OTIMIZAÇÃO DE LEITOS DE SECAGEM PARA LODO GERADO EM LAGOAS DE ESTABILIZAÇÃO Marisa Pignataro de Sant Anna* Saneamento de Goiás S/A SANEAGO Eraldo Henriques de Carvalho Universidade Federal de Goiás - UFG (*) Engenheira Civil, formada pela Universidade Federal de Goiás, em 1982. Curso de Pós Graduação em Saúde Pública para Engenheiros da Fundação Osvaldo Cruz - RJ, em 1987 e Curso de Especialização de Tratamento e Disposição de Resíduos Sólido e Líquido da UFG GO, em 2001. Atua na operação e manutenção de estações elevatórias e de tratamento de esgotos na SANEAGO, onde atualmente é Gerente de Tratamento de Esgotos. (*) Rua S 4 Quadra S 15 Lote 1/ Apto. 1300 Setor Bela Vista Goiânia Goiás CEP: 74823-450 Brasil - Tel.: xx(62)281-7288 Fax: xx(62)281-7233. e-mail: marisa@saneago.com.br RESUMO Os processos de tratamento de esgotos geram lodo, que deve ser disposto adequadamente para não comprometer os benefícios da implantação do sistema de esgotos sanitários. No estado de Goiás, há várias estações de tratamento de esgotos, cujo processo implantado é o de lagoas de estabilização e aeradas mecanicamente. De modo geral, essas estações não são dotadas de dispositivo para o desaguamento do lodo, uma vez que, alegam os projetistas, a freqüência de retirada de lodo nesses sistemas é muito baixa. Nessa situação, se enquadra a ETE Cruzeiro do Sul, uma estação localizada na periferia de Goiânia, com três lagoas em série, sendo duas aeradas de mistura completa e uma de sedimentação, que produz cerca de 1.900 m 3 de lodo por ano. Com o objetivo de solucionar o problema de desaguamento e disposição final do lodo dessa estação, foi construído um leito de secagem piloto, visando obtenção de parâmetros para o dimensionamento de leitos definitivos, que pudessem receber cargas mais freqüentes de lodo, evitando sua ociosidade. Ao longo de cinco meses, foram feitas oito cargas no leito piloto e coletadas amostras do lodo bruto e da torta nele produzida para análises de laboratório. O lodo foi caracterizado quanto ao seu conteúdo de metais, parâmetros físico químicos e teores de umidade. Os resultados foram objeto de comparação com as legislações existentes, com vistas à utilização da torta na agricultura. Os leitos de secagem foram dimensionados, considerando-se um período total de 18 dias, sendo 15 dias destinados ao desaguamento do lodo e 3 dias para a limpeza e descanso do sistema de drenagem. No dimensionamento, foram consideradas operações mais freqüentes de carga e limpeza dos leitos, perfazendo o total de vinte ciclos de operação por ano. Concluiu-se também haver a necessidade de utilização de uma cobertura móvel no período chuvoso. Palavras chaves: lodo, biossólido, esgotos sanitários, tratamento de esgotos, leitos de secagem. INTRODUÇÃO Ao projetar lagoas de estabilização ou aeradas para tratamento de esgotos, os engenheiros se deparam com a necessidade de definição de um dispositivo de desaguamento do lodo gerado no tratamento, que é uma exigência operacional. A necessidade de retirada de lodo em lagoas de estabilização de esgotos ocorre, via de regra, após 2 a 5 anos de operação dependendo do processo. A freqüência de remoções de lodo, ao longo de sua operação, também é pequena. 1
Para sistemas de pequeno porte, a aplicação de leitos de secagem para o desaguamento do lodo parece ser a alternativa mais viável. Contudo, dimensionar leitos de secagem para uso pouco freqüente, pode redundar em sua ociosidade, tornando-se inviável sua implantação. O profissional responsável pela operação de lagoas de estabilização ou aeradas necessita de uma solução para o desaguamento e disposição do lodo, quando este se encontra em excesso nas lagoas, passando a prejudicar seu desempenho. O caso em tela é vivenciado pela equipe responsável pela operação da ETE Cruzeiro do Sul, localizada em Goiânia. Essa estação é constituída de duas lagoas aeradas mistura completa e uma de sedimentação e encontra-se no momento, com volume excessivo de lodo. OBJETIVOS O presente trabalho visa: Dimensionar leitos de secagem otimizados para a ETE Cruzeiro do Sul; Planejar os procedimentos de retirada de lodo de lagoas, carregamento e limpeza dos leitos, racionalizando seu uso; Estabelecer parâmetros ideais de desaguamento de lodo conforme clima da região; Caracterizar o lodo desaguado (torta); Colher subsídios para solucionar problemas de lodo de lagoas de estabilização em geral. METODOLOGIA Foi construído um leito de secagem piloto na ETE Cruzeiro do Sul, próximo à lagoa de sedimentação, conforme as recomendações da Norma Brasileira NBR 12209, de abril de 1992, da ABNT, com as dimensões superficiais internas de 3,20 m x 5,80 m e altura total interna de 1,50 m. Em setembro de 2001, iniciou-se a retirada de lodo da lagoa de sedimentação, através de bomba submersível, com vazão de recalque de 12,00 L/s e altura manométrica de 12,50 m. A bomba submersível foi fixada em balsa metálica para sua movimentação e flutuador em fibra de vidro para sustentação do mangote flexível de 100mm de diâmetro utilizado no recalque do lodo. Foram realizados oito testes, que se constituíam das seguintes fases: Carregamento do leito de secagem piloto; Secagem natural do lodo; Observação diária de alguns parâmetros; Coleta de amostras no início e final dos testes; Limpeza do leito. Na Tabela 1, encontram-se alguns parâmetros adotados para a realização dos testes. 2
TABELA 1: Parâmetros dos Testes TESTES ALTURA (cm) PERÍODO TEMPO (dias) 1 30 26/09/01 a 13/10/01 17 2 30 30/10/01 a 11/11/01 12 3 30 12/11/01 a 27/11/01 15 4 40 28/11/01 a 10/12/01 12 5 40 11/12/01 a 25/12/01 14 6 40 26/12/01 a 09/01/02 14 7 40 19/01/02 a 03/02/02 15 8 40 07/02/02 a 25/02/02 18 No decorrer de cada teste, diariamente às 15:00 horas, um funcionário da estação efetuava a leitura ou observação dos seguintes parâmetros: Altura do lodo (medida com régua); Temperatura ambiente; Temperatura do lodo; Condições climáticas; Tempo gasto para enchimento de recipiente padrão (2 litros) com o líquido drenado; A cada carregamento do leito, foram coletadas amostras do lodo bruto e da torta, para análises dos seguintes elementos: Alumínio, Arsênio, Cádmio, Cálcio, Chumbo, Cobre, Cromo, Ferro, Fosfato, Magnésio, Manganês, Mercúrio, Molibdênio, Níquel, Nitrogênio, Potássio e Zinco. As concentrações desses elementos foram determinadas através de espectrofotometria de absorção atômica com chama, com exceção do mercúrio, que foi determinado com vapor frio. O critério utilizado para remover a torta e iniciar um novo teste com a descarga de lodo bruto, foi a observação visual da condição do lodo, apresentando-se trincado e com vazão do líquido drenado próxima a zero. Os resultados de laboratório que indicam os teores de sólidos, a partir dos quais pode-se conhecer a umidade do lodo em vários momentos dos testes, só eram conhecidos depois que a torta era removida e, portanto, não podiam contribuir na decisão de retirada desta. RESULTADOS E DISCUSSÕES A produção per capita de lodo verificada na ETE Cruzeiro do Sul, nos últimos quatro anos, é de 0,11 litros por habitante por dia. É um valor ligeiramente inferior ao intervalo de 0,15 a 0,25 L/hab.dia, apresentado por Andreoli et al. (2001), para o processo de tratamento em questão. Ao longo do período de secagem do lodo, observou-se que o lodo não apresentava maus odores, tinha a cor negra e não era observada a proliferação de insetos nas proximidades dele. No momento da remoção, o lodo apresentava rachaduras, era de cor negra com uma superfície ligeiramente esverdeada, também sem maus odores e sem a presença de insetos. Segundo Jordão & Pessoa (1995), quando o lodo atinge umidade em torno de 70%, considera-se que possui boas qualidades para remoção. Os testes realizados demonstraram que, com teores de umidade de 77%, o lodo apresentava boas condições de ser removido e transportado. 3
A temperatura ambiente mínima, média e máxima ocorridas no período em que os testes foram realizados, entre os meses de setembro a fevereiro, foram respectivamente: 21,1 0 C, 29,6 0 C e 39,8 0 C. As temperaturas do lodo encontradas, na maioria das medições efetuadas, foram mais baixas do que a temperatura ambiente em cada momento. Na Figura 1, que representa os resultados do Teste 1, pode-se confirmar a observação do parágrafo anterior e ainda que as temperaturas influenciaram bastante na redução de volume do lodo e, portanto, no seu desaguamento. A elevação de temperatura ambiente resultou, na maioria dos casos, em redução mais acentuada do volume de lodo. Para os demais testes, essas observações são válidas. 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Tempo (dias) Temperatura ambiente (ºC) Temperatura lodo (ºC) Variação volume (%) Figura 1: Variação diária do volume de lodo no leito piloto em função da temperatura ambiente e temperatura do lodo no decorrer do Teste 1. Durante os meses de setembro até início de dezembro, ocorreram chuvas esporadicamente e o desaguamento do lodo aconteceu com maior rapidez, de modo que a partir do quinto dia de teste, o lodo já começava a trincar. Após o período mencionado, as chuvas se intensificaram, passando a ocorrer todos os dias. Observamos que o lodo secou lentamente e uma camada esverdeada passou a cobrir o lodo, provavelmente se devendo à presença de algas. Jordão & Pessoa (1995) comentam que a secagem do lodo digerido não é afetada pelas chuvas. Os testes realizados demonstraram que chuvas esporádicas realmente não afetam o desaguamento, pois as águas das chuvas percolam rapidamente entre as fendas do lodo e são facilmente drenadas. No entanto, as chuvas freqüentes, principalmente diárias, como a situação enfrentada, podem atrapalhar o desaguamento, pois não há tempo suficiente para haver a drenagem total e a recuperação do sistema de drenagem. Na Figura 2, pode-se observar a variação do volume de lodo no leito piloto, no decorrer de cada teste. A partir do 15 o dia de cada teste, nota-se uma tendência de estabilização da redução do volume de lodo. 4
8 7 Volume do lodo (m³) 6 5 4 3 2 1 Teste 1 Teste 2 Teste 3 Teste 4 Teste 5 Teste 6 Teste 7 Teste 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tempo (dias) Figura 2: Redução diária de volume de lodo no leito piloto no decorrer de cada teste. Nos períodos de estiagem, o lodo pode ser removido com 12 dias de secagem, às temperaturas ambiente de Goiânia, pois são verificadas reduções de volume de 60 a 70% e é um lodo facilmente removível e transportável. Nessa situação, observa-se que as vazões do percolado são próximas a zero. O percentual médio de sólidos voláteis com relação aos sólidos totais (SV/ST) encontrado no lodo bruto foi de 65%, de onde se conclui que o lodo estava digerido, comparando-se com o intervalo de 60 a 65%, apresentado por Luduvice (2001). Como pode ser observado na Tabela 2, o teor de metais encontrado no lodo da ETE Cruzeiro do Sul, após desaguamento em leito de secagem, não impedem seu uso na agricultura, comparando-se aos limites estabelecidos pela legislação americana (EPA) e os critérios que vêm sendo adotados pelo estado do Paraná. Tabela 2: Teores de elementos químicos encontrados na torta e limites máximos ELEMENTO RESULTADOS (mg/kg base seca) EPA (1) (mg/kg base seca) PARANÁ (2) (mg/kg base seca) Arsênio < 100 75 - Cádmio 6,5 a 12,5 85 20 Chumbo 240 a 360 840 750 Cobre 895 a 1060 4300 1000 Cromo 90 a 110-1000 Mercúrio 1,26 57 16 Níquel 387 a 445 420 300 Zinco 1090 a 1200 7500 2500 (1) Environment Protection Agency Limites da legislação dos EUA para uso do biossólido na agricultura (Andreoli et al., 2001, p. 432). (2) Valores limites de concentração de metais pesados para reuso agrícola segundo a proposta do Paraná (Andreoli et al., 2001, p. 444). 5
Naturalmente, que o estado de Goiás necessita de uma regulamentação sobre o uso do biossólido na agricultura, que seja aplicável às características do solo da região. Iniciativas nesse sentido têm caminhado em virtude da iminência do início de operação da ETE Goiânia, que produzirá cerca de 50 toneladas de lodo por dia. CONCLUSÕES Diante dos resultados obtidos neste estudo, pode-se concluir que, sob as condições climáticas de Goiânia, com temperatura média de 30 o C, os leitos de secagem para o lodo gerado em lagoas aeradas de mistura completa seguidas de lagoa de sedimentação, podem ser dimensionados para o período de ciclo da ordem de 18 dias. Esse período de ciclo compreende o período de secagem de 15 dias e o período destinado à limpeza e descanso do sistema de drenagem de 3 dias. Assim, ocorrerão vinte ciclos de operação por ano nos leitos de secagem. Sugere-se que a altura livre dos leitos de secagem, acima da camada suporte, deve ser no máximo de 0,50 m, objetivando evitar a incidência de sombra nos leitos, que prejudica a secagem do lodo. Poderão ser adotadas alturas de carregamento dos leitos de secagem de 40 cm nos períodos de estiagem e de 30 cm nos períodos chuvosos. Nos meses mais críticos, com chuvas constantes, é conveniente a colocação de uma cobertura móvel sobre os leitos de secagem, quando carregados. A cobertura poderá ser um plástico resistente e transparente, a ser usada somente no momento das chuvas. RECOMENDAÇÕES Estudos semelhantes deverão ser realizados para outros processos de tratamento de esgotos, como lagoas de estabilização não aeradas, para se concluir se os parâmetros obtidos com o presente estudo podem ser aplicados a esses tipos de tratamento. Visando a aplicação mais segura do biossólido na agricultura, faz-se necessária a realização de análises microbiológicas da torta retirada de lodos de secagem. A estabilização alcalina também deverá ser considerada como medida de correção de ph e exterminação de patógenos. As dosagens de cal poderão ser variadas até se atingir a dosagem ideal que resulte no ph adequado ao solo da região, e principalmente seja suficiente para a esterilização do biossólido. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS Andreoli C., Sperling M.e Fernandes F. (2001) Lodo de Esgotos: tratamento e disposição final, 1ª edição, Editora FCO, Belo Horizonte MG. Jordão E. e Pessoa C. (1995) Tratamento de Esgotos Domésticos, 3ª edição, ABES, Rio de Janeiro - RJ, Luduvice M. (2001) Curso de Lodo de Esgoto Tratamento e Disposição Final (apontamentos), Goiânia GO. Norma Brasileira NBR 12209 Projeto de Estações de Tratamento de Esgoto Sanitário, abril/1992 Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). 6