meio Ambiente/CONAMA. Resolução nº 357 de 17 de março de Disponível em Acessado no dia 09/11/2014. Noções gerais de tratamento e disposição final de Lodos de Estações de Tratamento de Água/Marco Antônio Penalva Reali (coordenador). Rio de Janeiro: ABES, p. : Il. Projeto PROSAB. OMOTO, E. S. Avaliação do descarte de Lodo da ETA diretamente na Rede Coletora de Esgotos. Mato Grosso do Sul, Brasil OVANI, J. G. B. et. al. Monitoramento da concentração de fósforo total em um afluente do córrego Maringá após implantação de tratamento físico-químico na Estação de Tratamento de Esgoto. In Anais do XXXIII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental. Salvador, Brasil SOARES,H.M. et. al. Teste dos Jarros. Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos. Universidade Federal de Santa Catarina. Santa Catarina, VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3.ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG, XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8