ABES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI
-115 19o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental637
DETERMINAO DO NDICE VOLUMTRICO DE LODO NUMA CONCENTRAO PADRO
Eduardo Pacheco Jordo(1) Engenheiro Civil e Sanitarista, Professor
Adjunto da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de
Janeiro. Vitor Manuel Marques dos Santos Engenheiro Civil, M.Sc. em
Engenharia Civil, UFRJ. Jeana Rodrigues da Conceio Engenheira
Qumica, aluna de mestrado da UFRJ. Pedro Alm Sobrinho
EngenheiroCivileSanitarista,ProfessorTitulardaEscolaPolitcnicada
Universidade de So Paulo. Endereo(1): Escola de Engenharia da
Universidade Federal do Rio de Janeiro- Departamento de Hidrulica e
Saneamento- Cidade Universitria - Rio de Janeiro- RJ - CEP:
21945-970 - Brasil. RESUMO
OIndiceVolumtricodeLodo(IVL)umparmetrobemconhecido,utilizadoparaa
quantificaodaspropriedadesdolodo,particularmentesuasedimentabilidade.OIVLtem
sidoaplicadolargamentenocontroledoprocessodelodosativados,erealmentemuito
simples.No entanto, modificaes tm sido propostas para o teste do
IVL, tais como o ndice
VolumtricodeLodoDiludo(IVLD),ondiceVolumtricodeLodocomAgitao(IVLA),
demodoaeliminarasinterfernciasqueusualmenteocorremnoprocedimentonormal.Tais
interfernciassonormalmentefsicas,ouesto relacionadas s
caractersticas do lodo, como no caso de lodos com alta concentrao
ou com problema de "bulking".
Afimdeeliminaradependnciadaconcentraodolodo,osautoresrealizaramensaiosde
IVL a uma concentrao padro, usando uma centrfuga para estimar a
concentrao de slidos
emsuspensoeadiluionecessriadaamostra.Osensaiosmostraramqueestes
procedimentos so seguros, precisos, de fcil operao, e consomem
menos tempo. A metodologia proposta particularmente indicadano caso
de lodos com concentraes muito altas, quando o ensaio de IVL
padronizado apresenta um "falso" resultado.
PALAVRAS-CHAVE:ndiceVolumtricodeLodo,ndiceVolumtricodeLodoDiludo,
Sedimentabilidade, Centrifugao, Tratamento de Esgoto. FOTO ABES -
Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI -115 19o
Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental638 INTRODUO
Juntamentecomosesforosvisandoamelhoriadaqualidadenoprocessodelodosativados,
verifica-se uma maior preocupao com o controle das caractersticas
da sedimentabilidade do lodo.Na verdade o estudo da
sedimentabilidade do lodo to antigo como o artigo clssico em que
MOHLMAN, 1934, descreve o ndice que leva o seu nome, tambm
conhecido como ndice Volumtrico de Lodo, IVL.Por definio e
conceito, o IVL, dimenso ml/g, o volume em mililitros ocupado por 1
grama de lodo, aps sedimentao de 30 minutos.Dito de outra
forma,arelaoentreovolumedelodoquesedimentaaps30minutosemumaproveta
graduada de 1.000 ml, e a concentrao de slidos em suspenso nessa
amostra.JORDO e
PESSOA,1995,denominamdeTeordeLodoovolumesedimentadonesteensaio,
padronizado e descrito no artigo original de Mohlman, e nos manuais
clssicos. A experincia entre os que operam estaes de tratamento por
lodos ativados aponta que IVL
maiorque200ml/gcostumaserumaindicaodelododemqualidadeem
sedimentabilidade.A literatura indica valores nesta ordem, em
particular a publicao clssica sobre operao de estaes de tratamento,
o MOP-11 da WEF, 1990.
Noobstante,estudiososeoperadores,comoporexemploWANNER,1994. e o
FD-9 da WEF, 1987, lamentam que o teste defina apenas um ponto da
curva de sedimentabilidade do lodo- aos 30 minutos do ensaio: dois
lodos com diferentes caractersticas de sedimentabilidade
podemevidentementeapresentaromesmovalorparaoIVL,mascaractersticasclaramente
diversas. DICK e VESILIND, 1969, j compartilhavam desta mesma
observao, e relacionam fatores importantes, com influncia na
determinao do ndice Volumtrico de Lodo:
?ocilindrograduadode1.000mililitrosmuitoestreito,esuasparedescertamente
influenciamasedimentao.Almdesseaspecto,oprpriomaterialdaproveta,vidroou
plstico, poder apresentar efeitos diversos.Testes realizados em
provetas e recipientes de diferentes tamanhos mostraram que os IVLs
obtidos variam de modo aprecivel, para mais ou para menos, em relao
proveta padro; ?a concentrao do lodo tem grande influncia no ensaio
da sedimentao, observa-se que medida que a concentrao do lodo
cresce, o IVL aumenta rapidamente, at um valor limite desta
concentrao, a partir do qual o ndice diminui.Nas concentraes muito
elevadas, o resultadonoespelhaabsolutamenteumquadroreal(pode-se
imaginar, por exemplo, um
lodocom10.000mg/l,quenemchegueasedimentar,nessecasoselerianaprovetao
prpriovolumeinicial,1.000ml,eoIVLcalculadoseria100ml/g,umvalorindicativode
boas condies de sedimentabilidade, mas que no entanto no espelha a
realidade do ensaio realizado); ?as relaes de viscosidade e
resistncia dolodo, tpicas das suas caractersticas reolgicas, no se
mostram correlacionadas com os valores do IVL;
?atemperaturaclaramenteafetaosresultadosdoteste,umavezqueafetaaviscosidadeda
amostra.DoislodoscommesmoIVLpodemnosersimilaresseforamensaiadosou
provenientes de reatores com temperaturas diferentes; ABES -
Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI -115 19o
Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental639 ?a
profundidade inicial da amostra influencia de maneira marcante os
resultados do ensaio, da a importncia dos ensaios serem realizados
na proveta padro; ?aagitaolevequealgumas variaes do ensaio j
propem, da ordem de 1 rpm, apresenta
resultadosdeIVLmaisbaixos,quasesempreinferioresa100,emboraaindadependentes
daconcentraodeSSTdaamostra.Estesresultadossonaverdademaisrealistas,
especialmenteseforlevadoemcontaquenasituaorealasedimentaotambmocorre
em condies de baixa agitao. ALTERNATIVAS PARA O NDICE VOLUMTRICO DE
LODO
Apartirdestasobservaes,novasopesdestetipodeensaiotmsidopropostas,emanos
maisrecentes,comoondiceVolumtricodeLodocomAgitao,IVLA,"StirredSludge
VolumeIndex"naliteraturainglesa,eondiceVolumtricodeLodoDiludo,IVLD,"Diluted
Sludge Volume Index", na literatura inglesa.
OndiceVolumtricodeLodocomAgitao,IVLA,consisteemrealizaromesmotipode
ensaio em um cilindro graduado de 1 ou 2 litros, dotado de uma
palheta giratria em seu interior (velocidade at 4 rpm, velocidade
perifrica da ordem de 1 cm/s), eliminando assim o efeito de paredes
e favorecendo o efeito de compactao.
ComooutraalternativaparaoensaioclssicodeIVL,foipropostoondiceVolumtricode
Lodo Diludo, IVLD, que consiste em realizar o mesmo ensaio de IVL,
na proveta padro de 1.000 ml, porm com diluies em srie ( a diluio
deve ser sempre um mltiplo de 2, como 1:2, 1:4, 1:8, usando o
efluente do decantador como lquido de diluio). LEE e outros, 1983,
justifica esta tcnica, considerando que no ensaio de sedimentao,
esta ocorreemquatrofases-refloculao,sedimentao inicial, transio, e
compresso- e que ideal seria que o volume de lodo sedimentado aps
30 minutos j tivesse alcanado a fase de
compresso(lembrandoaindaqueaps30minutossomenteoslodosquesedimentam
rapidamente, ou os diludos, alcanam a fase de compresso, enquanto
os que sedimentam mal ou so muito concentrados ainda se encontram
nas fases anteriores, nos 30 minutos do
ensaio).Comoadiluiodolodoreduzotempoparaalcanarafasedecompresso,apsrealizao
de ensaios de IVL comdiluio do lodo verificou-se que um estado de
boa compactao era sempre alcanado quando o volume de lodo
sedimentado na proveta padro, aps 30 minutos - SD30chegava a at 200
ml.
Desdequeserealizediluiesemsrie,esempreemummltiplode2,como1:2,1:4,1:8,
sendo no nmero de diluies praticado ou necessrio para se obter um
volume sedimentado at 200 ml, o ndice Volumtrico de Lodo Diludo
pode ser expresso na forma seguinte (sendo SST a concentrao de
Slidos em Suspenso na amostra original): IVLD = (SD30/SST) * 2n
ABES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI -115
19o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental640
JENKINS, e outros, 1986, recomendam e descrevem os passos do
processo de diluio e de realizao dos testes, que WANNER, 1994,
igualmente descreve, considerando ainda que uma tolerncia de at 40
ml/l aceitvel para os valores de SD30.
ALTERNATIVAPARAONDICEVOLUMTRICODELODOA CONCENTRAO PADRO
Comoobjetivodeeliminaradependnciadaconcentraodolodo,osautoresrealizaram
ensaiosdendiceVolumtricodeLodo,IVL,numaconcentraopadrode2.000mg/l,
usandoumacentrfugaparadeterminaradiluionecessriadaamostraparaobtenodesta
concentraopadro.Dadosexperimentaissoapresentados,paratrssriesdetestes,
realizados na Estao de Tratamento de Esgotos da Penha, no Rio de
Janeiro.
OsautorestrabalharamcomumlodoativadoaltamenteconcentradodaETEPenha,obtendo
valoresdeIVLbaixosemascarados,paravaloresmuitoaltosdeSlidosDecantveisde30
minutos(SD30).ConformemostradonaTabela1,umaamostraaltamenteconcentrada,
com
8.895mg/ldeSlidosemSuspenso,porexemplo,apresentavaumvalordeSlidos
Decantveis de 30 minutos de 980 ml/l, e um "falso" valor de IVL de
110 ml/g. Dois tipos de ensaio foram feitos em paralelo para esta
situao particular: ?foram realizadostestes de ndice Volumtrico de
Lodo Diludo, IVLD, de acordo com os procedimentos recomendados por
JENKINS e outros, 1986, descritos anteriormente;
?foramfeitostestesdendiceVolumtricodeLodoaumaconcentraopadrode2.000
mg/lutilizando-se uma centrfuga para determinar a diluio a ser
feita na amostra para obter a concentrao padro, de acordo com os
procedimentos seguintes.
PROCEDIMENTOSPARACENTRIFUGAOEPREPARAODAAMOSTRA DILUDA
Aestimativadaconcentraodeslidosemsuspensodo"mixedliquor"deumtanquede
aeraoumatarefasimples,quandorealizadaatravsdetestedecentrifugao,conforme
descritoporARASMITHeoutros,1981.Aprincipalvantagemdestetestesobrea
determinaodaconcentraodeslidosemsuspensosegundoosprocedimentosdo
StandardMethods,APHA/AWWA/WEF,1995,queostrabalhosdelaboratrio
envolvidos no teste de centrifugao so menores e de custo mais baixo
que o teste seguindo o Standard Methods, alm de exigir menos tempo
para obteno do resultado. Trs sries de amostras foram coletadas no
canal efluente do tanque de aerao da ETE Penha, tal que a
concentrao de slidos em suspenso e o volume de slidos centrifugados
pudessem serdeterminados.Ostestesdecentrifugao foram realizados por
15 minutos, a 3.000 rpm, utilizando-se uma centrfuga
Excelsa-Boby-Fanem, modelo 208N, e tubos pyrex nmero 8.080.Foram
utilizados quatro tubos para cada teste, sendo colocados 10 ml de
amostra em cada um. ABES - Associao Brasileira de Engenharia
Sanitria e AmbientalI -115 19o Congresso Brasileiro de Engenharia
Sanitria e Ambiental641 RESULTADOS
AFigura1apresentaascurvascalibradasobtidasparaastrssriesdetestes;aFigura2
comparaasconcentraesdeslidosemsuspensoestimadasapartirdostestesde
centrifugao com as concentraes de slidos em suspenso determinadas
de acordo com os
procedimentosdoStandardMethods.Umexcelenteajustefoiobtidoparaostestes.As
Tabelas1e2apresentamosresultadoscomparativosparaasduassriesdetestesdeIVL,
IVLD e IVL2000. Mostram ainda a concentrao de slidos em suspenso do
meio lquido e os valores de SD30 dos ensaios. DISCUSSO
Emrelaoaosensaiosdecentrifugao,demonstraramserseguroseaplicveis,comouma
ferramenta para controle operacional no processo de lodos
ativados.Como indica a Figura 2,
excelentesvaloresparaslidosemsuspensoestimadosforamobtidoscomacentrfuga,
quando comparados com os valores de slidos em suspenso medidos.
Observa-seaindanasTabelas1e2queosresultadosdeIVLDedeIVL2000somuito
prximos,indicandoumasituaomuitomaisrealistaqueoprocedimentonormalde
determinaodeIVL.Apreparaodaamostranumaconcentraopadrodeslidosem
suspensotorna-se uma tarefa simples, medida que a concentrao de
slidos em suspenso pode ser estimada atravs de tcnicas de
centrifugao. Tabela 1: IVL, IVLD, IVL2000 do Lodo Ativado da ETE
Penha (Abril, 1996) Teste (*) SS (mg/l) SD30' (ml/l) SD30' a2.000
mg/l (ml/l) IVL (ml/g) IVLD (ml/g) IVL a2.000 mg/l (ml/g)
15.5858301701498685 27.6009601701268785 38.8959801751108588 (*) De
um total de 17 testes, Abril de 1996. Tabela 2: IVL, IVLD, IVL2000
do Lodo Ativado da ETE Penha (Setembro, 1996) Teste (*) SS (mg/l)
SD30' (ml/l) SD30' a2.000 mg/l (ml/l) IVL (ml/g) IVLD (ml/g) IVL
a2.000 mg/l (ml/g) 19.170860105945253 29.080840115935158
38.91078095885148 410.140900130895565 59.610900100945050
69.470870115925558 78.8909001001015450 88.770830951005250 ABES -
Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI -115 19o
Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental642
97.260435100605250 (*) De um total de 21 testes, Agosto, Setembro,
Outubro de 1996. ABES - Associao Brasileira de Engenharia Sanitria
e AmbientalI -115 19o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e
Ambiental643
Figura1-Correlaoentreslidoscentrifugadoseconcentraodeslidosemsuspenso
ETE Penha. Perodo: 26/01 a 08/03/96y = 5852,6xR2 =
0,96490100020003000400050006000700080000 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1,2slidos centrifugados (ml)SS (mg/l) Perodo: 25/04 a 27/05/96y =
6267,8xR2 = 0,985701000200030004000500060007000800090000 0,2 0,4
0,6 0,8 1 1,2 1,4slidos centrifugados (ml)SS (mg/l) Perodo: 20/08 a
11/10/96y = 8652,8xR2 = 0,922020004000600080001000012000140000 0,2
0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4slidos centrifugados (ml)SS (mg/l) ABES -
Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI -115 19o
Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental644 Figura 2
- SS medido e estimado (atravs de centrfuga) - ETE Penha. Perodo de
20/08/96 a 11/10/96-2.0004.0006.0008.00010.00012.00014.00013/8/96
23/8/96 2/9/96 12/9/96 22/9/96 2/10/96 12/10/96diaSS (mg/l)SS
medidoSS estimado Perodo de 25/04/96 a
27/05/96-2.0004.0006.0008.00010.00025/4/96 5/5/96 15/5/96 25/5/96
4/6/96diaSS (mg/l)SS estimadoSS calculado Perodo de 26/01/96 a
08/03/96-1.0002.0003.0004.0005.0006.0007.0008.00026/1/96 5/2/96
15/2/96 25/2/96 6/3/96 16/3/96diaSS (mg/l)SS medidoSS estimado ABES
- Associao Brasileira de Engenharia Sanitria e AmbientalI -115 19o
Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitria e Ambiental645
CONCLUSES
AdeterminaodoIVLaumaconcentraopadrorecomendada,utilizandootestede
centrifugaoparaestimaraconcentraodeslidosemsuspenso.talqueumadiluio
apropriadapossaserpreparada.Estesprocedimentossoseguros,precisos,defcil
operao,edemandammenostempoparaobtenodaresposta.Estametodologia
particularmente indicada no caso de lodos com concentraes muito
altas, quando o ensaio de IVL padronizado apresenta um "falso"
resultado. AGRADECIMENTOS Os recursos para este projeto foram
fornecidos pela Companhia Estadual de guas e Esgotos
doEstadodoRiodeJaneiro,CEDAE,atravsdeumconvniocomoEscritrioTcnicoda
Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro.
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 1.MOHLMAN, M. L. The Sludge Index. Sew.
Works J., 6(1):119, 1934.
2.APHA/AWWA/WEF.StandardMethodsfortheExaminationofWaterand
Wastewater. 19a Edio. APHA/AWWA/WEF, 1935. 3.JORDO, E. P., PESSOA,
C. A. Tratamento de Esgotos Domsticos. 3a Edio. ABES,1995.
4.DICK,R.I.,VESILIND,P.A.TheSludgeVolumeIndex-Whatisit? Journal
WPCF, Julho 1969. 5.JENKINS, D., RICHARD, M., DAIGGER, G. Manual on
the Causes and Control of Activated Sludge Bulking and Foaming.
Water Research Commission. South Africa, 1986. 6.ARASMITH, E. E.
Centrifuge, Operational Control Tests. Linn-Benton Community
College. Albany. Oregon, 1986. 7.WEF. Operation of Municipal
Wastewater Treatment Plants. MOP-11, 1990.
8.WANNER,J.ActivatedSludgeBulkingandFoamingControl.Technomic
Publishing, 1994. 9.WEF. Activated Sludge.FD-9, 1987.
10.LEE,S.,KOOPMAN,B.,BODE,H.,JENKINS,D. EvaluationofAlternative
Sludge Settleability Indices.Water Research. Volume 17, 1983.
