22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina II-143 - AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE DESAGUAMENTO DE DIFERENTES TIPOS DE LODOS DE ESGOTOS ATRAVÉS DE DRENAGEM NATURAL DA ÁGUA LIVRE Renate Wanke Engenheira Civil formada pela Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP). Especialista em Engenharia do Meio Ambiente na Universidade Federal do Espírito Santo em 2002. Engenheira da Fluir Engenharia Ltda. Mestranda em Engenharia Ambiental na UFES Karla Ponzo Vaccari Bolsista de Iniciação Científica Facitec, Graduanda em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Helder Martins Graduando em Engenharia Civil pela Universidade Federal do Espírito Santo. Sérvio Túlio Alves Cassini Biólogo pela Universidade Federal de Minas Gerais (1975). PhD Microbiologia pela Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU) EUA 1988. Pós-Doutorado em Microbiologia Ambiental na Universidade do Tennessee EUA 1997. Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES. Ricardo Franci Gonçalves(1) Engenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), pós-graduado em Enga de Saúde Pública - ENSP/RJ (1985), DEA Ciências do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Águas - INSA
de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHS e Coordenador do Programa de Pós Graduação em Engenharia Ambiental - UFES Endereço(1): : Departamento de Hidráulica e Saneamento Universidade Federal do Espírito Santo Agência FCAA Vitória ES CEP.: 29060-970 Brasil Tel.: +55- (027) 3335-2860 - Fax: +55- (027) 3335-2165 e-mail: franci@npd.ufes.br RESUMO Este trabalho enfoca a drenabilidade de lodos de esgotos com vistas à remoção de volume, para eventuais operações posteriores de transporte ou mesmo de desaguamento complementar. A importância deste processo faz-se necessário considerando-se a complexidade do gerenciamento de grandes volumes e massas de lodo produzido em uma Estação de Tratamento de Esgoto, sendo este o responsável direto de 30% a 60% do custo operacional da ETE. Objetivou-se avaliar a capacidade de desaguamento de diferentes tipos de lodos de esgotos gerados em ETEs do tipo UASB + BF, condicionados quimicamente ou não, através de drenagem natural da água livre. A pesquisa foi realizada em três etapas distintas citadas a seguir: caracterização físico-química do lodo; testes de desaguamento com amostras de lodo bruto; testes de desaguamento com amostras de lodo condicionado. Realizou-se as seguintes análises laboratoriais: ST, SV, SF, TSC e curva de drenabilidade no DEV. Sem mecanização, operando sob carga superficial de 10,00 kgst/m² e dose de polímero catiônico de 4 kg/ton ST, o processo assegurou um escoamento de 65,80% do volume de água da amostra, em um período de 1219 min, e uma torta com 19,61% ST. Estes resultados são de grande interesse, tendo em vista os investimentos necessários e a capacidade de desaguamento que caracterizam equipamentos mecanizados, tais como centrífugas do tipo decanter (torta com cerca de 25%ST). Com relação a leitos de secagem e lagoas de lodo, a economia de espaço decorrente do emprego de DEVs é significativa e pode facilitar a inserção de ETEs compactas em ambientes densamente urbanizados. Palavras-chave: Lodo de esgoto, desaguamento, polímero, DEV, TSC. INTRODUÇÃO Em geral o volume de lodo produzido em uma Estação de Tratamento de Esgoto representa cerca de 1 a 2% do volume de esgoto tratado. Entretanto seu tratamento e disposição final chegam a atingir entre 30% e 60% do custo operacional da ETE (PROSAB Uso e Manejo do Lodo de Esgoto na Agricultura, 1999). A minimização da quantidade de lodos descartados na própria ETE é importante no processo de tratamento de esgotos, considerando-se a complexidade do gerenciamento de grandes volumes e massas deste tipo de material. Um dos fatores de maior influência nesse
sentido é o custo do transporte para o local de disposição final, que diminui significativamente com o desaguamento do lodo. Os processos de desaguamento podem ser classificados em processos mecanizados e processos naturais. Dentre as vantagens dos processos mecanizados pode ser citada a pequena demanda de área e a capacidade de processar grandes volumes de lodo. Porém, os custos de implantação, operação e manutenção, associados à complexidade operacional, geralmente inviabilizam seu emprego em pequenas e médias estações de tratamento. Em contrapartida, processos naturais de desaguamento, tais como leitos de secagem e lagoas de lodo, requerem pouco investimento, mas ocupam grandes áreas. Baseiam-se no escoamento da água livre, mas, sobretudo, na evaporação da água para gerar uma torta de lodo com elevados teores de ST. Somente a drenagem da água livre, que ocorre em poucas horas, pode elevar a concentração de sólidos totais de 2 a 4% no lodo de descarte até concentrações superiores a 15%ST na torta. Este trabalho enfoca a drenabilidade de lodos de esgotos com vistas à remoção de volume, para eventuais operações posteriores de transporte ou mesmo de desaguamento complementar. OBJETIVO O objetivo do trabalho em questão foi avaliar a capacidade de desaguamento de diferentes tipos de lodos de esgotos gerados em ETEs do tipo UASB + BF, condicionados quimicamente ou não, através de drenagem natural da água livre. MATERIAL E MÉTODOS A pesquisa foi realizada em três etapas distintas descritas a seguir: 1a etapa: caracterização físico-química do lodo. 2a etapa: testes de desaguamento com amostras de lodo bruto 3a etapa: testes de desaguamento com amostras de lodo condicionado. As amostras de lodos foram coletadas de forma simples nos seguintes pontos de amostragem: Lodo do reator UASB bruto: retirado da torneira do fundo, representando o leito de lodos Lodo do reator UASB bruto: retirado da torneira de 1,20 m, representando a manta de lodos.
As análises laboratoriais realizadas sobre as amostras de lodo foram as seguintes: ST, SV, SF, TSC e curva de drenabilidade no DEV. DESCRIÇÃO DO DESAGUADOR ESTÁTICO VERTICAL - DEV: O aparato experimental é constituído por 6 unidades piloto do DEV. Cada DEV piloto é constituído por um tubo de PVC de 85 mm de diâmetro, com altura total de 600 mm acima do flange de retenção da tela filtrante (figura 1). A tela filtrante representa uma trama de fios de aço inox de malha 100 (100 fios/polegada) e fio 0,10 (0,10 décimos de 1 mm). Na parte inferior do tubo foi acoplado um funil, cuja função é coletar e direcionar o líquido percolado para as provetas onde o volume de percolado é medido. Provetas de 1000 ml foram encaixadas abaixo do funil para medição do volume escoado durante o teste. Na união do tubo com o funil e do mesmo com a proveta foi usado papel alumínio para vedar a evaporação. Os seis tubos foram fixados em uma estrutura cobertura com telhas transparentes, para que não ocorra interferência de chuvas. Figura 1: Desaguador Estático Vertical CONDIÇÕES OPERACIONAIS DOS DEVS Foram aplicadas diferentes cargas em cada tubo do DEV. Quadro 1: Cargas Superficiais de sólidos totais aplicadas no piloto DEV. Verificou-se o desaguamento das mesmas por 24 horas e posteriormente foi construída a curva de drenabilidade para cada carga aplicada. Após as 24 horas de duração do teste de desaguamento, foram realizadas análises de ST da torta de lodo e análise de recuperação (captura de SS) do líquido percolado em cada um dos 6 DEVs. Na 3a etapa, o condicionamento dos lodos foi realizado com a utilização de polímero orgânico do tipo Poliacrilamidas de alto peso molecular catiônico nas concentrações de 2
kg/ton, 4 kg/ton, 6 kg/ton, 8 kg/ton e 10 kg/ton. Para cada uma destas concentrações foras realizada as análises anteriormente citadas. Os pontos de amostragem foram os mesmos citados anteriormente para efeito de comparação. RESULTADOS E DISCUSSÕES As curvas típicas obtidas nos ensaios de desaguamento são apresentadas na figura 2. As amostras de lodo bruto, coletadas no leito de lodos do UASB, drenaram rapidamente importante fração da água livre, atingindo um valor limite em um intervalo de tempo de aproximadamente 1250 min. Para cargas superficiais de até 10,00 kg ST/m2, cerca de 65,80% do volume de água inicialmente contido no lodo foram escoados. No exemplo em questão, teores de ST superiores a 10% foram obtidos no lodo drenado para as menores cargas. Os gráficos em questão indicam a perda de eficiência do desaguamento na medida em que a carga superficial de ST sobre o DEV é aumentada. Figura 2: Gráfico Tempo (min) X V/Vo (%) Figura 3: Gráfico Tempo (min) X ST (%) Os ensaios realizados com amostras condicionadas de lodos resultaram em eficiências de desaguamento bem superiores às observadas nos testes com lodo bruto não condicionado. O melhor resultado foi obtido no teste utilizando o lodo do fundo do UASB (ST = 4,65%), com carga superficial de 10,00 kgst/m2 e dose de polímero catiônico de 4 kg/ton ST. Sob tais condições, observou-se um escoamento de 65,80% do volume de água da amostra, em um período de 1219 min, e uma torta com 19,61% ST (figura 4 e 5). Nos testes com lodo descartado a partir de 1,2 m do fundo do UASB, o melhor resultado foi obtido com carga superficial de 5,00 kgst/m2 e dose de polímero catiônico de 8 kg/ton ST. O volume de água escoado foi de 91,39% do volume original, em 1072 min, com a torta apresentando ST = 15,80%. É importante notar que o gráfico da figura 5 corresponde à uma curva clássica relacionando TSC com doses de polímeros em lodos (para seleção da dose ótima). O uso de polímeros para condicionamento, além de aumentar o teor de ST na torta e a recuperação SS no líquido percolado, reduz significativamente a duração do tempo de drenagem. Considerando o tempo necessário para se atingir os valores assintóticos da curva típica de desaguamento (figura 1), pode se estimar que um DEV pode operar com
freqüência de 1ciclo de desaguamento a cada 24 horas (carga, desaguamento, descarga e lavagem). A Figura 6 também corresponde à uma curva clássica relacionando o TSC com doses de polímeros em lodos, onde pode-se observar uma redução significativa no tempo de sucção capilar do lodo bruto para as demais soluções de lodo condicionado, evidenciando uma faixa ótima entre as concentrações de 4 kg/ton e 6 kg/ton ST. Figura 4: Gráfico Doses (Kg/Ton) X Reduçaõ de volume (%) Figura 5: Gráfico Doses (Kg/Ton) X ST (%) Figura 6: Gráfico Doses (Kg/Ton) X Tempo (Seg) - TSC Estes resultados são de grande interesse, tendo em vista os investimentos necessários e a capacidade de desaguamento que caracterizam centrífugas do tipo decanter (torta com cerca de 25%ST). Com relação a leitos de secagem e lagoas de lodo, a economia de espaço decorrente do emprego de DEVs é significativa e pode facilitar a inserção de ETEs compactas em ambientes densamente urbanizados. Com muita frequência, a área ocupada por leitos de secagem nas novas ETEs compactas desenvolvidas no Brasil, associando reatores anaeróbios e reatores aeróbios de alta taxa, ocupam espaço maior do que a fase líquida do tratamento. CONCLUSÕES Este trabalho apresenta resultados de desaguamento de lodos através de desaguadores estáticos verticais (DEVs). Sem mecanização alguma, e operando sob carga superficial de 10,00 kgst/m2 e dose de polímero catiônico de 4 kg/ton ST, o processo assegurou um escoamento de 65,80% do volume de água da amostra, em um período de 1219 min, e uma torta com 19,61% ST. Estes resultados são de grande interesse, tendo em vista os investimentos necessários e a capacidade de desaguamento que caracterizam equipamentos mecanizados, tais como centrífugas do tipo decanter (torta com cerca de 25%ST). Com relação a leitos de secagem e lagoas de lodo, a economia de espaço decorrente do emprego
de DEVs é significativa e pode facilitar a inserção de ETEs compactas em ambientes densamente urbanizados. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS Sperling, M.; Gonçalves, R. F.. Capítulo 2 e 5: Lodo de esgotos: características e produção. Lodo de esgotos: tratamento e disposição final / Cleverson V. Andreoli, Marcos von Sperling, Fernando Fernandes. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG; Companhia de Saneamento do Paraná, 2001. Programa de Pesquisa em Saneamento Básico. Uso e Manejo do Lodo de Esgoto na Agricultura. Rio de Janeiro. PROSAB, 1999. WATER ENVIRONMENT RESEARCH FOUNDATION; Guidance Manual for Polymer Selection in Wastewater Treatment Plants; Polymer; PROJECT 91 ISP 5, 1993.