Gerenciamento de Resíduos Gerados no Tratamento de Água

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009

Gerenciamento de Resíduos Gerados no Tratamento deÁgua

1.0. Contextualização

Segundo IBGE/DPIS (2000), a indústria de tratamento deágua do Brasil produz cerca de 41.106 m3/dia de águatratada, através de estações de tratamento de água (ETAs)convencionais e não convencionais e tratamento pordesinfecção simples. No universo das ETAs existentes, asETAs convencionais de ciclo completo são responsáveis pelaprodução de cerca de 30,5.106 m3/dia, ou seja, 93 % da águatratada. As ETAs podem ser vistas como mini fábricas deresíduos, com produção na faixa de 1 a 4 % do volume totalde água tratada, que corresponderia à geração de 613.037m3/dia de resíduos de ETAs. Este quadro apresentado pelaindústria brasileira de água suscita à crescente necessidadede gerenciamento adequado desses resíduos, à medida queaumenta a pressão ambiental no setor.

Na indústria da água, a matéria prima (água bruta)recebe produtos químicos (coagulantes, cal, cloro etc.) emediante operações e processos transforma-se em águapotabilizada. Como em todo processo industrial detransformação de matéria prima, há geração de resíduos (nosdecantadores, água de lavagem dos filtros e lavagem da casade química) que, via de regra, podem ser tóxicos ao homem eao meio ambiente.

(Faber1, 1969 apud Cordeiro 1993) reporta que oproblema dos resíduos de estações de tratamento de água, temsido objeto de preocupações desde a década de 30, nosEstados Unidos. A partir de trabalho desenvolvido porHerbert Hudson; mas os resultados obtidos não forampublicados. Em 1946, as primeiras preocupações formais

1 FABER, H. A. (1969). Report on what is knoow – Conference introductorystatement. JAWWA, Denver, v. 61, n. 16, p.542 – 543.

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009começaram a surgir, através da American Water WorksAssociation - AWWA, com a formação do Comitê “E. 5-8 –Disposição de Resíduos de Estações de Tratamento de Água eEstações de Abrandamento”. (Dean2, 1954) apud Cordeiro 1993)considera-se a primeira publicação sobre resíduos deestações de tratamento de água convencionais.

1.2. Problemática dos Resíduos de ETAs no Brasil

Os primeiros trabalhos de pesquisas desenvolvidos sobreo problema dos resíduos de ETAs tiveram início na década de70. Almeida (1975) apresentou no Congresso da AssociaçãoBrasileira de Engenharia Sanitária - ABES trabalhoconsiderado o primeiro divulgado sobre o tema. Cordeiro, em1977, no Congresso da ABES, apresentou levantamento inicialsobre o tema, mostrando na época o que já havia sidodivulgado em nível mundial.

A primeira dissertação de mestrado sobre o tema foidesenvolvida por Cordeiro (1981) na Escola de Engenharia deSão Carlos - USP, a qual apresentou discussão ampla (para aépoca) sobre caracterização, remoção de água e possíveisutilizações do lodo. Além disso, Cordeiro e Hespanhol (1981)apresentaram resultados dessa pesquisa no XXI Congresso daABES.

Após esses trabalhos a SABESP (1987) contratou umestudo para busca de soluções para os lodos das ETAs daRegião Metropolitana de São Paulo - RMSP. Nesse períodocinco ETAs, tratavam 47,6 m3/s e o objetivo do trabalho erabuscar alternativas para recuperação de águas de lavagem,tratamento e disposição dos resíduos das ETAs. As soluçõespropostas para a remoção de água foram: centrífugas, filtro-prensa, filtros de esteiras e lagoas de lodo. Apesar disso,esses sistemas nunca foram implantados completamente.Somente nas ETAs Guaraú e Alto da Boa vista foramconstruídos sistemas de recuperação de água de lavagem defiltros.2 DEAN, J. B. (1953). Disposal of waste from filter plants and coagulation basins. JAWWA, Denve, v.45, n. 11. p. 1226-37, dec.


Grandin (1992) realizou pesquisa na Escola Politécnicada USP - SP sobre a remoção de água de lodos de ETAsconvencionais de ciclo completo, utilizando filtro-prensas.Cordeiro (1993) apresentou a tese de doutorado junto aoprograma de Pós Graduação em Hidráulica e Saneamento daEscola de Engenharia de São Carlos/USP – SP. No trabalho foielaborado um estudo detalhado sobre o problema, enfocandoquestões de quantificação, caracterização, remoção de água eos impactos ambientais provocados em cursos d'água. Tambémforam definidos ensaios para a simulação de filtros- prensa,filtros a vácuo e leitos de secagem.

Após esses estudos houve, no final da década de 90 umacréscimo nas pesquisas sobre o tema. Aspecto importante aser mencionado foram as mudanças no campo normativo elegislativo, os quais influenciaram e acentuaram apreocupação com o tema.

Barbosa (2000) realizou estudos sobre o impacto deefluentes (lodos) de estações de tratamento de água à biotaaquática através de testes de toxicidade. Magalhães (2003) eMorita (2002) estudaram a viabilidade da incorporação delodo de ETAs em indústrias cerâmicas, enquanto Andrade(2005) desenvolveu estudos de avaliação de impacto ambientaldecorrentes da utilização de resíduos do tratamento de águaem indústria de cerâmica vermelha. Outros estudos comoCarvalho (2000) e Chao (2006) avaliaram a possibilidade deuso dos lodos de ETAs em sistemas de esgotos.

A necessidade de conhecer melhor o problema temincentivado pesquisas no intuito de avaliar o potencialtóxico, quantificação e caracterização dos resíduos de ETAs.Ademais, houve pesquisas no sentido de estudar técnicas deremoção de água e lançamento desses resíduos em rede decoleta de esgoto e em estação de tratamento de esgoto. Entreas técnicas de remoção de água, maior destaque se deu paraestudos que envolvem sistemas mecânicos com aplicação decondicionantes, principalmente centrífugas e filtros prensasem detrimento aos sistemas naturais. Tal aspecto merecereflexão, visto o enorme potencial brasileiro quanto àscondições climáticas e disponibilidade de áreas. Nesse

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009sentido, observam-se avanços principalmente quanto aodesenvolvimento de tecnologias alternativas de desaguamentopor sistemas naturais, especialmente leitos de secagemtradicionais.

Na prática, os projetos das estações de tratamento deágua combinados com tratamento dos resíduos gerados nãoapresentaram grandes mudanças. Há ainda ações desarticuladasentre os diversos institutos de pesquisas e principalmentequanto à transferência de tecnologia para empresas,municípios e estados.

Pode-se assegurar que no Brasil, menos de 0,5 % dasETAs possuem sistemas de remoção de água do lodo e/ourecuperação de água de lavagem de filtros e na maioriadesses, os operadores citam que existem problemasoperacionais.

Nesse sentido, algumas pesquisas foram desenvolvidaspor Achon e Cordeiro (2002), utilizando leitos de secagemque foram modificados por Cordeiro (2001), dentro doPrograma de Pesquisa em Saneamento Básico – PROSAB. Osresultados obtidos diminuíram o tempo de remoção da águalivre, além do drenado possuir boa qualidade, permitindo suareutilização ou recuperação. Ressalta-se que o leito desecagem modificado em Cordeiro (2001) recebeu a denominaçãode leito de drenagem. O mesmo foi estudado e construído emescala real por Fontana (2004), no município de Cardoso-SP etem apresentado resultados satisfatórios.

Na ETA - Rio Descoberto e ETA - Pipiripau situadas emBrasília - DF, os sistemas foram projetados como filtraçãodireta e nessas, as águas de lavagem dos filtros sãoencaminhadas ao adensamento por gravidade e posteriormentepara centrífugas para remoção da água livre. Essa águaretorna ao adensador e os sólidos são descartados ematerros.

No caso de Cubatão - SP, os órgãos de meio ambienteexigiram soluções para o problema dos resíduos da ETA quetrata cerca de 4 m3/s. Nesse caso foram projetados sistemasde filtros- prensa de esteiras. Em Campinas, Franca,Piracicaba e Ibaté, no estado de São Paulo, e Curitiba, no

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009Paraná construíram, recentemente, sistemas de tratamento deresíduos constituído por adensamento por gravidade ecentrífugas, porém praticamente todos apresentamdificuldades operacionais.

Os sistemas de desaguamento de resíduos de ETAsatualmente existentes no Brasil, ainda possuem problemas aserem solucionados, seja na questão operacional ou nodescarte dos sólidos após a remoção de água.

Os sólidos resultantes da remoção de água dos resíduosde ETAs podem ser incorporados em concreto, usados emcerâmicas e demais usos. Nesses casos, torna-se necessárioaprofundar o conhecimento das micropropriedades dessesresíduos, para visualizar potenciais usos.

Por outro lado, Morita et al. (2002) reportam que o órgãoambiental paulista CETESB (Companhia de Tecnologia deSaneamento Ambiental) tem intensificado o controle sobre olançamento de lodos gerados de ETAs em cursos d'água,forçando a concessionária de saneamento a buscar soluções,com grande ênfase ao tratamento do lodo e relega, em segundoplano, a disposição final.

1.3. Geração de Resíduos em ETAs Convencionais de

Ciclo Completo

As estações de tratamento de água (ETAs) convencionaisde ciclo completo removem partículas finas, em suspensão eem solução, presentes na água, incluindo substâncias húmicas(responsáveis pela cor, COT). Durante o tratamento, aplicam-se produtos químicos que desestabilizam as partículascoloidais e auxiliam a formação de flocos (hidróxidosmetálicos) com tamanho suficiente para sua posteriorremoção.

A remoção desses flocos é realizada nos decantadoresconvencionais ou de alta taxa com descarte em regime debatelada e semicontínuo, respectivamente.


Parcela dos flocos que não sedimentam passam aosfiltros para clarificação final. Assim, a estação detratamento de água produz água para abastecimento e geraresíduos na forma de lodos acumulados nos decantadores eágua de lavagem dos filtros. Na Figura 4.1 está ilustradouma ETA convencional de ciclo completo típica e osrespectivos locais de geração de resíduos.

Figura 4.1 – Ilustração de uma ETA convencional elocais de geração dos resíduos.Fonte: adaptado de Cordeiro (2001).

1.3.1 Características dos Resíduos Gerados em ETAs

Os resíduos gerados em ETAs consistem em uma combinaçãoentre fase sólida e líquida. Ressalta-se que a maior parceladestes resíduos corresponde à fase líquida. Assim, ascaracterísticas dos resíduos influenciam a remoção de água econseqüentemente são essenciais para definir os sistemas deredução de volume e viabilizar seu gerenciamento.

Há diversos modelos que procuram definir as frações deágua presentes nos lodos. Vesilind e Hsu (1997); Smollen eKafaar (1994) apresentam um modelo geral, no qual define os

Auxiliar de coagulante coagulan

te

Mistura Rápida

Mistura Lenta

Decantador Filtros

Correção de pH Desinfetan

te

Lodo de decantadore

s

Água de lavagem dos FiltrosProdutos

químicos

ResíduosÁgua

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009diferentes estados físicos da água, conforme pode serobservado na Figura 4.2:

Água livre – água não associada aos sólidos e que podeser facilmente separada por sedimentação gravitacionalsimples;

Água intersticial ou capilar – água presente nointerior ou intimamente ligada aos flocos. Esta água podeser liberada quando há quebra do floco, mediante aplicaçãode força mecânica, tais como centrífugas;

Água vicinal – associada às partículas sólidas porvirtude da estrutura molecular da água, pontes dehidrogênio;

Água de hidratação – água quimicamente ligada àspartículas sólidas e pode ser liberada somente pordestruição termoquímica das partículas.

Água livre

Água intersticial

Água vicinal

Água de hidratação ligada à superfície das partículas

Figura 4.2 – Ilustração das frações de água constituintesdos lodos de ETAs.Fonte: adaptado Smollen e Kafaar (1994).

As quantidades relativas das diferentes frações de águadeterminam as características de retenção de água dosresíduos e, conseqüente, desempenho dos sistemas de remoçãode água (Reali, 1999).

Na composição dos resíduos gerados em ETAs encontram-semetais, sais diversos, plâncton e microrganismos, entreoutras substâncias orgânicas e inorgânicas. As partículaspresentes na água a ser tratada são basicamente colóides queconferem à mesma, cor e turbidez. Os colóides têm tamanho

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009que varia de 1nm (1nm=10-6 mm) e 1m (1m= 10-3 mm) e sãoincorporados aos flocos. Essa característica faz com que oslodos tenham dificuldade de remoção da água livre, medianteespessamento e desaguamento (Cordeiro, 2001).

Os metais, em especial o alumínio, exercem papel dedestaque face suas potenciais ações tóxicas, além depossíveis efeitos positivos e negativos nas técnicas detratamento, disposição e reutilização desses resíduos. Outroaspecto é que, os metais podem estar concentrados porcomplexantes, principalmente orgânicos, presentes na faselíquida do lodo, Gutekunst3 apud ASCE e AWWA (1996).

Segundo Cordeiro (1993), a caracterização dos resíduosde ETAs se torna fundamental para avaliação de possívelimpacto ambiental, métodos de remoção de água e disposiçãofinal. ASCE e AWWA (1996) ressaltam que as característicasquímicas interferem mais na disposição final e nos estudosde reaproveitamento, que nos processos de manejo,adensamento e desaguamento.

Na Tabela 4.2 as características dos resíduos dedecantadores e de água de lavagem de filtros (ALAF) dediferentes ETAs brasileiras e adicionalmente comparadas comos parâmetros de lançamento estabelecidos pela ResoluçãoCONAMA 357/05.

Tabela 4.2 - Características dos resíduos de diferentes ETAsno Brasil.

3 GUTEKUNST, B.; HAHN, H.H. (1983). Investigation to reduce heavy metalconcentration in municipal sludges with the aid of complexing substances. BMFT ResearchReport, 3:158, Karlsruhe Univ., West Germany.


Parâmetros Unidade

CONAMA357/05

Lodo dedecantadores

Água delavagem defiltros

ETA1(a)

(DC)

ETA2(b)

(DC)

ETA3(c)

(DAT)

ETA1(d)

ETA3(e)

pH - 5-9 7.2 7.4 8.93 6.9 8.4–9.2

sólidossedimentávei

s

ml/L 1 - - 3.4 -

sólidossuspensos

mg/L - 26520 15330 775 59 200-440

Alumínio mg/L - 11100 30 2.16 0.3 -Arsênio mg/L 0.5 - - - - -Cádmio mg/L 0.2 0.02 0.27 ND ND NDChumbo mg/L 0.5 1.6 1.06 ND ND 0-1.5Cobre

dissolvidomg/L 1 2.06* 0.91* 1.7* 0.06* -

Cromo VI mg/L 0.5 1.58* 0.86* 0.19* ND 0-0.56*Cromo III mg/L 2

Ferrosolúvel

mg/L 15 5000 4200 214 6.9 8.7-31.9

Mercúriototal

mg/L 0.01 - - - - -

Níquel total mg/L 2 1.8 1.16 ND ND 0-0.01

Prata total mg/L 0.1 - - - - -Zinco total mg/L 5 4.25 48.53 0.1 0.64 0-

0.01a: DC - Lodo de decantador convencional (sulfato de alumínio comocoagulante). Fonte:Barroso e Cordeiro (2001)b: DC - Lodo de decantador convencional (utiliza cloreto férrico comocoagulante). Fonte: Barroso e Cordeiro (2001).c: DAT - Lodo de decantador de alta taxa com descarga periódica (utilizacloreto férrico como coagulante). Fonte: Barroso e Cordeiro (2001).d: Água de lavagem de filtros de ETA que utiliza Sulfato de Alumínio(Filtração com taxa constante). Fonte: Di Bernardo et al. (1999). ND –Não detectadoe: ETA convencional alta taxa (utiliza cloreto férrico como coagulante).Fonte: Souza (2004).*cromo total; ferro total; manganês total, cobre total.


4.4.3 Micropropriedades e Macropropriedades de resíduosde ETAs

As características tidas como tradicionais na área dosaneamento ambiental são fundamentais na definição dopotencial poluidor e disposição final dos resíduos de ETAs.Todavia, deve ser acrescida a avaliação de variáveis nãotradicionais, que permitam a visão mais abrangente dascaracterísticas dos resíduos de ETAs. Estas variáveis nãotradicionais estão contidas nas micropropriedades emacropropriedades propostas inicialmente por Knocke eWakeland (1983) e melhor desenvolvidas por Dharmappa et al.(1997).

As micropropriedades definem as característicasintrínsecas do lodo, e podem ser tratadas comocaracterísticas de suspensão, enquanto, as macropropriedadesdescrevem as características relativas à tratabilidade dosresíduos e são dependentes das micropropriedades. Dharmappaet al. (1997) reportam as principais micropropriedades emacropropriedades consideradas na caracterização de resíduosde ETAs, conforme listado na Tabela 4.4.

Tabela 4.4 – Micropropriedades e macropropriedades dosresíduos de ETAs

Micropropriedades MacropropriedadesDistribuição e tamanho dos flocos

Velocidade de sedimentação

Estrutura/forma dos flocos FlotabilidadeTensão de cisalhamento do floco

Centrifugabilidade

Densidade Velocidade de drenagem em lagoas

Concentração de sólidos Resistência específicaViscosidade e temperatura Tempo de filtraçãoTensão superficial Velocidade de drenagem no

solo“Frações” de água Tempo de sucção por


capilaridadeComposição química* CompressibilidadeConcentração de matéria orgânica*

Lixiviação

pH e alcalinidade* Força cisalhanteCarga das partículas

Fonte: Dharmappa et al. (1997).* Caracterização da avaliação do potencial poluidor deresíduos de ETAs

As micropropriedades e macropropriedades devem serdeterminadas e avaliadas para permitir a tomada de decisõesquanto ao processo de remoção de água e aproveitamento dosresíduos de ETAs. Esta avaliação deve ser feita comobservação da abordagem a que se remete.

Deve-se salientar que as propriedades importantes paraestudos de remoção de água por sistemas naturais podemdiferir, enormemente, daquelas usadas em estudos porsistemas mecânicos de remoção. Acrescentam-se ainda,diferenças substanciais entre as diversas tecnologias detratamento que compõem os sistemas mecânicos ou naturais dedesaguamento.

Tais considerações são importantes para reduzir o ônuse o tempo necessário, para um determinado estudo detratabilidade de resíduos de ETAs.

4.3 Sistemas de Desaguamento de Resíduos de ETAs

O tratamento ou redução de volume de resíduos de ETAspode ser realizado basicamente, a partir do uso sistemasnaturais e/ou sistemas mecânicos de remoção de água,compreendendo os diversos métodos e etapas apresentados naFigura 4.5.

O Brasil, muitas vezes, reune condições favoráveis deespaço e recursos naturais, seja matéria prima, insumos eabundância de energia proveniente do sol (biomassa, energiasolar, etc.), ao contrário da maioria dos paisesdesenvolvidos que historicamente conduziram o

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009desenvolvimento de tecnologias de tratamento de água e deresíduos. Estas condições, quando aliadas ao baixo custo deinstalação e operação, indicam potencial vantagem na adoçãode sistemas naturais para o tratamento de resíduos de ETAs.Dessa forma, será destacado o desaguamento por sistemasnaturais que envolvem, de maneira geral, as lagoas de lodo eleito de secagem, incluindo particularmente leito dedrenagem.

Figura 4.5 – Ilustração esquemática das diversas etapas emétodos de tratamento de resíduos gerados em ETAs.

SISTEMAS NATURAIS

No que tange às pesquisas desenvolvidas, pode-se dizerque existem dados referentes a processos de remoção de águapor sistemas naturais, tais como: leitos de secagemmodificados e lagoas de lodo que permitem discutir essassoluções com mais efetividade. Os problemas enfrentadospelos sistemas das cidades de Rio Claro e São Paulo, noestado de São Paulo, são exemplos discutidos a seguir.

Tratamento de água

Decantador Convencional

Decantador de alta taxa

Flotador

Equalização/ Condicionar

Desaguamento por sistemas naturais

Desaguamento por sistemas mecânicos

Destinação final

Sistemas térmicos- congelamento- pirólise- aquecimento

Filtros(ALAF)

Tanque de equalizaç

ão

Adensamento

Lagoas de lodo

Adensamento por

gravidade

Leito de secagem

Leito de drenagem

Polímeros

(catiônicos/

aniônicos)

Adensamento por

flotação

Adensamento

mecânico por

esteira

Filtro prensa

Filtro a vácuo

Filtro de esteira

Centrífuga

Tijolos cerâmicos

concreto

Recuperação de

coagulantes

Disposição em ETEs

Aterro sanitário


Em 1991 entrou em operação a ETA Taioçupeba, situada naregião do Alto Rio Tietê com vazão final de projeto de 15m3/s na RMSP, gerenciada pela SABESP. Nesse sistema foramprojetados: tanques de recuperação de água de lavagem defiltros; lagoas de lodo para remoção de água do lodo dosdecantadores e do lodo resultante dos tanques de recuperaçãode água de lavagem de filtros. Esse sistema se mostroutotalmente ineficiente, pois não era possível remover a águado lodo de forma adequada. O problema nesse caso foi aconcepção do projeto. O mesmo não levou em conta o clima e ageologia da região. A ETA situa-se em região de alta umidadeque não permite a evaporação adequada da água livre presenteno lodo. Além disso, a distribuição de tamanho daspartículas foi potencialmente decisiva na"impermeabilização" do fundo das lagoas, impedindo apercolação da água para o solo – vale salientar que estaprática, de prever infiltração no solo/fundo de lagoa, vemsendo combatida.

A utilização de lagoas de lodo também não se mostrouefetiva na ETA de Rio Claro - SP. Nessa estação foramprojetadas e construídas lagoas cujo fundo era impermeável.O lodo disposto nessas lagoas é deixado em repouso,proporcionando a sedimentação das partículas e osobrenadante é removido através de tubulações que funcionamcomo vertedores. O grande problema desse sistema dizrespeito ao projeto e à operação, principalmente relativo àremoção do sobrenadante e formação de uma camada de águaintermediária entre o fundo impermeável e camada de lodoseco, quando da infiltração de água pluvial, conforme seobserva na Figura 4.6.


Figura 4.6 – Camada de água sob lodo seco em lagoas de lodo.Fonte: Achon e Cordeiro (2003).

Na ETA Rio Descoberto e ETA Pipiripau, situadas emBrasília - DF, os sistemas foram projetados como filtraçãodireta, e nessas, as águas de lavagem dos filtros sãoencaminhadas ao adensamento por gravidade e posteriormentepara centrífugas, que fazem a remoção da água livre. Essa águavolta para o adensador e os sólidos são descartados ematerros. No entanto, segundo os responsáveis, esse descartede sólidos está sendo considerado como temporário pelosórgãos ambientais. Deve-se enfatizar que os adensadoresconsomem energia e produtos químicos, além de apresentarproblemas operacionais e de manutenção. É necessário aindacomputar o custo das centrífugas empregadas nesses sistemas.

No caso de Cubatão - SP, os órgãos de meio ambienteexigiram soluções para o problema dos resíduos da ETA, quetrata cerca de 4 m3/s. Nesse caso, foram projetados sistemasde filtros prensa de esteiras.

Apesar das várias experiências com sistemas mecânicos,o uso de sistemas naturais também tem sido usado com êxito,a exemplo dos casos de Cardoso e Guaíra (São Paulo), CampoGrande (Mato Grosso do Sul) e outros.

Os sistemas atualmente existentes no Brasil aindapossuem problemas a serem solucionados, seja na questãooperacional, seja no descarte dos sólidos após a remoção deágua. No caso das lagoas, a possibilidade de sua utilização

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009deve ficar restrita às regiões de alta insolação e com solopermeável, desde que os lençóis subterrâneos sejammonitorados para evitar a possibilidade de poluição.

Os sistemas de leitos de drenagem (leitos de secagemmodificados) têm mostrado alto desempenho em protótiposdesenvolvidos e aplicados nas ETAs de São Carlos e Rio Claro- SP, e em sistemas reais, como é o caso de Cardoso eGuairá. Dessa forma, mostram-se alternativas promissoras,principalmente em locais onde as ETAs possuem áreas próximasdisponíveis. Além disso, as águas excedentes ou de processopodem ser recuperadas.

2.2.1 Sistemas naturais de desaguamento – Leito de Drenagem

A tecnologia dos leitos de secagem tem sido utilizadapara remoção de água de rejeitos de diversos tipos detratamento de águas residuárias e de abastecimento desde oinício do século XX, e, a partir de então, vem sendoaplicada praticamente sem mudança considerável em suaestrutura física.

Cordeiro (1993;2001), estudou a possibilidade demodificação dessa estrutura e observou que a colocação demanta de geotêxtil sobre a camada filtrante do leitopossibilitava a remoção mais efetiva da água livre doslodos, mesmo utilizando areias de construção (grossa efina), adquiridas no mercado, como meio filtrante. Essaareia era lavada e os leitos testados com espessura de areiade 5 e 10 cm. Os resultados obtidos evidenciaram que a areiae a espessura da camada filtrante não eram decisivos naremoção de água livre.

Os estudos evoluíram e no PROSAB 2 – Tema 4, Cordeiro(2001) desenvolveu a proposta de um leito modificado 2, ondea areia foi removida e o leito constituído de uma camada debrita 01 com 5 cm e sobre ela manta geotêxtil, com a camadade lodo atingindo até 50 cm. A Figura 4.7 ilustra a evolução

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009dos sistemas de leitos de secagem, estudada por Cordeiro,desde o tradicional até o desenvolvido no PROSAB.

O tempo de drenagem da água livre diminuiu bruscamentecom o novo arranjo (modificado 2), como mostra a Figura 4.8,que compara o Leito de secagem tradicional, o modificado porCordeiro em 1993, nomeado como modificado 1, e remodelado em2000, recebendo a denominação de modificado 2.

Figura 4.7 – Etapas de desenvolvimento dos sistemas deleitos de secagemFonte: Cordeiro (2001)

A Figura 4.8, possibilita visualizar os resultados dovolume filtrado, por tempo de drenagem, mostrando que omodificado 2, tem uma eficiência superior no que dizrespeito ao volume filtrado para um determinado tempo dedrenagem.


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250

Tem po (m in)

volume filtra

do (m

L)

M odificado 1 M odificado 2

Figura 4.8 - Curvas de remoção de água filtrada de sistemas,modificado por Cordeiro 1993 e remodelado em 2000.Fonte: Cordeiro (2001).

Nesse sentido, Achon e Cordeiro (2003) desenvolverampesquisas, dentro do Programa de Pesquisa em SaneamentoBásico - PROSAB, com uso de leitos de secagem modificados emCordeiro (2001), para verificar a readaptação de lagoas delodo que apresentavam inúmeros problemas. Os resultadosobtidos demonstraram a diminuição do tempo de remoção daágua livre e obtenção de drenado de boa qualidade, passívelde reutilização ou recuperação. O leito de secagemmodificado em Cordeiro (2001) recebeu a denominação de Leitode Drenagem.

Fontana (2004), no município de Cardoso-SP, construiuum leito de drenagem em escala real, com área de 60 m2 ealtura de 0,50 m, conforme pode ser observado em planta(Figura 4.9) e corte (Figura 4.10), precedido por umsedimentador. A manta geotêxtil usada é do tipo não tecidade poliéster, de referência comercial MT 600 da Maccaferri,com densidade superficial de 600 g/m2, abertura de 0,06 a0,13 μm e espessura de 4,4 mm.


Figura 4.9 – Planta dos módulos do Leito de Drenagem.Fonte: Fontana (2004)

Figura 4.10 – Corte da estrutura do Leito de Drenagem.Fonte: Fontana (2004)Os resultados obtidos demonstraram elevado desempenho

no desaguamento com redução de 98 % do volume de resíduos equalidade do drenado quanto à turbidez, pH, série de sólidose DQO, conforme apresentados na Tabela 4.5.Tabela 4.5 - Características do lodo de decantador e drenadodo Leito de Drenagem de resíduos da ETA Cardoso.Parâmetros DECANTADOR DRENADO

16/12/03 06/01/04 16/12/03 06/01/04Turbidez (uT) - - 0,7 0,9pH 6,6 7,0 6,6 6,8Sólido sedimentável(mg/L)

860 850 0,08 0,03

Sólido total (mg/L) 98397 28263 261 285

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009Parâmetros DECANTADOR DRENADO

16/12/03 06/01/04 16/12/03 06/01/04Sólido fixo (mg/L) 30368 20032 102 107Sólido volátil(mg/L)

68029 8231 159 178

Sólido suspensototal (mg/L)

25150 28400 18 14

Sólido suspensofixo (mg/L)

1200 5350 5 4

Sólido suspensovolátil (mg/L)

23950 23050 13 10

(-) Não determinadoFonte: adaptado de Fontana (2004).

Na Tabela 4.6, Fontana (2004) apresenta os valores deconcentração de metais no lodo do decantador e na água livredrenada do protótipo do leito de drenagem. Pode-se verificarque o leito de drenagem foi efetivo para a remoção dosmetais e em conformidade com a Resolução CONAMA 357.

Tabela 4.6 - Características do lodo de decantador da ETACardoso e do drenado resultante da aplicação no protótipo deLeito de Drenagem.Parâmetros CONAMA 357 Lodo de

Decantador06/2003

Drenado doProtótipo

SST (mg/L) 500 22200 176DQO (mg/L) - 7500 26Alumínio (mg/L) 0,1 1700 0,13Cádmio (mg/L) 0,001 0,12 0,0081Chumbo (mg/L) 0,03 2,66 0,021Cobre (mg/L) 0,02 1,39 0,008Cromo total(mg/L)

0,05 2,7 0,005

Ferro total(mg/L)

0,3 3014 0,77

Manganês (mg/L) 0,1 101 23,7Mercúrio (mg/L) 0,0002 0,1 <0,001Zinco (mg/L) 0,18 3,18 0,99

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009Fosfato total(mg/L)

0,025 33,72 0,09

(-) Não determinadoFonte: adaptado de Fontana (2004).

No trabalho desenvolvido por Fontana (2004) foidemonstrado o potencial uso do Leito de Drenagem paradesaguamento de resíduos de ETAs. Porém, nessa pesquisa, nãofoi possível avaliar a influência das variáveis climáticas enem a compreensão mais detalhada do comportamento dosresíduos de ETAs durante as fases de drenagem e de secagem.

2.2 SISTEMAS MECÂNICOS: DESAGUAMENTO DE LODOS ATRAVÉS DAFILTRAÇÃO FORÇADA

Na filtração por pressão o líquido contido nosbiossólidos é forçado através do meio filtrante por umapressão positiva (SPELLMAN, 1997).

Segundo CORDEIRO (1999), por meio da aplicação depressões diferenciais, inicia-se a compressão do materialsobre o meio filtrante, fazendo com que o filtrado sejaremovido, formando-se na câmara uma mistura com teor elevadode sólidos, usualmente denominado de “torta”.

O sistema de filtro prensa envolve basicamente duasoperações: a primeira é a aplicação de pressão sobre a massa(lodo) e a segunda consiste na filtração da água contida namassa. Segundo esse princípio há três tipos de filtroprensa: filtro prensa de placas, filtro prensa de correia ouesteira e filtro prensa de diafragma.

2.1 – Filtro prensa de placas

2.1.1 – Descrição do processo

Os filtros prensa foram desenvolvidos para usoindustrial e em seguida sofreram adaptações para seremutilizados no desaguamento de lodo. São equipamentos que

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009operam em batelada, o que exige a intervenção de operadorestreinados, e que têm como característica principal seu altograu de confiabilidade.

O uso de computadores melhorou significativamente aoperação do filtro prensa e seus equipamentoscomplementares. A melhora é tal que o controle total dosistema global é agora possível, envolvendo pouca ou nenhumaintervenção do operador (PRICE et al., 2001).

Segundo GONÇALVES et al. (2001), as principais vantagensdo filtro prensa são: Torta com alta concentração sólidos, superior à dos

outros equipamentos mecânicos; Elevada captura de sólidos; Qualidade do efluente líquido (clarificado); Baixo consumo de produtos químicos para condicionamento

do lodo.SPELLMAN (1997) afirma que as principais desvantagens

do filtro prensa são: Complexidade; Necessidade de mão-de-obra (remoção manual da torta) e

altos custos com produtos químicos; Limitações na vida útil do tecido do meio filtrante.

2.1.2 – Funcionamento de um filtro prensa

Segundo GONÇALVES et al. (2001), o ciclo de operação dofiltro prensa varia entre 3-5 horas, podendo ser dividido em3 etapas básicas: Enchimento: é a operação em que o lodo é introduzido no

espaço vazio entre as placas filtrantes, através debombeamento. O tempo de enchimento pode atingir 20minutos, sendo mais comuns intervalos de tempo entre 5 e10 minutos. A simples pressão da bomba de enchimento jáinicia a separação sólido/líquido nas telas filtrantes.

Filtração sob pressão máxima: durante a fase defiltração, a pressão aplicada chega a atingir 1700 kPa(17 atm – 25 psi).

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009 Descarga da torta.

A duração de cada batelada varia de acordo com a vazãoda bomba de alimentação, tipo de lodo, teor de sólidos efiltrabilidade do lodo afluente e do tipo, estado e grau delimpeza da tela. O funcionamento de um filtro prensa podeser esquematizado com base na Figura 1.

O lodo líquido é bombeado para as câmaras (A),envelopadas por telas filtrantes (B). O bombeamento do lodofaz com que a pressão aumente no espaço entre as placas eforce o lodo a passar através da tela filtrante. Nessemomento, os sólidos são retidos sobre o meio filtrante,formando a torta (C).

Em seguida, o pistão hidráulico (D) empurra a placa deaço (E) contra as placas de polietileno (F), estabelecendo aprensagem. O cabeçote (G) e o suporte terminal (H) têm comosuporte barras (I) especificamente projetadas para essafinalidade.

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009Figura 1: Esquema de funcionamento de um filtro prensa

Fonte: Princípios do tratamento biológico de águasresiduárias - Volume 6

O filtrado passa através das telas filtrantes, sendorecolhido nos canais das placas e pontos de drenagem (J) nocabeçote para descarga. Em geral, o filtrado apresenta menosde 15 mg SS/L. A torta é removida do filtro com facilidade,à medida em que se recue o pistão pneumático e se proceda àseparação das placas. Neste momento, a torta compactada caida câmara e pode ser conduzida à estocagem ou ao destinofinal.

A Figura 2 apresenta um croqui típico da instalação deum filtro prensa para desaguamento de lodos.

Figura 2: Fluxograma da instalação de um filtro prensa paradesaguamento de lodos Fonte: Princípios dotratamento biológico de águas residuárias - Volume 6


Um sistema típico de filtro prensa inclui (CORDEIRO,1999): Sistema de recebimento e armazenagem do lodo; Sistema de transferência do lodo; Sistema de preparo e dosagem de produtos químicos; Sistema de condicionamento do lodo; Sistema de alimentação do filtro prensa; Sistema de filtração e compressão do lodo; Sistema de transporte da torta; Sistema de lavagem dos tecidos.

Outro tipo de filtro prensa utilizado para odesaguamento de lodo é o filtro prensa de placas com volumevariável, comumente chamado de “prensa diafragma”. Este tipode filtro prensa é similar à prensa de volume fixo excetopor um diafragma de borracha localizado atrás do meiofiltrante, como mostra a Figura 3. O diafragma de borrachaexpande até atingir a pressão final, reduzindo o volume datorta durante o passo de compressão. São geralmenterequeridos cerca de 10 a 20 minutos para encher o filtro ede 15 a 30 minutos à pressão constante para desaguar a tortaaté o conteúdo de sólidos desejado. Prensas de volumevariável são geralmente projetadas para 690 a 860 KN/m2 noestágio inicial de desaguamento, seguido de 1380 a 2070KN/m2 para a compressão final. Prensas diafragma podem serutilizadas com uma grande variedade de lodos, produzindobons resultados, mas requerem manutenção considerável(METCALF & EDDY, 1991).

Segundo CORDEIRO (1999), a adição de produtos químicosao lodo bruto visa principalmente melhorar as condições defiltrabilidade do mesmo e a possibilidade de formação de umfloco mais compacto.


Figura 3: Seção transversal de um filtro prensa de volumevariável.

Fonte: METCALF & EDDY (1991).

O produtos químicos usualmente utilizados são: Cloreto férrico e cal; Sulfato ferroso e cal; Sulfato férrico e cal; Polieletrólitos (polímeros sintéticos).

Os filtros prensa são largamente utilizados na Europa,principalmente na Inglaterra, e estão se tornando popularesnos Estados Unidos. Atualmente os filtros prensa sãoautomatizados, reduzindo sobremaneira a necessidade de mãode obra. O peso do equipamento, seu custo de aquisição e anecessidade de substituição regular das telas de filtraçãofazem que o uso de filtro prensa seja limitado a ETEs demédio e grande porte (GONÇALVES et al., 2001).

2.2 – Prensa desaguadora

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/20092.2.1 – Descrição do processo

Segundo GONÇALVES et al. (2001), as prensas desaguadorastêm sido denominadas também de filtros prensa de correias,filtros de esteira ou “belt-press”.

Os filtros prensa de esteira são unidades dedesaguamento de lodo com alimentação contínua, que envolvema aplicação de condicionamento químico, drenagem porgravidade e pressão mecanicamente aplicada para desaguar olodo (METCALF & EDDY, 1991).

Figura 4: Três estágios básicos do desaguamento por filtroprensa de esteira.

Fonte: METCALF & EDDY (1991).

De acordo com GONÇALVES et al. (2001), o processo deoperação da prensa desaguadora pode ser dividido em trêsetapas distintas:

Zona de separação por peneiramento; Zona de baixa pressão;

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009 Zona de alta pressão.

A zona de separação por simples peneiramento localiza-se na entrada da prensa onde o lodo é aplicado sobre a telasuperior e a água livre percola sob a ação da gravidadeatravés dos furos existentes na tela. A seguir, o lodo éencaminhado para a zona de baixa pressão, onde o restante daágua livre é removido e o lodo suavemente comprimido entreas telas superior e inferior. Na zona da alta pressão,formada por vários roletes de diferentes diâmetros em série,o lodo é comprimido progressivamente entre as duas telas como objetivo de liberar a água intersticial. Finalmente o lododesaguado é removido através de raspadores e as telas sãolavadas com jatos de água a alta pressão. A água de lavagemdas telas deve ter pressão mínima de 6 Kg/cm2 e vazãosuficiente para retirar resíduos de lodo e polieletrólitosdas telas.

Por ser um equipamento aberto, a prensa desaguadora temcomo desvantagens a emissão de aerossol, o elevado nível deruído produzido e a eventual emissão de odores desagradáveis(dependendo do tipo de lodo). Outra grande desvantagem daprensa desaguadora é o elevado número de rolamentos (40-50),que exigem acompanhamento e substituição regulares.Apresenta como vantagens o baixo custo de aquisição e oconsumo reduzido de energia elétrica. A prensa desaguadora éuma tecnologia relativamente nova, que popularizou-se

Engenharia Ambiental – UNIR . Prof. Dr. Marcelo Melo BarrosoAbril/2009durante a década de 80. O desenvolvimento das centrífugastipo decantadora tem provocado atualmente grandeconcorrência entre os fornecedores dos dois tipos deequipamento, com vantagens para a centrífuga, apesar domaior custo de aquisição.

A Figura 5 apresenta o croqui de instalação de umaprensa desaguadora.

Figura 5: Fluxograma de uma prensa desaguadora Fonte: Princípios do tratamento biológico de águas

residuárias - Volume 6

4 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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