CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO LODO CENTRIFUGADO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PASSAÚNA – CURITIBA / PR

PORTELLA, K.F.; ANDREOLI, C.V.; HOPPEN, C.; SALES, A. BARON, O. Caraterização físico-química do lodo centifugado da estação de tratamento de água Passaúna – Curitiba – Pr. 22º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA AMBIENTAL. Joinvile, 2003. Kleber Franke Portella Bacharel em Química, Mestre em Ciências (ITA), Doutor em Ciências (USP), Pesquisador do LACTEC. Cleverson V. Andreoli(1) Eng. Agrônomo, Mestre em Solos e Doutor em Meio Ambiente e Desenvolvimento (UFPR), Professor da UFPR e da FAE Business School, Gerente de Pesquisa da Companhia de Saneamento do Paraná – SANEPAR. Cinthya Hoppen Engenheira Química (PUC), Especialista em MBA em SGA (PUC), Mestranda de Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental – UFPR, Bolsista CAPES. Almir Sales Engenheiro Civil, Mestre em Arquitetura (USP), Doutor em Engenharia Civil (USP), Professor da UFSCAR. Orlando Baron Químico, Mestre em Engenharia de Materiais, Pesquisador do LACTEC. Endereço (1): GECIP / SANEPAR. Rua Engenheiro Rebouças, 1376. Rebouças. CEP: 80215-900. Curitiba / PR – Brasil. Telefone: +55(41) 330-3238 Fax: +55(41) 333-9952. E-mail: c.andreoli@sanepar.com.br RESUMO As Estações de Tratamento de Água geram um resíduos nos decantadores denominado lodo de ETA. Os órgãos ambientais estão exigindo a definição de alternativas adequadas de disposição final. Para tanto, é necessário conhecer as características do lodo de ETA com a finalidade de dar destino final com estas características. Para a caracterização físico-química do lodo de ETA foram utilizados amostras de lodo centrifugado da ETA Passaúna de Curitiba – PR em nos meses de julho e agosto. Foram determinados umidade, pH, análise de perda ao fogo, difração de raio X (DRX) e análise química por fluorescência de raio X e espectofotometria de absorção atômica. Observou-se que o lodo apresentou uma umidade média de 87% e pH de 6,7. Pela análise de perda ao fogo verificou que as amostras ficaram em torno de 50% e de DTA os processos foram de reações endotérmicas. Os elementos encontrados em maior quantidade pelas análises químicas e de raio X, foram o alumínio com 20,80%, sílica com 12,75% e ferro com 7,58%. PALAVRAS-CHAVE: lodo de ETA, caracterização, resíduos de ETA, resíduos sólidos

1. INTRODUÇÃO Nos centros urbanos, o abastecimento de água torna-se cada vez mais centrado na qualidade do produto a ser distribuído à população. Em contrapartida, a qualidade da água bruta está piorando e exige uma maior concentração de produtos químicos aplicados no seu tratamento. Como conseqüência, há um significativo aumento nos rejeitos ou lodo, provenientes das Estações de Tratamento de Água (ETA), os quais são gerados principalmente nos decantadores. Pela NBR 10.004 este lodo é classificado como “resíduo sólido”, portanto deve ser tratado e disposto conforme exigência dos órgãos reguladores. Há muito tempo, o destino destes resíduos de ETA vinha sendo os cursos d’água próximos das estações, no entanto, a crescente preocupação e a regulamentação têm restringido ou proibido essa disposição. Esta prática tem sido questionada por órgãos ambientais devido aos riscos à saúde e ao meio ambiente. Para que haja uma alternativa final adequada, é necessário primeiramente conhecer as características deste lodo de ETA, visando obter um destino final de acordo com suas características. 2. REVISÃO BIBIOGRÁFICA Para transformar a água bruta em água potável para consumo humano, a Estação de Tratamento de Água (ETA) utiliza os processo de coagulação, floculação, decantação e filtração, adicionados de diversos componentes formando resíduos que serão removidos na por sedimentação e filtração principalmente nos decantadores, sendo estes resíduos chamados de lodo de ETA (TSUTIYA; HIRATA, 2001). Segundo Silva e Isaac (2002) o lodo de ETA é caracterizado como um fluído não-newtoniano, volumoso e tixotrópico, apresentando-se em estado gel quando em repouso e relativamente líquido quando agitado. Segundo Gradin, Além Sobrinho e Garcia Jr (1993) este lodo de ETA é constituído de resíduos sólidos orgânicos e inorgânicos provenientes da água bruta, tais como: algas, bactérias, vírus, partículas orgânicas em suspensão, colóides, areias, argila, siltes, cálcio, magnésio, ferro, manganês, etc. Silva, Bidone e Marques (2000) complementam a composição dos lodos com hidróxidos de alumínio, em grande quantidade, proveniente da adição de produtos químicos e em alguns casos polímeros condicionantes utilizados no processo. As características dos lodos podem variar também em função da tecnologia usada no tratamento de água (SARON; LEITE, 2001). Cordeiro (2000) acredita que, além dos parâmetros tradicionais do Saneamento, para o lodo de ETA devem ser considerados também a concentração, o tipo e o tamanho das partículas. De acordo com AWWA (1995) o lodo de ETA possui uma característica mais similar aos solos do que se comparado com o lodo de esgoto. Neste caso, em geral, o nitrogênio e o carbono orgânico no lodo de ETA são mais estáveis, menos reativo e em menores concentrações. O potencial tóxico dos resíduos de ETAs dependem principalmente do teor de metais presentes, além das características físico-químicas e das condições em que estes resíduos são dispostos. Outros fatores que também influenciam a toxicidade são as reações sofridas durante o processo, forma e tempo de retenção, características do curso d’água, composição e impureza dos coagulantes e outros produtos químicos utilizados no tratamento da água (BARROSO e CORDEIRO, 2001b).

Barroso e Cordeiro (2001a) descrevem que alguns metais, como cobre, zinco, níquel, chumbo, cádmio, cromo e magnésio e, em especial, o alumínio presente no lodo de ETA possuem ações tóxicas, podendo apresentar efeitos positivos ou negativos nas técnicas de tratamento, disposição final e, até mesmo, na reutilização destes resíduos. O teor de sólidos totais varia entre 1.000 a 40.000 mg/L (0,1 a 4%), sendo deste, de 75 a 90% sólidos suspensos e 20 a 35% compostos voláteis, apresentando, portanto uma pequena porção biodegradável, mas o qual pode ser prontamente oxidável. A massa específica do lodo de ETA varia de acordo com as concentrações de sólidos presentes neste, ela pode variar de 1,002 kg/m3 para lodos com teor de sólidos de 1%, até 1,5 kg/m3 após processo de desidratação, (RICHTER, 2001). Durante o processo de tratamento de água são utilizados coagulantes que desestabilizam as partículas coloidais, formando flocos com tamanho suficiente para remoção. Geralmente estes coagulantes utilizados são sais de ferro e alumínio, que devido as suas cargas desestabilizam as partículas. Segundo Richter (2001) o lodo proveniente do sulfato de alumínio apresenta uma pequena proporção de biodegradabilidade e suas principais características são apresentadas na Tabela 01 abaixo. TABELA 01: CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LODOS 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) De acordo com Reali (1999), este lodo de sulfato de alumínio apresenta coloração marrom, com viscosidade e consistência que lembram um chocolate líquido, além de possuírem uma difícil sedimentação ou flotação em seu estado natural. Segundo Richter (2001) a aparência do lodo de sulfato de alumínio varia em função da sua concentração de sólidos. Para concentrações de 0 – 5%: aparência líquida; 8 – 12%: esponjoso ou semi-sólido; e para 18 – 25%: argila ou barro suave. Cordeiro (2001) analisou o lodo de três ETAs: São Carlos, Araraquara e Rio Claro, podendo observar que os valores obtidos representam dados pontuais e existe uma variabilidade quanto à remoção do e limpeza dos decantadores, pois na ETA Araraquara o lodo é removido 3 vezes ao dia e nas demais acontece o acumulo em tanques. Os parâmetros analisados nestas ETAs e sua variabilidade podem ser observados na Tabela 02.

TABELA 02: PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS PARA O LODO DAS ETAS SÃO CARLOS, ARARAQUARA E RIO CLARO.

Parâmetros ETA – São Carlos ETA – Araraquara ETA – Rio Claro Conc. de Sólidos (%) 4,68 0,14 5,49 pH 7,2 8,93 7,35 Cor (U.C.) 4.300.000 10.650 250.000 Turbidez (U.T.) 800.000 924 36.000 DQO (mg/L) 4.800 140 5.450 Sólidos Totais (mg/L) 58.630 1.620 57.400 Sólidos Suspensos (mg/L) 23.520 775 15.330 Sólidos Dissolvidos (mg/L) 32.110 845 42.070 Alumínio (mg/L) 11.100 (18,93%) 2,16 30 Zinco (mg/L) 4,25 0,10 48,53 Chumbo (mg/L) 1,60 0,00 1,06 Cádmio (mg/L) 0,02 0,00 0,27 Níquel (mg/L) 1,80 0,00 1,16 Ferro (mg/L) 5.000 (8,53%) 214 4.200 Manganês (mg/L) 60,00 3,33 30 Cobre (mg/L) 2,06 1,70 0,091 Cromo (mg/L) 1,58 0,19 086 FONTE: (CORDEIRO,2000) Barbosa et. al. (2000) realizou estudos com lodo de ETAs situadas também nas cidades de Araraquara e São Carlos, analisando pH, condutividade, OD, dureza, turbidez, DQO, série de sólidos, metais (Al, Cr, Fe, Ni, Pb, Cd, Zn, Mn, Cu) e nutrientes (N e P) nos períodos chuvoso e seco. Neste estudo pode ser observado que as variáveis que expressaram a influência do período com chuva foram: pH, turbidez, sólidos totais, sólidos suspensos, DQO, nitrogênio e fósforo. No caso dos metais os que apresentaram concentrações elevadas foram o alumínio, ferro e manganês, justificado pelo aumento da dosagem de coagulantes utilizado devido à água apresentar maiores concentrações de contaminantes e materiais proveniente de lavagem dos solos. 3. MATERIAIS E MÉTODOS ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PASSAÚNA O Sistema de Tratamento Passaúna é projetado com 4 módulos, contendo em cada um, quatro decantadores, seis filtros e um floculador hidráulico, capacitados a tratar um total de 2400 l/s. Na ETA Passaúna após a captação é adicionada à água sulfato de alumínio passando pelo tanque de coagulação com agitação rápida e posteriormente pela floculação com agitação lenta. Após estes tanques a água segue para o decantador onde as partículas sólidas decantam e a água clarificada passa para a fase de filtração. Após filtrada esta água segue para a câmara de contato com a adição de flúor e fosfato para em seguida ser distribuída para a população. A água de lavagem dos filtros retorna ao processo na fase inicial de tratamento. Nos decantadores, os sólidos decantados retidos no fundo seguem para um adensador e passa posteriormente para centrífuga decanter, na qual ocorre a aplicação de polímero para melhorar sua eficiência. A fração líquida (clarificado) deste processo é descartada e a fração mais seca (lodo) é encaminhada para caçambas para a destinação adequada.

COLETA DAS AMOSTRAS Foram coletadas amostras de lodo centrifugado na Estação de Tratamento de Água Passaúna diariamente, no período de 01/07/2002 à 31/07/2002 (Lodo 01) e no período de 01/08/2002 à 30/08/2002, visando obter as variações físico-químicas deste lodo. Na Figura 1, é mostrado o lodo da ETA, após processo de centrifugação, onde foram coletadas as amostras para análise.

FIGURA 01: LODO CENTRIFUGADO DA ETA PASSAÚNA.

ANÁLISE DAS AMOSTRAS DE LODO Para as duas amostras de lodo de ETA foram determinadas a umidade pelo método gravimétrico, o qual consite em pesar a amostra úmida em uma balança e secá- la com o auxílio de uma lâmpada de infravermelho até obter peso constante, e o pH com auxílio de um pHmetro segundo a norma ASTM 4980-89. Detalhes da metodologia adotada e parâmetros analisados no lodo da ETA Passauna estão descritos na literatura Portella, Hoppe, Sales e Baron (2002). A análise de perda ao fogo das amostras foi determinada em equipamento de análise térmica, com cadinho de platina aberto sob atmosfera de O2 e N2 e taxa de aquecimento do forno de 10ºC por minuto até temperatura de 1000ºC. Para efetuar a difração de raio X (DRX) das amostras, estas foram realizadas no material in natura após secagem em estufa a 110ºC por 12 horas e após calcinadas à temperatura de 700ºC por aproximadamente 3 horas, sendo posteriormente analisadas, utilizando radiação Cu K∝ λ=1,54184 Α, tensão = 40 kV, corrente = 40 mA, varredura 2θ=5 a 90º - tamanho do passo: 0,020 - tempo do passo 1,00s - velocidade de varredura: 0,020º /s. Já para a análise química foram confeccionadas pastilhas de vidro contendo as amostras, sendo estas analisadas pelo equipamento de fluorescência de raio X. As análises dos elementos Fe, Si, e Al foram efetuadas por espectofotometria de absorção atômica com atomização em chama em um espectofotômetro de absorção atômica. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A umidade do lodo centrifugado da ETA Passaúna está em tono de 87% e seu pH varia de 6,4 a 7. Na Tabela podem ser encontrados os valores para as amostras de lodo. Nenhum comparativo foi realizado

entre o lodo da ETA Passauna e a literatura pelo motivo de que os lodos utilizados na literatura são in natura os dados obtidos na Passauna são de lodo centrifugado. TABELA 03: RESULTADOS DO TEOR DE UMIDADE E PH DAS AMOSTRAS DE LODO.

Amostra Teor de Umidade (%) PH Lodo 01 87,5 7,02 Lodo 02 86,4 6,46

Os principais elementos detectados pela análise química no Lodo 01 foram: Al2O3 com 23,62%, SiO2 com 14,10% e Fe2O3 com 8,39%. No Lodo 02, os principais elementos encontrados foram os mesmos, variando apenas suas porcentagens: 20,80% de Al2O3, 12,75% de SiO2 e 7,58% de Fe2O3, como pode ser observado na Tabela 04. Comparando os valores obtidos com o lodo da ETA Passauna e os lodos das ETAs São Carlos, Araraquara e Rio Claro, observa-se que os valores de alumínio e ferro encontrados, 22,21% e 7,98% respectivamente, estão bem próximos ao da literatura (18,93% e 8,53%). TABELA 04: ANÁLISE QUÍMICA POR FLUORESCÊNCIA DE RAIO X E ESPECTOFOTOMETRIA DE ABSORÇÃO ATÔMICA.

Elementos (%) Lodo 01 Lodo 02 SiO2 * 14,10 12,75 Al2O3* 23,62 20,80 TiO2 0,35 0,68 Fe2O3* 8,39 7,58 MgO 0,15 0,42 CaO 0,33 0,36 Na2O <0,02 0,10 K2O 0,11 0,27 P2O5 0,34 0,69 Outros elem. não detectados 3,60 5,23

* Elementos analisados por espectofotometria de absorção atômica com atomização em chama Na perda ao fogo, obtida pela análise termogravimétrica, as duas amostras ficaram em torno de 50%. A amostra de Lodo 01 obteve 49,01% e a amostra de Lodo 02 foi de 51,12%. Na Figura 02 é mostrada a análise térmica diferencial (DTA) para as duas amostras de lodo, após secagem a 110º C por 24 horas. Verifica-se que a amostra de Lodo 02 apresenta na faixa de temperatura entre 20 e 200ºC, um pico endotérmico, maior que a amostra de Lodo 01, isto pode ser atribuído a absorção de umidade do ambiente, uma vez que esta amostra ficou guardada por um período maior que a amostra Lodo 02, após a secagem à temperatura de 110ºC. Na faixa de temperatura compreendida entre 340 ºC e 400 ºC é verificado um processo de reação endotérmica para a amostra de Lodo 01 o que não é verificado para o Lodo 02, podendo ser atribuído a este processo a desidratação dos materiais argiloso ou decomposição de material carbonático presentes no Lodo 01.

0 200 400 600 800 1000-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0 200 400 600 800 1000-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

Lodo 02

DTA

/ µV

/mg

Temperatura / °C

Lodo 01

FIGURA 02: ANÁLISE TÉRMICA DIFERENCIAL O difratograma da amostra seca, sem calcinação à 700ºC, não apresentou picos característicos de fase cristalina, mostrando que o material obtido é amorfo. Sendo, portanto, necessário a calcinação deste. Nas Figuras 3 a 5 são apresentados os difratogramas da amostra de Lodo 01 juntamente com os padrões ICDD (International Centre for Diffraction Data) 38-0471 (Al2SiO5) e 15-0776 (Al6Si2O15), padrão ICDD 11-0252 (SiO2) e padrão ICDD 13-0534 (Fe2O3) e 45-1206 (Al0,3Fe2Si0,7).

FIGURA 03: DIFRATOGRAMA COM PADRÃO ICDD 38-0471 (AL2SIO5) E 15-0776 (AL6SI2O15).

FIGURA 04: DIFRATOGRAMA COM PADRÃO ICDD 11-0252 (SIO2).

FIGURA 05: DIFRATOGRAMA COM PADRÃO ICDD 13-0534 (FE2O3) E 45-1206 (AL0,3FE2SI0,7). Como pode ser observado pelos diagramas, os elementos encontrados no lodo de ETA, em maior quantidade, são o Al, Si e Fe, também determinados pela análise de fluorescência de raio X e espectofotometria de absorção atômica. A presença destes elementos é justificada pelo uso do

coagulante de sulfato de alumínio no tratamento de água e pela própria composição da água, a qual contém materiais em suspensão, como por exemplo a areia e materiais argilosos. 5. CONCLUSÕES Com este trabalho pode-se observar que as característica do lodo da ETA Passaúna não variaram entre os meses analisados, mostrando que pode haver uma estabilidade destas características. O lodo apresentou umidade em torno de 87% e pH de 6,7. Pelas análises químicas e DRX, foi detectado que os elementos com maior predominância são o alumínio, sílica e ferro, sendo o alumínio em maior quantidade com 22,8% e os demais 13,42% e 7,98%, respectivamente, coincidentes com os valores encontrados na literatura. Estas concentrações elevadas ocorrem devido ao uso do sulfato de alumínio como coagulante e pelo próprio material presente na água bruta, como por exemplo ao materiais argilosos e a sílica da areia. Pela análise ao fogo pode-se observar que as amostras ficaram em torno de 50%,e pela análise de DTA o lodo apresentou processos de reação endotérmicas, previstos pela umidade do sistema do sistema e descarbonatação. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AWWA – American Water Works Association. An Assessment of Cropland Application of Water Treatment Residuals. USA: AWWARF, 1995. BARBOSA, R. M. et. al. A Toxicidade de Despejos (lodos) de Estações de Tratamento de Água à daphnia similis (ceadocera, crustacea). In: CONGRESSO INTERAMERICANO DE ENGENHARIA SANITÁRIA, XXVII., 2000, Porto Alegre. Anais... Porto Alegre: AIDIS, 2000. 1 CD-ROM. BARROSO, M. M.; CORDEIRO, J. S. Metais e Sólidos: Aspectos Legais dos Resíduos de Estação de Tratamento de Água. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 21., 2001, João Pessoa. Anais... João Pessoa: ABES, 2001. 1 CD-ROM. BARROSO, M. M.; CORDEIRO, J. S. Problemática dos Metais nos Resíduos Gerados em Estações de Tratamento de Água. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA, 21., 2001, João Pessoa. Anais... João Pessoa: ABES, 2001. 1 CD-ROM. CORDEIRO, J. S. Gerenciamento de Lodo de ETAs – Remoção de água, através de leitos de secagem e codisposição da fase sólida em matrizes de cimento e resíduos da construção civil. São Carlos: UFSCar / FINEP: 2000. 145 p. Relatório Técnico PROSAB 2. CORDEIRO, J. S. Processamento de Lodos de Estação de Tratamento de Água (ETA). In: ANDREOLI, C.V. (coord.) Resíduos Sólidos do Saneamento: Processamento, Reciclagem e Disposição Final. Rio de Janeiro: RiMa / ABES / PROSAB, 2001. p. 121 – 142. GRANDIN, S. R.; ALEM SOBRINHO, P.; GARCIA JR., A. D. Desidratação de Lodos Produzidos em Estações de Tratamento de Água. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 17., 1993, Natal. Anais... Natal: ABES, 1993. v.2, p. 324-341. REALI, M. A. P. Principais Características Quantitativas e Qualitativas do Lodo de ETAs. In: REALI, M. A. P. (coord.) Noções Gerais de Tratamento de Disposição Final de Lodos de ETA. Rio de Janeiro: ABES / PROSAB, 1999. p. 21-39.

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