I ADENSAMENTO MECÂNICO DE LODOS GERADOS EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA

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1 I ADENSAMENTO MECÂNICO DE LODOS GERADOS EM ESTAÇÕES DE TRATAMENTO DE ÁGUA Ricardo Lazzari Mendes (1) Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC/USP). Mestrando em Engenharia Hidráulica e Sanitária pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Engenheiro Consultor da ENGECORPS Engenheiros Consultores S/C Ltda. Sidney Seckler Ferreira Filho Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da USP. Professor Assistente Doutor do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo em Regime de Dedicação Exclusiva à Docência e Pesquisa. João Bosco Scian Químico pela Faculdade de Ciências e Letras de São Bernardo do Campo. Químico da Estação de Tratamento de Água do Rio Grande da Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo - SABESP. Endereço (1) : Rua Padre Antonio Tomaz, 262 apto 81 - Água Branca - São Paulo SP - CEP Brasil Tel.: (11) rmendes@usp.br RESUMO A disposição final do lodo gerado nos sistemas de tratamento de água para abastecimento público vem se tornando num dos principais problemas ambientais em regiões de alta densidade demográfica. Atualmente, no Brasil, poucas são as estações de tratamento de água (ETA s) em que há algum tipo de condicionamento ou redução de carga de sólidos dos lodos gerados nos sistemas. O despejo do lodo bruto direto nos corpos d água agrava a escassez de recursos hídricos viáveis para o abastecimento, principalmente nas regiões metropolitanas onde, estes problemas, são incrementados pela crescente deterioração dos mananciais. No Brasil, o tratamento de resíduos sólidos gerados nos meios filtrantes e o seu posterior reaproveitamento são o que tem recebido maior atenção e, algumas ETA s, como as estações do Guaraú e Alto da Boa Vista, ambas na região metropolitana de São Paulo, realizam o reaproveitamento de 100% de suas águas de lavagem. No entanto, para os lodos gerados em decantadores, poucos processos de tratamento são conhecidos para o adensamento, condicionamento e posterior desidratação. Este trabalho relata um estudo realizado em uma estação de tratamento de água com vazão nominal de 5,0 m 3 /s, água bruta com baixa turbidez e alta concentração de algas e processo de tratamento com altas dosagens de coagulante, onde se verificou, através de ensaios piloto, a eficiência dos equipamentos mecânicos, no caso o filtro de esteiras com raspadores, para o adensamento dos resíduos gerados nos decantadores. Além disso, buscou-se especificar possíveis parâmetros de projeto para o uso deste equipamento. PALAVRAS-CHAVE: Tratamento de Água, Adensamento, Condicionamento, Lodo de Estação de Tratamento de Água, Resíduos Sólidos. INTRODUÇÃO O adensamento é uma das operações unitárias mais importantes no processo de tratamento de lodos e, sendo uma das primeiras unidades do tratamento, tem por finalidade aumentar o teor de sólidos do lodo gerado. A redução de volume obtido pelo adensamento do lodo é de fundamental importância para as unidades de tratamento posteriores como o condicionamento e a desidratação. O adensamento pode ser feito por gravidade, por flotação ou mecanicamente através de centrífugas, filtros de esteiras com raspadores ou filtros prensa de esteira ( belt-press ). Essas alternativas apresentam vantagens e desvantagens, e a sua seleção depende de estudo técnico e econômico. Sendo o adensamento mecânico uma das alternativas de projeto, torna-se necessário realizar estudos para determinar as variáveis intervenientes na operação unitária e os valores de parâmetros de projeto adequados ABES Trabalhos Técnicos 1

2 para o melhor desempenho desta unidade. A obtenção de parâmetros de projeto deve ser feita preferencialmente através de ensaios de adensamento para o lodo em estudo. MATERIAIS E MÉTODOS O lodo utilizado foi proveniente de decantadores com remoção semicontínua da ETA Rio Grande (ETA-Rio Grande), operada pela Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo - SABESP. A concepção do processo de tratamento de água realizado na estação é o convencional, com a aplicação de sulfato férrico como coagulante. A Tabela 1 apresenta as características da água bruta afluente à ETA Rio Grande. Tabela 1 Características da água bruta afluente a ETA Rio Grande (SABESP, 2000) Parâmetro Unidade Valores Médios - Ano 2000 (Faixa de Variação) ph - 7,1 (6,9 7,6) Turbidez UNT 3,2 (2,3 5,5) Cor aparente UC 25 (20 30) 19,5 Alcalinidade Total mg/l CaCO 3 (17,0 23,4) Os ensaios foram conduzidos em equipamento piloto disponibilizado pelo fabricante (Degremond), onde o lodo foi pré-condicionado com polímeros (Stockhausen Praestol) no recalque da bomba de alimentação (Figura 1). BOMBA DE SOLUÇÃO DE POLÍMERO Tanque de polímero Lodo adensado ADENSADOR BOMBA LODO DE Lodo alimentado Filtrado Ponto de Amostragem Figura 1 Esquema geral do sistema piloto de Adensamento Devido à necessidade de ser realizado pré-condicionamento do lodo em estudo foram testados dois polímeros pré-selecionados em ensaios de bancada. Os polímeros utilizados eram: o primeiro, catiônico de médio peso molecular e, o segundo, aniônico de médio peso molecular; ambos granulares. A aplicação foi variável seguindo as seguintes dosagens: 2, 3, 4 e 6 g/kg. Para cada dosagem de polímero foram realizados ensaios variando a carga de sólidos aplicada no equipamento. A faixa de variação do teor de sólidos da alimentação compreendeu valores de 0,2% a 1%. A instalação montada era constituída de uma bomba de deslocamento positivo que recalcava o lodo até a câmara de chegada do adensador, o sistema de preparo e aplicação da solução de polímero e o equipamento mecânico de adensamento propriamente dito. Ainda na linha de recalque era realizada a dosagem da solução de polímero, com o auxílio de uma bomba dosadora. O sistema de polímero constituía-se de um tanque dotado de 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 um agitador, que se destinava ao preparo e homogeneização do lodo e por uma bomba peristáltica para a dosagem. A instalação operou de forma semicontínua, em ciclos vinculados à ponte removedora de lodo do decantador pois a sucção do sistema piloto se dava na caixa de passagem da descarga da ponte. O ciclo total da ponte rolante removedora de lodo foi ajustada para cerca de uma hora e o tempo de descarte de lodo, durante o qual realizaram-se os ensaios, por volta de trinta e quatro minutos. Na Figura 2 está representado o perfil dos teores de sólidos do lodo removido pela ponte rolante ao longo do decantador, partindo dos filtros e chegando aos floculadores. Perfil do Teor de Sólidos ao Longo do Decantador Teor de Sólidos (%) 1,00% 0,50% 0,00% Extensão do Decantador (m) Figura 2 Perfil do teor de sólidos do lodo removido pela ponte rolante ao longo do decantador. O início do ensaio dava-se com a partida da ponte removedora de lodo do seu estado de espera junto aos filtros para início de sucção do lodo do decantador. Após aproximadamente 3 min da partida da ponte, a bomba de lodo era acionada e a tubulação de água de lavagem aberta. A partir daí iniciava-se o seguinte procedimento: Início da aplicação de solução de polímero; Observação da saída de lodo pelo dreno da câmara de chegada do adensador até que o lodo se apresente floculado. Fechamento do dreno com a imediata marcação do início de tempo para as coletas das amostras. Com o fechamento do dreno, o lodo floculado se acumulava na câmara de chegada e começava a verter sobre o filtro iniciando a filtração. Retirada das amostras da alimentação, da saída de lodo adensado e do filtrado com intervalos de 5 min, desde o início até 25 min de ensaio; Após a última coleta de amostra, fechamento da água de lavagem e abertura do dreno da câmara de chegada; Cronometragem do tempo de enchimento do tanque pela contribuição do dreno da câmara de chegada para a determinação da vazão de lodo alimentada; Interrupção da aplicação de solução de polímero; Desligamento da bomba de alimentação de lodo (tempo total menor que 34 min); APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS Com os dados obtidos nos ensaios foram calculados os teores de sólido do lodo alimentado, do filtrado e do lodo adensado; carga de sólidos; taxas de captura de sólidos; dosagem de polímeros em relação massa/massa; e, as vazões de filtrado e lodo adensado. Na Tabela 2 estão apresentados valores típicos para os ensaios de adensamento dos teores de sólidos para as coletas com tempo de 25 minutos. Devido ao caminhamento da ponte rolante, era neste tempo de ensaio que o lodo alimentado apresentava maior teor de sólidos. ABES Trabalhos Técnicos 3

4 Tabela 2 Valores Típicos de Teores de Sólidos para coletas com tempo de ensaio de 25 minutos Tipo polímero Nº Ensaio Vazão de Alimentação (m3/h) Teor de Sólidos Dosagem de Alimentação Polímero (g/kg) (%) Teor de Sólidos Filtrado (%) Teor de Sólidos Adensado (%) 2540 TR aniônico 1 3,40 6,3 0,581% 0,019% 3,282% 2540 TR aniônico 2 3,41 5,7 0,452% 0,038% 2,637% 2540 TR aniônico 12 3,94 5,6 0,709% 0,029% 3,165% 2540 TR aniônico 13 3,27 3,3 0,676% 0,031% 3,112% 2540 TR aniônico 14 3,71 1,6 0,583% 0,065% 3,861% 2540 TR aniônico 15 3,82 2,8 0,616% 0,052% 3,343% 853 BC catiônico 16 3,65 1,0 0,586% 0,187% 3,647% 853 BC catiônico 17 4,06 3,0 0,571% 0,025% 4,059% 853 BC catiônico 18 3,45 2,0 1,480% 0,064% 3,513% 853 BC catiônico 19 4,50 2,8 0,526% 0,019% 4,192% 853 BC catiônico 21 4,50 1,0 0,535% 0,091% 3,384% 853 BC catiônico 22 2,17 2,0 0,777% 0,015% 4,375% 853 BC catiônico 24 2,17 1,5 0,660% 0,023% 4,070% 2540 TR aniônico 25 3,02 3,6 0,808% 0,032% 4,614% 2540 TR aniônico 27 2,68 2,4 0,392% 0,040% 4,131% 2540 TR aniônico 28 2,63 2,4 0,270% 0,040% 4,735% Os resultados mostram valores para o lodo adensado muito positivos para um pós tratamento mecânico visando o seu desaguamento final, pois, segundo FERREIRA FILHO (1998), os valores devem ser superiores a 2%. As figuras 3 e 4 apresentam resultados de dois ensaios típicos de adensamento realizados com polímero catiônico e aniônico, respectivamente. São apresentados, em ambas as figuras, os teores de sólido nos tempos de amostragem relacionados ao deslocamento da ponte rolante. Conforme pode ser observado, ambos os polímeros obtiveram bons resultados de adensamento com o teor de sólidos do lodo adensado variando em torno de 4% em massa. Os resultados de teores de sólidos do lodo adensado e do filtrado não se alteraram significativamente com a variação do teor de sólidos do lodo de alimentação. 0,600% 5,000% Teor de sólidos (%) 0,500% 0,400% 0,300% 0,200% 0,100% 4,000% 3,000% 2,000% 1,000% alimentação filtrado adensado Tempo (min) Figura 3 Variação típica dos teores de sólido com aplicação de polímero catiônico. 4 ABES Trabalhos Técnicos

5 0,600% 5,000% Teor de sólidos (%) 0,500% 0,400% 0,300% 0,200% 0,100% ,000% 3,000% 2,000% 1,000% alimentação filtrado adensado Tempo (min) Figura 4 Variação típica dos teores de sólido com aplicação de polímero aniônico. A variação do teor de sólido do lodo de alimentação não ocorrerá em escala real devido ao grande número de decantadores que operarão concomitantemente. Nos ensaios com altas vazões de alimentação, devido ao aumento do teor de sólidos alimentado durante o ensaio, em alguns deles, o sistema de adensamento não suportava a carga de sólidos, mesmo com o lodo floculado, e a filtração de água ficava prejudicada. CONCLUSÕES Em relação aos ensaios de adensamento, foi verificado que: É possível o adensamento mecânico por filtro de esteiras; Com ensaios em escala piloto é possível a obtenção de parâmetros de projeto, bem como, subsídios para o cálculo do balanço de massa do sistema de tratamento; Ambos os polímeros, catiônico e aniônico, apresentaram resultados satisfatórios; O valor de teor de sólidos do lodo adensado pouco depende do teor de sólidos da alimentação, uma vez que, com teores do lodo de alimentação entre 0,1% e 1%, o teor de lodo adensado permaneceu próximo a 4%; Houve dificuldades para o controle da relação massa de polímero e massa de sólidos, uma vez que o lodo alimentado apresentava grande variação de teor de sólidos do início para o fim de cada ensaio devido ao traslado da ponte removedora. No início de cada ciclo, percebia-se, no tato, o excesso de polímero pela alta viscosidade no filtrado. AGRADECIMENTOS Agradecimentos ao Corpo Técnico da Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo - SABESP pelo auxílio na montagem das instalações e na execução dos ensaios. Agradecimentos a DEGREMONT pela cessão dos equipamentos que viabilizaram a execução deste trabalho. Agradecimentos a STOCKHAUSEN, pela cessão dos polímeros utilizados nos ensaios de pré-condicionamento. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION; AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS; U. S. ENVIROMENTAL PROTECTION AGENCY.Manegement of Water Treatment Plant Residuals. American Society of Civil Engennering. New York, CORDEIRO, J.S. O problema dos lodos gerados nos decantadores em Estações de Tratamento de Água. Tese (Doutorado em Hidráulica e Saneamento) Escola de Engenharia de São Carlos USP. São Carlos, SP. Junho, DI BERNARDO, L. Métodos e Técnicas de Tratamento de Água. 481p. Volumes 1 e 2. Rio de Janeiro, RJ. ABES, ABES Trabalhos Técnicos 5

6 4. FERREIRA FILHO, S.S. Pré-condicionamento de lodos de estações de trataemnto de água visando o seu adensamento por gravidade. 19º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, pg Foz do Iguaçu, FERREIRA FILHO, S.S., ALÉM SOBRINHO, P., Considerações sobre o tratamento de lodos de estações de tratamento de água. Congresso da Associação Brasileira de Engenharia Sanitária GRANDIN, S. Desidratação de lodos produzidos em estações de tratamento de água. São Paulo, 1992.Dissertação (Mestrado). Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. 7. GRANDIN, S. R., ALÉM SOBRINHO, P., GARCIA JR, A.D. Desaguamento de lodos produzidos em estações de tratamento de água. Congresso da Associação Brasileira de Engenharia Sanitária REALI, M.A.P.(coord.) Noções Gerais de Tratamento e Disposição Final de Lodos de Estações de Tratamento de Água.. Projeto PROSAB. Rio de Janeiro, RJ. ABES TEIXEIRA, L.C.G.M. Adensamento por Gravidade de Lodos Produzidos em Estações de Tratamento de Água. Dissertação de Mestrado Escola Politécnica USP. São Paulo, SP. Maio, ABES Trabalhos Técnicos