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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
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
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.
4
Aos meus pais, Roberto e Cristina, e à
minha irmã Ana, pelo apoio e palavras de
incentivo em todos os momentos.
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.
6
Não te deixes vencer do mal, mas vence o
mal com o bem.
Romanos 12:21
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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.
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.
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
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).
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
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.
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,
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:
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
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.
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
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:
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;
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,
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.
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).
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);
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
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
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
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).
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.
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
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.
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
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
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.
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
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.
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.
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
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.
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.
52
6. REFERÊNCIAS
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