55
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Escola de Engenharia de Lorena EEL MARIA LETICIA APARECIDA DOS SANTOS Estudo das características do lodo gerado na ETA da Escola de Especialistas de Aeronáutica e avaliação de uma destinação adequada Lorena - SP 2014

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

E s c o l a d e E n g e n h a r i a d e L o r e n a – E E L

MARIA LETICIA APARECIDA DOS SANTOS

Estudo das características do lodo gerado na ETA da Escola de Especialistas de

Aeronáutica e avaliação de uma destinação adequada

Lorena - SP

2014

Page 2: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

2

MARIA LETICIA APARECIDA DOS SANTOS

Estudo das características do lodo gerado na ETA da Escola de Especialistas de

Aeronáutica e avaliação de uma destinação adequada

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo como requisito parcial para conclusão da graduação em Engenheira Industrial Química.

Área de Concentração: Tratamento de resíduos

Orientadora: Profª. Drª. Elisângela de Jesus Cândido Moraes

Lorena - SP

2014

Page 3: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA AFONTE

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,

com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Santos, Maria Leticia Aparecida dos Estudo das características do lodo gerado na ETAda Escola de Especialistas de Aeronáutica e avaliaçãode uma destinação adequada / Maria Leticia Aparecidados Santos; orientadora Profª. Drª. Elisângela deJesus Cândido Moraes. - Lorena, 2014. 55 p.

Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaIndustrial Química - Escola de Engenharia de Lorenada Universidade de São Paulo. 2014Orientadora: Profª. Drª. Elisângela de Jesus Cândido Moraes

1. Tratamento de resíduos . I. Título. II. Moraes,Profª. Drª. Elisângela de Jesus Cândido , orient.

Page 4: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

4

Aos meus pais, Roberto e Cristina, e à

minha irmã Ana, pelo apoio e palavras de

incentivo em todos os momentos.

Page 5: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

5

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus pela vida, pela capacitação para concluir este trabalho e pelas

realizações que permitiu que ocorressem em minha vida.

Aos meus pais Roberto e Cristina, a minha irmã Ana, e a todos os familiares pelo

suporte, incentivo e pela compreensão dos momentos de ausência.

A Profª. Drª. Elisângela de Jesus Cândido Moraes pela orientação e pela atenção sempre

desprendida para a conclusão deste trabalho.

Aos funcionários da Estação de Tratamento de Água da Escola de Especialistas de

Aeronáutica pelas informações fornecidas e pelo apoio em todas as etapas deste projeto.

A todos que direta ou indiretamente colaboraram para a realização deste trabalho em

todas as suas fases.

Page 6: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

6

Não te deixes vencer do mal, mas vence o

mal com o bem.

Romanos 12:21

Page 7: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

7

RESUMO

DOS SANTOS, M. L. A. Estudo das características do lodo gerado na ETA da

Escola de Especialistas de Aeronáutica e avaliação de uma destinação adequada.

2014. 55f. Monografia (Trabalho de Graduação em Engenharia Industrial Química) –

Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2014.

O processo de tratamento de água gera como resíduo um lodo que é formado pelos

sedimentos da decantação somados à água utilizada na lavagem dos filtros. O lodo de

Estação de Tratamento de Água (ETA) representa entre 0,2 a 5,0% do volume da água

tratada na estação, e tem suas características relacionadas com às da água bruta captada,

dos agentes coagulantes utilizados, e do processo de tratamento empregado. Uma etapa

importante no tratamento do lodo é sua desidratação para diminuir o volume e assim,

reduzir os custos do transporte e tratamento. Os destinos comumente dados são o curso

de água mais próximo, rede coletora de esgotos, lançamento em aterro sanitário, e

algumas formas de reutilização como na agricultura, e como uma das matérias primas

da produção de cimento. A Escola de Especialistas de Aeronáutica (EEAR) em

Guaratinguetá conta com uma Estação de Tratamento de Água responsável pelo

abastecimento de aproximadamente 5.000 pessoas, com uma capacidade de tratamento

de 0,024 m³/s. Este trabalho teve o objetivo de estudar as propriedades apresentadas

pelo lodo gerado na Estação de Tratamento de Água da EEAR, e propor alternativas

para sua destinação. O resíduo estudado apresentou teor de sólidos de 0,1259 % m/m, o

que dificulta sua disposição em aterros e a utilização pela indústria cerâmica. Entretanto

a baixa concentração de metais presentes em sua composição pode viabilizar sua

disposição no solo mediante análise de sua toxicidade e composição microbiológica. O

volume de lodo gerado foi estimado em 2,6% do volume de água tratada.

Palavras-chave: Lodo de ETA, Tratamento de Água, Tratamento de Lodo.

Page 8: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

8

ABSTRACT

DOS SANTOS, M. L. A. Study of the characteristics of sludge generated at the

Water Treatment station of Escola de Especialistas de Aeronáutica and evaluation

of an appropriate destination. 2014. 55 p. Monograph (Graduate Work in Industrial

Chemical Engineering) – Engineering College of Lorena, University of São Paulo,

Lorena, 2014.

The process for treating water generates as waste a sludge that is formed by sediment

from decantation added to the water used in washing the filters. Sludge from Water

Treatment Plant is from 0.2 to 5.0% of the volume of treated water at the station, and

has its own characteristics related to the raw water, the coagulants used, and the process

of treatment used. An important step in the treatment of sludge is dehydration to

decrease the volume and thus, reduce the cost of transport and treatment. The

destinations are commonly the nearest watercourse, sewer system, dumped in landfill,

and some forms of reuse as in agriculture, and as a raw material in cement production.

The Escola de Especialistas de Aeronautica (EEAR) in Guaratingueta has a Station

Water Treatment responsible for the supply of approximately 5,000 people, and it has

0.024 m³/s capacity. This work aimed to study the properties presented by sludge from

the EEAR’s treatment plant, and propose alternatives for your destination. The residue

studied presented an solids content of 0.1259 % m/m, which complicates their disposal

in landfills and the use by the ceramic industry. However, the low concentration of

metals present in its composition can enable its disposal on the ground by analyzing

their toxicity and microbiological composition. The generated sludge volume was

estimated at 2.6% of treated water volume.

Key words: sludge of Water Treatment Plant, Water Treatment, Sludge Treatment.

Page 9: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

9

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Etapas do processo de Tratamento de Água ............................................................... 21

Figura 2 - Adensador de Lodo..................................................................................................... 34

Figura 3 - Filtros rápidos da ETA – EEAR ................................................................................. 41

Figura 4– Accelator ETA – EEAR .............................................................................................. 41

Figura 5 – Lodo formado no Tanque de Recirculação da ETA - EEAR ..................................... 42

Figura 6 – Amostras de Lodo ...................................................................................................... 42

Figura 7 – Soluções preparadas com as amostras de lodo .......................................................... 43

Figura 8 – Testes utilizados na determinação de metais ............................................................. 44

Page 10: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

10

LISTA DE TABELAS

Tabela 1– Padrões de Potabilidade da OMS ............................................................................... 20

Tabela 2 – Características típicas do lodo de sulfato de Alumínio ............................................. 27

Tabela 3 – Aparência do lodo de sulfato de alumínio ................................................................. 27

Tabela 4 – Características típicas de lodos de sais de ferro ........................................................ 28

Tabela 5 – Composição típica de um lodo de cal ........................................................................ 28

Tabela 6 – Metais encontrados nos lodos de ETAs usando alumínio e cloreto férrico ............... 29

Tabela 7 – Valores de k2 ............................................................................................................. 31

Tabela 8 – Resultados das Análises ............................................................................................ 46

Tabela 9 – Características da água bruta tratada na ETA-EEAR ................................................ 47

Tabela 10 – Dados utilizados no cálculo do volume de lodo ...................................................... 47

Tabela 11 – Análise do lodo da ETA do município de Rio Claro, SP, após a disposição em

lagoas de secagem. ...................................................................................................................... 49

Page 11: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

11

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio

DQO Demanda Química de Oxigênio

EEAR Escola de Especialistas de Aeronáutica

ETA Estação de Tratamento de Água

ETE Estação de Tratamento de Esgoto

EUA Estados Unidos da América

NBR Norma Brasileira

OMS Organização Mundial da Saúde

SABESP Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo

SANEPAR Companhia de Saneamento do Paraná

SP São Paulo

VMR Valor Máximo Recomendado

VMP Valor Máximo Permitido

Page 12: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

12

LISTA DE SÍMBOLOS

% porcentagem

pH potencial de hidrogênio

n° número

mg miligrama

l litro

°H Graus Hazen

UNT unidades nefelométricas de turbidez

N normalidade

THM trihalometanos

µg micrograma

Al2(SO4)3.14 H2O sulfato de alumínio

FeCl3.6H2O cloreto férrico

FeSO4.9H2O sulfato férrico

cm³ centímetros cúbicos

Al2O3.5H2O óxido de alumínio

Fe ferro

CaCO3 carbonato de cálcio

SiO2 dióxido de silício

MgO oxido de magnésio

Si silício

Al alumínio

Cu cobre

Zn zinco

Ni níquel

Pb chumbo

Page 13: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

13

Cd cádmio

Cr cromo

Mn manganês

Kg quilograma

FeCl3 cloreto de ferro

S massa de sólidos secos precipitada em kg/m³ de água tratada;

C cor da água bruta

T turbidez da água bruta

D dosagem de coagulante

K1 coeficiente que traz a relação entre sólidos suspensos totais e turbidez

K2 corresponde à relação estequiométrica na formação do precipitado de hidróxido

Ms massa de sólido retirada por unidade de tempo do decantador

s segundo

η rendimento da unidade de processo;

Q vazão da unidade de processo

C% porcentagem de sólidos secos no lodo

m/m porcentagem massa/massa

Ml massa de lodo precipitada

m³ metros cúbicos

δS densidade dos sólidos secos

δ densidade da água

δL densidade do lodo

rpm rotações por minuto

< menor que

> maior que

Page 14: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

14

Co cobalto

CaO óxido de cálcio

Fe2O3 óxido de ferro

CTC alta retenção de nutrientes

H2SO4 ácido sulfúrico

KMnO4 permanganato de potássio

(NH4)2C2O4.H2O oxalato de amônio

°C graus Celsius

O2 gás oxigênio

μs/cm micro siemens

UFC unidades formadoras de colônia

Page 15: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

15

SUMÁRIO

OBJETIVO ....................................................................................................................17

1. INTRODUÇÃO .........................................................................................................18

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................20

2.1. Tratamento da Água ..............................................................................................20

2.2. Etapas do Tratamento de Água.............................................................................21

2.2.1. Coagulação ...........................................................................................................21

2.2.2. Floculação .............................................................................................................21

2.2.3. Decantação ...........................................................................................................22

2.2.4. Filtração................................................................................................................22

2.2.5. Desinfecção ...........................................................................................................23

2.2.6. Fluoretação ...........................................................................................................23

2.3. Formação de Lodos nas Estações de Tratamento de Água ................................23

2.4. Composição e características do lodo de ETA .....................................................25

2.4.1. Lodos de Sulfato de Alumínio ............................................................................26

2.4.2. Lodos de Coagulantes Férricos ..........................................................................28

2.4.3. Lodos de abrandamento por cal .........................................................................28

2.4.4. Presença de metais no Lodo de ETA .................................................................29

2.4.5. Matéria Orgânica presente no Lodo ..................................................................29

2.4.6. Agentes Patogênicos presentes no Lodo ............................................................29

2.5. Quantificação de lodo .............................................................................................30

2.6. Tratamento do Lodo...............................................................................................32

2.6.1. Remoção do lodo ..................................................................................................32

2.6.2. Adensamento ........................................................................................................33

2.6.3. Desaguamento ......................................................................................................35

2.7. Destino final do lodo ...............................................................................................36

2.7.1. Lançamento de lodos em rios .............................................................................36

2.7.2. Disposição de lodos em aterros sanitários .........................................................37

2.7.3. Disposição de lodos em ETEs .............................................................................37

2.7.4. Disposição de lodos no solo .................................................................................38

2.7.5. Disposição de lodos na fabricação de cimento ..................................................38

3. MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................40

3.1. Geração de lodo na estação de tratamento de água da EEAR ...........................40

3.2. Amostra do Lodo ....................................................................................................42

3.3. Análises realizadas e Materiais utilizados ............................................................43

3.3.1. Determinação do pH ............................................................................................43

3.3.2. Determinação da Densidade ...............................................................................43

3.3.3. Oxigênio Consumido ...........................................................................................43

Page 16: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

16

3.3.4. Análise de Metais .................................................................................................44

3.3.5. Análise da dureza total e dureza devido a carbonatos .....................................45

3.3.6. Análises da água bruta ........................................................................................45

3.4. Cálculo da quantidade de lodo gerado na ETA-EEAR ......................................45

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ..............................................................................46

5. CONCLUSÃO............................................................................................................51

6. REFERÊNCIAS ........................................................................................................52

Page 17: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

17

OBJETIVO

O presente trabalho tem por finalidade fazer um estudo preliminar da

composição e das características do lodo gerado em Estações de Tratamento de Água,

determinar os métodos de tratamento e propor destinações finais existentes, orientando

assim na determinação do encaminhamento mais adequado para o lodo gerado na

Estação de Tratamento de Água da Escola de Especialistas de Aeronáutica em

Guaratinguetá.

Page 18: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

18

1. INTRODUÇÃO

As estações de tratamento de água (ETA) tem a função de captar a água do meio

ambiente, retirar as impurezas e micro-organismos presentes nos cursos d’água,

desinfetar esta água, e disponibilizá-la para o consumo humano (ANDREOLI et al.,

2006). A Portaria n° 2.914/2011 do Ministério da Saúde estabelece os parâmetros de

qualidade da água para consumo humano, dentre eles tem-se parâmetros físicos,

químicos e biológicos.

No processo de tratamento da água faz-se uso de algumas operações unitárias

(coagulação, floculação, decantação, filtração e agitação) e durante esses processos

físicos são acrescentados produtos químicos, para que ocorra a remoção das impurezas e

ajuste das propriedades desta água aos índices exigidos em Legislação (MOREIRA,

2011).

Durante a operação da ETA alguns resíduos são gerados, como o lodo formado

nos tanques de sedimentação ou flotação, e a água de lavagem dos filtros, que contêm

sólidos dissolvidos. Esse lodo contêm os micro-organismos e sólidos suspensos

presentes na água coletada que são retirados no processo de tratamento, e os reagentes

utilizados como coagulantes (RICHTER, 2001).

O lodo de ETA possui sólidos dissolvidos em uma concentração entre 0,004 e

4,0%, representando entre 0,2 a 5,0% do volume de água tratada (ANDREOLI et al.,

2006). A NBR 10.004/2004 classifica o lodo resultante do processo de tratamento de

água como resíduo sólido devendo assim receber destinação adequada.

De acordo com a Lei 12.305/2010, deve-se levar em consideração a seguinte

ordem no gerenciamento de resíduos sólidos: não geração, redução, reutilização,

reciclagem, tratamento dos resíduos sólidos e disposição final ambientalmente adequada

dos rejeitos (BRASIL, 2010).

A maioria das Estações de Tratamento de água para uso da população lança os

lodos gerados durante o processo diretamente no rio/ribeirão mais próximo, geralmente

de onde coletou a água bruta, ou ainda lança o resíduo na rede coletora de esgotos,

transferindo a responsabilidade pelo tratamento (ANDREOLI et al., 2006). O descarte

do lodo em rios pode causar os seguintes impactos no meio ambiente: assoreamento dos

rios, interferência na fotossíntese das plantas aquáticas, alteração das propriedades

físico-químicas da água (pH, cor, turbidez, etc.), colocando em risco a saúde de pessoas

que se utilizam desta água (ANDREOLI et al., 2006). Podem ser citados como

Page 19: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

19

alternativas na disposição de lodos de ETA o seu lançamento na rede de esgotos, em

lagoas com largo tempo de detenção, aplicação no terreno, aterros sanitários e

aproveitamento de subprodutos (RICHTER, 2001).

Na estação de tratamento de água da Escola de Especialistas de Aeronáutica,

faz-se uso de um tanque de recirculação (equalização), a fim de se reaproveitar a água

de lavagem dos filtros, o lodo gerado forma-se no fundo deste tanque após a decantação

dos resíduos presentes na água de lavagem. Há a formação de lodo também no fundo

dos tanques de floculação modelo Accelator, que são lavados a cada três meses, sendo

este lodo transferido também para o tanque.

Este trabalho visa fazer um estudo preliminar das características do lodo desta

Estação de Tratamento e propor alternativas para a disposição do lodo. Nos dias atuais a

preocupação com o meio ambiente deve estar presente em todas as etapas de um

processo produtivo, desde a coleta de matérias primas até ao descarte de resíduos, este

cuidado é imprescindível para a continuação da disponibilidade de recursos, e para

assegurar a saúde e o conforto humano.

Page 20: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

20

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Tratamento da Água

A água a ser utilizada para o consumo humano ou industrial deve receber o

devido tratamento para atender aos índices mínimos de potabilidade estabelecidos pela

Organização Mundial da Saúde. A Tabela 1 mostra os parâmetros regulamentados:

Tabela 1– Padrões de Potabilidade da OMS

Parâmetros (em mg/L ou unidade indicada) OMS

VMR VMP

Físicos e Organolépticos

Cor, °Hazen 5 15

Turbidez, UNT 1 5

Sabor Nenhum Nenhum

Odor Nenhum Nenhum

pH 7 - 8,5 6,5 - 8,5

Químicos

Alumínio 0,2

Arsênico - 0,05

Chumbo - 0,1

Cloretos 200 600

Dureza, mg/l CaCO3 100 500

Ferro 0,1 1,0

Fluoretos - 1,5

Magnésio - 150

Manganês 0,05 0,5

Mercúrio - 0,001

Nitrato, mg/l N - -

Selênio - 0,01

Sódio - -

Sólidos totais dissolvidos 500 1500

Sulfato 200 400

Trihalometanos (THM), µg/l - -

Zinco 5 15

Bacteriológicos

Coliformes, org/100 ml - 1

Nota: VMR-valor máximo recomendável; VMP-valor máximo permissível; °H=Graus Hazen; UNT=unidades nefelométricas de turbidez.

Fonte: Adaptada de RICHTER, 2009.

Page 21: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

21

2.2. Etapas do Tratamento de Água

As principais etapas envolvidas no processo de tratamento de água são

mostradas pela figura 1 abaixo:

Fonte: Adaptado de <www.uenf.br/uenf/centros/cct/qambiental/ag_tratagua.html>.

Acessado em 06 Dez. 2014.

2.2.1. Coagulação

Ocorre com a adição de produtos químicos - compostos coagulantes, que

envolvem as partículas em suspensão na água. Os compostos coagulantes reagem com

as partículas sólidas presentes, desestabilizando-as e diminuindo as forças que mantém

essas partículas afastadas. É uma etapa de extrema importância para o restante do

tratamento da água, pois as demais fases do tratamento dependem de uma coagulação

bem realizada. Os coagulantes mais utilizados são o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.14

H2O), cloreto férrico (FeCl3.6H2O) e o sulfato férrico (FeSO4.9H2O) (RICHTER, 2009).

2.2.2. Floculação

Formação de flocos (partículas visíveis), como consequência de colisões entre as

partículas desestabilizadas durante a coagulação pela adição dos agentes coagulantes. A

floculação permite a separação dos flocos por sedimentação ou filtração (RICHTER,

2009).

Figura 1 - Etapas do processo de Tratamento de Água

Page 22: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

22

Uma agitação lenta favorece o encontro entre as partículas, possibilitando a

formação dos flocos. Conforme os flocos crescem, as forças de cisalhamento provocam

sua ruptura, o que proporciona um equilíbrio no tamanho das partículas agregadas

(TIBA, 2012).

A eficiência da floculação é alterada entre outros fatores, pelo tipo de

coagulante, pH de coagulação, temperatura da água, concentração da solução de

coagulante, tipo e geometria do equipamento de floculação e qualidade da água bruta.

Esta eficiência interfere na qualidade da água tratada na ETA (TIBA, 2012).

2.2.3. Decantação

Nesta etapa os flocos formados anteriormente se depositam no fundo do

decantador pela ação da força da gravidade, devido a apresentarem densidade maior que

a da água. É uma etapa de clarificação da água (MOREIRA, 2011).

Os sedimentos depositados nos decantadores devem ser posteriormente

removidos sendo os principais constituintes do lodo gerado nas ETAs. Uma decantação

eficiente diminui a quantidade de resíduos a serem eliminados nos filtros, aumentando o

intervalo de lavagem dos mesmos e consequentemente diminuindo o volume de água de

lavagem, o que contribui para uma redução na quantidade de lodo gerado na ETA

(MOREIRA, 2011).

Os decantadores de fluxo vertical em manto de lodos ou clarificadores são

equipamentos que reúnem em um único tanque a floculação e a decantação (RICHTER,

2009). São estes os equipamentos utilizados na Estação de Tratamento de Água, foco

deste trabalho.

2.2.4. Filtração

Operação que faz a separação das partículas em suspensão e de microrganismos

presentes na água através de sua passagem por meio poroso, utilizando-se da ação da

gravidade (MOREIRA, 2011). Como etapa final do processo de clarificação a filtração

pode ser considerada a principal etapa para fornecimento de água dentro dos padrões de

qualidade exigidos (TIBA, 2012).

Page 23: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

23

Segundo RICHTER, 2009 a filtração é o processo unitário mais importante entre

as etapas dos processos de tratamento de água, podendo ser o único, como na filtração

lenta. Na filtração rápida, que é o processo mais utilizado, os filtros são formados

geralmente por dois elementos filtrantes, areia e antracito (PEREIRA, 2011).

A retirada das impurezas retidas nos filtros é de extrema importância para

garantir a eficiência do filtro, e a qualidade da água fornecida aos consumidores. Essa

limpeza é feita por meio de retrolavagem do filtro, onde é passada água em sentido

ascendente pelo filtro, a fim de retirar as partículas retidas. A água utilizada na limpeza

dos filtros constitui também um resíduo do processo de tratamento, e juntamente com os

sedimentos formados nos decantadores, forma o lodo da ETA e precisa assim do devido

tratamento (MOREIRA, 2011).

2.2.5. Desinfecção

Etapa de purificação da água, onde são eliminados micro-organismos como

vírus, protozoários, vermes e bactérias, que além de conferirem sabor e odor a água,

podem causar doenças. Os processos físico-químicos explicados anteriormente, não

garantem a eliminação destes agentes patogênicos (MOREIRA, 2011).

O composto geralmente utilizado na desinfecção da água é o cloro, além de

barato e de fácil disponibilização, destrói a maioria dos micro-organismos patogênicos;

Sua forma gasosa é a mais barata e eficiente. Requer muito cuidado no manuseio, pois é

um gás venenoso e corrosivo (RICHTER, 2009).

2.2.6. Fluoretação

Tem o objetivo de prevenir a formação de cáries na população, pois o flúor evita

a perda de minerais dos dentes, deixando-os mais resistentes (SABESP). A

concentração máxima permitida pela Portaria n° 2.914/2011 é 1,5 mg/l.

2.3. Formação de Lodos nas Estações de Tratamento de Água

Durante o processo de tratamento da água para torná-la potável para o consumo,

a ETA utiliza-se de várias operações unitárias, tais como: coagulação, flotação,

decantação e filtração. O resíduo gerado após esses processos quando analisado

apresenta as mesmas características da água bruta captada para tratamento, dos

Page 24: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

24

reagentes utilizados na coagulação e do processo de tratamento empregado

(ANDREOLI et al., 2006).

A formação do lodo ocorre devido à adição de coagulantes à água, que

desestabilizam as partículas suspensas na água e promovem sua aglutinação com a

formação de flocos. Como são mais densos que a água os flocos formados depositam-se

no fundo do decantador ou flocodecantador, aonde vão se acumulando e formando

assim o lodo (ANDREOLI et al., 2006).

A coagulação produz um lodo com aproximadamente 1% do volume de água

tratada. Dependendo do método utilizado para a remoção do lodo e dos compostos

removidos da água bruta, o teor de sólidos pode variar entre 0,1 a 3,5% (GUERRA,

2005).

Durante a passagem da água pelos filtros, após o processo de sedimentação, as

impurezas que não sedimentaram no decantador ficam retidas nos poros dos filtros. Para

garantir a eficiência dos filtros e não permitir o acúmulo de sujidades prejudicando a

qualidade da água tratada, os filtros são lavados por retro lavagem. Na lavagem dos

filtros, com a passagem da água em sentido ascendente, as impurezas retidas são

removidas (GUERRA, 2005).

A lavagem dos filtros ocorre geralmente em intervalos de 24 a 72 horas, e

utiliza-se de grande volume de água. 2% a 5% do volume de água tratada são utilizados

para limpeza dos filtros. A água de lavagem apresenta uma concentração de sólidos que

independe da quantidade de flocos retidos no filtro, essa concentração dependerá da

capacidade de acumulação do leito filtrante. O volume de água gasto depende também

do afluente utilizado (RICHTER, 2001).

O teor de sólidos totais na água de lavagem de filtro é muito menor que o teor

encontrado no resíduo dos decantadores. Segundo SILVA JUNIOR, 2003, o lodo de

ETA apresenta matéria orgânica pouco degradável, com pH variando entre 6 a 8,

concentração de DBO entre 30 e 100 mg.l-1 e de DQO entre 500 e 10.000 mg.l-1 para

lodo de decantadores, e concentração de DBO variando entre 2 e 4 mg.l-1 e DQO entre

30 e 160 mg.l-1para a água de lavagem de filtros.

Page 25: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

25

2.4. Composição e características do lodo de ETA

As características do lodo da ETA refletem as características apresentadas pela

água bruta captada, as características dos produtos químicos utilizados no tratamento e o

tipo de processo empregado (ANDREOLI et al., 2006). A cadeia de processos de

tratamento é o mais influente.

Dentre os processos utilizados (troca iônica e/ou separação por membranas -

microfiltração, ultrafiltração, osmose reversa etc.), os mais empregados pelas ETAs são

a Coagulação/Filtração e Abrandamento (ou remoção de dureza) por precipitação

(RICHTER, 2001).

Coagulação/Filtração: Utiliza os processos tradicionais para o tratamento para a

remoção da cor e turbidez: pré-sedimentação, oxidação, coagulação/floculação,

clarificação por decantação ou por flotação, filtração e desinfecção. No caso da filtração

direta ou por contato, não há a separação de sólidos intermediária por decantação ou por

flotação (RICHTER, 2001).

Abrandamento (ou remoção de dureza) por precipitação: Apresenta estrutura

semelhante ao processo tradicional por coagulação/filtração, porém tem o objetivo de

remover a dureza, que ocorre por meio da precipitação do carbonato de cálcio e/ou de

magnésio (RICHTER, 2001).

A determinação do tratamento adequado para o lodo e de uma possível

reutilização depende do conhecimento de suas propriedades. Devem ser determinadas e

analisadas as seguintes características (MARGUTI, 2012):

Características físicas: resistência específica ao desaguamento,

compressibilidade, (capacidade de deformação durante o desaguamento), tensão

de cisalhamento, densidade (relacionada ao tamanho dos flocos, apresenta

valores na faixa de 1,03 a 1,44 g/cm³) e distribuição granulométrica de

partículas.

Características químicas: teor de sólidos dissolvidos, a presença de metais e a

toxicidade.

Parâmetros físico-químicos: série de sólidos (totais, voláteis, em suspensão

total e suspensos voláteis), granulometria, densidade, resistência específica, pH,

DBO (demanda bioquímica de oxigênio), DQO (demanda química de oxigênio),

concentração dos principais íons metálicos de interesse (como alumínio, ferro,

Page 26: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

26

manganês, cádmio, cobre, cromo, chumbo, mercúrio, níquel, zinco, etc.),

concentração de fósforo total, nitrogênio total, e indicadores biológicos, como

coliformes totais e fecais.

Quando analisado o lodo de estação de tratamento apresenta em sua composição

uma quantidade de biodegradável e metais. O ferro, o manganês e o alumínio são

encontrados em maiores proporções, devido aos tipos de coagulantes utilizados no

tratamento da água. A capacidade do lodo de ETA para manuseio e tratamento não tem

tanta influencia na escolha da disposição final quanto suas propriedades químicas. Os

principais formadores do lodo são a sílica, alumínio, ferro, titânio, cálcio, magnésio,

manganês, além de algas, bactérias e vírus (HAAK, 2011).

Segundo RICHTER, 2001, a concentração de sólidos no lodo de decantadores

varia de acordo com o tempo em que este fica acumulado; através do efeito de

adensamento, quanto maior o tempo de acúmulo, maior a quantidade de sólidos

presentes. Nos filtros a concentração de sólidos não depende da quantidade de flocos

encaminhados para o filtro, e sim da capacidade do elemento filtrante, de acumulá-los.

Os principais constituintes do lodo são os hidróxidos provenientes dos sais de

alumínio ou ferro, utilizados no processo de coagulação; o lodo é classificado como

fluido não - newtoniano, apresentando-se gelatinosos em repouso e líquidos quando em

movimento (CHÁVEZ PORRAS, 2007).

A concentração de sólidos totais no lodo dos decantadores varia entre 1.000 a

40.000 mg/l (0,1 a 4 %), esta concentração na água de lavagem de filtros encontra-se

entre 40 a 1.000 mg/l (0,004 a 0,1 %) (RICHTER, 2001).

2.4.1. Lodos de Sulfato de Alumínio

Segundo RICHTER, 2001 o lodo de sulfato de alumínio é um líquido não

newtoniano, gelatinoso, que apresenta sua fração sólida constituída por hidróxido de

alumínio, partículas inorgânicas, coloides de cor e outros resíduos orgânicos, acrescidos

de micro-organismos removidos na coagulação. A Tabela 2 traz os resultados da análise

dos lodos de sulfato de alumínio:

Page 27: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

27

Tabela 2 – Características típicas do lodo de sulfato de Alumínio

Sólidos

Totais (%)

Al2O3.5H2O (%) Inorgânicos

(%)

Matéria

Orgânica (%)

pH DBO (mg/l) DQO (mg/l)

0,1-4 15-40 35-70 15-25 6-8 30-300 30-5.000

Fonte: RICHTER, 2001.

O lodo de sulfato de alumínio possui uma coloração marrom, apresenta

viscosidade e consistência que lembram chocolate líquido, em sua forma natural possui

difícil sedimentação/flotação (ANDREOLI et al., 2006). O lodo pode ter sua forma

determinada de acordo com sua concentração de sólidos, conforme Tabela 3 a seguir:

Tabela 3 – Aparência do lodo de sulfato de alumínio

Fonte: RICHTER, 2001.

O uso do sulfato de alumínio como coagulante gera um lodo com menor teor de

sólidos. O pH da água também exerce influência na quantidade de sólidos gerados

(MARGUTI, 2012).

Águas que apresentam alta turbidez, tendem a gerar lodos com uma maior

concentração de sólidos, sendo assim, mais fáceis de compactar para tratamento

(MARGUTI, 2012).

O descarte do lodo em seu estado natural no meio ambiente pode acarretar

diversos prejuízos ao meio. O alumínio apresenta toxicidade considerável, devendo ser

analisada com atenção a sua concentração no lodo. Quando a disposição no solo for

considerada, o pH do solo dever ser avaliado, pois pHs extremos favorecem a

toxicidade do alumínio e do ferro para as plantas (GUERRA, 2005).

O alumínio trocável é o alumínio em sua forma solúvel, sendo assim adsorvido

pelos coloides do solo, podendo reagir e se espalhar até chegar aos lençóis freáticos.

Quando está em sua forma solúvel o alumínio aumenta a acidez do solo prejudicando as

plantas. A proporção de alumínio trocável aumenta abaixo de 5,5 ou acima de 9,0.

Ocorre o valor máximo de alumínio trocável em pH 4,1, para valores menores, o

Concentração de sólidos (%) Aparência do lodo

0-5 Líquido

8-12 Esponjoso, semissólido

18-25 Argila ou barro suave

Page 28: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

28

alumínio trocável geralmente precipita diminuindo novamente sua quantidade

(GUERRA, 2005).

2.4.2. Lodos de Coagulantes Férricos

Os coagulantes férricos mais utilizados são o cloreto férrico e o sulfato de ferro.

Os lodos provenientes da sua coagulação possuem características semelhantes às do

lodo de sulfato de alumínio (RICHTER, 2009). Segundo ANDREOLI et al., 2006 este

lodo apresenta coloração marrom avermelhada, e da mesma forma que o sulfato de

alumínio apresenta dificuldades na decantação e flotação, necessitando da adição de

polímeros. Segue Tabela 4 com estas características:

Tabela 4 – Características típicas de lodos de sais de ferro

Sólidos Totais (%) Fe (%) Voláteis (%) pH

0,25-3,5 4,6-20,6 5,1-14,1 7,4-9,5

Fonte: RICHTER, 2001.

A massa precipitada pelo cloreto férrico é menor que a produzida pelo sulfato

férrico. 1 mg/l de cloreto gera 0,40 mg/l de hidróxido, enquanto a mesma quantidade de

sulfato férrico produz 0,56 mg/l de hidróxido precipitado (RICHTER, 2001).

2.4.3. Lodos de abrandamento por cal

Segundo RICHTER, 2001, no processo de abrandamento por cal, o lodo é

formado principalmente pelo cálcio precipitado e apresenta baixa matéria orgânica, com

DBO e DQO bem baixas. A dureza removida e as características da água bruta

influenciam na composição, massa e volume do lodo. Se usado o abrandamento em

conjunto com o sulfato de alumínio ou de ferro, aumenta expressivamente o volume de

lodo produzido (RICHTER, 2001).

A Tabela 5 demonstra as características do lodo gerado no abrandamento por

cal.

Tabela 5 – Composição típica de um lodo de cal

Sólidos Totais

(%)

CaCO3

(%)

Sílica como SiO2

(%)

Carbono Total

(%)

Alumínio Al2O3

(%)

Magnésio como

MgO (%)

2-25 75 6 7 3 2

Fonte: RICHTER, 2001.

Page 29: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

29

2.4.4. Presença de metais no Lodo de ETA

Os elementos presentes no lodo de Estações de Tratamento se assemelham aos

encontrados na composição do solo (Si, Al, Fe). Os metais encontrados (Cu, Zn, Ni, Pb,

Cd, Cr, Mn) devido a sua toxicidade influenciam bastante no processo de tratamento, e

no destino final que será dado ao lodo. As reações sofridas durante o processo de

tratamento influem também na toxicidade apresentada (ANDREOLI et al., 2006).

Em estudos realizados com lodos de ETA na América do Norte utilizando lodo

de sulfato de alumínio e lodo de cloreto férrico, foi encontrada uma variação no teor de

alguns metais, conforme mostrado na Tabela 6.

Tabela 6 – Metais encontrados nos lodos de ETAs usando alumínio e cloreto férrico

Metais Alumínio (mg.kg-1 peso seco) FeCl3 (mg.kg-1 peso seco)

Taxa de Variação Média Taxa de Variação Média

Cd 1-2 1,6 < 0,1-2 < 1

Cu 135-230 171 135-485 272

Cr 40-64 50 62-513 269

Ni 26-65 44 33-218 136

Pb 47-439 204 18-840 245

Zn 195-815 527 215-865 575

Fonte: AWWA, 1990.

2.4.5. Matéria Orgânica presente no Lodo

A concentração de matéria orgânica encontrada no lodo é baixa, de 5 a 25%, esta

concentração varia com as características da água bruta. Os valores encontrados no solo

são sensivelmente inferiores. Quando se formam compostos amorfos de Al e Fe estes

podem contribuir para um aumento da adsorção de matéria orgânica (ANDREOLI et al.,

2006).

2.4.6. Agentes Patogênicos presentes no Lodo

De acordo com ANDREOLI et al., 2006, tanto na literatura nacional quanto na

internacional, não existem dados consolidados sobre os aspectos sanitários dos lodos de

ETA. Estes aspectos irão depender de fatores socioambientais e econômicos regionais.

O lançamento do lodo em rios exige o máximo de cuidado, pois embora a

constituição do lodo apresente as mesmas características da água bruta captada, na

Page 30: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

30

maioria das vezes do mesmo rio onde será lançado o lodo, a concentração de poluentes

e em especial patógenos neste resíduo é muito superior aos encontrados na água bruta,

comprometendo a qualidade e usos do manancial (ANDREOLI et al., 2006).

2.5. Quantificação de lodo

A quantificação do lodo gerado no processo de tratamento de água é muito

importante no projeto das estações de tratamento e para determinar os meios de

processamento, tratamento e destino do lodo (KATAYAMA, 2012). O volume de lodo

descartado pela ETA depende das propriedades físico-químicas da água, do coagulante

utilizado, da dosagem do coagulante e de outras substâncias acrescentadas durante a

coagulação (RICHTER, 2009).

Há três formas de quantificar o volume de lodo produzido: através de equações

matemáticas, do balanço de massa do processo e pela análise em campo (KATAYAMA,

2012). Em ETAs que já estão em operação, a quantidade de lodo gerada é melhor

estimada através da análise em campo, pela observação do processo e acompanhamento

das particularidades. Já para estações que estão em fase de projeto, as equações são a

forma mais adequada para cálculo do montante de lodo (PEREIRA, 2011).

As equações mais utilizadas no cálculo do volume de lodo são as que seguem

(RICHTER, 2009):

Equação (1)

S – massa de sólidos secos precipitada em kg/m³ de água tratada;

C – cor da água bruta, °H;

T – turbidez da água bruta, UNT;

D – dosagem de coagulante, mg/l;

K1 – coeficiente que traz a relação entre sólidos suspensos totais e turbidez, podendo variar entre 0,5 e 2. Valor usual=1,3;

K2 – corresponde à relação estequiométrica na formação do precipitado de hidróxido, depende do coagulante utilizado, conforme Tabela 7:

Page 31: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

31

Tabela 7 – Valores de k2

Coagulante k2

Sulfato de Alumínio 0,26

Cloreto férrico 0,40

Sulfato férrico 0,54

Fonte: Richter, 2009.

A massa de sólido retirada por unidade de tempo do decantador ou floculador

pode ser expressa por: Equação (2)

η – rendimento da unidade de processo;

Q – vazão da unidade de processo em m³/s.

Para o cálculo em decantadores eficientes com rendimento superior a 90%,

pode-se adotar o rendimento como 1. Unidades com baixos rendimentos devem

considerar tais valores nos cálculos (RICHTER, 2009).

Adotando-se C como a porcentagem de sólidos secos no lodo (m/m), a massa de

lodo precipitada é: Equação (3)

No cálculo do volume de lodo gerado, é importante saber sua massa específica,

esta varia de acordo com o grau de compactação. O tamanho dos flocos formados na

floculação influencia a quantidade de água que fica contida neles. A massa específica do

lodo depende dessa quantidade de água absorvida. São encontrados valores para a

massa específica em torno de 1.002 kg/m³ em lodos com 1% de sólidos secos a 1.200-

1.500 kg/m³ quando são desidratados (RICHTER, 2009).

A densidade pode ser determinada pela equação 4: Equação (4)

δS – densidade dos sólidos secos, kg/m³;

Page 32: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

32

δ – densidade da água, 1.000 kg/m³;

O volume do lodo em m³, calcula-se, portanto: Equação (5)

2.6. Tratamento do Lodo

O tratamento do lodo gerado em Estações de Tratamento de Água envolve as

seguintes etapas (MARGUTI, 2012):

Remoção e coleta do lodo;

Adensamento;

Desaguamento; e

Disposição final.

2.6.1. Remoção do lodo

O modo como o lodo é removido dos decantadores influencia na concentração

de sólidos presentes, decantadores sem raspador de fundo acumulam maior quantidade

de lodo, pois este será removido somente durante a limpeza e higienização do

decantador (HAAK, 2011). A remoção do lodo das unidades processadoras pode ser

feito de forma manual ou mecânica.

A remoção manual é mais recomendada para estações de pequeno porte, e deve

ser feita com certa regularidade (1 a 2 vezes no ano), para evitar o acúmulo de micro-

organismos indesejáveis. A limpeza deve ser feita com água a alta pressão (RICHTER,

2009).

A remoção mecânica de lodos de decantadores é escolhida quando há um grande

acúmulo de resíduo, e devido à sua natureza (RICHTER, 2009). Os removedores tem

sua geometria de acordo com o formato do tanque de decantação – circulares ou

retangulares, ou pelo modo de atuação.

Nos tanques circulares os removedores são rotativos, possuem um eixo no centro

do tanque, onde se localiza o acionamento, conta com lâminas raspadoras ao fundo e,

Page 33: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

33

pode ser equipado com removedores de escuma superficiais. Nos decantadores

retangulares, os modelos mais utilizados são a ponte rolante e as correntes submersas

com lâminas raspadoras transversais. As correntes submersas são para tanques com até

70 m de comprimento (RICHTER, 2009).

2.6.2. Adensamento

A água do lodo se encontra em quatro diferentes formas (RICHTER, 2001)

(PEREIRA, 2011):

Água livre: está presa entre os flocos do lodo, sem interação, é facilmente

removida por gravidade;

Água capilar: está fortemente ligada aos flocos, é removida por ações

mecânicas ou floculadores;

Água vicinal: formada por moléculas de água fortemente ligadas à superfície

dos flocos por ligações de hidrogênio, é removida pela quebra do floco; e

Água de ligação química: está quimicamente ligada à superfície da partícula,

removida pelo aumento da energia térmica.

O adensamento do lodo consiste em fazer a remoção da maior quantidade de

água possível, a fim de concentrar o lodo para a etapa de desidratação final. O

adensamento pode ser feito por decantação ou por flotação (RICHTER, 2001). No

adensamento o objetivo é atingir uma concentração de sólidos em torno de 2%,

concentração mínima exigida dos equipamentos de desidratação mecânica existentes.

(CHÁVEZ PORRAS, 2007) (HAAK, 2011).

A água removida pode ser introduzida no início do processo de tratamento,

havendo assim maior aproveitamento (RICHTER, 2009). A figura 2 a seguir, ilustra as

partes de um adensador de lodo.

Page 34: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

34

Figura 2 - Adensador de Lodo

Fonte:< www.environquip.com.br/adensador-de-lodo.htm >. Acessado em 16 Nov. 2014.

Os adensadores podem operar por gravidade, flotação com ar dissolvido, ou

mecanicamente como o adensador de esteiras e centrífuga. A utilização da flotação com

ar dissolvido é recomendada quando o lodo é proveniente de águas com baixa turbidez

e/ou muito eutrofizadas com coagulação por varredura (PEREIRA, 2011). O adensador

por gravidade é o mais utilizado pelo seu baixo gasto com energia, e pode operar de

forma contínua ou por batelada (HAAK, 2011).

De acordo com PEREIRA, 2011, os lodos de coagulantes férricos ou sulfato de

alumínio não são adensados tão facilmente por gravidade. Há a necessidade da

utilização de polímeros orgânicos que realizam a retirada da água intersticial permitindo

assim, um melhor adensamento. A utilização de polímeros catiônicos, aniônicos ou não

iônicos aumenta a eficiência dos processos que utilizam a gravidade, centrifugação ou

filtração no desaguamento.

Com a adição de polímeros ou na utilização de adensadores rotativos pode-se

aumentar o teor de sólidos de menor que 1% para 5 ou até 6% (HAAK, 2011).

Page 35: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

35

2.6.3. Desaguamento

Etapa fundamental no tratamento do lodo, o desaguamento tem a função de fazer

a retirada final da água do lodo, diminuindo seu volume e assim, melhorando a

eficiência do tratamento e reduzindo os custos de transporte e disposição (ANDREOLI

et al., 2006).

De acordo com ANDREOLI et al., 2006, a desidratação ocorre por meio natural

ou mecânico. O método escolhido dependerá do tipo de lodo, da quantidade gerada, e

do destino final desejado (HAAK, 2011).

A desidratação natural utiliza-se da evaporação e da gravidade para remoção

da água. Os meios de desidratação natural são as lagoas e os leitos de secagem

(GUERRA, 2005). São os mais recomendados para instalações de pequeno porte devido

à limitação de terreno para grandes unidades (ANDREOLI et al., 2006).

a) Lagoas de secagem: são lagoas onde o lodo é despejado para que através da

evaporação e sedimentação a água presente seja removida, ficando a massa seca, que é

então retirada e levada para a disposição final. Necessita de grandes áreas,

principalmente para Estações com retirada de lodo de forma contínua, e dependem das

condições climáticas como umidade e temperatura (GUERRA, 2005).

b) Leitos de secagem: consistem em tanques rasos que possuem em seu fundo uma

camada de areia e brita por onde a água presente no lodo passa e é coletada em

tubulações abaixo (GUERRA, 2005). Antes da escolha deste método é interessante se

fazer um estudo das condições climáticas, e necessita ainda de uma grande área e mão

de obra adequada (HAAK, 2011).

A desidratação mecânica ocorre por meio de filtro prensa, filtro a vácuo,

centrífuga ou prensa desaguadora. Estes métodos requerem menor área para sua

operação e não dependem de condições climáticas (ANDREOLI et al., 2006).

a) Filtro prensa: possui uma placa fixa e outra móvel, o lodo é então prensado

passando por suas placas o filtrado e ficando a massa seca retida no meio filtrante que é

instalado na parede das placas (RICHTER, 2001);

b) Filtro a vácuo: não recomendado para lodos leves como os de sulfato de

alumínio. Para aumentar sua eficiência são necessários altos investimentos, o que

diminui sua utilização (RICHTER, 2001);

Page 36: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

36

c) Centrífuga: remove a água presente no lodo pela ação da força centrífuga, com

uma rotação de 3000-4000 rpm. Não apresenta uma boa concentração de sólidos

(HAAK, 2011);

d) Prensa desaguadora: combina características do filtro prensa e do filtro a vácuo

e produz uma torta com consistência para disposição em aterros. O lodo é transportado

entre duas correias móveis e porosas, espremendo a água, através de sua passagem por

uma série de rolos (PEREIRA, 2011).

2.7. Destino final do lodo

No trabalho com resíduos, a primeira ação deve ser no sentido de reduzir sua

produção, e sua toxicidade, analisando-se posteriormente as alternativas para reuso ou

disposição final (PEREIRA, 2011).

A disposição final dos lodos gerados em Estações de Tratamento de Água é uma

tarefa difícil e um processo de considerável custo (RICHTER, 2001). A constituição do

lodo deve ser conhecida para a escolha do destino mais apropriado. Os destinos

geralmente dados para o lodo de ETAs são: lançamento em cursos de água; disposição

no solo; aterro sanitário; incineração; fabricação de cimento e tijolos, cultivo de grama

comercial, compostagem, produção de solo comercial, aplicação em plantações de

cítricos, e ainda, utilização em indústrias cerâmicas, como material para a estabilização

de estradas ou são lançados em redes coletoras de esgotos (GUERRA, 2005).

Segundo RICHTER (2001), o conteúdo de sólidos determina qual a melhor

alternativa para o lodo:

Descarga em um curso de água: < 1% a 8%

Descarga na rede de esgotos sanitários: < 1% a 8%

Aplicação no solo: 1% a > 15%

Aterro sanitário >15% a > 25%

2.7.1. Lançamento de lodos em rios

É o método mais barato e simples, geralmente se devolve ao rio os componentes

dele retirado, deve-se, porém ter autorização da autoridade competente, e ser avaliada a

Page 37: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

37

quantidade de sólidos despejados, de forma a não acarretar prejuízos ao curso de água,

nem às pessoas que dele se utilizam (RICHTER, 2001).

Apesar de ser a prática mais comum principalmente no Brasil, aumenta o estado

de poluição do rio receptor, degradando o ambiente aquático, e afetando a qualidade de

vida das comunidades que ainda se utilizarão do curso de água (SILVA JUNIOR 2003).

2.7.2. Disposição de lodos em aterros sanitários

Para que seja disposto em aterros sanitários o lodo proveniente de ETAs deve

estar devidamente desidratado, sem a presença de água livre (20 a 25 % de sólidos);

pode ser utilizado como cobertura diária do aterro juntamente com o solo (INSTITUTO

DE ENGENHARIA, 2008). A taxa de sólidos presentes no lodo influi no custo para

transportá-lo até o aterro mais próximo e a dificuldade de concentrá-lo pode acabar

resultando na construção de um aterro próprio da Estação. Ainda assim, o baixo teor de

sólidos dificulta a utilização de certos maquinários (RICHTER, 2001) (ANDREOLI,

2001).

É uma opção cara e quase sempre a última a ser considerada segundo

RICHTER, 2001.

2.7.3. Disposição de lodos em ETEs

O lançamento de lodo de ETA em ETE, não pode ser considerado exatamente

uma forma de tratamento, trata-se na verdade de uma transferência de responsabilidade,

pois os resíduos irão compor o lodo da ETE e como tal serão tratados. Devem ser

dispostos de forma contínua na rede coletora e o sistema de tratamento de esgoto deve

comportar este acréscimo na vazão de resíduos a ser tratado (GUERRA, 2005).

A Norma NBR 10.004/04 classifica o lodo de ETA como resíduo sólido, e a Lei

n° 12.300/06 do Estado de São Paulo o classifica como resíduo industrial. Esta Lei

estadual traz que nenhum resíduo sólido pode ser lançado no sistema público de esgoto,

logo, no estado de São Paulo é ilegal esta prática. Entretanto técnicos da área

concordam que pode haver exceções para ETAs localizadas em áreas urbanas onde não

se encontra área disponível ou que possuam restrições no entorno, tais como ruído,

dificuldade de transporte, etc, ou ainda onde há a disponibilidade técnica e econômica

Page 38: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

38

do tratamento do lodo da ETA juntamente com o lodo de ETE (INSTITUTO DE

ENGENHARIA, 2008).

2.7.4. Disposição de lodos no solo

O lodo proveniente de ETA apresenta teores de metais (Co, Zr, Cd, Cu, Ni, Pb e

Zn) bem próximos do solo, e pode ser utilizado na produção de substratos vegetais ou

espalhado pelo solo. O lodo de sulfato de alumínio deixa o solo mais poroso, retendo

assim mais umidade e aumentando sua coesividade. Deve se ter cautela, pois o alumínio

tende a fixar o fósforo no solo, impedindo sua absorção pelas plantas; sua aplicação

deve ser limitada de 2,2 a 4,4 kg/m² (RICHTER, 2001).

Quando utilizado em substratos o lodo deve conferir: alta absorção de água,

pouca atividade biológica, ausência de substâncias incompatível com o

desenvolvimento das plantas, alta retenção de nutrientes (CTC) e capacidade de

tamponamento contra alterações de pH (ANDREOLI, 2006).

2.7.5. Disposição de lodos na fabricação de cimento

Por possuir os mesmo componentes utilizados como matéria prima do cimento

(CaO, SiO2, Al2O e Fe2O3), o lodo de ETA pode ser utilizado como uma parte da

matéria prima da fabricação do cimento. Existem estudos que mostram que cimentos

com lodos de ETAs como parte de sua composição, apresentam boa resistência

mecânica para: produção de contra pisos, produção de argamassas para assentamento de

componentes e confecção de blocos de concreto não estrutural. Também podem ser

citados os usos que não exigem resistências elevadas, como em guias, sarjetas e

componentes de drenagem, entre outros elementos de infraestrutura urbana (GUERRA,

2005).

Segundo PEREIRA, 2011 pesquisas mostram que há vantagens no uso do lodo

de ETA na produção de cimento, tanto do ponto de vista técnico quanto do ponto de

vista ambiental.

No Brasil a preocupação com o destino final dado ao lodo de ETA é recente. O

lançamento em cursos d’água era a disposição mais comum até a modificação da

legislação quanto à classificação deste resíduo (NBR 10.004/04) e, portanto restringindo

seu lançamento no ambiente. Muitos estudos têm surgido com o objetivo de evidenciar

Page 39: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

39

a vantagem econômica e ambiental no uso do lodo na indústria cerâmica, na fabricação

de cimento e na recuperação de áreas degradadas (PEREIRA, 2011) (ANDREOLI,

2006). O lançamento na rede coletora de esgoto e a mistura do lodo concentrado ao solo

de aterros públicos ou exclusivos têm sido as alternativas mais utilizadas no país.

Em outros países o lodo de ETA é utilizado como matéria-prima em siderúrgicas

(Holanda), indústria cimenteira (EUA, Japão, Alemanha e Inglaterra), revestimento

cerâmico (Japão e Espanha), na cobertura de aterros para evitar a infestação de vetores

(EUA), na agricultura (EUA, Alemanha, Espanha, Japão e Austrália), em cerâmica

vermelha (EUA, China, Espanha, Inglaterra, Índia, Portugal e Holanda), na recuperação

de áreas degradadas (EUA e Austrália) e para a recuperação de coagulantes (EUA,

Polônia, Alemanha e Japão) (PEREIRA, 2011).

Page 40: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

40

3. MATERIAL E MÉTODOS

3.1. Geração de lodo na estação de tratamento de água da EEAR

A Escola de Especialistas de Aeronáutica – EEAR é a instituição de ensino do

Comando da Aeronáutica, que tem por finalidade a formação e aperfeiçoamento de

Graduados da Força Aérea Brasileira. Localizada na cidade de Guaratinguetá-SP, a

EEAR ocupa, atualmente, um espaço de aproximadamente 10 milhões de metros

quadrados, com uma área construída superior a 119 mil metros quadrados, contendo 93

prédios administrativos e 416 residências, distribuídas em três vilas militares. A Estação

de Tratamento de Água da Escola atende uma população de cerca de 5.000 pessoas,

com um consumo de água tratada de cerca de 1.700 m³/dia. A água bruta é coletada do

Ribeirão Guaratinguetá, esta possui boa qualidade, e é de fácil tratamento (MOREIRA,

2011).

A ETA da EEAR clarifica a água através de quatro flocodecantadores – modelo

Accelator, e utiliza sulfato de alumínio como coagulante. Após a floculação e

decantação a água é filtrada por seis filtros rápidos, é desinfetada pela adição de gás

cloro, recebe cal virgem para correção do pH, e o flúor para inibição de cáries. A água

potável é então encaminhada para o reservatório principal e deste para o reservatório

elevado, de onde é distribuída para o consumo da Escola.

Os filtros rápidos da ETA-EEAR, mostrados na Figura 3, são lavados três vezes

por semana, utilizando-se a água potável do reservatório elevado, esta segue em fluxo

ascendente por entre o meio filtrante, retirando as partículas de sujeira retidas durante o

processo de filtração. A água de lavagem segue para o tanque de recirculação existente

na Estação, neste tanque a água se separa dos resíduos retirados do filtro por

decantação, o sobrenadante é bombeado para o início do tratamento, diminuindo as

perdas do processo. O lodo é acumulado no fundo do tanque.

Page 41: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

41

Figura 3 - Filtros rápidos da ETA – EEAR

Fonte: MOREIRA, 2011.

Os sedimentos da floculação se acumulam no fundo do flocodecantador

(Accelator), e formam a maior quantidade de lodo da estação. Os Accelators são limpos

a cada três meses de forma manual, com a utilização de uma lavadora de pressão, para a

retirada de incrustações das paredes e do lodo no fundo do decantador. A descarga da

limpeza é encaminhada para o tanque de recirculação da estação. A Figura 4 ilustra os

flocodecantadores da EEAR, e a Figura 5 o tanque de recirculação:

Figura 4– Accelator ETA – EEAR

Fonte: MOREIRA, 2011

Page 42: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

42

Figura 5 – Lodo formado no Tanque de Recirculação da ETA - EEAR

Fonte: Do Autor

3.2. Amostra do Lodo

O lodo analisado foi coletado em dois pontos da ETA, uma amostra foi coletada

no tanque de recirculação no dia 30 de Setembro de 2014, após a lavagem dos

Accelators 1 e 2 nos dias 29 e 30 de Setembro respectivamente, estando portanto,

presente neste lodo, resíduos provenientes da lavagem dos flocodecantadores e dos

filtros, que são lavados toda segunda, quarta e sexta-feira. A segunda amostra foi

coletada na válvula de descarga do Accelator 2, no dia 13 de Outubro de 2014, sendo

composta pelo lodo formado no fundo deste Accelator. As coletas foram acondicionadas

em embalagens plásticas, como mostra a Figura 6, para posterior análise em laboratório.

Figura 6 – Amostras de Lodo

Fonte: Do Autor

Devido à precisão de alguns equipamentos, foram preparadas duas soluções com

as amostras, para utilização na caracterização do lodo, e após a obtenção dos resultados,

calculou-se o valor correspondente para a amostra inicial de lodo.

Page 43: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

43

Com o lodo do tanque de recirculação foi preparada uma solução com 10 ml de

lodo em 1000 ml de água (fator 100). Com a descarga do Accelator 2 foi preparada uma

solução com 100 ml da amostra, em 1000 ml de água (fator 10).

As soluções preparadas são mostradas na figura 7 abaixo:

Figura 7 – Soluções preparadas com as amostras de lodo

Fonte: Do Autor

3.3. Análises realizadas e Materiais utilizados

3.3.1. Determinação do pH

O pH das amostras foi determinado utilizando-se um pHmetro modelo mPA-210

da MsTecnopon e um béquer de 100 ml com aproximadamente 100 ml da amostra. Este

equipamento forneceu também a temperatura das amostras.

3.3.2. Determinação da Densidade

Para determinar a densidade da amostra, foi pesado em uma Balança digital-

Shimadzu, exatos 10 ml de lodo. A massa encontrada foi dividida pelo volume de 10

ml, fornecendo a densidade da amostra.

3.3.3. Oxigênio Consumido

A demanda química de oxigênio – DQO foi determinada indiretamente através

do método descrito por MACÊDO, 2001, em que é realizada a oxidação da matéria

Page 44: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

44

orgânica utilizando o permanganato de potássio como agente oxidante em meio ácido.

Este método é conhecido como Oxigênio Consumido (PEREIRA et al., 1997).

A quantidade de oxigênio consumido indica a quantidade de matéria orgânica,

que é oxidável nas circunstâncias apresentadas durante o ensaio (MACÊDO, 2001).

Para a determinação do oxigênio consumido foram utilizadas as soluções

preparadas com as amostras de lodo. Foi colocado em um Erlenmeyer de 500 ml, 100

ml de solução, acrescentados 100 ml de Ácido Sulfúrico (H2SO4) 1:3, e 100 ml de

permanganato de potássio (KMnO4) N/80. As amostras foram aquecidas em banho-

maria a 70°C. Após 30 minutos, foram acrescentados a solução 100 ml de oxalato de

amônio ((NH4)2C2O4.H2O) N/80, e esta foi titulada com o permanganato de potássio

N/80, até o aparecimento de uma coloração rósea, determinando-se através do volume

gasto de permanganato a massa de oxigênio consumido pela amostra.

3.3.4. Análise de Metais

Através de análise titrimétrica foi avaliada a presença de ferro, cobre, manganês

e alumínio nas soluções preparadas com o lodo, utilizando-se os conjuntos de teste para

ferro, teste para cobre, teste para manganês e teste para alumínio da Microquant,

mostrados na Figura 8 a seguir:

Figura 8 – Testes utilizados na determinação de metais

Fonte: Do Autor

Page 45: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

45

3.3.5. Análise da dureza total e dureza devido a carbonatos

Foi analisada a dureza total e a dureza devido a carbonatos das soluções

preparadas com as amostras, através do método titrimétrico, utilizando-se os testes para

determinação de dureza Microquant.

3.3.6. Análises da água bruta

A água captada para tratamento na ETA-EEAR é analisada periodicamente ao

longo do dia pelo Operador da Estação para determinação das dosagens adequadas de

sulfato de alumínio, e são demonstrados neste trabalho, para comparação, os resultados

das análises apresentadas no relatório do Operador do dia 30 de Setembro de 2014.

Foram realizadas análises de pH e oxigênio consumido, utilizando os mesmos

procedimentos e reagentes citados anteriormente.

Verificou-se a cor com o uso do colorímetro modelo DLA-cor-Del Lab, e a

turbidez com o turbidímetro modelo DLT-WV-Del Lab.

A alcalinidade total foi determinada titulando-se 100 ml de água em um

Erlenmeyer de 250 ml, com Acido Sulfúrico N/50, utilizando metil orange, fenolftaleína

e tiossulfato de sódio como indicadores. O volume de ácido utilizado multiplicado por

10 fornece a alcalinidade da água devido à presença de hidróxidos, carbonatos e

bicarbonatos. Segundo MACÊDO, 2001 a alcalinidade da água é importante na

determinação da quantidade de floculante a ser utilizado.

3.4. Cálculo da quantidade de lodo gerado na ETA-EEAR

Utilizando as fórmulas apresentadas no item 2.5 estimou-se o volume de lodo

produzido na Estação da EEAR.

Page 46: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

46

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os lodos analisados diretamente ou através do preparo de soluções apresentaram

as características contidas na Tabela 8:

Tabela 8 – Resultados das Análises

Amostra Lodo coletado no tanque de recirculação

Lodo coletado do fundo do Accelator 2

Temperatura °C 27,90 26,50 pH 6,88 5,22 Densidade kg/m³ 993,20 1.003,00 Oxigênio consumido mg O2/L 440,00 39,50 Sólidos totais mg/L 1250 326 Fe mg/L 110,00 11,00 Al mg/L 200,00 15,00 Mn mg/L Não detectado Não detectado Cu mg/L Não detectado Não detectado Dureza carbonatos mg CaCO3/L 1.000,00 150,00 Dureza total mg CaCO3/L 500,00 100,00

Fonte: Do Autor.

O lodo coletado do tanque de recirculação que continha lodo proveniente da

lavagem dos filtros e dos flocodecantadores, apresentou um pH mais próximo da

neutralidade, enquanto o lodo coletado diretamente do Accelator 2 forneceu um pH

mais baixo, devido a maior concentração do coagulante, sulfato de alumínio, que causa

a redução do pH.

Ambas as amostras de lodo demonstraram uma densidade bem próxima à

unidade, evidenciando a grande quantidade de água e o baixo teor de sólidos presentes

em sua composição.

Em relação à matéria orgânica, o lodo que continha os resíduos da lavagem de

filtros apresentou índices maiores - 440 mg/L, porém ambas as amostras contém baixas

DQO quando comparadas aos valores demonstrados por SILVA JUNIOR, 2003, de

DQO variando entre 500 e 10.000 mg./L para lodo de decantadores.

A proporção de metais encontrada no lodo não foi representativa. Não foi

detectada a presença de manganês e cobre em ambas as amostras. Encontrou-se ferro e

alumínio em baixas concentrações, o alumínio presente é decorrente principalmente do

sulfato de alumínio utilizado na coagulação.

Na preparação das soluções para a realização de algumas análises pôde-se

identificar uma maior presença de sólidos no lodo do tanque de recirculação, pois para a

Page 47: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

47

utilização dos mesmos métodos, com esta amostra foi preparada uma solução dez vezes

mais diluída que a preparada com o lodo da descarga do segundo Accelator.

São apresentadas pela Tabela 9 as características da água captada para

tratamento, que também influi nas características do lodo gerado.

Tabela 9 – Características da água bruta tratada na ETA-EEAR

Amostra Água bruta Temperatura °C 25 pH 7,46 Cor (uH) 87,9 Turbidez (uT) 7,53 Alcalinidade Total (mg/l CaCO3) 30 Oxigênio Consumido (mg O2/l) 31

Fonte: Do Autor.

Comparando as características identificadas nos lodos analisados com as da água

bruta tratada na ETA-EEAR, é observada a baixa quantidade de matéria orgânica

encontrada em ambos. Observa-se ainda, a influência descrita por MARGUTI, 2012 da

baixa turbidez da água bruta, na geração de um lodo com baixa concentração de sólidos.

Outro fator que influencia na baixa concentração de sólidos encontrada no lodo é

o método utilizado na limpeza do flocodecantador. A retirada do resíduo através de jatos

de água a alta pressão aumenta consideravelmente a quantidade de água presente e

consequentemente reduz a porcentagem de sólidos.

Para o cálculo do volume de lodo gerado na ETA-EEAR foram utilizados os

dados da Tabela 10, que correspondem aos dados relativos à capacidade da ETA,

características da água tratada e do processo de tratamento, e dados adotados da

bibliografia estudada.

Tabela 10 – Dados utilizados no cálculo do volume de lodo

Dado Valor adotado C - cor da água bruta (uH) 87,9

k1 (valor usual) 1,3 T - turbidez da água bruta (uT) 7,53

k2 - sulfato de Alumínio 0,26 D - dosagem de coagulante (mg/l) 20 - Rendimento da Unidade de Processo adotado

1

Q - Vazão da Unidade de Processo (m³/s) 0,024 C - concentração de sólidos (% m/m) 0,1259

δL - densidade do lodo (kg/m³) 993,2 δ - densidade da água (kg/m³) 1.000

Fonte: Do Autor.

Page 48: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

48

Cálculo da massa de sólidos secos (S – equação 1), precipitada em quilograma

por metro cúbico de água tratada:

Cálculo da massa de sólido (Ms – equação 2), retirada por unidade de tempo do

flocodecantador:

/s

Com a massa de sólidos totais de 1250 mg/L e a densidade de 993,2 kg/m³,

encontradas na análise do lodo do tanque de recirculação, a porcentagem de

sólidos secos no lodo corresponde a C = 0,1259 % m/m, e a massa de lodo (Ml –

equação 3) que precipita é:

E o volume de lodo produzido pode ser calculado (equação 4):

⁄ O volume de lodo produzido na ETA estimado em 6,2515 x 10-4 m³/s,

corresponde a 2,6 % do volume de água tratada – 0,024 m³/s. Esta relação está de

acordo com o apresentado por ANDREOLI et al., 2006, que estabelece o volume de

lodo produzido entre 0,2 a 5,0% do volume de água tratada.

Page 49: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

49

Do estudo apresentado por GUERRA, 2005 sobre a viabilidade da disposição do

lodo de ETAs em aterro sanitário, são apresentados na Tabela 11 os parâmetros

encontrados.

Tabela 11 – Análise do lodo da ETA do município de Rio Claro, SP, após a disposição em lagoas de secagem.

Parâmetro Valor Unidade Sólidos 3,80 % pH 8,28 -- Condutividade 446,33 μs/cm DBO 158,79 mgO2/L DQO 3.234,56 mgO2/L Sólidos Totais 43,57 g/L Sólidos Totais Fixos 36,56 g/L

Sólidos Totais Voláteis 7,01 g/L

Sólidos Sedimentáveis 700,00 ml/L Coliformes Fecais 30,00 UFC/100mL Bactérias Heterotróficas 5,00 x 105 UFC/mL

Fonte: GUERRA, 2005.

O estudo demonstrou que havia a viabilidade da utilização do lodo gerado pela

ETA do município de Rio Claro, SP para mistura ao solo de cobertura do aterro

sanitário da cidade. A concentração de sólidos do lodo de 3,80 % é maior que a

encontrada para a ETA da EEAR (0,1259%), o pH também possui um valor mais

elevado e apresenta alta quantidade de matéria orgânica. Para a consideração deste fim

para o lodo de ETA, outras análises específicas como ensaios de lixiviação e

biodegradação do lodo são necessárias. Entretanto para o resíduo da ETA da Escola de

Especialistas seria necessário atingir uma concentração maior de sólidos.

No trabalho realizado por MARGUTI, 2012 para análise da influência da

disposição do lodo formado na ETA Rio Grande em São Bernardo do Campo na ETE

ABC localizada na cidade de São Paulo, o lodo estudado influiu de maneira positiva

para esta disposição final, mantendo dados aceitáveis na saída da ETE. O lodo disposto

na ETE expressou uma concentração de sólidos de 4,0 % e uma densidade de 1.000

kg/m³. Para esta finalidade o resíduo da ETA EEAR demonstra uma quantidade de

sólidos consideravelmente baixa, devendo ser empregados métodos eficientes para o seu

desaguamento.

A análise realizada por ANDREOLI et al., 2006, para utilização do lodo gerado

pela SANEPAR para mistura à argila na fabricação de tijolos, verificou que a umidade

apresentada pelo lodo interfere na qualidade do tijolo produzido. Foram obtidos

produtos com melhor resistência quando misturado à argila o resíduo com 40% de

sólidos ao invés de 12% de sólidos. Ambos os teores de sólidos considerados neste

Page 50: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

50

estudo para o emprego de lodo na indústria cerâmica, são mais expressivos que os

teores encontrados no lodo objetivo de estudo deste trabalho.

Quanto à aplicação no solo, RICHTER, 2001, alerta quanto à disposição do lodo

de sulfato de alumínio no solo. Quando a quantidade de lodo é limitada para de 2,2 a 4,4

kg/m² diminui-se a influência do alumínio na fixação do fósforo pelas raízes das

plantas. Neste aspecto o lodo estudado poderia ser considerado devido às baixas

concentrações de alumínio (200 mg/L – 0,02%) e demais metais encontrados.

O resíduo gerado nos decantadores e filtros da ETA EEAR, não apresentou

concentração considerável de sólidos, para sua aplicação direta em aterros sanitários ou

na indústria cerâmica. Este fato deve-se à baixa turbidez da água captada para

tratamento na Estação, e ao uso do sulfato de alumínio como coagulante no processo,

que como mostrado na literatura contribuem para um lodo com baixo teor de sólidos. A

utilização de grande volume de água na limpeza dos flocodecantadores e na limpeza dos

filtros também influi nesta característica.

O lançamento de resíduos sólidos na rede de esgoto é vedado pela Lei n°

12.300/06 do Estado de São Paulo.

Uma alternativa para sua disposição seria a aplicação no solo devido ao seu

baixo teor se metais. Testes específicos que avaliem adequadamente a toxicidade e a

composição microbiológica do lodo devem ser realizados para constatação.

Com a implementação de um dos métodos de desaguamento indicados para

estações de pequeno porte, como as lagoas ou leitos de secagem, a concentração de

sólidos do lodo pode ser aumentada, viabilizando o reaproveitamento dos sólidos

gerados nos destinos descritos anteriormente. Os métodos mecânicos de desaguamento

exigem a concentração mínima de 20% de sólidos para seu uso (RICHTER, 2001).

O procedimento adotado atualmente pela ETA quando da lavagem do tanque de

recirculação onde o lodo fica acumulado, é o seu lançamento no terreno, ocorrendo sua

percolação no solo. Ainda não foram realizadas análises que avaliassem a influência que

esta disposição tem sobre o terreno. A construção de uma lagoa de secagem para a ETA

permitiria a separação e concentração dos sólidos de forma adequada.

Page 51: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

51

5. CONCLUSÃO

O estudo das características do resíduo gerado em Estações de Tratamento de

Água, e a caracterização do lodo gerado na ETA da Escola de Especialistas de

Aeronáutica em Guaratinguetá permitiram chegar às seguintes conclusões:

O lodo da ETA-EEAR apresenta baixa concentração de sólidos, devido a

três fatores: uso do sulfato de alumínio como coagulante, utilização de grande volume

de água na limpeza dos flocodecantadores e na limpeza dos filtros, e a baixa turbidez da

água captada para tratamento;

O baixo teor de sólidos impossibilita a disposição do lodo em aterros ou

sua utilização na indústria cerâmica. O despejo em cursos d’água não é recomendável,

pois contribui para o aumento da quantidade de sólidos, alterando negativamente as

propriedades do curso d’água. O lançamento na rede coletora de esgoto não é legal no

Estado de São Paulo;

A lagoa ou o leito de secagem se mostram como os meios de

desidratação mais adequados para o resíduo da ETA, devido ao baixo volume de lodo

gerado e em decorrência da remoção não contínua;

Devido à baixa concentração de metais presentes em sua composição,

principalmente do alumínio, a disposição no solo consiste em uma alternativa para

estudo de destinação do resíduo, depois de sua adequada desidratação. Testes mais

específicos devem ser realizados para confirmação, mediante análise da toxicidade e

composição microbiológica.

Page 52: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

52

6. REFERÊNCIAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR - 10.004 Resíduos Sólidos -

Classificação, 2004. 71p.

ANDREOLI, Cleverson V. et al. Alternativas de Uso de Resíduos do Saneamento.

Rio de Janeiro: ABES, 2006. 398p.

ANDREOLI, Cleverson V.; VON SPERLING, Marcos; FERNANDES, Fernando.

Lodo de esgotos: tratamento e disposição final. Belo Horizonte: Departamento de

Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG; Companhia de Saneamento do Paraná,

2001. 484p.

AWWA American Water Works Association. Land Application of Water Treatment

Sludge’s: Impact and Management. USA:AWWARF, 1990.

BRASIL. Casa Civil. Lei n° 12.305, de 02 de Agosto de 2010. Institui a Política

Nacional de Resíduos Sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e

dá outras providências. Disponível em:

<http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2007-2010/2010/Lei/L12305.htm>. Acesso

em: 30 Mar. 2014.

BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 2.914, de 12 de dezembro de 2011. Dispõe

sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para

consumo humano e seu padrão de potabilidade. Disponível em: <

http://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/gm/2011/prt2914_12_12_2011.html>. Acesso

em: 06 Abr. 2014.

CHÁVEZ PORRAS, Álvaro. Uso de lodo de estação de tratamento de água e

agregado reciclado miúdo na fabricação de elementos de alvenaria. 2007. f 212.

Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e

Urbanismo – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2007.

Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo – SABESP.

Água/Tratamento de água/Fluoretação. Disponível em

<http://site.sabesp.com.br/site/interna/Default.aspx?secaoId=33>. Acesso em: 30 Mar.

2014.

Page 53: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

53

ESCOLA DE ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA. Finalidade/Atribuições.

Disponível em < http://www.eear.aer.mil.br/>. Acesso em: 06 Abr. 2014.

GUERRA, Ricardo C.; Caracterização e biodegradação de lodo de estações de

tratamento de água para descarte em aterro sanitário. 2005. f 92. Dissertação

(Mestrado em Ciências Biológicas) – Instituto de Biociências - Universidade Estadual

Paulista “Julio de Mesquita Filho”, Campus de Rio Claro, São Paulo, 2005.

HAAK, Wando; Condicionamento químico de lodo de estação de tratamento de

água com monitoramento através de potencial redox. 2011. f 195. Dissertação

(Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e

Urbanismo – Universidade Estadual de Campinas – Campinas, 2011.

INSTITUTO DE ENGENHARIA; Relatório de conclusões do Seminário Nacional

sobre tratamento, disposição e usos benéficos de lodos de estações de tratamento de

água, São Paulo, 12p. 2008, disponível em:

<http://site.sabesp.com.br/site/interna/Default.aspx?secaoId=360>. Acesso em: 29 Mar.

2014.

KATAYAMA, Victor Takazi; Quantificação da produção de lodo de estações de

tratamento de água de ciclo completo: uma análise crítica. 2012. f 143. Dissertação

(Mestrado em Engenharia) – Escola Politécnica - Universidade de São Paulo, São

Paulo, 2012.

MACÊDO, Jorge Antônio Barros de. Águas & Águas – Métodos Laboratoriais de

Análises Físico-Químicas e Microbiológicas. Juiz de Fora - MG: MACÊDO, 2001.

302p.

MARGUTI, André Luiz; Efeito do recebimento de lodos oriundos de estações de

tratamento de água nos processos de tratamento de esgoto por lodos ativados

convencional. 2012. f 145. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola Politécnica

- Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012.

MOREIRA, Thiago G. A.; Influência da corrosão na potabilidade da água no

sistema de distribuição da estação de tratamento na Escola de Especialistas de

Aeronáutica. 2011. f 68. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia

Page 54: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

54

Industrial Química) – Escola de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo,

Lorena, 2011.

OLIVEIRA, W. E.; GAGLIANONE, S.; YASSUDA, E. R.; NOGAMI, P. S.;

PEREIRA, B. E. B.; MARTINS, J. A. Técnica de Abastecimento e Tratamento de

Água. 2° ed. São Paulo: CETESB, 1976, v. 1. 549.

PÁDUA, Valter Lúcio de. Remoção de microrganismos orgânicos no tratamento de

água para consumo humano. Rio de Janeiro: ABES, 2009. 391p.

PEREIRA, Carlos Eduardo; ORNELAS, Romino Barreto; SÁ, Paula Frassineti G. de.

Estimativa e quantificação de matéria orgânica em águas – uma avaliação metodológica

e proposição de mudanças. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e

Ambiental, 19., 1997, Foz do Iguaçu. Trabalhos técnicos... Rio de Janeiro: ABES,

1997. p.6. Disponível em: <http://www.bvsde.paho.org/sde/ops-

sde/portugues/bvsdepor.shtml>. Acesso em: 31 Out. 2014.

PEREIRA, Vanessa Egidio, Disposição de lodo adensado de ETA em ETE com

tratamento primário quimicamente assistido. 2011. f 169. Dissertação (Mestrado em

Engenharia) – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo – Universidade

Estadual de Campinas, Campinas, 2011.

RICHTER, Carlos A. Água Métodos e Tecnologia de Tratamento. São Paulo: Edgard

Blücher, 2009. 340p.

RICHTER, Carlos A. Tratamento de Lodos de Estações de Tratamento de Água. 1°

ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2001. 102p.

SÃO PAULO (Estado). Lei Estadual nº 12.300, de 16 de março de 2006. Institui a

Política Estadual de Resíduos Sólidos e define princípios e diretrizes. Disponível

em: <http://www.ambiente.sp.gov.br/cpla/files/2012/09/2006_Lei_12300.pdf>. Acesso

em: 12 Maio 2014.

SARTORI, Hiram Jackson Ferreira; NUNES, Marcos Soares. Caracterização

geotécnica de lodos provenientes de estações de tratamento de água e de esgotos

sanitários. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E

Page 55: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/bibliotecas/monografias/2014/MIQ14032.pdf · ... de Água da EEAR, e propor alternativas para sua destinação

55

AMBIENTAL, 19°, 1997, Foz do Iguaçu, PR. Anais. Foz do Iguaçu, PR: ABES, 1997.

Temas II-022, p. 1151-1156.

SILVA JÚNIOR, P. Archimedes. Tratabilidade do lodo de decantadores

convencional e de alta taxa. 2003. 159 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) –

Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo – Universidade Estadual de

Campinas, Campinas, 2003.

TIBA, W. M. Comparação técnica visando a substituição do coagulante sulfato de

alumínio pelo sulfato férrico no tratamento de água de abastecimento. 2012. f 102.

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Industrial Química) –

Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2012.

VON SPERLING, Marcos. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de

esgotos: Princípios do tratamento biológico de águas residuárias. 3° Edição. Belo

Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – DESA; Universidade

Federal de Minas Gerais – UFMG, 2005. 452p.