gerenciamento-lodo-lagoas

8/14/2019 gerenciamento-lodo-lagoas

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AUTORES

COORDENADOR

Ricardo Franci GonalvesEngenheiro Civil e Sanitarista - UERJ (1984), Ps-Graduado em Enga de Sade Pblica -ENSP/RJ (1985), DEA Cincias do Meio Ambiente - Universidade Paris XII, ENGREF, ENPC,Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depurao de guas - INSA de Toulouse,Frana (1993), Prof. Adjunto do Departamento de Hidrulica e Saneamento e do Programa deMestrado em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Esprito Santo (UFES).

AUTORES

Aureliano Nogueira da CostaPesquisador do CPDN Empresa Capixaba de Pesquisa Agropecuria e extenso Rural(EMCAPER), Doutor em Solos e Nutrio de Plantas

Bruno KrohlingEngenheiro agrnomo UFES (1995), Mestrando em Engenharia Ambiental - UFES

Celson RodriguesEngenheiro agrnomo, Mestre em fitopatologia pela Universidade Federal de Viosa, Professoradjunto do Centro Agropecurio da UFES.

Claudia Rodrigues TelesEngenheira Florestal UFLA (1995), Mestre em Engenharia Ambiental UFES (1999),Pesquisadora bolsista DTI do CNPq / RHAE /PROSAB na SANEPAR.

Claudio Gomes do NascimentoEngenheiro Civil pela Universidade Federal de Viosa; mestrando em Engenharia Ambiental -UFES, engenheiro da Diviso de Saneamento da Cidade Prefeitura Municipal de Vitria (ES)

Fabiana Reinis Franca PassamaniBiloga graduada pela UFES (1992), Pesquisadora bolsista DTI / CNPq/RHAE UFES DHS(Programa de Saneamento Bsico/PROSAB).

Fabrcia Faf de OliveiraEngenheira Civil - UFES (1988), Mestre em Engenharia Ambiental - UFES (1996), ProfessoraDepartamento de Hidrulica e Saneamento da UFES.

Mrcia Regina Pereira LimaEngenheira civil - UFES (1989); ps graduada em Saneamento - CEFET - MG (1995); Mestreem Engenharia Ambiental - UFES (1996) Professora da Escola Tcnica Federal do EspritoSanto.

Ricardo Franci Gonalves


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1.1 - Remoo de lodo em lagoas de estabilizao no pas (informaesobtidas entre novembro e dezembro de 1996)

4

Tabela 1.2 - Processamento do lodo nos principais sistemas de tratamento deesgotos utilizados no Brasil (Fonte : Von Sperling (1998)

5

Tabela 3.1 - Taxas de acumulao de lodo em lagoas anaerbias e facultativasprimrias

15

Tabela 3.2 - Resultados das batimetrias e estimativa da produo de lodo emlagoas de estabilizao no ES

16

Tabela 3.3 - Estimativas de produo de lodos em diferentes processos detratamento de esgotos sanitrios

16

Tabela 3.4 - Resumo de estimativas de lodos acumulados na lagoa atravs dataxa volumtrica per capitae do modelo Saqqar e Pescod (1995)

22

Tabela 4.1- Teores de slidos totais e de slidos volteis em diferentes tipos delagoas de estabilizao operando no ES

25

Tabela 4.2 - Teores de nutrientes nos lodos de lagoas operando no ES e valorestpicos de lodo de esgoto digerido e de fertilizantes agrcolas

26

Tabela 4.3 - Concentraes de metais pesados nas lagoas estudadascomparados com outros sistemas.

27

Tabela 4.4 - Padres referentes a metais em lodo de esgoto utilizados naagricultura e nos solos agrcolas (Normas dos EUA e daComunidade Europia)

28

Tabela 4.5 - Resultados comparativos de coliformes fecais e ovos de helmintosno lodo de ETEs de Braslia e Esprito Santo

30

Tabela 4.6 - Principais patgenos presentes em guas residurias municipais elodos

33

Tabela 4.7 - Limites estabelecidos para patgenos pela legislao do Paran edos Estados Unidos.

34

Tabela 5.1 - Principais vantagens e desvantagens das tecnologias apresentadaspara remoo de lodo de lagoas

42

Tabela 5.2 - Avaliao comparativa entre as tecnologias apresentadas pararemoo de lodo de lagoas

43

Tabela 6.1 - Principais solues operacionais para a manuteno dos leitos desecagem

54

Tabela 7.1 - Processos de higienizao do lodo. 56Tabela 8.1 - Caractersticas mdias das mudas de tamboril submetidas aos

tratamentos com lodo calado.63

Tabela 8.2 - Caractersticas mdias das mudas de tamboril submetidas aostratamentos com lodo pasteurizado.

63

Tabela 8.3 - Teores mdios de nitrognio na matria seca da parte area demudas de cafeeiros (substrato: lodo de esgoto calado + doses decloreto de potssio)

66


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LISTA DE SMBOLOS

tV = Taxa volumtrica per capita de acumulao de lodoV = Volume de lodo acumulado no perodo consideradoP = N o de habitantes com ligao rede coletora que contribui p/ a ETET = Tempo de operao da lagoa, decorrido desde a ltima batimetriatL = Taxa linear de acumulao de lodosh = Altura mdia da camada de lodosFL = Taxa de acumulao de lodo na lagoaFXSS, 0 = Carga de slidos suspensos na entrada da lagoaFXSS, 1 = Carga de slidos suspensos na sada da lagoaFX = Taxa de produo de slidos por ao biolgicaY = Coeficiente de rendimento (crescimento do lodo)FCDBO ,0 = Carga de DBO 5 na entrada da lagoaFCDBO ,1 = Carga de DBO 5 na sada da lagoaQAS = Volume de lodo acumulado diariamente na lagoaSG s = Massa especfica do lodow = Densidade da guawS = Teor de umidade do lodof1 = Frao de F XVSS,0 removida na lagoaf2 = Frao de F XFSS,0 removida na lagoaf3 = Frao de F CDBO,0 removida na lagoa

j1 = Frao de F XSSV no destruda por digesto anaerbia na lagoa j2 = Frao de F XSSF no destruda por digesto anaerbia na lagoa j3 = Frao de slidos biolgicos produzidos e no destruda por digesto

anaerbia na lagoaVAS = Volume acumulado de lodo (modelo Saqqar e Pescod, 1995)KAS = Coeficiente de acumulao de lodoCdDBO = Carga diria de DBO 5 afluente lagoa anaerbiaSo = Concentrao de DBO 5 no esgoto brutoLv = Taxa de aplicao volumtricaH = Altura da lmina lquida = Tempo de deteno hidrulicaF = Fluxo de massaC = Concentrao do substrato consideradoQ = Vazo mdia de esgoto bruto


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SUMRIO

Pgina

Agradecimentos i

Lista de tabelas iiLista de figuras iiiLista de smbolos v

Sumrio vi

1 . Introduo ao gerenciamento do lodo de lagoas de estabilizao 1

2 . Formao de lodos em lagoas de estabilizao anaerbias ou facultativasprimrias

6

2.1 - Formao de lodo em lagoas de estabilizao facultativas e anaerbias 62.2 - Distribuio do lodo em lagoas anaerbias 72.2.1 - Distribuio espacial da camada de lodos 72.2.2 - Evoluo no tempo da camada de lodos 112.3 - Procedimentos para determinao da camada de lodo em lagoas de estabilizaoem operao

11

3. Estimativa da formao de lodo em lagoas anaerbias e facultativas primrias 143.1 . Estimativa da formao de lodo em lagoas anaerbias e em lagoas facultativas

primrias14

3.1.1. Estimativa da acumulao de lodos atravs de taxas empricas 143.1.2. Estimativa atravs do modelo proposto por Saqqar e Pescod (1995) 17

4. Caractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas do lodo de lagoas 234.1- Opes de disposio final em funo da composio dos lodos 234.2 - Composio fsico-qumica tpica do lodo de lagoas 234.3 - Caractersticas microbiolgicas dos lodos produzidos por lagoas 284.3.1- Principais grupos de microrganismos patognicos em lodos de esgoto 324.3.2- Normas tcnicas para uso do lodo 34

5. Remoo do lodo das lagoas 355.1 Introduo 355.2 - Informaes sobre o volume de lodo a ser removido 355.3 - Tcnicas aplicveis na remoo do lodo 355.4 - Remoo de lodos com desativao temporria da lagoa 365.5 - Remoo de lodos com manuteno da lagoa em funcionamento 385.6 - Vantagens e desvantagens das tcnicas apresentadas 41

6. Desidratao do lodo de lagoas 446.1 Introduo 446.2 - Remoo da umidade 446.3 - Leitos de secagem 48

6.4 - Aspectos gerais da desidratao de lodos em leitos de secagem 50


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6.5 - Dimensionamento do leito de secagem 506.6 - Detalhes operacionais 53

7 . Higienizao 557.1 - Processos de higienizao de lodos de esgotos 55

7.1.1.- Calagem 557.1.2. Pasteurizao 577.1.3 Compostagem 58

8. Reciclagem do lodo de lagoas na agricultura 608.1 - Disposio do lodo na agricultura 608.2 - Potencial do lodo para uso na agricultura 608.3 - Pesquisas com o uso de lodo na agricultura no Esprito Santo 618.3.1 Compostagem 618.3.2 - Manejo da adubao e recomendao para uso do lodo 618.3.3 - Uso do lodo como substrato na produo de mudas de espcies florestais 638.3.4 - Uso do lodo higienizado com cal virgem no plantio do cafeeiro

Coffea Canephora64

8.3.5 - Aplicao de lodo calado de lagoa anaerbia na formao de mudasde cafeeiros

65

Referncias bibliogrficas 68


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1

CAPTULO 1

INTRODUO AO GERENCIAMENTO DO LODO DE LAGOASDE ESTABILIZAO


Dentre os processos de tratamento biolgico de esgoto sanitrio mais utilizados no Brasil, as lagoasde estabilizao assumem posio de destaque. Esta ampla aceitao decorre do seu baixo custo de

implantao e, principalmente, da grande simplicidade operacional. Outros fatores favorveis, taiscomo o clima e a disponibilidade de rea no pas, credenciam esses processos como ideais parautilizao em cidades brasileiras de pequeno e mdio porte. Considerando o enorme esforo a serfeito no sentido da ampliao da abrangncia dos sistemas de esgotamento completos, lagoas deestabilizao possuem um futuro prspero no Brasil.

Entretanto, importncia secundria tem sido tradicionalmente atribuda ao problema do lodoproduzido em lagoas de estabilizao. Tal fato emerge como a principal constatao da enquetenacional realizada pela UFES em 1997, referente s prticas mais comuns de remoo e disposiode lodo de lagoas de estabilizao no Brasil (tabela 1.1). Cerca de 90% das lagoas de um total de 36estaes de tratamento de esgotos (ETEs) brasileiras sobre as quais as informaes foram

fornecidas (15 sistemas australianos, 11 facultativas primrias, 11 outras combinaes) nuncasofreram remoo do lodo. Em apenas quatro lagoas foram realizadas remoes, uma por dragageme as outras atravs de remoo manual. Nesses casos, o lodo removido foi disposto no solo ou emcrregos prximos s reas das ETEs. Vrias lagoas esto em operao por perodos defuncionamento superiores a 15 anos, e h registros de lagoas com mais de 50% do seu volume tiltomado por lodo, conforme ilustra a batimetria realizada na lagoa de Eldorado e a foto da entrada dalagoa de Camburi, no ES (figuras 1.1 e 1.2).

Fatos recentes acontecidos no Estado do Esprito Santo confirmam as observaes realizadas sob aexperincia a nvel nacional. A Companhia Esprito Santense de Saneamento (CESAN) responsvel pela operao de um conjunto de estaes de tratamento de esgotos (ETEs) com lagoasde estabilizao dos mais variados tipos, formatos e perodos de funcionamento, concentradobasicamente na regio da grande Vitria. A remoo do lodo das lagoas de Camburi (400 l/s) e deValparaso (25 l/s) obedeceu a complicadas operaes de engenharia, marcadas pela necessidade doesvaziamento dos reatores em questo. Em ambos os casos o lodo foi removido com desidrataoprvia, requerendo a parada completa dos reatores por algumas semanas. No caso de Valparaso foinecessria a ruptura do talude da primeira lagoa para remoo do lodo ainda com teores de umidaderelativamente elevados.

A destinao do lodo representou principal problema a ser resolvido, tendo em vista sua quantidadee, sobretudo, as exigncias realizadas pela Secretaria Estadual para Assuntos de Meio Ambiente(SEAMA) quanto segurana sanitria e ambiental da soluo adotada. Em nenhuma das ETEscom lagoas operadas pela CESAN, como em grande parte das lagoas operando no Brasil hoje em


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dia, foi prevista por ocasio da concepo do sistema uma destinao adequada ao lodo a serremovido.

135

337347356

130

70

178200205

80

0

50100150200250300350

2 7 12 17 22Distncia margem (m)

P r o

f u n d

i d a d e

( c m

)

Superfcie ao fundoSuperfice ao lodo (cm)

SUPERFCIE DA LAGOA

Figura 1.1 - Camada de lodo em seo

batimtrica da lagoa anaerbia de Eldorado,Serra (ES) (Fonte: Nascimento et al., 1999)

Figura 1.2 Entrada de uma lagoa facultativaem operao no Esprito Santo

Certamente, os prazos bastante dilatados previstos para que se realize a remoo do lodo de dentrodo reator (geralmente de 5 a 10 anos) contribuem para que se trate o gerenciamento do lodo emETEs com lagoas com uma certa negligncia. A maioria dos processos de tratamento biolgico deuso mais frequente no Brasil exige o gerenciamento do lodo com frequncia variando entre diria emensal, conforme resume von Sperling (1998) na tabela 1.2. Ademais, os processos que produzemmais lodos, alm de exigerem remoo frequente, demandam sucessivas etapas de tratamento dessematerial antes da sua disposio final. No caso dos lodos ativados convencionais, por exemplo, asetapas de adensamento, digesto, desidratao se fazem obrigatrias para viabilizar tcnica eeconomicamente a disposio do lodo produzido na ETE. Essa reconhecida complexidade gera umproblema de curtssimo prazo e grandes propores, exigindo que a soluo seja planejada atravsde tarefas a serem cumpridas diariamente, muitas vezes por equipes especializadas somente notratamento da fase slida (nas ETEs de grande porte).

Ocorre que esta no a realidade das lagoas de estabilizao, em que a produo de lodos acontecequase que secretamente ao longo dos anos, longe da sensibilidade dos operadores da ETE menosavisados. A esse respeito, com base em relatos sobre experincias na Frana e na Alemanha, Vasele Borght (1987) fazem a seguinte citao:

Como todo o sistema de tratamento que funciona corretamente, lagoas deestabilizao produzem lodo aos quais dever se assegurar gesto conveniente, isto, dever ser prevista uma remoo regular desde a concepo do sistema. Deve seestar consciente de que a soluo adaptada para a remoo deste lodo terimplicaes importantes sobre o custo global do sistema de saneamento em questo.Uma m escolha nesse sentido poder resultar em custo de remoo do lodoextremamente elevado, que, quando no programado ou mal concebido, poderepresentar uma parte importante do oramento comunitrio.

Portanto, do ponto de vista da gesto do lodo em ETEs com lagoas, no h como duvidar de que um

dia o lodo dever ser removido dos reatores e disposto adequadamente a um custo no desprezvel.2


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3

Trata-se de um difcil exerccio de futurologia que se exige dos projetistas, uma vez que as etapasque compem o gerenciamento do problema devero ser planejadas para um intervalo de tempo quepode superar 5 anos. Sucede que muitos parmetros a serem considerados so dinmicos, tal comoo sistema virio por onde ser transportado o lodo e as reas disponveis para a disposio, e quedevero ser revistos por ocasio da remoo do lodo das lagoas. Em que pesem essas dificuldades,o exerccio deve ser praticado por ocasio do projeto, para que os custos referentes aogerenciamento de milhares de metros cbicos de lodo em um curto perodo de tempo no sejamomitidos do empreendimento.

Dentre as opes para destino do lodo, a reciclagem agrcola do lodo de ETEs apresenta-se comouma alternativa promissora, tanto do ponto de vista ambiental como econmico. As pesquisasrealizadas pela UFES confirmam que, dentro de determinados critrios agronmicos, sanitrios eambientais, este rejeito pode perfeitamente se transformar em um importante insumo agrcola. Osteores de nitrognio e fsforo do lodo permitem uma diminuio significativa da necessidade defertilizantes nitrogenados e fosfatados, enquanto que matria orgnica aumenta a resistncia do solo eroso. A utilizao do lodo na agricultura ou na silvicultura pode se constituir em timaalternativa para a melhoria das caractersticas do solo em vrias regies de agricultura intensiva ounecessitando de reflorestamento.


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Tabela 1.1 - Remoo de lodo em lagoas de estabilizao no pas (informaes obtidas entre novem

Instituio Cidade/ Estado Tipo de Sistema Tipo deEfluente

Incio deOperao

Ano de / Mto

CASAL Macei - AL 3 lagoas aeradas Residencial 1987 1CAGECE Fortaleza - CE 2 anaerbias + 2 facultativas + 2 maturao Misto 1994 CAGEPA Cidade de Souza-PB 1 facultativa primaria Residencial 1978

Patos- Joo Pessoa - PB 1 lagoa aerada X 1976 Cidade de Cajazeiras - PB 1 facultativa primaria Residencial 1978 Itaporanga - PB 1 facultativa primaria Resid. e comerc 1976 Campina Grande -PB 2 lagoas aeradas Misto 1976 Conj. Mangabeira - PB 2 anaerbias + 1 facultativa Resid. e comerc 1983 Monteiro - PB 2 anaerbias + 2 facultativas Resid. e comerc 1989 Guarabira - PB 2 anaerbias + 2 facultativas Resid. e comerc 1989 Alagoa Grande -PB 1 facultativa primaria Resid. e comerc 1978 Sap- PB 1 facultativa primaria Resid. e comerc 1977

CAERN Currais Novos - RN 1 facultativa + 1 maturao Residencial 1983 Currais Novos - RN 1 facultativa primaria Residencial 1986 Currais Novos - RN 1 facultativa primaria Residencial 1986 Currais Novos - RN 1 facultativa primaria Residencial 1984 Currais Novos - RN 1 facultativa + 1 maturao Residencial 1989 Currais Novos - RN 1 facultativa + 2 maturao Residencial 1987 Currais Novos - RN 1 anaerbia+ 1 facultativa + 1 maturao Industrial 1985

COPASA Santa Luzia / BH - MG 2 lagoas aeradas Residencial 1983 Rib. das Neves / BH - MG 1 facultativa primaria Residencial 1987 Lagoa Santa / BH - MG 1 facultativa + 1 maturao Residencial 1984

CASAN Joinvile - SC 1 anaerbia + 1 facultativa Mista 1987 Baln. de Comburi - SC 2 anaerbias + 2 facultativas Mista 1984 Florianpolis - SC 4 facultativas / Fluxo pisto Mista 1994

SAMAE Mogi - Guau - SP 1 facultativa primaria Mista 1988 SEMAE Piracicaba - SP 2 anaerbias + 2 facultativas Rural 1993

DAERP Ribeiro Preto - SP 1 anaerbia+ 1 facultativa Mista 1992 SAMAE Jaguariaiva - PR 2 anaerbias+ 1 facultativa Comercial x SAAE Cach. Itapemirim - ES 1 facultativa primaria Residencial 1995 SIMAE Herval dOeste - SC 3 LAn Mista 1994


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Tabela 1.2 - Processamento do lodo nos principais sistemas de tratamento de esgotos utilizados no

LODO PRIMRIO SISTEMAS DE TRATAMENTO Processamento usual do lodo

Frequncia deremoo

Adensa-mento

Digesto Desidra-tao

Disposi-ofinal

Frequnciade remoo

Adm

TECNOLOGIAS TRADICIONAISTratamento primrio (convencional) ~ contnua X X X XTratamento primrio (tanques spticos) < 1 ano X X

Lagoa facultativa > 20 anos Lagoa anaerbia lagoa facultativa < 20 anos Lagoa aerada facultativa < 10 anos Lagoa aer. mist. Completa. - lagoa decant. < 5 anos Lodos ativados convencional < 4 h X X X ~ contnua Lodos ativados (aerao prolongada) ~ contnua Filtro biolgico (baixa carga) < 4 h X X X ~ contnua Filtro biolgico (alta carga) < 4 h X X X ~ contnua Tanque sptico filtro anaerbio < 1 ano X X < 1 ano Tanque sptico infiltrao subsuperficial < 1 ano X X

TECNOLOGIAS RECENTESUASB < 3 meses UASB lagoa facultativa < 3 meses UASB lagoa de maturao < 3 meses UASB escoamento superficial < 3 meses UASB lodos ativados < 1 ms UASB biofiltros aerados submersos < 1 ms

Infiltrao lenta (d) Infiltrao rpida (d) Escoamento superficial (d)

(a) Opcional(b) Em reatores UASB incorporados e submersos nas lagoas facultativas (sistema CAESB-Samambaia), o lodo anaerbio acumula-se na lagoa facu(c) Pressupe retorno do lodo excedente aerbio para o UASB, onde sofre adensamento e digesto(d) Em sistemas de aplicao controlada no solo, h a necessidade de remoo peridica da biomassa vegetal formada em decorrncia da irrigao


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CAPTULO 2

FORMAO DE LODOS EM LAGOAS DE ESTABILIZAOANAERBIAS OU FACULTATIVAS PRIMRIAS


2.1 - Formao de lodo em lagoas de estabilizao facultativas e anaerbias

Denomina-se lodo ao material que se deposita no fundo das lagoas de estabilizao ao longodos anos de funcionamento, sendo constitudo por compostos inorgnicos, compostosorgnicos aportados pelo esgoto, microrganismos, e sub-produtos da atividade dosmicrorganismos. Tomando-se por base os mecanismos que resultam no tratamento de esgotosem lagoas de estabilizao do tipo facultativas, o lodo ocupa o compartimento anaerbio doprocesso, cumprindo importante tarefa no tratamento conforme a descrio a seguir:

1. Compartimento anaerbio Regio do fundo da lagoa, onde ocorrem a deposio domaterial sedimentvel presente no esgoto, ou que foram gerados como sub-produtos noscompartimentos superiores, e a sua subsequente degradao pela via anaerbia. Este ocompartimento de maior interesse no tocante gesto de lodos neste tipo de processo.

2. Compartimento facultativo Situado acima do compartimento anaerbio, nele ocorremmecanismos de degradao tanto pela via anaerbia quanto pela via aerbia. Predominamnesta regio bactrias heterotrficas facultativas.

3. Compartimento aerbio Este compartimento caracterizado pela grande atividadefotossinttica das algas, que se situam na superfcie da lmina lquida da lagoa. Neleobserva-se uma farta disponibilidade de oxignio dissolvido e a maior parte dadegradao da matria orgnica solvel no esgoto, ocorre atravs da respirao aerbiadas bactrias.

Nas lagoas anaerbias co-existem somente os compartimentos facultativo e anaerbio, comuma predominncia ntida para a via anaerbia de degradao da matria orgnica (figura2.1). No tocante ao slidos presentes no esgoto e que sedimentam na lagoa, sua fraoorgnica decomposta pelos microrganismos anaerbios, sendo transformada em biogs

(CH4 e CO2, principalmente), produtos solveis intermedirios da decomposio e materialslido mineralizado. Nos perodos de temperatura elevada, os subprodutos intermedirios soreintroduzidos na massa lquida, sendo responsveis por uma nova carga de DBO na lagoa.Portanto, a parte orgnica do lodo composta por matria orgnica em decomposio e pormicrorganismos.

A frao inorgnica que se acumula constituda por material inerte que sobrou da atividademicrobiana, bem como por partculas slidas no biodegradveis carreadas pelo esgoto e pelaeroso dos taludes. Por isso, o acmulo do lodo no fundo da lagoa depende diretamente dascaractersticas do esgoto, do estado de conservao e operao da rede coletora e daeficincia da etapa de pr-tratamento na ETE. Uma rede mal construda ou com estado de

conservao deficiente poder carrear grandes quantidades de material inerte para as ETEs.


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Se no houver uma boa remoo nos desarenadores, esse material ser direcionado para ofundo das lagoas, influenciando na frequncia de remoo do lodo.

luz solar

vento

efluente

slidos sedimentveis - lodo

Afluente commatria orgnicabiodegradvel

2CH2Ox CH3COOHCH3COOH CH4+CO2CH4+CO2+prod. solv.

Figura 2.1 - Esquema de funcionamento (mecanismos principais) de uma LAn de umsistema australiano

Portanto, a origem da formao de lodo em lagoas de estabilizao est na deposio domaterial sedimentvel do esgoto e na reproduo de bactrias responsveis pela digestoanaerbia no fundo do reator. Nas lagoas primrias so retidos quase 100 % dos slidossedimentveis, enquanto nas secundrias no ocorre uma sedimentao significativa. Isto fazcom que a acumulao de lodos nas lagoas secundrias seja desprezvel para fins prticos.Consequentemente, maior ateno ser dada formao de lodo nas lagoas primrias,

especialmente as do tipo anaerbias.2.2 - Distribuio do lodo em lagoas anaerbias

A acumulao de lodo em lagoas facultativas primrias ou anaerbias no ocorre de formahomognea no tempo e no espao. A taxa de acumulao de lodos influenciada por fatorestais como as caractersticas do esgoto, o perodo de tempo em operao, a eficincia do pr-tratamento, o posicionamento dos dispositivos de entrada e sada, as caractersticasgeomtricas da lagoa, as taxas de carregamento orgnico e hidrulico, entre outros.

2.2.1 - Distribuio espacial da camada de lodos

A maioria dos relatos sobre a distribuio espacial da camada de lodos em lagoas anaerbiasou facultativas primrias indica uma acumulao maior nas proximidades dos dispositivos deentrada e sada da lagoa (figuras 2.2 e 2.3). A exceo dessas regies da lagoa, a camadageralmente apresenta-se homognea, com a interface slido lquido quase que com amesma cota. A maior acumulao nas imediaes da entrada atribuda grande quantidadede slidos sedimentveis orgnicos e inorgnicos no afluente (Silva, 1983; Da-Rin eNascimento, 1988; Schneiter et al., 1993, Nascimento et al., 1998).

Entretanto, a ao dos ventos, a inverso de temperatura e o comportamento hidrodinmicodo reator iro opor a essa tendncia. Nos casos em que a entrada do esgoto na lagoa ocorrecom muita turbulncia (jatos), a camada de lodos pode inclusive apresentar espessura inferior

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a de outras regies da lagoa. Esse o caso descrito por Saqqar e Pescod (1995), sobre umalagoa anaerbia em operao em Alsamra (Jordnia), em que as maiores alturas da camadade lodos foram observadas na regio central da lagoa (figura 2.4).

Figura 2.2 Lagoa facultativa com acmulo de lodo na entrada

Afluente

Efluente

Maior Menor

Escala

Afluente

Efluente

Maior Menor

Escala

Figura 2.3 Distribuio espacial da

camada de lodos em uma lagoa anaerbia

(vrios autores)

Figura 2.4 - Distribuio espacial dacamada de lodos observada por Saqqar e

Pescod (1995)8


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Outro tipo de distribuio espacial descrita por Paing et al. (1999), em uma lagoa comvolume de 5083 m3 e 3,1 m de profundidade no sul da Frana. Os experimentos realizadospor esses pesquisadores indicaram um decrscimo da camada de lodos da entrada ( 70 cm)para a sada (15 cm) (figura 2.5). O gradiente da camada de lodos coincidiu com o dasconcentraes de cidos graxos volteis no lodo, que tambm diminuram da entrada (> 1500mg HAc

- /l) para sada (< 150 mg HAc

- /l). Por outro lado, os autores observaram umgradiente inverso na distribuio espacial da atividade metanognica do lodo, que apresentou

valores da ordem de 1 mg CH4 /gSV.dia na regio da entrada e superiores a 51 mgCH4 /gSV.dia nas imediaes da sada. Estes resultados indicam que os diferentes estgiosque compem a digesto anaerbia ocorrem em diferentes regies da lagoa, com as etapas dehidrlise e acidificao nas proximidades da entrada e a metanizao mais intensamente nasada da lagoa. A produo de metano por unidade de rea foi muito heterognea em toda alagoa, apresentando um valor mdio de 25 l/ m2.dia a 20oC.

Afluente

Efluente

Maior Menor

Escala

Afluente

Efluente

Maior Menor

Escala

Figura 2.5 Distribuio espacial dacamada de lodos observada por Paing et

al. (1999)

Figura 2.6 Distribuio espacial dacamada de lodos observada em pesquisa

na UFES

Finalmente, lagoas construdas com formatos obecendo a geometria indefinida, ou ento composicionamento dos dispositivos de entrada e sada induzindo a formao de zonas mortas ecurtos circuitos, apresentam uma distribuio da camada de lodos bastante influenciada porseu comportamento hidrodinmico. Esse comportamento foi observado em vrias lagoasestudadas pela UFES, como, por exemplo, a lagoa anaerbia da ETE de Maring, na regioda Grande Vitria (ES), esquematizada na figura 2.6. O mapeamento da camada de lododesta lagoa apresentado em 3 dimenses pela figura 2.7. A camada de lodos apresenta

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elevaes significativas nas proximidades da entrada e da sada, bem como em toda a faixalongitudinal coincidente com o alinhamento entrada sada, por onde ocorre o fluxopreferencial no reator.

Entrada

Sada

Zona mortaLinhas de fluxo

preferencial

Figura 2.7 Distribuio da camada de lodos na lagoa anaerbia de Maring (ES)

No tocante distribuio vertical (altura da camada), a distribuio espacial heterognea dolodo no interior da lagoa pode ter como situao limite a representada na figura 2.8. Porocasio dos estudos realizados no ES, quatro lagoas anaerbias apresentaram afloramento dacamada de lodos nas proximidades do dispositivo de entrada. Nesses casos, o principalinconveniente a permanente emanao de compostos odorantes oriundos da digestoanaerbia do lodo em contato direto com a atmosfera. Caso no seja realizada a remoo dolodo, pelo menos uma operao visando a redistribuio da camada aflorante de lodo deveser providenciada rapidamente, para minimizar problemas de impacto do empreendimentoem ambiente urbano.

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ompostosodorantes

Lodo

N.A.

Figura 2.8 Distribuio espacial heterognea com parte da camada de lodos em contatodireto com a atmosfera


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11

2.2.2 - Evoluo no tempo da camada de lodos

A acumulao de lodo no fundo das lagoas bastante acelerado nos primeiros anos deoperao, diminuindo sensivelmente ao longo dos anos. Logo aps a partida do processo, aausncia da biomassa anaerbia no fundo da lagoa resulta nas baixas taxas de hidrlise emetanizao da matria orgnica sedimentada (Marais, 1971). Na medida em que a biomassase desenvolve adaptada s condies operacionais, o estoque de matria orgnica tende adiminuir.

A temperatura tambm ir influenciar na formao da camada de lodos, na medida em que astaxas de digesto anaerbia so uma funo direta desta varivel. Nos locais onde atemperatura do esgoto atinge valores inferiores a 19 C por alguns dias consecutivos, a cargade material orgnico sedimentvel supera a capacidade de digesto anaerbia da biomassa(Oswald, 1968). Por outro lado, taxas de digesto elevadas (T > 22C) resultam na maiorestabilizao dos slidos sedimentveis orgnicos e uma maior produo de biogs. Sucedeque a lagoa, em regies onde as variaes de temperatura so nitidamente sazonalizadas,funciona estocando matria orgnica na camada de lodos durante o inverno (a camada ficamaior) e com elevadas atividades de hidrlise e metanizao (a altura da camada diminui)durante o vero. Schneiter et al. (1993) recomendam que, por ocasio do dimensionamento ovolume da lagoa seja majorado em 5%, prevendo-se a estocagem de lodos nas regies declima frio.

2.3 - Procedimentos para determinao da camada de lodo em lagoas de estabilizaoem operao

A altura da camada de lodo deve ser determinada atravs de batimetria na lagoa, que pode serrealizada mediante o uso de diferentes tipos de equipamentos. As lagoas devem ser divididasem sees batimtricas com espaamento preferencialmente constante, demarcadas atravsde topografia (piqueteamento), onde sero registradas as alturas da camada de lodo.Combinando-se as informaes obtidas atravs de batimetria e as caractersticas geomtricasda lagoa, calcula-se o volume de lodo estocado na mesma. Quanto mais precisas forem estasinformaes, mais bem quantificado ser o volume de lodos na lagoa.

No tocante batimetria, sua qualidade proporcional quantidade de sees batimtricas ede pontos amostrais. Evidentemente, quanto maior for o nmero de sees e pontosamostrais, maior ser o volume de trabalho. Por outro lado, sees batimtricas com

espaamento grande e com baixa densidade de pontos amostrais induzem a errossignificativos no clculo do volume de lodo na lagoa.

Nos estudos realizados pela UFES, todas as lagoas selecionadas foram divididas em seesbatimtricas de espaamento varivel segundo o tamanho da lagoa (Exemplo: croqui da lagoafacultativa primria de Mata da Serra, figura 2.9). Um total de 420 pontos batimtricos foraminstalados em todas as lagoas, correspondendo a uma mdia de 84 pontos / ETE, e umnmero de 06 a 12 sees batimtricas por lagoa. As sees foram demarcadas atravs depiqueteamento, sendo percorridas com bote inflvel, para registros das profundidades elmina de lodo.


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rea da lagoaAC= 6562 m2AF= 5312 m2

A

B CD 123

13 2

4

4

E

F

GI

H

cascateamento, grade evertedor triangular

entrada da lagoa(afogada)

sada da lagoa(vertedor triangular)

cascateamento, grade evertedor triangular

entrada da lagoa(afogada)

Figura 2.9 - Croqui da lagoa facultativa primria de Mata da Serra e posicionamento das

sees batimtricas

Diversos equipamentos vem sendo utilizados para a medio da altura da camada de lodo,com diferentes nveis de sofisticao. Os seguintes equipamentos eletrnicos podem serutlizados com esse objetivo: eco-batmetros, pH-metros e medidores de teores de SS.

O equipamento utilizado pela UFES com essa finalidade, composto por hastes de PVC oualumnio conectveis e com escalas mtricas, bastante simples e apresentou boa preciso(Gonalves et al, 1997) (figura 2.10). A haste 1 utilizada para determinar a profundidade dainterface slido lquido (superfcie da camada), onde ela repousar sem penetrar devido placa circular de PVC com 300 mm de dimetro situada na sua base. Uma vez localizada asuperfcie da camada de lodo com a haste 1, introduz-se a haste 2 pelo interior da haste dePVC vazada que compe a haste 1. Esta segunda haste perfurar toda a camada de lodo,detendo-se ao encontrar o fundo da lagoa. A diferena entre as medies de profundidaderealizadas atravs das duas hastes representa a altura da camada de lodos.

A utilizao de um pH-metro porttil, dotado de uma sonda fixada em uma haste graduada,mostrou-se tambm bastante simples e eficaz, nas pesquisas realizadas por Paing et al.(1999). A diferena de pH entre o lquido e o lodo muito ntida, devido intensa atividadebiolgica de acidificao no lodo, caindo imediatamente de valores prximos de 7,0 nolquido para valores inferiores a 6,0 neste ltimo compartimento. Na prtica, a profundidadeem que o aparelho detecta a mudana brusca de pH refere-se superfcie da camada de lodo.A diferena entre essa profundidade e o fundo da lagoa, determina a altura da camada delodo.

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Haste de cobre comescala mtrica ( bitolainferior haste de PVCp/ ser transpassadainternamente nesta )

Haste de PVC vazada, comconeces e escala mtrica

Placa circular de PVCvazada em vrios pontos

= 300 mm

Haste 1 Haste 2

Figura 2.10 Equipamento utilizado para determinao da altura da camada de lodo emlagoas no ES (Gonalves et al., 1997)

Outra possibilidade a utilizao de equipamentos sensores de concentraes de slidossuspensos, geralmente utilizados no monitoramento da manta de lodos em tanques deaerao e em decantadores primrios ou secundrios de lodos ativados. Os testes realizadoscom um equipamento dotado de uma sonda a base de radiao infra-vermelha, fixada emuma haste graduada, vem apresentando excelentes resultados nas pesquisas em curso naUFES. Entretanto, apesar da simplicidade e preciso do mtodo, o equipamento importadoe apresenta preo relativamente elevado com relao aos demais mtodos descritosanteriormente.

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CAPTULO 3

ESTIMATIVA DA FORMAO DE LODO EM LAGOASANAERBIAS E FACULTATIVAS PRIMRIAS

Ricardo Franci GonalvesFabrcia Faf de Oliveira

3.1. Estimativa da formao de lodo em lagoas anaerbias e em lagoas facultativasprimrias

Estimar a produo de lodos em uma lagoa de estabilizao primria uma etapa primordialdo projeto para a garantia da auto-sustentabilidade futura do empreendimento. A quantidadede lodo, a frequncia de remoo, como desidrat-lo, transport-lo e onde disp-lo soquestes que integram de maneira significativa o custo operacional da ETE. A estimativa daquantidade de lodos acumulados em lagoas primrias pode ser realizada atravs do empregode taxas empricas de acumulao ou atravs do uso de modelos racionais semi-empricosou tericos.

3.1.1. Estimativa da acumulao de lodos atravs de taxas empricas

As taxas empricas de acumulao de lodos podem ser expressas em termos de:- Volume de lodo acumulado por unidade de tempo per capita (m3 /hab.ano ou l/hab.d),- Altura acumulada de lodo por unidade de tempo (cm/ano).

A taxa volumtrica per capita de acumulao de lodo definida pela equao:

tV = (1000 x V) / (P x T) [3.1]Onde:

tV = taxa volumtrica per capita de acumulao de lodo (l / hab . dia)V = volume de lodo acumulado no perodo considerado (m3)P = no de habitantes com ligao rede coletora que contribui p/ a ETE (hab)

T = tempo de operao da lagoa, decorrido desde a ltima batimetria (dias)A taxa linear de acumulao de lodos com relao altura da camada de lodos definidapela expresso:

tL = h / T [3.2]Onde:

tL = taxa linear de acumulao de lodos (cm / ano)h = Altura mdia da camada de lodos (cm)T = tempo de operao da lagoa, decorrido desde a ltima batimetria (dias)


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A determinao da taxa linear mais simples, por no exigir um cadastro rigoroso dapopulao que contribui com esgotos para a ETE. Entretanto, a determinao precisa dageometria da lagoa, assim como a altura da camada de lodo, so pr-requisitos essenciaispara a sua determinao. Em qualquer um dos casos, a utilizao sem critrios de ambas astaxas pode resultar em imprecises importantes na estimativa da formao de lodos, tal

como ilustra a grande variedade de valores publicados por outros autores (tabela 3.1).Nas lagoas anaerbias, as taxas lineares de acumulao de lodo superam um valor de 4cm/ano. Nas lagoas anaerbias de Eldorado e Porto Canoa, no ES, as taxas lineares foram de7,7 cm / ano e 5,3 cm / ano respectivamente (Nascimento et al., 1999) (tabela 3.2). Taisresultados so equivalentes ao valor de 5,7 cm / ano observado por Silva (1983) na lagoaanaerbia de Tatu - SP. Nas lagoas facultativas primrias, a taxa linear de acumulaotende para 2,0 cm/ano, conforme indicam os valores publicados por Silva (1983) e Nelson eJimnez (1999). As lagoas facultativas secundrias corretamente dimensionadas operamquase que em equilbrio entre os processos [aporte + gerao] e [sada + destruio] deslidos no reator. Decorre desse fato uma produo de lodos praticamente desprezvel parafins prticos, conforme ilustra o valor da taxa linear de acumulao de lodos calculada paraa lagoa facultativa de Eldorado, no ES (tabela 3.2).

As taxas volumtricas de acumulao de lodos variam entre 0,08 e 0,4 l/hab.dia em lagoasprimrias (anaerbias ou facultativas), sendo recomendada a utilizao do limite inferior emregies de clima quente e o limite superior para regies de clima frio. Mesmo no caso dolimite superior, o valor de produo per capita de lodos muito pequeno, quandocomparado s produes per capita caractersticas de outros processos de tratamentobiolgico de esgotos sanitrios (tabela 3.3).

Tabela 3.1- Taxas de acumulao de lodo em lagoas anaerbias e facultativas primrias

Taxa acumulao Tipo de lagoa / observao Referncial/hab.d cm/ano

0,25 - 0,4 - Facultativa no Alaska e no Canad Clark et al, 19700,34 9,1 Anaerbia Gloyna, 19730,260,13

--

AnaerbiaLodo aps secagem (45% ST)

Hess, 1975

0,08-0,11 - Anaerbia Mendona ,19900,3-0,4 - Anaerbia Silva e Mara, 1979

0,08-0,22 - Facultativa Arceivala, 1981

0,1 - Facultativa primria no RJ(lodo ao ar seco) Da Rin e Nascimento,1988- 2,2-5,7 Anaerbias em SP Silva, 1983- 1,2-2,8 Facultativas em SP Silva, 1983- 3,9 Anaerbia em SP Tsutyia e Cassetari, 1995- 4,6 Anaerbia Saqqar e Pescod, 1995- 2,2 Facultativa em SP Tsutyia e Cassetari, 1995- 2,4 Facultativa primria / Mxico Nelson e Jimnez, 1999- 5,3 -7,7 Anaerbias no ES Nascimento et al, 1999- 3 Facultativa Howard, 1967- 62 Anaerbia (7 meses de operao

Frana)Paing et al., 1999


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Tabela 3.2 - Resultados das batimetrias e estimativa da produo de lodo em lagoas deestabilizao no Esprito Santo

Localizao Tipo de sistemaNmero de

pontos

Batimtricos

Variaoda altura

lodo(cm)

AlturaMdia

de Lodo(cm)

Taxa linearmdia de

acumulao(cm/ano)

Volumede lodo

(m3

)Eldourado Lagoa anaerbia + 45 21 - 208 107 7,66 1200

Facultativa 25 0 - 16 3 0,23 *M. da Serra Facultativa Primria 36 10 - 75 27 1,53 1450Porto Canoa Lagoa anaerbia 30 20 - 148 78 5,35 400Valparaso Lagoa aerada facult. 80 * * * *

+ facultativa 80 07 - 75 40 2,86 720Fonte : ( CESAN 1996) e Levantamento do PROSAB - DHS - UFES (1996/97)

Tabela 3.3 - Estimativas de produo de lodos em diferentes processos de tratamento deesgotos sanitrios (Fonte: Jordo e Pessoa, 1995)

Tipo de lodo Densidade Slidos secos, kg/m3 Lodo midoFaixa Tpico L / hab.dia m3 / 1000 m3

- Lodo primrio 1,020 108 168 150 0,5 1,0 3- Filtro biolgico percol. 1,025 60 95 70 0,6 0,7 4,5- Lodos ativados conv. 1,005 70 95 85 1,5 4,5 10,5- Lodos ativ. aer. prol. 1,015 85 120 95 1,0 3,0 7

A ttulo de exemplo apresentado a seguir o clculo da taxa volumtrica mdia deacumulao de lodo (tV) e da taxa linear acumulao anual de lodo (tL) em uma lagoafictcia.

Exemplo 3.1: Determinao das taxas de acumulao de lodo em uma lagoa anaerbia

Dados :

- Tipo da lagoa = Anaerbia primria- Populao (P) = 5.000 habitantes- Altura mdia da camada de lodos (h) = 32 cm

- rea mdia (Am) * = 4.560 m2- Tempo de operao (T) = 8 anos = 2920 dias

(*) A rea mdia calculada com base na altura mdia da camada de lodos.

- Clculo da taxa linear de acumulao de lodos (tL):

tL = H / T = 32 / 8 =tL = 4 cm / ano

- Clculo do volume de lodo acumulado


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Por outro lado, tendo em vista que os slidos suspensos (XSS) podem ser divididos emslidos suspensos volteis (XVSS ) e slidos suspensos fixos (XFSS ) (figura 3.1), a equao[3.5] pode ser escrita da seguinte forma :

FL = (FXVSS,0 FXVSS,1)+(FXFSS,0 FXFSS,1)+Y( FCDBO , 0- FCDBO , 1) [3.5]

XXFSS

XVSS , 1

XFSS , 1XSS , 1

XFSS , 0

XVSS , 0XSS , 0

XVSS

lodo

sadaentrada

Figura 3.1 - Esquema do modelo desenvolvido por Saqqar e Pescod (1995) para previso

do volume de lodo acumulado em lagoas anaerbias primrias

O volume de lodo acumulado diariamente na lagoa pode ser definida atravs da equao[3.6]:

QAS =

++ )]1(.[ ))(())(.())(.(

0,330,220,11

ss

CDBO XFSS XVSS

wwSGF Yf jF f jF f j

[3.6]

Onde:

QAS = volume de lodo acumulado diariamente na lagoa (m3/dia)SGs = Massa especfica do lodow = Densidade da gua = 1000 Kg/m3wS = Teor de umidade lodo (%)f1 = Frao de FXVSS,0removida na lagoa

f2 = Frao de FXFSS,0removida na lagoaf3 = Frao de FCDBO,0removida na lagoa j1 = Frao de FXSSVno destruda por digesto anaerbia na lagoa j2 = Frao de FXSSFno destruda por digesto anaerbia na lagoa j3 = Frao de slidos biolgicos produzidos e no destruda por digesto

anaerbia na lagoa

Considerando-se o denominador da equao [3.6] como sendo constante, ela pode serreescrita como:

QAS = [(1 . FXVSS,0+ 2 . FXSS,0+ 3 . FCDBO,0) / 1000] [3.7]

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Onde:

1 = (j1 . f1) / [ SGs . w . (1 Ws)] [3.8]2 = (j2 . f2) / [ SGs . w . (1 Ws)] [3.9]3 = (j3 . f3) / [ SGs . w . (1 Ws)] [3.10]

Com vistas determinao dos valores dos coeficientes1, 2 e 3, o modelo assume que,no tocante aos slidos retidos, a lagoa anaerbia opera de forma semelhante a um digestoranaerbio de lodo. Dessa maneira, os seguintes valores com as respectivas justificativasficam determinados:

f1 = 0,74 (eficincia de remoo de slidos na lagoa estudada pelos autores)f2 = 0,74 (eficincia de remoo de slidos na lagoa estudada pelos autores)f3 = 0,53 (valor mdio determinado por Saqqar e Pescod, 1995) j1 = 0,3 (destruio de XVSS,0em um digestor com TDH > 100 dias) j2 = 0,8 (destruio de XFSS,0em um digestor com TDH > 100 dias) j3 = 0,50 (composio das clulas bacterianas: SSV = 60% e SSF = 40%)Y = 0,50 (coeficiente de rendimento para digesto anaerbia)Ws = 0,88 (determinado pelos autores com o lodo da lagoa estudada)SGs = 1,03 (determinado pelos autores com o lodo da lagoa estudada)

Com base nos valores acima, e nas equaes [3.8], [3.9] e [3.10], ficam definidos1 = 1,8,2 = 4,8 e3 = 1,07, e, explicitando-se o valor desse ltimo coeficiente, a equao [3.7]transforma-se em:

VAS = 1,07 . [(1,7 . FXVSS,0+ 4,5 . FXSS,0+ 1,0 . FCDBO,0) / 1000] [3.11]

Onde:

VAS = Volume de lodo acumulado (m3)

Evidentemente, essa equao pode ser reescrita nos casos em que parmetros tais como f1,f2, f3, Ws e SGs sejam objeto de pesquisa e assumam outros valores. Saqqar e Pescod(1995) ponderam que a degradao dos slidos na camada de lodos de uma lagoa ocorredurante perodos muito longos (> 5 anos), o que permite a decomposio do materialorgnico muito lentamente biodegradvel. Este fato repercutiria na reduo adicional dovolume previsto pela equao [3.11], o que poderia ser previsto atravs da transformaodesta equao em uma equao mais genrica, com a forma:

VAS = KAS . [(1,7 . FXVSS,0+ 4,5 . FXSS,0+ 1,0 . FCDBO,0) / 1000] [3.12]

Onde:

KAS = Coeficiente de acumulao de lodo

A equao [3.12] indica que a decomposio do lodo acumulado diretamente proporcionalao termo [(1,7 . FXVSS,0 + 4,5 . FXSS,0 + 1,0 . FCDBO,0) / 1000]. Conhecendo-se as


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caractersticas mdias do esgoto a ser tratado (FXVSS,0, FXSS,0 e FCDBO,0), torna-se possvel oclculo do valor de VAS de forma simples e direta. Valores KAS elevados indicam que o lodoacumulado encontra-se pouco digerido, enquanto que, para valores pequenos, o lodo estbem digerido no fundo da lagoa. O primeiro caso corresponde a lagoas em operao amenos de 1 ano, com KAS podendo assumir valores superiores a 1,0. Paing et al. (1999)

determinaram KAS = 1,4, em uma lagoa anaerbia encontrando-se no 7o

ms de operao nosul da Frana.

EXEMPLO 3.2: Estimativa da quantidade de lodo estocado em uma lagoa anaerbia

Uma lagoa de estabilizao anaerbia ser projetada para atender a uma populao de10.000 habitantes. A estimativa da produo e estocagem de lodo durante o perodooperacional ser realizada atravs do emprego da taxa volumtrica per capitadeacumulao, assim como atravs do modelo de Saqqar e Pescod (1995). Os dados iniciaiscompreendem uma vazo mdia afluente de 1600 m3 /d, concentrao de DBO5 no esgotobruto ( So ) de 300 mg/l , concentrao de SST no esgoto bruto de 220 mg/l, e temperatura(T) do lquido de 22oC. Os seguintes parmetros sero utilizados no dimensionamento dalagoa: Taxa de aplicao volumtrica : Lv = 0,10 kg DBO/m3 Altura da lmina lquida: H = 4,0 m

a) Clculo da carga diria de DBO5:

CdDBO= So x Q = 1.000 /d)(m1600.(mg/l)300 3

= 480 kg DBO5 /d

Onde:CdDBO = Carga diria de DBO5 afluente lagoa anaerbia (kg/dia)S o = Concentrao de DBO5 no esgoto bruto (mg/l)Q = Vazo mdia afluente de esgoto bruto (m3/dia)

b) Clculo do volume requerido da lagoa:

V = (CdDBO / Lv) = .d)(kgDBO/m10,0 DBO/d)(kg480

3 = 4800 m3

Onde:Vlagoa = Volume til da lagoa (m3)CdDBO = Carga volumrtica nominal de DBO5 (kg / m3 . dia)

c) Clculo da rea mdia da lagoa:

A = (Vlagoa / H) = (m)0,4)m(4800 3 = 1200 m2

Onde:20

A = rea mdia da lagoa (referente metade da lmina lquida) (m)


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Dimenses relativas rea mdia da lagoa :

Comprimento B = 35 mLargura L = 35 m

Altura da lmina lquida H = 4,0 md) Verificao do tempo de deteno hidrulica ():

=Q

Vlagoa =) /dm(800.4)(m14.400

3

3

= 3,0 dias

e) Estimativa do volume de lodo acumulado na lagoa anaerbia aps 5 anos de operaoatravs da taxa volumtrica per capita (tV)

tL = 0,1 l/hab.dia (22o

C)V = (tL . P . T. 365) / 1000

Onde:

V = Volume de lodo acumulado no perodo considerado(m3)tL = Taxa volumtrica per capita de acumulao de lodo (l/hab.dia)P = Populao contribuinte com esgoto para a ETE (hab)T = Tempo de operao estimado para a remoo de lodo da lagoa (anos)

V = (0,1 . 10000 . 5 . 365) / 1000 =V = 1825 m3 de lodo

f) Estimativa do volume de lodo acumulado atravs do modelo de Saqqar e Pescod (1995):

Para estimar o afluxo de slidos lagoa, considera-se que 75% dos SST encontram-se naforma voltil e os 25% restantes na forma fixa (Metcalf e Eddy, 1991). Desta maneira, asconcentraes das diferentes formas de SS no afluente so: SSV = 165 mg/l e SSF = 55mg/l. O fluxo de massa (F) definido como:

F = C . Q

Onde:

C = Concentrao do substrato considerado (mg/l)Q = Vazo mdia de esgoto bruto (m3/dia)

Assim:

F XVSS,0 = 165 (mg/l) x 1600 (m3 /d) x 103 = 264 Kg/dF XFSS,0 = 55 (mg/l) x 1600 (m3 /d) x 103 = 88 Kg/dF CDBO,0 = 300 (mg/l) x 1600 (m3 /d) x 103 = 480 Kg/d

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CAPTULO 4

CARACTERSTICAS FSICO-QUMICAS EMICROBIOLGICAS DO LODO DE LAGOAS

Ricardo Franci GonalvesMrcia Regina Pereira Lima

Fabiana Reinis Franca Passamani

4.1 - Opes de disposio final em funo da composio dos lodos

A definio da melhor opo para a disposio final do lodo depende diretamente das suascaractersticas fsico-qumicas e microbiolgicas, dentre as quais sobressaem a quantidade dematria orgnica, os nutrientes, os metais pesados e os compostos orgnicos potencialmentetxicos (Santos, 1996). Os principais efeitos nocivos provocados por uma disposioinadequada do lodo podem resultar em: (a) risco sade humana, animal e vegetal em funode agentes contaminantes e (b) acmulo de metais pesados ou compostos orgnicos no solo.

As caractersticas fsico-qumicas de alguns lodos dependem da composio das guasresidurias e dos processos que compem tanto a fase lquida quanto a fase slida dotratamento. Sabe-se que estas caractersticas podem variar anualmente, sazonalmente ou atmesmo diariamente, em conseqncia das variaes nas caractersticas das guas residurias.Estas variaes so mais acentuadas em sistemas que recebem grandes quantidades de

descargas industriais (Metcalf e Eddy, 1991). Processos de tratamento diferentes geram tipose volumes de lodo diferentes que iro influenciar diretamente nas tcnicas de desidratao,higienizao e disposio final do material.

Dentre as vrias alternativas racionais para disposio final do lodo destacam-se os aterrossanitrios, disposio de superfcie, disposio ocenica, lagoas de armazenamento,incinerao e reciclagem agrcola. A abordagem central realizada neste captulo acaracterizao fsico-qumica e microbiolgica do lodo de lagoas com vistas sua valorizaoagrcola. Para tanto, destacam-se como importantes caractersticas do lodo os teores denutrientes, pelas suas propriedades nutricionais, e os de metais pesados e de poluentesorgnicos, que podem por em risco o equilbrio da cadeia alimentar e, consequentemente, a

sade humana. Outro aspecto importante est relacionado com os teores de matria orgnicado lodo, que determinam a estabilidade do material e o seu potencial de emisso de odores ede atrao de vetores.

4.2 - Composio fsico-qumica tpica do lodo de lagoas

Slidos Totais e Volteis

O parmetro inferencial mais utilizado para avaliao dos teores de matria orgnica no lodo a sua concentrao de slidos volteis. Nos processos de tratamento com baixos tempos dereteno celular, o lodo apresenta baixos teores de slidos totais (ST) e elevados percentuais


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de slidos volteis (SV), exigindo etapas de tratamento que realizem a estabilizaocomplementar. Conforme j foi discutido nos captulos anteriores, os lodos de lagoasapresentam caractersticas especficas devido ao longo tempo de permanncia dentro dosreatores (geralmente, c > 5 anos). Esse perodo de reteno elevado permite, ao mesmotempo, importante adensamento e digesto anaerbia extensiva. A degradao dos slidos porperodos superiores a um ano na camada de lodo permite at mesmo a decomposio domaterial orgnico de biodegradao muito lenta (Saqqar e Pescod, 1995).

Os lodos retirados de lagoas primrias em geral apresentam elevados teores de slidos totais(ST > 15%) e baixos teores de slidos volteis (SV < 50% ST) (Silva, 1983, Da Rin, 1988,Tsutyia e Cassetari, 1995 e Nascimento et al, 1999). Os experimentos realizados no EspritoSanto indicam nitidamente o efeito do tempo de residncia do lodo no reator sobre suascaractersticas fsico-qumicas. As amostras estratificadas da camada de lodo apresentaramaltas concentraes de slidos totais no fundo da lagoa anaerbia de Eldorado, atingindovalores superiores a 22% (figura 4.1). Tais slidos apresentam-se bastante estabilizados, comteores de slidos volteis na faixa de 35 %ST. Os teores de slidos decaem de forma nolinear ao longo da altura da camada de lodos, no sentido ascendente da lmina lquida,atingindo valores mdios de ST = 12,5% e SF= 41,8 %ST na altura de 1,40 m. Esta lagoanunca havia sido submetida a operao de retirada do lodo at a realizao do levantamento,estando em operao a mais de 10 anos.

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20

22

24

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

altura da camada de lodo (m)

ST %

30

32

34

36

38

40

42

44

46SV (%ST)

Fundo da lagoa

Figura 4.1 - Variao dos teores de slidos totais e slidos volteis ao longo da altura da

camada de lodo da lagoa anaerbia de Eldorado

Observou-se ainda que os teores mdios de slidos dos lodos retirados das lagoas anaerbiasso bem superiores aos retirados de lagoas facultativas primrias e de lagoas de sedimentaoem sistemas do tipo [lagoa aerada com mistura completa + lagoa de sedimentao] (tabela

4.1). Valores tpicos de teores de ST presentes em lodo primrio adensado e em lodo adensadoe digerido pela via anaerbia tambm so apresentados na tabela, para efeito de comparao.24


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Deve ser ressaltado que os teores de ST da ordem de 18% encontrados em lodos de lagoas doES (Mller, 1998), de SP (Silva, 1983 e Tsutyia e Cassetari, 1995) e na Jordnia (Saqqar ePescod, 1995) correspondem a teores de ST em lodos de processos do tipo lodos ativados oufiltros percoladores submetidos a desidratao pela via mecanizada (Exemplo: centrfugas e

prensas desaguadoras). Por exemplo, lodos extrados de lodos ativados e submetidosdiretamente a centrifugao atingem teores de ST na faixa de 5 a 15%. Se digeridosanaerobicamente em conjunto com lodo primrio, esses teores podem atingir valores na faixade 10 a 35% (Metcalf e Eddy, 1991).

Tabela 4.1 - Teores de slidos totais e de slidos volteis em diferentes tipos de lagoas deestabilizao operando no ES

Parmetros Eldourado(lagoa

anaerbia)

Mata da Serra(lagoa facultativa

primria)

Valparaso(lagoa

sedimentao)

Lodoprimrio*(tpico)

Lododigerido*(tpico)Slidos Totais

(%)18,3 8,4 5,8 5,0 10,0

Slidos Volteis(% ST)

37,2 35,8 54,8 65,0 40

Fonte : Muller (1998), Metcalf and Eddy (1991)*

Nutrientes

A quantidade de nutrientes e matria orgnica do lodo de esgoto aumenta a fertilidade do solo

e ainda, como condicionador, melhora as caractersticas fsicas, como tamanho e estabilidadedos agregados, a capacidade de armazenamento e infiltrao de gua (Nascimento e Botega,1996). Constitui-se em fonte de macro e micronutrientes para os vegetais, atravs de suamineralizao e diminui a suscetibilidade dos solos eroso (Sopper, 1993).

O teor de nitrognio nos lodos de estaes de tratamento de esgotos varia de 2 a 6 %,principalmente sob a forma orgnica, do qual 10 a 40 % mineraliza-se no primeiro ano deaplicao no solo. O fsforo apresenta-se no lodo tambm em maiores concentraes que emmatrias orgnicas de uso habitual na agricultura e apresenta baixa solubilidade no solo. Opotssio apresenta-se em nveis geralmente inferiores a 1% no lodo, por esse elemento sermuito solvel e no ficar retido no mesmo. No solo, 100% do potssio consideradoassimilvel pelas plantas (Luchesi, 1998).

Os resultados dos estudos de caracterizao dos lodos de lagoas em operao no ES indicamque, em funo da estabilizao avanada, os lodos de lagoas no mecanizadas apresentamteores de macronutrientes relativamente baixos (tabela 4.2). Em comparao com o lododigerido de processos mecanizados e com os fertilizantes, as maiores deficincias seconcentram nos teores de fsforo e potssio. No obstante, os testes realizados por Teles(1999), sobre a produo de mudas de essncias nativas utilizando o lodo de lagoa anaerbiacomo substrato, apresentaram excelentes resultados quando comparados utilizao defertilizantes qumicos disponveis no mercado.


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Tabela 4.2 Teores de nutrientes nos lodos de lagoas operando no ES e valores tpicos delodo de esgoto digerido e de fertilizantes agrcolas

ETE / tipo de material Tipo de lagoa NTK(%ST)

P total(%ST)

K(%ST)

Eldourado Anaerbia 2,0 0,2 0,04Mata da Serra facultativa primria 2,0 0,2 0,05Valparaso lagoa de sedimentao 4,0 3,5 0,07Lodo de esgoto digerido - 3,3 2,3 0,3Fertilizantes para agricultura* - 5,0 10,0 10

Fonte : Muller (1998), Metcalf e Eddy (1991)* Valores variveis, segundo o tipo de cultura e as caractersticas do solo

Metais pesados

Os elementos traos, normalmente designados por metais pesados, tem ao dinmica econsequncias ambientais muito diferentes um dos outros. O termo metal pesado abrangemetais como cobre, zinco, mercrio, cdmio, cromo, nquel e chumbo, que possuem comocaracterstica em comum a densidade atmica maior que 6 g / cm3. Estes elementosrepresentam um grupo de poluentes que requer uma ateno especial, pois no sobiodegradados biologicamente ou quimicamente de forma natural, principalmente emambientes terrestres e em sedimentos aquticos. Ao contrrio, so acumulados e podemtornar-se ainda mais nocivos quando reagem com alguns dos componentes dos solos esedimentos.

A concentrao de metais em lodos depende, em grande parte, do tipo e quantidade deefluentes industriais lanados nos sistemas de tratamento de esgotos e fundamental nadefinio de alternativas para disposio final. Em baixas concentraes os metais so fontesde nutrientes para as plantas mas, quando em altas concentraes alguns destes metais podemser nocivos no s s plantas, como tambm ao homem e aos animais. Sabe-se, entretanto, queelementos como ferro, cobre, cobalto, molibdnio e zinco desempenham importantes funesnos organismos: eles compem o sistema doador de eltrons e funcionam como pontes noscompostos enzimticos, isto em baixas concentraes, pois podem tornar-se txicos e atmesmo letais em altas concentraes.

Para Chaney et al. (1980) os elementos traos mais perigosos aos animais so o cdmio, o

berlio, o molibdnio, o selnio e o cobalto. Andreoli et al. (1994) destacam como perigosos ocobre, o molibdnio, o nquel e o zinco, e, especialmente, o cdmio. Segundo os autores, esteelemento no apresenta funo biolgica e txico para os animais em concentraes maisbaixas do que para os vegetais. Uma vez no solo, os metais pesados podem ser adsorvidos,lixiviados ou incorporados teia trfica.

Segundo a EPA (1995), a presena de elementos trao no solo pode ou no causar riscos,dependendo do pH, CTC, textura e teor de matria orgnica. Os processos de adsoro,complexao, precipitao, oxidao e reduo que definem a biodisponibilidade desteselementos para as plantas, a solubilidade e a lixiviao nos solos e, consequentemente, seupotencial de risco para a sade humana e para o meio ambiente. O tipo de planta tambm seria


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um fator a ser considerado visto que as espcies vegetais tm capacidades variveis deabsoro de metais.

As concentraes de metais pesados nos lodos das lagoas estudadas no Esprito Santo sorelativamente baixas quando comparado a dados de literatura referentes a ETEs de outros

estados brasileiros e pases (tabela 4.3). Verificou-se que h uma predominncia de valoresmais elevados em quase todos os compostos metlicos nas amostras da lagoa de Valparaso(aerada + bacia de sedimentao).

Dentre os elementos com concentraes mais expressivas no lodo de Valparaso destacam-seo Cobre (Cu) (190 mg/kg) e o Zinco (Zn) (1512 mg/kg). Comparativamente, os valores deconcentrao encontrados no lodo desta ETE correspondem a quase o dobro dos encontradosno lodo da lagoa anaerbia de Eldorado. Somente no tocante aos elementos Ferro (Fe) eCobalto (Co), o lodo de Valparaso apresentou concentraes menores do que os das demaislagoas (21,7 g/Kg e 6 mg/kg). As concentraes de Mangans (Mn) e Chumbo (Pb)apresentaram concentraes intermedirias, variando de 118 e 95 mg/kg. A maiorconcentrao de metais da estao de Valparaso deve-se ao fato da mesma receber pequenacontribuio de esgoto de origem industrial, enquanto que as estaes de Mata da Serra eEldorado tratam exclusivamente esgoto domstico.

Comparando os resultados obtidos no Esprito Santo com o de outros autores, observa-se queo lodo da lagoa anaerbia de Eldorado apresenta concentraes de metais pesados menores doque os lodos descartados de processos anaerbios operados pela SANEPAR (Miyazawa et al,1996). O lodo da estao de Valparaso apresentou teores de metais expressivamente menoresdo que os teores dos lodos de Barueri (SP), Suzano (SP) e do Paran. Os teores de algunsmetais potencialmente txicos (Cr e Pb) chegaram a apresentar valores 4 vezes menores doque o menor valor relatado para o lodo do Paran. Em relao aos metais Fe e Mn em lodo deesgoto, no foi possvel encontrar dados de literatura a respeito.

Tabela 4.3 - Concentraes de metais pesados nas lagoas estudas comparados comoutros sistemas.

Estao Tipo delagoa

Cumg/kg

Comg/kg

CrMg/kg

Nimg/kg

Cdmg/kg

Pbmg/kg

Hgmg/kg

Mnmg/kg

Znmg/kg

Feg/kg

V. Nova Anaerbio 91 14 73 40 2 86 - 232 470 44,0Valparaso Aerbio 190 6 63 30 2 95 2,5 118 1512 21,7Mata Serra Facultat. 111 9 50 32 2 100 1,8 129 710 38,5

Eldorado Anaerbio 95 8 44 25 3 80 1,5 118 632 34,0Paran Aerbio 401 - 125 81


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fato consequncia do tipo de esgoto sanitrio tratado pelas ETEs estudadas, constitudoquase que essencialmente por esgotos de origem residencial.

Tabela 4.4 Padres referentes a metais em lodo de esgoto utilizados na agricultura e nossolos agrcolas (Normas dos EUA e da Comunidade Europia)

Metais EUA USEPA Part 503 Europa Diretiva 86/278/EECPesados Concentrao

mximaQualidade

excepcionalRecomendado Obrigatrio

(mg / kg MS) (mg / kg MS) (mg / kg MS) (mg / kg MS)Zinco 7500 2800 2500 4000Cobre 4300 1500 1000 1750Nquel 420 420 300 400Cdmio 85 39 20 40Cumbo 840 300 ** 750 1200Mercrio 57 17 16 25Cromo 3000 1200 - -Molibdnio 75 ++ 18 ++ - -Selnio 100 36 - -Arsnico 75 41 - -

Metais pesados Carga mxima Conc. no solo Carga mxima Conc. no solo(kg / ha / ano) (mg / kg MS) (kg / ha / ano) (mg / kg MS)

Zinco 140 1460 30 150 450 (3)Cobre 75 770 12 50 21 (3)Nquel 21 230 3 30 112 (3)Cdmio 1,9 20 (4) 0,15 1 3Cumbo 15 (4) 180 (4) 15 50 300Mercrio 0,85 8,5 (4) 0,1 1 1,5Cromo 150 1530 - -Molibdnio 0,9 (5) 9,5 (5) - -Selnio 5 50 (4) - -Arsnico 2 21 (4) - -

Fonte: Hall (1998)

4.3 - Caractersticas microbiolgicas dos lodos produzidos por lagoasColiformes fecais

A maioria dos relatos sobre a presena de coliformes fecais em lodos retirados de lagoas deestabilizao indicam, em comparao com outros tipos de lodos, baixas densidades dessesmicrorganismos. Dados recentes, publicados por Nelson e Jimnez (1999), a respeito do lodode uma lagoa facultativa primria operando na cidade do Mxico, indicam que boa parte doscoliformes fecais do esgoto so capturados e inativados na camada de lodo. A densidademdia de coliformes fecais variou em funo da profundidade, com mdia de 107 NMP/g(MS) na regio mais prxima da superfcie, e 2,3 x 103 NMP/g (MS) na regio mais profunda.

Tal fato demonstrou a ocorrncia de uma inativao de 4 log no lodo de lagoa de estabilizaofacultativa estudada.


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1,00E+01

1,00E+02

1,00E+03

1,00E+04

1,00E+051,00E+06

1,00E+07

1,00E+08

0 1 2 3 4 5 6 7 8Pontos de amostragem

C o l

i f o r m e s

f e c a

i s ( N M P / 1 0 0 g )

Janeiro Abril Junho

Figura 4.3- Densidade de coliformes fecais encontradas nos diferentes pontos da lagoaanaerbia da ETE de Maring, Serra (ES)

Tabela 4.5 Resultados comparativos de coliformes fecais e ovos de helmintos no lodo deETEs de Braslia e Esprito Santo

Patgeno Lodo ETEMaring-ES

Lodo ETEEldourado-ES

LodoCAESB

EPAClasse A

EPAClasse B

Ovos viveis dehelmintos (ovos/g MS)

3,5 - 3,0 < 1 NE

Ovos de helmintos(ovos/g MS)

76,4 12,9 13,0 NE NE

Coliformes fecais(NMP/g MS)

104 103 106 < 102 < 106

Fonte: CAESB (1998) e Muller (1998), NE No especificado.

Helmintos

A remoo de ovos de helmintos em lagoas ocorre predominantemente por sedimentao,com taxas bastante elevadas em climas quentes (Pescod, 1995). Os estudos realizados por

Silva (1982), em vrias lagoas operando em srie, na regio Nordeste do Brasil, mostraramque todos os ovos de parasitas so removidos nas duas primeiras lagoas. Pescod (1995) afirmaque a taxa remoo de ovos de parasitas por unidade de tempo de residncia a mesma emlagoas de estabilizao anaerbias, anxicas ou facultativas primrias, uma vez que estadepende basicamente da sedimentao.

Nas pesquisas realizadas com o lodo da lagoa anaerbia de Maring, no Esprito Santo, osresultados das anlises parasitolgicas indicam uma maior concentrao de ovos de helmintosno ponto 6 (prximo a sada da lagoa), seguidos dos pontos 2 e 1 (prximos a entrada dalagoa) (figura 4.4). Esta diferena de distribuio ocorre, provavelmente, devido a direo defluxo hidrulico na lagoa e do tempo de decantao.

30


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As anlises de identificao mostraram a presena de ovos de nematodas e de cestodas.Dentre estes, as espcies que prevaleceram foram Ascaris lumbricoides (> 50%),Trichuristrichiura , Ascaris summ, Ancilostomideo e Hymenolepis diminuta (Figura 4.5). A digestoanaerbia do lodo no interior da lagoa resulta em uma porcentagem mdia de reduo deviabilidade dos ovos de helmintos de 95,4 %. Sendo o nmero total de ovos de 76,4/g (M.S.),

foram detectados 3,5 ovos viveis/g (M.S.) e 72,9 ovos inviveis/g (M.S.). Os resultadosencontrados no diferem muito de outras caracterizaes de lodo de lagoa anaerbia noEsprito Santo. Vale ressaltar que, apesar do elevado nmero de ovos de helmintosencontrados no lodo, a reduo elevada e, consequentemente, o nmero de ovos viveis pequeno.

050

100150200250

300

0 1 2 3 4 5 6 7 8Pontos de amostragem

N o v o s

/ g

0246810

12 % vi a b i l i d

a d e

N ovos/g %

Figura 4.4- Contagem e viabilidade de ovos de helmintos nas amostras analisadas

No tocante viabilidade, existem principalmente dois tipos de ovos de helmintos, os frteis oufecundados e os infrteis ou no fecundados. Um ovo frtil considerado potencialmentevivel, ou seja, capaz de desenvolver-se at a etapa infecciosa (Rojas et.al., 1998). No lodo dalagoa anaerbia estudada esta concentrao de ovos viveis, indica a necessidade dehigienizao para sua posterior utilizao na agricultura. Este tratamento, alm de diminuir orisco de contaminao humana e animal, valoriza este sub-produto (Bontoux, 1998).

Concentraes mdias de ovos de helmintos mais elevadas foram encontradas por Nelson eJimnez (1999), na camada mais superficial do lodo de lagoa facultativa de estabilizaoprimria, tratando esgoto sanitrio da Cidade do Mxico. Os valores obtidos foram de 102ovos/g (MS), sendo 15 ovos viveis/g (MS). Os estudos realizados em reatores do tipo RALF(digesto anaerbia) da regio metropolitana de Curitiba demonstraram uma eficincia dereduo de 80% da viabilidade de ovos de helmintos (Thomaz-Soccol, 1998). O tempo depermanncia do lodo em lagoas varia por um perodo de 5 a 10 anos, enquanto que emreatores anaerbios este tempo da ordem de 60 a 90 dias.

A digesto anaerbia do lodo no interior da lagoa resulta em uma porcentagem mdia dereduo de viabilidade dos ovos de helmintos de 95,4 %. O lodo analisado neste estudo pode

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ser classificado como Lodo classe B, podendo ser utilizado para cultivo de espcies florestaise frutferas, se esta for a diposio final do mesmo.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8

Pontos

F r e q u n c

i a d e D i s t r i b u i o

( % )

Ancilostomide A. lumbricoides A.suum

H. diminuta T. trichiura

Figura 4.5 - Frequncia de distribuio de ovos de helmintos em lodo de lagoa deestabilizao anaerbia.

Outros microrganismos patognicos

As bactrias do gneroSalmonella so geralmente encontradas no lodo. So utilizadas comoindicadores da reduo de outras bactrias patognicas por serem encontradas em grandedensidade na natureza, apresentarem uma habilidade de crescimento rpido em determinadascondies, alm de serem bastante resistentes aos processos de tratamento.

4.3.1 - Principais grupos de microrganismos patognicos em lodos de esgoto

O lodo de esgoto pode apresentar quantidades significativas de microrganismos patognicos,o que se constitui em um dos principais entraves na sua utilizao como insumo agrcola. A

disposio deste material no solo sem higienizao prvia possibilita a exposio do homem edos animais a bactrias, vrus, fungos e parasitas patognicos (tabela 4.6).

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A transmisso de doenas pelo lodo de esgotos pode se dar de forma direta, indireta ou atravsde vetores (EPA, 1992). A contaminao direta pode ocorrer pelo manejo de reas onde olodo foi aplicado, pelo contato com vegetais crus cultivados em solo adubado com lodo e pelainalao de microrganismos patognicos atravs do espalhamento do lodo no solo. Atransmisso indireta pode acontecer por consumo de vegetais, carne e leite de animais quepodem ter sido contaminados por patgenos presentes no lodo, pela ingesto de guacontaminada, pela proximidade a reas de aplicao do lodo e pelo contato com agentesvetores (roedores, insetos) que tenham estado nas reas que receberam lodo. Desta maneira, a

caracterizao de lodos de lagoas condio fundamental para se ter uma disposio finaladequada deste material.


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Microrganismos como bactrias, fungos, helmintos, protozorios e vrus esto presentes emguas residurias e lodos, e muitos tipos so capazes de se proliferarem durante algunsestgios do tratamento do esgoto.

Tabela 4.6 - Principais patgenos presentes em guas residurias municipais e lodosORGANISMO DOENA/SINTOMASBACTRIASalmonella spp. Salmonellosis, febre tifideShigella spp. Desinteria bacilarYersinia spp. Gastroenterite agudaVibrio cholerae CleraCampylobacter jejuni Gastroenterite

Escherichia coli GastroenteriteVRUSPoliovrus PoliomelitesCoxsackievirus Meningites, pneumonias, hepatites, febres, etc.Echovrus Meningites, pneumonias, encefalites, febres, diarrias, etc.Hepatite A vrus Hepatite infecciosaRotavrus Gastroenterite aguda com diarrias severasReovirus Infeces respiratrias, gastroenterites.PROTOZORIOSCryptosporidium Gastroenterite

Entamoeba histolytica Enterite agudaGiardia lamblia Giardase

Balantidium coli Diarria e desinteria.Toxoplasma gondii ToxoplasmoseHELMINTOS

Ascaris lumbricoides Distrbios digestivos e nutricionais, dor no abdmen, vmitos Ascaris suum Pode causar sintomas como febre, tosse e dor peitoralTrichuris trichiura Dor abdominal, diarria, anemia e perda de peso.Toxocara canis Febre, desconforto abdominal, dores musculares, sintomas

neurolgicos.Taenia saginata Nervoso, insnia, anorexia, dor abdominal, distrbios digestivos.Taenia solium Nervoso, insnia, anorexia, dor abdominal, distrbios digestivos.

Necator americanus Distrbios digestivos Hymenolepis nana TenaseFonte: EPA (1992)

Muitos dos tratamentos biolgicos removem microrganismos patognicos presentes noesgoto, nem sempre pela destruio das suas funes vitais, mas frequentemente pela suacaptura e concentrao no lodo originado pelo processo de tratamento. A concentrao destesmicrorganismos no lodo depende diretamente de vrios fatores, dentre os quais podem sercitados: as condies scio-econmicas da populao, as condies sanitrias, a presena deanimais vivendo na rede de esgoto, as caractersticas do esgoto, o tipo de estao detratamento de esgoto e o tipo de tratamento a que o lodo foi submetido (Exemplo: digesto

aerbia, digesto anaerbia).


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Os tipos de microrganismos que podem ser encontrados em lodos de esgoto refletem trscategorias gerais: 1) os que geralmente participam no processo do tratamento; 2) os quepodem causar problemas no processo de tratamento, e 3) os que no participam do processode tratamento e esto somente presentes. Esta ltima categoria inclui a maioria das bactrias

patognicas, vrus e os parasitas (Lue-Hing et al., 1992). Estes microrganismos podem sercaracterizados, usualmente, pela sua resistncia, pois eles conseguem sobreviver a umavariedade de fatores ambientais, como as flutuaes de temperatura, pH, radiao solar,limitaes de nutrientes, etc.

As evidncias sobre transmisso de doenas pelo uso do lodo de esgoto so escassas naliteratura. Segundo EPA (1984), a maior probabilidade est associada ao uso em culturasagrcolas de contato primrio, ao uso em pastagens e contaminao de corpos dgua.

4.3.2- Normas tcnicas para uso do lodo

As normas tcnicas regulamentam o uso e a disposio do lodo estabelecendo critriosbaseados no risco potencial sade pblica e ao meio ambiente. Estas normas estabelecemainda que o lodo de esgoto pode ser utilizado na agricultura aps higienizado por processosque eliminem ou reduzam significativamente o teor de organismos patognicos, tornando oproduto final biologicamente inerte de acordo com a aplicao desejada. O controle deve serrealizado com o monitoramento de trs espcies de patgenos:Salmonella spp., vrusentricos e ovos viveis de helmintos, alm da utilizao de um indicador bacteriano decontaminao que so os coliformes fecais. Tanto os Estados Unidos como o Paranespecificam critrios para classificao do lodo de acordo com as caractersticas sanitrias e ouso agrcola do material (tabela 4.7).

Tabela 4.7 Limites estabelecidos para patgenos pela legislao do Paran e dos E.U.A.

Legislao do ParanMicrorganismos / Classes Lodo Classe A Lodo Classe BOvos de helmintos At 50 ovos/100 g MS At 100 ovos/100 g MSSalmonella spp Ausente AusenteEstreptococos fecais < 103 /100 g MS < 106 /100 g MSColiformes fecais < 103 /100 g MS < 106 /100 g MSCulturas Milho, feijo, soja, ou seja,

grandes culturas mecanizadassem contato primrio.

Espcies florestais e frutferas em

sistema de cova.Legislao dos E.U.A.

Microrganismos / Classes Lodo Classe A Lodo Classe BOvos viveis de helmintos < 1 / 4 g M.S. No especificadoSalmonella spp < 3 / 4 g M.S. No especificadoColiformes fecais < 103 / g M.S. < 2 x 106 / g M.S.Vrus entricos < 1 / 4 g M.S. No especificadoCulturas Pode ser aplicado em terrenos de

praas, jardins e pastagens.Pode ser utilizado na agricultura

com algumas restries.Fontes: SANEPAR (1997) e EPA (1992)


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CAPTULO 5

REMOO DO LODO DAS LAGOAS

Ricardo Franci GonalvesClaudio Gomes do Nascimento

Mrcia Regina Pereira Lima

5.1 Introduo

A remoo do lodo uma tarefa obrigatria e de propores significativas na operao de lagoasprimrias, ainda sem soluo de engenharia com aceitao generalizada. Sua realizao deve serbem planejada, uma vez que a tcnica utilizada pode alterar as caractersticas do lodo (aumentara umidade) e dificultar a sua disposio final. Algumas das principais tcnicas de remooutilizadas no Brasil, identificadas atravs de pesquisa bibliogrfica e de informaes deempresas concessionrias de saneamento, so relacionadas a seguir.

5.2 Informaes sobre o volume de lodo a ser removido

O planejamento da remoo do lodo de uma lagoa tem como objetivo minimizar custos,antecipar solues de problemas eventuais e reduzir impactos relacionados com a remoo edisposio do lodo. Como etapas essenciais na operao de limpeza podem ser citadas:

ETAPA 1 A determinao da geometria da lagoa com base no projeto executivo ou atravs delevantamento topogrfico.

ETAPA 2 - A realizao da batimetria da lagoa, definindo-se sees batimtricas, altura til dalagoa e a lmina da camada de lodo.

ETAPA 3 - Caracterizao fsico-qumica e microbiolgica do lodo. ETAPA 4 Definio da tecnologia a ser adotada na remoo do lodo e, se necessrio, os meios

de desidratao e transporte. ETAPA 5 Definio do destino final adequado para o lodo, considerando o menor impacto

ambiental possvel.

Evidentemente, as etapas 1, 2 e 3 so pr-requisitos para implementao da etapa 4, que define atcnica de remoo do lodo da lagoa. Embora no haja convergncia a nvel nacional sobre talou qual tipo de tcnica, a sua definio tem impacto direto nos teores de umidade e, portanto, novolume de lodo a ser disposto posteriormente.

5.3 Tcnicas aplicveis na remoo do lodo

As principais tcnicas de remoo do lodo de lagoas podem ser classificadas em mecanizadas ouno mecanizadas e com paralisao ou no paralisao do funcionamento da lagoa. Esta ltima


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classificao foi adotada na descrio a seguir, por considerar a deciso operacional de manterou no a lagoa funcionando.

Para os casos em que o lodo deve ser submetido a desidratao aps a remoo, as seguintesalternativas podem ser consideradas: secagem natural na prpria lagoa, utilizao de leitos desecagem, de lagoas de lodo ou at mesmo a utilizao de equipamentos mecnicos.

Estudos realizados no Esprito Santo, por ocasio do plano diretor para gerenciamento do lodode esgotos no Estado, indicaram a viabilidade de utilizao de uma unidade mvel dedesidratao (com centrfugas) na regio da Grande Vitria. Esta opo mostrou-se vivel por setratar de uma regio com cerca de 20 ETEs com lagoas de estabilizao, muitas das quaisanaerbias ou facultativas primrias em operao ininterrupta por mais de 10 anos.

5.3.1 Remoo de lodos com desativao temporria da lagoa

A desativao temporria de uma lagoa pode ser uma medida operacional simples, se a etapaprimria de lagoas foi projetada em mdulos e se existe capacidade ociosa de tratamento.Entretanto, se esta etapa composta por uma nica lagoa, ou se a carga nominal dedimensionamento j foi atingida, a desativao temporria pode colocar em risco a estabilidadeda etapa posterior do tratamento.

Outro aspecto importante est relacionado com o esvaziamento da lagoa. Esta operaonecessria para a secagem do lodo no local requer planejamento prvio e consentimento dorgo ambiental. Em caso de esvaziamento muito rpido, principalmente em se tratando delagoas anaerbias, o impacto do efluente anaerbio no corpo receptor pode superar a capacidade

de auto-depurao deste ltimo. Mortandade de peixes, odores desgradveis e protestos porparte da populao podem surgir em consequncia.

Remoo manual

Neste caso o lodo submetido a secagem dentro da prpria lagoa, at atingir uma consistnciaque possibilite a utilizao de ps e carrinhos de mo para promover a sua retirada (ST > 30%).A figura 5.1 ilustra a remoo do lodo contaminado por leos de alta densidade na primeiralagoa da ETE de Jardim Camburi, em Vitria (ES), operada pela Companhia Esprito Santensede Saneamento

Esta tcnica possui a grande desvantagem de requerer um longo perodo para secagem (vercaptulo 6 desse livro). Considerando-se o perodo de tempo necessrio ao esvaziamento dalagoa, o perodo de secagem e o perodo referente remoo manual do lodo, seguramente alagoa dever permanecer desativada por mais de 3 meses.

Entretanto, o volume de lodo a ser removido nestas condies bastante inferior ao volumeexistente antes da secagem. Outro aspecto positivo a possibilidade de higienizaocomplementar do lodo por pasteurizao induzida pela energia solar. Pode ser considerada umasoluo vivel para pequenas ETEs (< 5000 E.H.).


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Figura 5.1 Remoo manual do lodo de lagoa anaerbia - Vitria (ES) (Cortesia: CESAN)

Remoo mecnica (uso de tratores)

Como na tcnica anterior, o lodo submetido a secagem na lagoa, sendo removido em seguida.Em funo do maior rendimento das mquinas na remoo do lodo, a lagoa pode voltar afuncionar mais rapidamente do que no caso da remoo manual. Porm, para que os tratorestenham acesso ao fundo da lagoa, deve ser verificada previamente a capacidade de suporte dosolo, para que no se comprometa a impermeabilizao do fundo da lagoa nem a estabilidadedos taludes.

A facilidade de acesso das mquinas na lagoa deve ser avaliada, inclusive considerando-se aopo de ruptura parcial dos taludes para posterior reconstruo. H registros de tratoresatolados em lagoas com lodo, motivo pelo qual recomenda-se no acessar o fundo da lagoaenquanto o lodo apresentar consistncia pastosa (20% < ST < 30%).

Raspagem mecanizada e bombeamento do lodo

Quando a lagoa no pode ser desativada por um perodo de tempo muito longo, uma secagemparcial ao ar, seguida de raspagem mecnica da camada de lodos e posterior bombeamento, podeser realizada. Esta tcnica requer o auxlio de um trator ou dispositivo outro para conduzir olodo ainda lquido at um ponto mais baixo onde ser realizado o bombeamento.

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Foi a soluo utilizada em Balnerio de Cambori (SC), onde a retirada do lodo das lagoasanaerbias foi realizada atravs de bomba de drenagem de valas acoplada a um motor de umtrator. O lodo foi desidratado durante um perodo curto de tempo antes do incio da sua remoo.

A utilizao de bombas de deslocamento positivo (mbolos, diafragmas, lbulos rotativos,pistes de alta presso, etc) recomendada, devido a sua capacidade de imprimir movimento namassa de lodos. Bombas de torque (centrfugas) podem ser utilizadas, porm requerem diluiodo lodo muito concentrado, o que resulta em acrscimo de volume de lodo removido.

5.3.2 Remoo de lodos com manuteno da lagoa em funcionamento

Tubulao de descarga hidrulica do lodo

A tubulao de descarga hidrulica do lodo o dispositivo mais utilizado por ocasio do projetode lagoas de estabilizao anaerbias ou aeradas. No obstante, trata-se de uma soluo bastantecriticada pelos setores operacionais das empresas concessionrias do servio.

Vrios so os relatos de entupimento e perda de funo deste dispositivo durante ofuncionamento da lagoa. O problema ocorre em funo da evoluo dos teores de slidos nolodo ao longo do tempo, fazendo com que sua consistncia se modifique do lquido para opastoso ao longo dos anos. Caso o descarte do lodo seja realizado com maior freqncia (< 5anos), o que impediria o adensamento do lodo a teores superiores a 7% no fundo da lagoa, estedispositivo talvez possa ser til em pequenas ETEs (Gonalves et al,1998). Para Victoretti(1975), desnecessria a previso de dispositivos para descarga do lodo pelo fato das lagoasoperarem durante longos perodos sem necessidade de remoo de lodos. Segundo este autor, as

unidades deveriam ser projetadas de forma a poderem ser desativadas para a drenagem eremoo do lodo.

Em caso de adoo desta tcnica de remoo de lodos de lagoas, recomenda-se a adoo dedimetros iguais ou superiores a 200 mm (Metcalf e Eddy, 1991).

Remoo atravs de caminho limpa fossa

Os caminhes limpa fossa dispem de um sistema de suco vcuo com tubulao flexvel queremove o lodo e o transporta para o compartimento de armazenagem dos prprios caminhes.Este sistema vem sendo utilizado no estado do Esprito Santo pela concessionria responsvelpela manuteno e operao das estaes de tratamento de esgotos (figura 5.2).

uma soluo que apresenta o inconveniente de remover lodo com elevado teor de umidade,uma vez que o bombeamento requer a diluio da camada de lodos em avanado estgio deadensamento. O resultado pode ser uma quantidade muito grande de viagens para transportar olodo da ETE at o local de disposio e um custo adicional na operao. Entretanto, possui agrande vantagem de promover a remoo e o transporte do lodo na mesma operao. Osequipamentos tambm podem ser facilmente encontrados e alugados em cidades de mdio egrande porte.


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teores de umidade maiores do que no caso da raspagem mecnica. A figura 5.3 apresenta umadraga deste tipo, com propulso a diesel e com possibilidade de controle remoto, fabricada pelaempresa Liquid Waste Technology Inc. (E.U.A.) (http:\\www.lwtpithog.com), com capacidadede bombeamento variando em uma faixa de 0 a 1360 m3/h.

A dragagem pode suspender slidos na sada da lagoa, com o revolvimento da camada de lodono fundo. Tal fato pode causar uma carga significativa de slidos na lagoa secundria, quandohouver. Outro aspecto importante refere-se estabilidade do selo impermeabilizante do fundo dalagoa, que pode ser comprometida pela ao de dragagem.

Bombeamento a partir de balsa

O bombeamento do lodo do fundo da lagoa pode ser realizado a partir de conjunto moto-bombainstalado em uma balsa. A utilizao de bombas de deslocamento positivo (mbolos,diafragmas, lbulos rotativos, pistes de alta presso, etc) tambm recomendada. A propulsodo conjunto moto-bomba pode ser por eletricidade ou combustvel. A figura 5.4 ilustra umsistema desta natureza, com dispositivo desestruturante da camada de lodos e podendo sercontrolado por controle remoto.

Figura 5.4 - Sistema automatizado de bombeamento sobre balsa (L.W.T Inc., E.U.A.)

A utilizao de bombas centrfugas s vivel nos casos em que o lodo ainda possuiconsistncia lquida (teores de ST < 6%) ou nos casos em que o conjunto dispe de dispositivopara escarificao do lodo de fundo. O lodo removido por bombeamento encaminhado parafora da lagoa, onde poder ser transportado ou desidratado no local.

Sistema robotizado

Esta alternativa no , at o presente momento, utilizada em larga escala no Brasil. Pode serconsiderada uma tecnologia promissora na extrao do lodo, constituda por um pequeno tratorrobotizado que desloca-se sobre uma esteira, sendo comandado por controle remoto (figura 5.5).

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Figura 5.5 Sistema robotizado para remoo de lodo de lagoas (L.W.T Inc., E.U.A.)

Na parte frontal do trator, a camada de lodos desestruturada e aspirada, sendo em seguidaretirada da lagoa atravs de bombeamento. Segundo o fabricante, a tecnologia capaz deremover lodo com altas concentraes de slidos (ST > 20%), permitindo que a limpeza dalagoa seja realizada em perodos de tempo mais longos. Suas principais desvantagens residem naausncia de experincias brasileiras com o equipamento e o fato de se tratar de um equipamentoimportado.

5.4 - Vantagens e desvantagens das tcnicas apresentadasAs principais vantagens e desvantagens das diferentes tcnicas de remoo de lodo de lagoascitadas anteriormente so resumidas na tabela 5.1. Uma comparao entre as diferentes tcnicasconsideradas, envolvendo fatores tais como desempenho do processo, facilidade operacional,flexibilidade com relao disposio final do lodo, quantidade de lodo removido e custooperacional, apresentada na tabela 5.2. A comparao serve apenas de balizamento inicial,uma vez que as condies especficas de cada lagoa de estabilizao podem modificarcompletamente o rendimento das tcnicas em questo.


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Tabela 5.2 Comparao dos principais f

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