MICRO PROPRIEDADES DE LODOS GERADOS EM DECANTADORES DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

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1 MICRO PROPRIEDADES DE LODOS GERADOS EM DECANTADORES DE ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA João Sérgio Cordeiro Universidade Federal de São Carlos Engenheiro Civil, Doutor em Hidráulica e Saneamento (EESC/USP) Professor do Dep. de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos SP Professor do Programa de Pós Graduação em Engenharia Urbana da Universidade Federal de São Carlos SP _ Brasil Professor Convidado do Programa de Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos - USP Endereço (*) : Rodovia Washington Luiz Km 235 São Carlos- SP- Brasil CEP cordeiro@power.ufscar.br RESUMO O funcionamento de estações de tratamento de águas convencionais tem gerado problemas ambientais. Esses são decorrentes de lançamentos de rejeitos gerados em decantadores de filtros, componentes desses sistemas. A legislação Brasileira, através da Lei 9.605, considera essa ação como crime, pois pode causar prejuízos ainda pouco conhecidos. As características desses resíduos dependem de vários fatores, podendo ser citados: tipo de manancial, qualidade da água bruta; tipo e qualidade dos produtos químicos aplicados nos sistemas; condições operacionais e de projeto entre outros fatores. A geração dos resíduos em decantadores e filtros se dá através da remoção das partículas que foram desestabilizadas quimicamente na coagulação e floculação. Essas partículas presentes na água bruta podem ser de natureza química, físicas e biológicas e pode em sua grande maioria ser coloidais. Assim, alguns parâmetros não convencionais em saneamento ambiental devem ser determinados pois podem influenciar de forma decisiva nas condições de disposição final dos resíduos gerados. A resistência específica, o tamanho das partículas, a distribuição granulométrica são alguns dos paramentos a serem determinados. Esses, podem definir com mais efetividade a possibilidade de remoção de água dos resíduos. Dessa forma, são apresentadas a conceituação desses parâmetros, mostrando alguns resultados de lodos gerados em ETAs no Brasil, evidenciando a problemática. Palavras Chave: lodos de ETAs, micro propriedades, decantadores, 1

2 INTRODUÇÀO O controle sobre a disposição de resíduos gerados em decantadores tradicionais em estações de tratamento de águas é de fundamental importância na minimização de impactos ambientais provocados por esses despejos. No Brasil, a legislação considera que esse material é classificado como resíduo sólido, através da NBR (1997) e portanto não pode ser lançado em cursos d água sem tratamento. Considera-se que, no Brasil, são gerados mais de toneladas por dia desse resíduos e quase 100% é lançado no meio ambiente. Os impactos ambientais têm sido demonstrados em trabalhos desenvolvidos por Cordeiro (1993) (1999) e Barbosa (2000). Nesses, pode-se verificar que as concentrações de sólidos pode interferir na camada bentônica e provocar desequilíbrios ambientais nos sistemas aquáticos. Esses trabalhos têm mostrado que os valores de sólidos sedimentáveis descartados e que atingem os cursos d água podem atingir valores significativos. Dependendo dessa concentração, do tamanho das partículas dispostas e da baixas velocidades de escoamento do local a jusante do lançamento, essas partículas podem sedimentar sobre a camada bentônica inibindo o crescimento de várias espécies de peixes e outros organismos aquáticos. Os lodos gerados em decantadores constituem-se em material com elevada concentração de sólidos, quando os decantadores funcionam como tanques de retenção e os flocos ficam retidos durante período de vários dias. Essas concentrações podem variar de 1% a 3% segundo vários autores e a remoção de água se torna fundamental na solução do problema. Tem se observado que as respostas ao desaguamento dos lodos gerados em decantadores de ETAs não são tão efetivas quanto outros tipos de lodos, como os gerados em estações de tratamento de águas residuárias sanitárias. Tanto sistemas mecânicos (filtros prensa, centrífugas, filtros a vácuo),, quanto aqueles chamados naturais (lagoas de lodo e leitos de secagem) não têm oferecido eficiência considerada satisfatória na remoção de água livre. Experiências nesse sentido podem ser relatadas nos sistemas de tratamento de Rio Claro SP e na ETA do Alto Tietê São Paulo SP que utilizam o sistema de lagoas Para se definir a melhor forma de remoção de água desse material e sua possível utilização é necessário que se conheça micro propriedades dos mesmo, pois essas podem ser imprescindíveis nessa operação. Essas propriedades não são usuais no atual estágio da engenharia sanitária, exigindo então outros parâmetros para essa caracterização. No Brasil existem em funcionamento cerca de ETAs de ciclo completo e que descarregam esses rejeitos sem nenhum critério adequado. Além disso, os soídos removidos em sistemas de desaguamento poderão ser utilizados em imobilização de matrizes de cimento, como mostrado por SALES e CORDEIRO (2001). OBJETIVOS O objetivo fundamental do trabalho é apresentar uma discussão inicial sobre micropropriedades de lodos de ETAs, mostrando forma e dificuldades de determinação dos mesmos, aplicabilidade e importância do seu conhecimento. 2

3 GERAÇÃO DE LODOS EM DECANTADORES Os lodos gerados em decantadores tradicionais são resultado do processo/operação de coagulação/ floculação e sedimentação de partículas presentes na água bruta. Além disso, esses flocos são formados quando da desestabilização das partículas coloidais, que de forma geral possuem cargas negativas, através da adição de produtos químicos com cargas positiva. Esses produtos químicos, tais como o sulfato de alumínio e cloreto férrico são os mais utilizados nessa sistemática. Assim, os flocos formados depositam-se nos decantadores tradicionais e ficam retidos por períodos de tempo que pode atingir vários meses. Em virtude das características das partículas formadas, esses flocos sedimentam-se e formam uma camada espessa no fundo dos decantadores, proporcionado uma massa de sólidos. Na Figura 1 apresenta-se fotografia de um decantador com esses material retido. O problema da geração desse tipo de rejeito é que a forma de remoção e os projetos dos fundos dos decantadores tradicionais impõem essa forma de procedimento. Figura 1 Decantador tradicional e o lodo formado Como pode ser observado, o material nessas condições tem característica de lama. Nesse sistema, a quantidade de lodo formada pode ser considerável, impondo restrições ao manejo adequado do resíduos. As concentrações de sólidos presentes nesses rejeitos irá depender, exatamente do tipo de remoção. Quando essa remoção é contínua, as concentrações são menores, possibilitando melhores condições de remoção de água livre. Na água superficial normalmente estão presentes metais, como: alumínio, ferro e outros carreados através do escoamento superficial. Além disso, os produtos químicos empregados no tratamento podem conter pequenas concentrações de impurezas que serão transpostas para o resíduos do decantador. A somatória desses aspectos conferem aos rejeitos características que devem ser analisadas mais profundamente. Segundo Hsieh e Raghu (1997) a água presente no rejeitos de ETAs podem ser classificadas em 04 categorias: Água livre parcela de água que se move livremente por gravidade. Essa água pode ser removida com relativa facilidade através de sistemas mecânicos ou naturalmente por drenabilidade. Também poderá ser utilizada a evaporação. É importante lembrar que o tempo de remoção dessa água é o fator decisivo para definição da forma a ser adotada; 3

4 Água do floco essa parcela esta intimamente ligada à partícula floculada. Para remoção dessa parcela existe a necessidade de introdução de quantidade relativa de energia; Água capilar a água capilar está fortemente ligada à partícula sólida através de pontes de hidrogênio. A diferença entre essa parcela e a do floco é que está livre para se mover, enquanto a capilar quando se move o faz com a partícula. Assim, para a remoção dessa parcela existe a necessidade de aplicação de força mecânica, se o floco for quebrado; Água absorvida parcela ligada quimicamente à partícula sólida coloidal. A remoção dessa água só será possível com aplicação de altas temperaturas ou com aplicação de elevada quantidade de energia elétrica. Para que se efetue a remoção dessa água dos rejeitos para diminuir o volume gerado e possibilitar a disposição adequada das fases sólida e líquida sem prejuízos ao meio ambiente, devem ser empregados sistemas mecânicos ou naturais. Esses sistemas efetuam a separação através de mecanismos de filtragem ou evaporação e podem empregar pressões iguais à atmosférica ou diferentes (maiores ou menores). No entanto, esse fato necessita de determinadas condições que são definidas pela micro estrutura das partículas presentes nos lodos. CARCTERÍSTICAS DOS LODOS Os lodos de estações de tratamento de águas possuem características relativas aos resíduos sólidos, dessa forma alguns parâmetros utilizados para efluentes líquidos não têm sentido nesse caso. Dessa forma, cor, turbidez são alguns das características que não devem ser definidas nos lodos de ETAs com decantadores tradicionais. No entanto, DBO, DQO são importantes, mas no entanto, devem ser determinados com cuidados pois a fase sólida presente no material pode provocar interferências nos valores finais. Outro aspeto importante diz respeito à variabilidade dos valores encontrados em amostras de ETAs diferentes e em uma mesma ETAs mas, em épocas diversas As características do rejeito podem ser divididas em função de sua importância e do objetivo do estudo. Assim, essas podem se classificar em: ambientais para que as questões ambientais sejam analisadas, principalmente quanto à disposição, os seguintes parâmetros são importantes: ph, sólidos, metais, DQO, biodegrabilidade, toxicidade, presença de pesticidas e fertilizantes, compostos orgânicos voláteis, entre outros. geotécnicas essa caracterização é necessária para evidenciar possíveis formas de remoção de água e de futuras utilizações para os sólidos resultantes. Alguns desses parâmetros podem citados: Tamanho e distribuição das partículas, limite de plasticidade e limite de liquidez, resistência específica, respostas ao aquecimento e resfriamento; sedimentabilidade. 4

5 MICRO PROPRIEDADES DOS LODOS A determinação das características de efluentes quaisquer, se torna fundamental para a definição de sistemas de controle. Assim, para lodos de ETAs a remoção da água livre presente se torna um dos principais pontos na definição do sistema de redução de volume. Dessa forma, o tamanho e a forma das partículas presentes e a sua distribuição são parâmetros que podem definir com mais clareza o sistema a ser adotado para remoção de água livre. Nas Figuras 2 e 3 são apresentadas aspectos dessas partículas, referentes à distribuição granulométrica e fotografia em microscópio eletrônica com aumento de vezes. Figura 2 Distribuição granulométrica de partículas presentes em lodos de ETAs Figura 3 Partículas da fase sólida de lodo retido em decantadores 5

6 Outros parâmetros fundamentais são: a resistência específica, compressibilidade que fornecem dados complementares prara a definição do sistema de remoção de água. DETERMINAÇÀO DAS MICRO PROPRIEDADES Para a determinação de parâmetros como o tamanho e a distribuição de partículas devem utilizados métodos que hoje podem ser solucionados rapidamente, desde que seja disponível equipamentos como o sedígrafo. Na impossibilidade desse equipamento, pode-se utilizar o método de fracionamento de KARR (1978), descrito por CORDEIRO (1993).. Esse método propõe que sejam utilizados vários meios filtrantes, permitindo determinar sólidos filtrados e retidos, possibilitando o traçado de uma curva granulométrica aproximada. Em seu trabalho Karr utilizou aberturas de 104 µm, 1,2 µm e 0,024 µm. que eram membranas existente na época. Segundo KNOOKE (1980) esses métodos apresentavam grandes possibilidades de erros. No entanto, nesses últimos anos ocorreu evolução significativa na tecnologia de membranas e esses métodos poderiam ser estudados novamente e avaliados. Para a determinação mais efetiva do tamanho e distribuição das partículas nos lodos existem no mercado equipamentos como o Particle Size Analyzer SEDIGRAPH. Esse equipamento foi utilizado para determinar o tamanho das partículas dos lodos de três estações de tratamento de água convencionais situadas no interior do estado de São Paulo Brasil (São Carlos, Araraquara e Rio Claro) cujos resultados estão apresentados na Figura 2. Pode-se observar que nas curvas o tamanho das partículas presentes no lodo entre 45% e 70% das partículas são menores do que 10 µm. O tamanho e a distribuição das partículas em meio aquoso pode significar maior ou menor disponibilidade para a filtração dessa água. A passagem de um líquido através de massa sólida está submetida a um parâmetro denominado Resistência Específica. Esse parâmetro demonstra a maior ou menor disponibilidade para a remoção da água CONSIDERAÇÕES FINAIS O conhecimento das micro propriedades pode ser fundamental na tomada de decisão sobre as ações a serem efetivadas na diminuição do volume gerado de lodos em decantadores e também da possibilidade de minimizar os prováveis impactos ambientais. Além disso, o reuso da água pode ser um aspecto importante nesse sentido. Outra consideração a ser realizada, diz respeito ao custo do empreendimento de redução de volume do lodo. A decisão tomada pode envolver sistemas que não respondem a contento na solução do problema. Por outro lado, os gerentes de sistemas de tratamento de água convencionais ou tradicionais, devem estar atentos à legislação vigente que considera as ETAs com indústrias e devem ser trabalhadas como tal. Assim, a disposição de lodos ïn natura será cad vez mais restringida e combatida. Dessa forma, o conhecimento mais detalhado de características tradicionais e das micro propriedades pode significar tomada de decisão de melhor embasamento.. Várias têm sido as experiências conduzidas de forma inadequada sobre os rejeitos gerados em ETAs de ciclo completo ou tradicionais., impossibilitando a solução do problema. Espera-se que essa discussão possa ser mais efetiva, pois principalmente o tamanho das partículas presentes nos lodos tem grande poder na decisão a ser tomada quanto aos métodos de remoção de água. 6

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT (1987) NBR Resíduos sólidos, ABNT, São Paulo, 63p. setembro. BARBOSA, r (2000) Avaliação de impactos de lodos de ETAs à biota aquática através de estudos ecotoxicológicos,, EESC/USP - SHS, tese de doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos, CD. CORDEIRO.J.S. (1993) O problema dos lodos gerados em decantadores de estações de tratamento de águas, EESC/USP - SHS, tese de doutorado, Escola de Engenharia de São Carlos, 342p. CORDEIRO, J. S. & CAMPOS, J. R. (1996), A remoção de águas de lodos em leitos de secagem não convencionais, Revista Saneamento Ambiental. Ano VI, n.39, p CORDEIRO, J. S. CAMPOS, J. R. (1999), O impacto ambiental provocado pela indústria da água. Revista Saneamento Ambiental. Ano X,n.50, março/abril,p CORDEIRO.J.S (2000) Gerenciamento de lodos de ETAs Remoção de água através de leitos de secagem e codisposição da fase sólida em matrizes de cimento e resíduos da construção civil. São Carlos, Relatório Técnico, PROSAB, FINEP, 145p. KNOOKE (1980) W. R., GHOSH, M.M., NOVAK, J.T. Vacuum filtration of metal hydroxide sludges. Jour Env. Eng. Div. ASVE, New York, nee-2, p