Disposição final de lodos de estações de tratamento de esgoto

UNIVERSIDADE FUMEC FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA - FEA Disposição final de lodos de estações de tratamento de esgoto Daniela Teixeira Isabela Tomaz Joice Carini Renata Storck Belo Horizonte 2009 Daniela Teixeira Isabela Tomaz Joice Carini Renata Storck Disposição final de lodos de estações de tratamento de esgoto Trabalho apresentado à disciplina Sistemas de controle de poluição das águas da Faculdade de Engenharia e Arquitetura da FUMEC. Professor: Eduardo Carneiro Belo Horizonte 2009 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 3 2 COLETA E TRATAMENTO 4 3 PLANEJAMENTO E GESTÃO DOS BIOSSÓLIDOS 6 4 ALTERNATIVAS PARA A DISPOSIÇÃO FINAL DE LODO DE ESGOTOS 8 5 DISPOSIÇÃO FINAL DE LODO EM ATERROS SANITÁRIOS 10 5.1 Transporte e armazenamento de lodo de esgoto 100 5.2 Vantagens da destinação do lodo de ETES em aterros sanitários 10 5.3 Desvantagens da destinação do lodo de ETES em aterros sanitários 111 6 INCINERAÇÃO DO LODO 133 6.1 Desvantagens 133 6.2 Processo de disposição final: incineração de lodo de ETE 133 6.3 Tratamento e disposição de cinzas, escórias, lodos da ETE (águas) e lodos e material particulado do ECP (ar) 15 6.4 NORMATIZAÇÃO - CETESB/E1 5011 155 7 USO AGRÍCOLA 21 7.1 Legislação para o Uso e Disposição Final do Lodo 23 8 APLICAÇÃO EM ÁREAS DEGRADADAS 24 9 DISPOSIÇÃO NO MAR 25 10 REUSO INDUSTRIAL: FABRICAÇÃO DE TIJOLOS 26 10.1 Metodologia utilizada 27 10.2 Reaproveitamento do Lodo da ETE de uma indústria cerâmica 28 10.3. Reciclagem de resíduos na indústria cerâmica 32 11 REDUÇÃO TÉRMICA 33 12 CONSIDERAÇÕES FINAIS.....................................................................................................34 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 35 1 INTRODUÇÃO Tendo a sociedade atual níveis precários de coleta e tratamento do esgoto, temos como reflexo o descaso com a qualidade ambiental, justificado pela escassez de recursos. Portanto saneamento básico é uma questão de saúde pública. O crescimento das demandas da sociedade por melhores condições do ambiente, tem exigido das empresas públicas e privadas a definição de políticas ambientais mais avançadas, que geralmente iniciam pelo tratamento dos efluentes. Este tratamento gera um resíduo sólido em quantidades variáveis segundo o tipo de esgoto e o sistema de tratamento adotado, denominado lodo de esgoto. A adequada destinação de resíduos é um fator fundamental para o sucesso de um sistema de tratamento. A importância desta prática foi reconhecida pela Agenda 21_ principal instrumento aprovado na Conferência Mundial de Meio Ambiente - Rio 92 _ que incluiu no seu capítulo 21 o tema "Manejo ambientalmente saudável dos resíduos sólidos e questões relacionadas com esgotos" (ANDREOLI et al., 1998). Enquanto as nações industrializadas buscam alternativas para equacionar seus 400 milhões de toneladas anuais de resíduos, as comunidades de países em desenvolvimento como o Brasil, convivem com depósitos desordenados de resíduos em aproximadamente 75 % de suas cidades, joga o lixo em vazadouros a céu aberto e apenas 25 % recebem tratamento mais adequado: 12% em aterro controlado, 9 % em aterro sanitário e o restante em compostagem, incineração e reciclagem (IBGE,1998). As previsões de aumento populacional associada a crescente concentração urbana mundial, determinou a necessidade imediata de definições tecnológicas e de ações políticas para solucionar um trágico problema: há uma limitação técnica e econômica dos espaços apropriados para a destinação final de resíduos. 2 COLETA E TRATAMENTO Os níveis precários de coleta e tratamento de esgoto no Brasil permitem uma estimativa do potencial de produção de biossólidos. Com relação à cobertura da rede de esgotos, tem-se um quadro extremamente precário segundo o IBGE (1998): apenas 33,75 % do total da população são servidos. As variações entre regiões dão uma dimensão das desigualdades existentes, conforme os dados a seguir: apenas 1,72% dos domicílios está ligado à rede geral, no Nordeste esse número representa 14,58 %. Na região sudeste, que é melhor servida, o total de domicílios representa 63%; na Região sul, apenas 14,92 % e na Centro-Oeste 30,07%. Estes indicadores mostram o nível de precariedade existente, onde 24 % dos domicílios brasileiros têm fossa rudimentar, 16 % tem fossa séptica e mais de 20 % não possui qualquer tipo de escoadouro da instalação sanitária (ANDREOLI et al., 1998). Este esgoto se devidamente tratado produziria 25.000 a 35.000 m3 de lodo primário (com 3 a 7% de sólidos) e de 150.000 a 200.000 m3 de lodo secundário (com 0,5 a 20% de sólidos) por dia. Este problema será ainda mais agravado com a perspectiva de inclusão de mais 70 milhões de habitantes urbanos nas redes de coleta nos próximos quinze anos (ANDREOLI et al., 1998). Mesmo os sistemas de tratamento de esgoto já implantados são muitas vezes operados indevidamente, o que diminui a sua eficiência, caracterizando-se como um grande desperdício de recursos públicos que foram investidos com o sacrifício da população e não trazem os benefícios esperados. Desta forma a existência do problema do lodo de esgoto é um avanço, pois significa que o primeiro passo em direção a solução do problema da poluição já foi dado (ANDREOLI et al., 1998). O correto tratamento e disposição do lodo de esgoto devem fazer parte de todo o programa de tratamento de efluentes urbanos e industriais, para que os objetivos do saneamento sejam efetivamente atingidos. Os custos destas operações podem alcançar 60% dos custos operacionais destas estações e, portanto não pode ser negligenciado (WEBER & SHAMES, 1984). Durante anos, no entanto, os projetos das estações de tratamento praticamente ignoravam o destino dos biossólidos. (ANDREOLI et al., 1998). O problema da gestão destes resíduos, de grande complexidade técnica e com custos significativos nos procedimentos operacionais passou a ser gerenciado em situação de crise pelas áreas operacionais, que inicialmente armazenam este material em áreas contíguas as ETEs e quando a quantidade vai se avolumando, lançam mão de todos os meios para se livrar emergencialmente dos resíduos gerados. Desta forma não é incomum encontrar lodo armazenado em condições precárias, a simples distribuição para agricultores sem critérios de segurança, chegando até ao absurdo técnico do seu simples lançamento nos cursos d?água. (ANDREOLI et al., 1998). O tratamento de esgoto é conjunto de processos que objetivam reduzir o potencial poluidor dos efluentes urbanos, e consiste basicamente na redução da carga orgânica desse efluente através de processos de oxidação e de concentração e remoção da matéria orgânica através da decantação. O produto final deste processo é o lodo, um resíduo de composição variável e de altíssimo potencial poluidor. Entre as conseqüências de práticas inadequadas de disposição do dejeto, citam-se a redução da eficiência técnica da ETE e a degradação dos recursos naturais. Problemas como a liberação de odores e a atração de vetores aos locais de estocagem de lodo são problemas vivenciados diariamente pelos operadores de ETEs. 3 PLANEJAMENTO E GESTÃO DOS BIOSSÓLIDOS O lodo removido nas diferentes etapas do tratamento muitas vezes constitui um problema particularmente complexo, por apresentar grandes quantidades e ser de composição variável. Esta composição está relacionada com as características do esgoto do qual foi gerado, com o processo de tratamento empregado, com as diferentes possibilidades de disposição e com seus usos. Independente da origem, o lodo necessita ser tratado para a redução de seu volume ou umidade (por desidratação ou adensamento), para a estabilização da matéria orgânica, aproveitamento ou disposição final. Isto ocorre em função da sua qualidade, características de operação, processo de tratamento, custos, condições climáticas, impactos ambientais, à própria distância de transporte e a dificuldade de se encontrar locais adequados ou seguros para o destino final do lodo seco. (SILVA, 2001). A aplicação no solo na forma líquida ou sólida, a sua compostagem ou co-compostagem com o lixo urbano ou disposição em aterro sanitário, são alternativas de disposição final do lodo aceitas em vários países. Entretanto, existem restrições para o uso de lodo no solo, devido à presença de patógenos, sais solúveis, compostos orgânicos persistentes e metais tóxicos, bem como ao teor de metais já existentes no solo. Assim, é necessária tanto a determinação das suas características e a avaliação do seu valor agronômico e econômico, bem como conhecer o potencial tóxico para plantas e/ou animais. (SILVA, 2001). Além dos benefícios ambientais e sociais, a gestão de biossólidos representa um mercado com boas perspectivas nas áreas de projeto, planejamento e gestão de serviços, equipamentos e insumos. Existem várias alternativas tecnicamente aceitáveis para o tratamento do lodo. A mais comum envolve a digestão anaeróbia que pode ser seguida pela destinação final em aterros sanitários exclusivos, seguida de alternativas como a disposição de superfície, a disposição oceânica, lagoas de armazenagem, a incineração ou a reciclagem agrícola. O lodo pode influenciar positivamente algumas características dos solos, melhorando sua sustentabilidade com reflexos ambientais imediatos, como a redução da erosão e a conseqüente melhoria da qualidade dos recursos hídricos. A aplicação do lodo em áreas agrícolas traz benefícios às propriedades físicas do solo, como a formação de agregados das partículas do solo e a conseqüente melhoria de infiltração e retenção de água e à aeração. Sua decomposição produz agentes complexantes capazes de solubilizar formas indisponíveis de fósforo no solo (CARVALHO & BARRAL, 1981), bem como nutrientes em compostos de liberação lenta. Os efeitos positivos sobre os fatores físicos e químicos do solo, proporcionam ainda, uma imediata reação e incremento da população edáfica. Do ponto de vista econômico, o uso do lodo como fertilizante orgânico representa o reaproveitamento integral de seus nutrientes e a substituição de parte das doses de adubação química sobre as culturas, com rendimentos equivalentes, ou superiores aos conseguidos com fertilizantes comerciais (USEPA, 1979). As propriedades do produto o tornam especialmente interessante a solos agrícolas desgastados por manejo inadequado, bem como para recuperação de áreas degradadas. 4 ALTERNATIVAS PARA A DISPOSIÇÃO FINAL DE LODO DE ESGOTOS As alternativas mais usuais para o aproveitamento e/ou disposição final do lodo de esgotos têm sido as seguintes, em países do primeiro mundo (TSUTIYA et al, 2000): ● Usos agrícolas  Aplicação direta no solo;  Aplicação em áreas de reflorestamento;  Produção de composto ou fertilizante organo-mineral;  Solo sintético para agricultura;  Aplicação da torta de lodo pré-condicionada com calcário;  Secagem térmica  Compostagem. ● Disposição em aterros sanitários  Aterros exclusivos;  Co-disposição com lixo urbano. ● Reuso industrial  Produção de agregados leve para construção civil;  Fabricação de tijolos e cerâmicas. ● Incineração  Desidratação do lodo;  Combustível para o incinerador. ● Restauração de terras  Controle de voçorocas. ● Conversão do lodo em óleo combustível As alternativas mais desejáveis são a reciclagem e o retorno do lodo possibilitando a sua utilização na agricultura, como fertilizante e recompositor da camada superficial de solo. Isto depende do tipo de cultura utilizada, mas geralmente é necessária uma etapa adicional no tratamento do lodo; a higienização, tem como principal função a remoção dos organismos patogênicos. Os custos de disposição do lodo crescem com o número de fases do processo. Comparando o uso do lodo úmido na agricultura, a desidratação com aterro sanitário e a desidratação-incineração-disposição das cinzas, a relação entre os custos será de aproximadamente 1:2:4. Por este motivo é conveniente, na maior parte dos casos, eleger o uso agrícola ou o aterro do lodo desidratado (IMHOFF, 1986). 5 DISPOSIÇÃO FINAL DE LODO EM ATERROS SANITÁRIOS A disposição final dos biossólidos gerados nos processos de tratamento de esgotos urbanos é um problema emergente no Brasil, e que tende a se agravar rapidamente à medida que se implantam e efetivamente se operam os sistemas de coleta e tratamento de esgoto no país. A disposição em aterros sanitários poderá ser efetuada em aterros exclusivos ou em co-disposição com resíduos sólidos urbanos. A opção pela disposição em aterros sanitários requer tecnologia sofisticada e podem apresentar alto custo por tonelada tratada (WEBBER & SHAMESS, 1984; CARVALHO & BARRAL, 1981; SAABYE et al., 1994). 5.1 Transporte e armazenamento de lodo de esgoto Segundo Santos e John (2007) o processo de transporte de biossólidos da ETE até o local de armazenagem pode atrapalhar o trânsito, ser desagradável e emitir odores desagradáveis para a comunidade. O potencial de emissão de odores (compostos de enxofre ou amônia) aumenta se certas condições ocorrerem durante a estocagem, como por exemplo: elevação da temperatura e umidade; pH caindo a menos de 9 em lodos estabilizados com cal; condições anaeróbias ou deficiência de oxigênio; contato do lodo com água; estocagem prolongada de lodos estabilizados inadequadamente; limpeza e controle de perdas deficientes. (SANTOS e JOHN, 2007). 5.2 Vantagens da destinação do lodo de ETES em aterros sanitários Os aterros são comumente usados como disposição final para as cinzas do incinerador, para o lodo digerido desidratado e para o lodo bruto desidratado. Muitas cidades dispõem o lodo juntamente com os resíduos sólidos nos aterros sanitários (HAMMER, 1979). Lodos frescos provenientes de processos anaeróbios e aeróbios de tratamento de esgotos apresentam grandes concentrações de organismos patogênicos e também podem ser co-dispostos com os resíduos urbanos. No entanto, os próprios processos de estabilização do material orgânico co-disposto com estes eventuais materiais, pela elevação de temperatura (processos aeróbios) ou pelas variações significativas de pH (processos anaeróbios), atenuam e diminuem esses aspectos que podem, em se tratando de matéria fecal de origem humana, ser provenientes de algum organismo doente, desenvolvendo alguma enfermidade de origem fecal. As vantagens que decorrem da co-disposição são:  maior produção de gás metano;  mais rápida estabilidade do percolado (quando recirculado na massa de resíduos);  redução do tempo de bioestabilização; Segundo BIDONE e POVINELLI (1999), não são necessárias manter elevadas proporções de lodos de esgotos nas misturas e que resultados bastante satisfatório têm sido obtidos com a adição apenas de 5% de sólidos totais introduzidos, como lodos de esgotos, nas misturas. Essa adição já promove a redução de sólidos voláteis e estudos realizados no Brasil mostraram que em misturas com lodos, participando estes com percentuais entre 5% e 20%, a redução de sólidos voláteis situou-se em torno de 50% a 55%, enquanto para resíduos orgânicos degradados na ausência destes lodos, a redução observada foi de apenas 30%. A tendência atual é adicionar lodos de esgotos em aterros sanitários, visando ao aumento na produção de biogás e a diminuir o tempo para o início de sua produção. 5.3 Desvantagens da destinação do lodo de ETES em aterros sanitários Os aterros sanitários não são a melhor opção para a disposição final do lodo, pois além de ser uma tecnologia cara, os aterros precisam ser próximos aos grandes centros, onde cada vez há menos áreas disponíveis para ampliação ou implantação de novas centrais. O grande problema que surge dessa co-disposição ou disposição conjunta é a quantificação da fração ideal de lodo a ser adicionado aos resíduos sólidos orgânicos, de tal forma garantir o desempenho esperado dos aterros (BIDONE e POVINELLI, 1999). A importância de uma boa escolha tecnológica na pré-concentração mecânica (centrifuga, belt-press, tanques ou tubulações desaguadoras etc.) reside no fato que quanto mais se retira água sem calor, mais eficiente e reduzida se torna a fase térmica. Atualmente, a maioria dos aterros já não aceita um lodo de ETE que tenha acima de 70% de conteúdo de H2O. Após a fase de evaporação o teor de umidade final pode variar de 10% até 30-40%, dependendo do destino que é dado ao lodo. 6 INCINERAÇÃO DO LODO A incineração a altas temperaturas é o processo mais drástico de desidratação do lodo. Apresenta, como produto final, basicamente cinzas, reduzindo ao mínimo possível o volume o lodo. No entanto, essas cinzas ainda necessitam de uma disposição final adequada em aterros sanitários. Existem vários processos de incineração, sendo o leito fluidizado um dos mais utilizados. 6.1 Desvantagens A incineração é o processo mais caro de desidratação, pelos seguintes motivos:  Apresenta consumo razoável de combustíveis, apesar de que, atualmente, tem sido utilizado o próprio lodo como combustível para manter o processo, devido ao seu razoável calor específico, sendo o combustível utilizado apenas nas partidas;  Necessita de mão de obra especializada para manutenção e operação;  Utiliza-se a torta desidratada, visando à redução das dimensões do incinerador e o consumo de combustíveis (não descarta, portanto, os processos anteriormente mencionados de desidratação mecânica);  Apresenta riscos de poluição atmosférica, através do lançamento de fumaça e particulados na atmosfera, sendo necessário que o incinerador seja dotado de um sistema de lavagem e/ou purificação dos gases geados. 6.2 Processo de disposição final: incineração de lodo de ETE No setor de incineração de lixo são utilizados hoje em dia principalmente processos secos, que ultrapassam claramente os valores limites no que diz respeito à sua eficiência de separação. O lodo de ETE não pode ser evitado, com um tratamento mais eficiente do esgoto é gerado mais lodo. Processo de incineração do lodo de ETE Figura 4- Incineração do lodo Fonte: CETREL (2009) Normalmente, os equipamentos de incineração do lodo de ETEs são equipados com sistemas de limpeza de gases multiestágio para separação de particulados e gases ácidos poluentes, bem como para a redução dos óxidos de nitrogênio. O quadro a seguir elucida os limites para a incineração. Quadro 01 Valores para a Incineração do lodo Dados típicos de dimensionamento Unidade de medida Incineração de lodo de ETE Volume de gás m³/h 30.000-60.000 Temperatura do gás °C 140 - 180 Tipo de particulado Aditivos, cinza volante, produtos do reator Teor residual de particulados mg/m³ Acesso em 15 de Maio de 2009. ? CONAMA; Resolução do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) 375 de 29 de agosto, 2006 ? COSTA, Aureliano N.; COSTA, Adelaide de F. S.; CAETANO, Luiz Carlos S.; GOULART, Fernando V. 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