I - Solução Ambiental para os Rejeitos da ETA Guaíra/SP através de Leito de Drenagem e Sedimentador

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1 I - Solução Ambiental para os Rejeitos da ETA Guaíra/SP através de Leito de Drenagem e Sedimentador Tema I Abastecimento de Água Autores: Adriana Martins Peres Borba (1) DEAGUA Departamento de Esgoto e Água de Guaíra; Engenheira Química, Gerente de Operação da ETA Guaíra/SP. João Alberto Rocha (2) DEAGUA Departamento de Esgoto e Água de Guaíra; Engenheiro Civil, Superintendente do DEAGUA Departamento de Esgoto e Água de Guaíra/SP. Antonio Osmar Fontana (3) Engenheiro Civil e Mestre em Engenharia Urbana na área de Infra-Estrutura Urbana pela Universidade Federal de São Carlos UFSCar. João Sergio Cordeiro (4) Doutor em Engenharia Hidráulica e Sanitária EESC/USP (1993); Professor de Pós Graduação em Engenharia Urbana da UFSCar; Professor convidado do Programa de Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento da EESC/USP; Coordenador do Comitê de Ensino, Pesquisa e Desenvolvimento da ABES-SN; Presidente da Associação Brasileira de Ensino de Engenharia ABENGE. José Manuel da Nave Mendes (5) Engenheiro Civil e Especialista em Engenharia Sanitária; Diretor Técnico da empresa Port Engenharia Ltda, projetista da Solução Ambiental para os rejeitos da ETA Guaíra/SP. (1) Endereço: DEPARTAMENTO DE ESGOTO E ÁGUA DE GUAÍRA DEAGUA, Rua 12, nº 315, CEP Guaíra/SP fone/fax 55 (xx17) eta.deagua@netsite.com.br Responsável pela apresentação: Antonio Osmar Fontana (3) Engenheiro Civil e Mestre em Engenharia Urbana na área de Infra-Estrutura Urbana pela Universidade Federal de São Carlos UFSCar; Responsável Técnico pelo desenvolvimento do Projeto de Solução Ambiental para os rejeitos da ETA Guaíra/SP.

2 I - Solução Ambiental para os Rejeitos da ETA Guaíra/SP através de Leito de Drenagem e Sedimentador RESUMO O trabalho desenvolvido na ETA Guaíra/SP apresenta a aplicação de uma tecnologia integrada como solução para a maioria das ETAs. Consiste em um sistema para redução do volume dos lodos de decantadores com Leito de Drenagem e recirculação das águas de lavagem de filtros por Sedimentador. A concepção do projeto considerou a condição de recuperação das águas clarificadas dos decantadores diretamente para os filtros o que reduz sensivelmente a área de Leito de Drenagem. O tempo de ciclo para a utilização do leito foi estabelecido em 30 dias podendo o teor de sólido na massa residual chegar a 80% nos meses de baixa precipitação pluviométrica e no mínimo 20% para os períodos com grandes precipitações. As águas livres do lodo de decantadores serão recuperadas diretamente para a captação de água bruta. O Sedimentador apresenta condição de recuperação de praticamente toda a água clarificada sendo os resíduos sedimentados bombeados para o Leito de Drenagem juntamente com os lodos de decantadores. Os resíduos finais do Leito de Drenagem serão enviados para aterro controlado. Assim, a partir da implantação deste projeto a ETA Guaíra/SP estará com os seus rejeitos solucionados ambientalmente. Palavras chave: rejeitos; lodo; reuso; leito de drenagem; sedimentador INTRODUÇÃO Os sistemas de tratamento de água para consumo público com captação superficial, na sua maioria, utilizam as ETAs convencionais ou de ciclo completo com o emprego da coagulação química. No processo de coagulação dessas estações são empregados produtos químicos a base de sais de ferro ou de alumínio para retirada das impurezas presentes na água bruta. Através de seus processos subseqüentes floculação, decantação e filtração resultam a água, para distribuição, e os rejeitos chamados de lodos que ficam retidos, principalmente nos decantadores e filtros. Um dos principais problemas para essas estações é a adequação dos seus rejeitos para destinação sem causar prejuízos ao meio ambiente. A maioria lança os seus rejeitos diretamente na natureza com grande potencial poluidor. Esses rejeitos possuem características físico-químicas que por determinações legais não podem ser lançados diretamente no meio ambiente. A quantidade gerada pode atingir até 5% do volume de água tratada. Apresentam forma fluida com baixas concentrações de sólidos e grande quantidade de água, normalmente acima de 95%. Portanto, a solução dos problemas com esses rejeitos passa pela necessidade de redução dos 2

3 volumes através de meios de desaguamento com redução de custos com transporte e destinação final. Os meios de desaguamento podem ser mecânicos ou naturais. A escolha da tecnologia depende de um cuidadoso processo de verificação das condições operacionais das estações, características dos rejeitos e condições regionais e locais. Principalmente para os meios naturais de desaguamento, as condições locais quanto à disponibilidade de área e clima são de grande importância. No Brasil, por seu clima com insolação e evaporação favoráveis e a grande disponibilidade de áreas, com custo acessível, os meios naturais podem apresentar resultados bastante promissores. FONTANA & CORDEIRO (2004), estudaram em escala real o Leito de Drenagem para os lodos de decantadores e o Sedimentador para águas de lavagem de filtros na ETA Cardoso/SP. A integração dessas tecnologias levou a resultados importantes tanto no aspecto operacional como no ambiental da ETA Cardoso/SP. A redução do volume se aproxima de 98%, facilitando a disposição controlada em aterro, e as águas livres e clarificadas são recirculadas para o início do tratamento. OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo apresentar os resultados dos estudos realizados na ETA Guaíra/SP para a redução de volume do lodo de decantadores e clarificação de água de lavagem de filtros através da integração das tecnologias de Leito de Drenagem e Sedimentador (FONTANA & CORDEIRO, 2004). No desenvolvimento dos trabalhos foram avaliadas as condições operacionais da estação quanto a redução do volume dos rejeitos, possibilidade de reuso do drenado e das águas livres clarificadas e destinação adequada dos sólidos resultantes do sistema. METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO O desenvolvimento do projeto da solução ambiental para os rejeitos da ETA Guaíra/SP obedeceu ao seguinte: - Caracterização da ETA, condições operacionais, produtos químicos utilizados e métodos de limpeza dos decantadores e lavagem dos filtros; - Disponibilidade de área e disposição do Leito de Drenagem e Sedimentador; 3

4 - Avaliação das condições de drenagem do protótipo de Leito de Drenagem desenvolvido por CORDEIRO (2001) para determinação de parâmetros de projeto; - Quantificação dos volumes dos decantadores através de medição física comparada com equações teóricas de avaliação de produção global de sólidos em ETAs; - Elaboração do projeto para implantação do sistema com as condições de reuso ou recirculação das águas livres e destinação adequada dos sólidos. Foram, ainda, analisadas as condições operacionais, demandas de mão de obra e equipamentos e avaliação econômica. - Caracterização da ETA Guaíra/SP A ETA em operação é do tipo convencional ou de ciclo completo com unidades de aeração, coagulação, floculação, decantação e filtração rápida. Sua construção e operação data de 1970 com alterações estruturais ao longo do tempo para adequações. Atualmente a ETA trabalha em média 21 horas por dia com média de tratamento de cerca de 100 L/s. Utiliza no processo de tratamento o Sulfato de Alumínio { Al 2 (SO 4 ) 3. 14H 2 O } granulado dissolvido em tanques formando uma solução com diluição a 5% e Cal hidratada para correção de ph na água bruta e final. A desinfecção é realizada através de Cloro gás (Cl 2 ), sendo também aplicado o Ácido Fluorsilícico (H 2 SiF 6 ). O manancial superficial de captação é denominado Ribeirão do Jardim e pertence a UGRHI 08 Sapucaí/Grande. Possui dois decantadores convencionais com volume útil de 492,20 m 3 cada. A lavagem dos decantadores atualmente é realizada em períodos bastante variáveis (TABELA 1) utilizando-se a carga hidráulica proporcionada pela lâmina d água acima da camada do lodo. Todo resíduo dos decantadores é transportado até o lançamento final no Ribeirão do Jardim por tubulação de concreto de 400mm. Os decantadores não possuem zona de acumulação de lodo. TABELA 1. Período entre as lavagens dos Decantadores ETA Guaíra/SP. mês/ano período entre lavagens (dia) decantador I Decantador II 02/ / / / Os filtros implantados são do tipo rápido por gravidade com taxa e nível constantes, constituindo três unidades de filtração. A taxa média de filtração é de 143,00 (m 3 /m 2.dia). O leito filtrante é constituído de camadas de areia. A lavagem é realizada com 4

5 água tratada, no sentido contra-fluxo com auxílio de ar comprimido. O tempo de lavagem, duração da carreira de filtração e volume de água utilizada na lavagem (ALAF) são variáveis e são apresentados conforme TABELA 2. TABELA 2. Condição operacional dos filtros ETA Guaíra/SP. Unidade Tempo de lavagem Carreira de filtração Volume ALAF (m 3 ) (min) (h) FILTRO FILTRO FILTRO Disponibilidade de área e disposição do Leito de Drenagem e Sedimentador Através de levantamento topográfico e sondagens foi identificada a melhor disposição dos elementos constituintes do processo de tratamento dos rejeitos (FIGURA 1). Apesar da grande área disponível, por restrições técnicas (sub-solo rochoso) e ambientais (APP), a disposição definitiva levou a necessidade de bombeamento do lodo dos decantadores e do lodo do Sedimentador para o Leito de Drenagem. sedimentador Captação Decantadores e filtros Leito de Drenagem FIGURA 1. Disposição do Leito de Drenagem e do Sedimentador na área da ETA Guaíra/SP. 5

6 - Ensaio em protótipo para verificação da drenabilidade da água livre e característica do sólido A orientação do projeto se deu com a verificação de parâmetros de drenabilidade da água livre e característica dos sólidos através de ensaios em protótipo de Leito de Drenagem (CORDEIRO, 2001). Os ensaios foram realizados em duas etapas nas ocasiões de descargas e lavagem dos dois decantadores da ETA e apresentaram os resultados mostrados conforme GRÁFICOS 1 e 2. (%) 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 2,50 4,50 6,36 8,33 10,36 12,58 14,50 16,50 23,53 T(h) TEMPO V lodo (%) 25,58 28,66 38,83 42,83 48,50 50,08 51,13 51,50 GRÁFICO 1. Variação do volume drenado e volume de lodo ao longo do tempo Protótipo 07/08/04 a 09/08/04. (%) 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 0,00 1,83 5,08 9,17 11,17 14,67 17,67 24,00 30,00 36,00 T(h) TEMPO Vlodo (%) 40,00 46,00 50,00 57,00 63,00 68,00 74,00 GRÁFICO 2. Variação do volume drenado e volume de lodo ao longo do tempo Protótipo 21/09/04 a 25/09/04. No período de utilização do protótipo de Leito de Drenagem com lançamento do lodo em 07/08/04 pode ser observado o seguinte: - redução do volume de lodo, cerca de 80% em 51,50 horas quando se deu o término da drenagem da água livre (drenado); - a turbidez do drenado variou do início ao final da drenagem de 7,6 ut a 0,8 ut; 6

7 - ao final de 30 dias de utilização foi realizado ensaio de teor de sólidos na massa resultante apresentando valor de 800g/L; Para o período de utilização do protótipo com lançamento do lodo em 21/09/04 foi também observado o seguinte: - redução do volume de lodo, cerca de 93% em 96,00 horas com término da drenagem da água livre (drenado) com 60,00 horas; - a turbidez do drenado variou do início ao final da drenagem de 1,4 ut a 0,3 ut; - Quantificação do volume de rejeitos da ETA A quantificação do lodo da ETA Guaíra foi realizada utilizando formulação empírica para avaliação da produção global de sólidos para os meses em estudo (Junho/04 a agosto/04) e a relação com os dados históricos de 1998 a 2004, conforme apresentados nas TABELAS 3 e 4. TABELA 3. Cálculo da produção global máxima de rejeitos-eta Guaíra 1998 a 2004 Fev/98 fev/99 dez/00 jan/01 jan/02 Jan/03 fev/04 Qualidade da Turbidez (ntu) água bruta e prod Sulf Alum (mg/l) 41,3 40,5 47,3 44,9 50,3 44,9 41,4 químicos aplicados. Q Bruta (m³/dia) Produção média de sólidos secos (kg/dia). REALI et all (1999) 257,00 234,25 351,65 360,62 218,47 276,21 201,96 Lodo Decantador. de Conc SS (kg/m³) 22,2 22,2 22,2 22,2 22,2 22,2 22,2 Dens úmida (kg/m³) V lodo LETA (m³/dia) 11,43 10,42 15,64 16,04 9,71 12,28 8,98 Conc SS (kg/m³) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Lavagem de V ALAF (m³/dia) 532,5 532,5 532,5 532,5 532,5 532,5 532,5 filtros. V lodo ALAF (m³/dia) 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 PRODUÇÃO GLOBAL DA ETA V lodo total (m³/dia) 11,53 10,52 15,74 16,14 9,82 12,39 9,09 TABELA 4. Cálculo da produção global de rejeitos-eta Guaíra 06/04 a 08/04 8/06/2004 a 07/08/2004 8/08/2004 a 21/09/2004 7/08/2004 a 05/10/2004 DEC 1 (59d) DEC 1 (45d) DEC 2 (59d) Turbidez (ntu) 8,3 9,6 10 Qualidade da água bruta Sulf Alum (mg/l) e prod químico aplicado. Q Bruta (m³/dia) Produção média de sólidos secos (kg/dia). REALI et all (1999) 147,53 174,68 186,07 Conc SS (kg/m³) 22,2 22,2 22,2 Lodo de Decantador. Dens úmida (kg/m³) V lodo LETA (m³/dia) 6,56 7,77 8,27 Conc SS (kg/m³) 0,2 0,2 0,2 V ALAF (m³/dia) 532,5 532,5 532,5 Lavagem de filtros. V lodo ALAF (m³/dia) 0,11 0,11 0,11 PRODUÇÃO GLOBAL DA ETA V lodo total (m³/dia) 6,67 7,87 8,38 7

8 A relação ( R ) entre os valores calculados para os meses de junho/04 a agosto/04 com o mês de Janeiro/01, que apresentou a máxima produção de sólidos no sistema, é R=16,14 / 6,67 = 2,4. FONTANA & CORDEIRO (2004) trabalharam com equacionamento empírico para relação da produção global de sólidos e dimensionamento do Leito de Drenagem na ETA Cardoso/SP. Efetivamente o sistema começou a operar em Outubro/2003 com tempo de utilização do Leito de até 30 dias e se apresenta com a eficiência estudada e proposta. A medição física foi realizada diretamente nos decantadores através de um amostrador de onde foram plotadas as camadas de lodo e calculados os volumes. O máximo volume para projeto foi estimado em 9,8 m 3 por dia, sendo considerado que as águas clarificadas, cerca de 50% do volume do tanque, serão enviadas diretamente para os filtros antes das descargas dos lodos. O GRÁFICO 3 apresenta, por medição física, o perfil da camada de lodo do decantador I acumulada no período de 07/08/04 a 05/10/04 com volume médio diário de 3,64 m 3 /dia. 3,5 3 2,5 (h) 2 1,5 1 0,5 0 1 (L) Seção 1 0,7 0,8 1,1 1,6 1,6 1 0,6 Seção 2 0,7 0,8 1,1 1,6 1,6 1 0,6 Seção 3 0,7 0,8 1,1 1,6 1,6 1 0,6 GRÁFICO 3. Perfil da camada de lodo acumulada no período de 07/08/04 a 05/10/04 ETA Guaíra O volume das águas de lavagem de filtros foi extraído da TABELA 2 Condição operacional dos filtros ETA Guaíra/SP e considerada a condição de recuperação da água clarificada após 2 horas de sedimentação. O máximo volume de ALAF é de 178 m 3 para o filtro 3 com carreira de filtração de 48 horas e tempo de lavagem de 8

9 10 minutos. Foi estabelecida a condição de lavagem individual de cada filtro com defasagem de tempo de 7 horas entre eles. RESULTADOS - Projeto, implantação e custo do sistema O sistema foi projetado a partir do estudo de alternativas para o melhor aproveitamento técnico e ambiental da área disponível na estação. Os lodos dos decantadores e do sedimentador serão transportados através de bombeamento com equipamentos submersíveis. O tempo de utilização do leito foi projetado para no máximo 30 dias. O lay-out do sistema permite que as águas livres (drenado) do Leito de Drenagem e as águas clarificadas do Sedimentador sejam encaminhadas para recuperação por gravidade até o poço de sucção da água bruta. O leito tem dimensões de 20,0x56x0,6m com meio drenante de brita #1 com 5 cm de altura recoberto com manta geotextil de 600g/m 2. As dimensões do Sedimentador são 14,7x14,7x1,0m. O custo total do sistema relativo a implantação das tubulações de transporte, equipamentos e obras civis é de R$ ,00 (dez/04). - Condições operacionais e destinação dos sólidos do sistema A fase líquida da estação foi estudada visando a redução da produção de rejeitos com verificação, através de ensaios com Jar Test, da aplicação de coagulantes como Cloreto Férrico e Hidróxi-Cloreto de Alumínio. Os resultados apresentaram como coagulante com maior eficiência de remoção de Turbidez e Cor o Cloreto Férrico com menor dosagem. Em função da elevada Cor, conforme TABELA 5, o que sugere a presença de matéria orgânica, foi estabelecido que deve ser reativada a pré-cloração. TABELA 5: Valores médios de produção, dosagem de Sulfato de Alumínio, Turbidez e Cor no mês de máximo consumo de coagulante anos 1998 a Mês Sulfato (Kg) V. Tratado (m3/mês) Dos Média (mg/l) Turbidez média (ut) Cor (uc) Fevereiro/ , Fevereiro/ , Dezembro/ , Janeiro/ , Janeiro/ , Janeiro/ , Fevereiro/ ,

10 Na fase sólida, os estudos foram dirigidos para as condições de redução do volume dos resíduos no Leito de Drenagem superior a 90%, teor sólidos na massa final variando de 20% a 80% e concentração de SS inicial de 2,5% a 3% (FONTANA, 2004). Após a implantação do sistema a previsão para operação deverá utilizar cerca de 140 horas/homem por mês, 4 horas de retroescavadeira por mês para carregamento e equipamentos de transporte em função da distância do aterro de destinação final. Toda operação do sistema está projetada para a condição de apenas dois dias de operação por mês. Os sólidos residuais, conforme classificação pela NBR 10004/87 para lodos de alumínio, são CLASSE II não inertes (FONTANA, 2004), portanto, devem ser destinados em aterro licenciado para esta classe de resíduo com autorização do órgão ambiental estadual que, para o Estado de São Paulo, é a CETESB. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES - Existe necessidade para ETAs convencionais de se trabalhar com os rejeitos de decantadores e filtros separadamente; - Operacionalmente o estudo requer a necessidade de se deixar o decantador fora de operação por um tempo de no mínimo 2 horas para lançamento das águas clarificadas diretamente para os filtros; - Com a operação de lançamento da água clarificada dos decantadores diretamente para os filtros, a área necessária para o Leito de Drenagem reduz sensivelmente. - Os ganhos ambientais e operacionais referentes ao sistema integrado se mostram muito satisfatórios; - Recomenda-se que seja elaborado programa de treinamento dos funcionários envolvidos para que se evite danos ao sistema drenante. BIBLIOGRAFIA BÁSICA CORDEIRO, J.S. (1999). Importância do tratamento e disposição adequada dos lodos de ETAs. In.: REALI, M.A.P. et al. (1999). Coord. Noções gerais de tratamento e disposição final de lodos de estações de tratamento de água. Rio de Janeiro: ABES. Projeto PROSAB. CORDEIRO, J.S. (2001). Processamento de lodos de Estações de Tratamento de Água (ETAs). In.: ANDREOLI, C.V. et al. (2001). Coord. Resíduos sólidos do saneamento: Processamento, reciclagem e disposição final. Rio de Janeiro: ABES. Projeto PROSAB. 10

11 FONTANA & CORDEIRO (2004). Rejeitos de ETA Solução integrada na ETA Cardoso, SP. In XXIX Congresso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitária y Ambiental. CD-ROM. FONTANA, A.O. (2004). Sistema de Leito de Drenagem e Sedimentador como solução para redução de volume de lodo de decantadores e reuso de água de lavagem de filtros Estudo de caso ETA Cardoso/SP. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana), Universidade Federal de São Carlos UFSCar. 11