Aula 15 - Tratamento do lodo e reuso - 03.11
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Tratamento de
Água e Efluentes
2º. Sem./2010
Eng.Ambiental
2
Tratamento
do
Lodo
Decantador
primário
Reator
biológico
Entrada
ETE
Sistema Convencional
Flotador
Caixa de
areia
Decantador
secundário
grades
Espessador
de lodo
Bomba
de lodo
Digestor de lodo Condicionamento e
secagem de lodos
Remoção
especial
Recirculação de lodo
Destino final do lodo
desidratado:
• lançamento rede coletoras,
• em lagoas com largo tempo de
detenção,
• aplicação no terreno,
• aterro sanitário e
aproveitamento de subprodutos
Reto
rno
so
bre
nad
an
te
Legenda:
• Fase liquida sendo clarificada
• Sobrenadante retorno a ETE
• Lodo (sólido) remoção e
tratamento
Destino final do
efluente tratado (lago,
rio, corpo d´água)
5
Tratamento do Lodo
Introdução
Fase Líquida
• Baixo tempo de permanência na ETE
• Volume elevado
• Efeito poluidor imediato
• Desperta maior interesse
Fase Sólida
• Elevado tempo de permanência na ETE
• 1-2% da vazão total
• 50% da carga poluidora original
• Representa 30 - 50% da despesa operacional
Decantador
primário
Entrada
ETE
Sistema Convencional
Flotador
Caixa de
areia
Decantador
secundário
Espessador
de lodo
Digestor de lodo Condicionamento e
secagem de lodos
Remoção
especial
Resíduos Sólidos
1. Gradeamento e/ou
peneiras
2. Areia (caixa)
3. Óleo (separador)
4. Escuma (decantadores)
5. Lodo químico
6. Lodo biológico
7. Separados de filtros
8. Carvão ativado
9. Meio filtrante exaurido
10. Resíduo troca iônica
Destino final do
efluente tratado (lago,
rio, corpo d´água)
7
Tratamento do Lodo
Introdução
Onde são gerados os Resíduos numa ETE?
Detritos sólidos retidos em grades ou peneiras (material
gradeado)
Areia depositadas na “caixas de areia”
Óleo separado no separador água/óleo
Escuma, separada em decantadores primários e secundários
Lodos químicos separados em decantadores e/ou flotadores
Lodos biológicos separados em decantadores e flotadores
Soluções concentradas separadas em filtros de membranas
Carvão ativado separados em filtros
Material filtrante exaurido retirado de filtros
Resíduos de processos de troca iônica
8
Tratamento do Lodo
Introdução
Classificação dos resíduos sólidos
Segundo a NBR 10.004 os resíduos são agrupados
em 3 classes:
Resíduo Classe I: Perigosos
Resíduo Classe II A: Não Perigosos (Não inertes)
Resíduo Classe II B: Não Perigosos (Inertes)
9
1. Classe I
2. Classe II
- II A
- II B
1Item 4.2 da NBR 10004
Perigosos
Não perigosos
Inerte
Não inerte
São aqueles que
apresentam
periculosidade:
Inflamabilidade;
Corrosividade;
Reatividade;
Toxicidade;
Patogenicidade.
Ausência de
periculosidade.
Resíduo de
restaurantes;
Madeira;
Sucata de metais;
Papel e papelão;
Areia de fundição;
Plástico
Não se enquadram
na Classe I e II-A, podem ter
propriedades, tais
como:
biodegradabilidade,
combustibilidade ou
solubilidade em
água.
São resíduos ou
mistura de resíduos
sólidos que se
submetidos a NBR
10006, não tenham
nenhum de seus
constituintes
solubilizados de
acordo com os
padrões de teste de
solubilização.
Serragem
Periculosidade de um resíduo: Característica apresentada por um resíduo que, em função de suas
propriedades físicas, químicas ou infecto-contagiosas, pode apresentar:
a) risco à saúde pública, provocando mortalidade, incidência de doenças ou acentuando seus índices;
b) riscos ao meio ambiente, quando o resíduo for gerenciado de forma inadequada. (Item 3.2 da NBR 10004)
Tratamento do Lodo
Introdução
10
Tratamento do Lodo
Introdução
O que é o Lodo ? Em uma ETA ...
Resíduo constituído de água e sólidos suspensos
originalmente contidos na fonte de água, acrescidos de
produtos resultantes dos reagentes aplicados à água
nos processos de tratamento.
Fontes: lodos decantados (ou flotados) e água de
lavagem dos filtros
Geração: 0,2 a 5% do volume tratado
11
Tratamento do Lodo
Introdução
O que é o Lodo ? Em uma ETE ...
Mistura sólida e semi-sólida complexa e variável de
substâncias orgânicas e inorgânicas
Aspecto desagradável e mau cheiroso (lodo bruto)
Contém elevada concentração de água > 95%
Produzido continuamente é o principal subproduto do
tratamento de efluentes
Manejo e disposição final exige planejamento criterioso
12
Operação Projetista
E agora...
O que faço
com o lodo ?
Joga na tal da
“Disposição
Final”
Tratamento do Lodo
Introdução
13
O que fazer com o Lodo ?
A disposição final dos resíduos dos sistemas de tratamento de água e
esgoto representa um grande problema de âmbito mundial, por razões
técnicas e econômicas. A disposição desses resíduos é uma
operação complexa que geralmente ultrapassa os limites da estação e
exige a interface com outras áreas de conhecimento. Sua gestão,
normalmente representa 20 a 60 % dos custos operacionais de uma
ETE/ETA.
No Brasil a coleta esgotos atende a 40,12% da população urbana. Do
volume coletado, apenas 40% atualmente recebe tratamento
adequado. Grande parte deste resíduo até recentemente era lançada
indiscriminadamente em rios. No entanto, com a evolução da
legislação ambiental, as operadoras vêm sendo obrigadas a destinar
adequadamente estes resíduos. (Fonte: PROSAB)
Tratamento do Lodo
Introdução
14
Tratamento do Lodo
Introdução
O Lodo tem utilidade ?
Possui valor agregado potencial
Alto teor de matéria orgânica
Contém macro e micro nutrientes
Deve ser encarado como insumo e não como
resíduo perigoso
Reciclagem agrícola Biossólido (a depender !!!)
15
Tratamento do Lodo
Tipos de Lodo
Lodo Primário (bruto)
Lodo Ativado Excedente
Lodo Químico (terciário)
16
Tratamento do Lodo
Tipos de Lodo
Oriundo do decantador primário
Possui coloração acinzentada e odor ofensivo
Composição varia com esgoto bruto e a eficiência
do tratamento preliminar
Metais Pesados industrialização
Elevada concentração de patógenos
70 - 80% matéria orgânica
O que é o Lodo Primário ?
17
Tratamento do Lodo
Tipos de Lodo
Massa Líquida SS do reator biológico
Massa floculenta, marrom de odor agradável
Em ambiente anaeróbio torna-se séptico
rapidamente apresentando coloração escura e
odor desagradável
Descarte regular (idade do lodo) controla
população de microrganismos no reator biológico
O que é o Lodo Ativado ?
18
Tratamento do Lodo
Tipos de Lodo
Origem: na coagulação da água para remoção de
cor e turbidez (ETA e ETE)
Formados nos decantadores e filtros (ETA e ETE)
Formado nos decantadores secundários (ETE)
Coagulantes metálicos formam sais insolúveis,
ex: FeCl3, FeCl2, Fe2(SO4)3, Al2(SO4) 3
Volume reduzido
Tratado em conjunto com os outros tipos de lodo
O que é o Lodo Químico ?
19
Tratamento do Lodo
Tipos de Lodo
Al2(SO4)3 + 6H2O 2 Al(OH)3 ↓ + 6H+ + 3SO42-
1 mg/l se sulfato de alumínio comercial Al2(SO4)3
.14H2O contém 17% de Al2(SO4)3 e forma 0,26
mg/l de Al(OH)3
Lodo sedimenta com relativa facilidade
Baixa compactilidade (alto volume e baixo teor de
sólidos)
Prática: Lodos com menores concentrações de
Al(OH)3 são mais fáceis de adensar
Lodo Químico de Sulfato de Alumínio
20
Tratamento do Lodo
Tipos de Lodo
Sulfato férrico: Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2
Fe(OH)3 ↓ + 3CaSO4 + 6CO2
Cloreto férrico: 2FeCl3.6H2O + 3Ca(HCO3)2 2
Fe(OH)3 ↓ + 3CaCl2 + 6CO2 + 6H2O
1 mg/l de sulfato férrico, forma 0,56 mg/l de
Fe(OH)3
1 mg/l de cloreto férrico, forma 0,40 mg/l de
Fe(OH)3
Mesmas restrições do lodo com Sulf. Alumínio
Lodo Químico de Coagulantes Férricos
21
Tratamento do Lodo
Quantidade Produzida
Lodo Primário: 60 - 70% dos SS e 20 - 30%
da DBO afluente
Lodo Ativado: até 80% da DBO afluente é
convertida em MLSS
0,6 - 0,8 kg PS / kg de DBO aplicada
ETE convencional
0,4 - 0,6 kg PS / kg de DBO aplicada
ETE aeração prolongada
22
Como tratar o Lodo ?
Tratamento do Lodo
Tratamento
Objetivo: obter condições adequadas para sua
disposição final.
Obter lodo em estado sólido ou semi-sólido.
Remoção de água para concentrar sólidos e
reduzir volume.
Em resumo: aplicação de método de
separação sólido-líquido
23
Tratamento do Lodo
Desidratação de Lodos
Operações Unitárias
Adensamento: remoção umidade
Estabilização: remoção MO
Desaguamento: remoção umidade
Secagem Térmica: estabilização e redução volume
Incineração: estabilização e redução volume
24
Adensamento
Por gravidade
flotação
centrifugação
Objetivo
Redução de volume
Redução de volume
Redução de volume
Tratamento do Lodo
Operação Unitária
25
Estabilização
Digestão anaeróbia
Digestão aeróbia
Estabilização química
Tratamento térmico
Objetivo
estabilização, redução de sólidos
estabilização, redução de sólidos
estabilização
estabilização
Tratamento do Lodo
Operação Unitária
26
Desaguamento
Filtro prensa
Prensa desaguadora
Centrífuga
Leito de secagem
Lagoas de lodo
Objetivo
redução de volume
redução de volume
redução de volume
redução de volume
armazenamento, redução de volume
Tratamento do Lodo
Operação Unitária
27
Compostagem
Compostegem
Com lixo urbano
Objetivo
reciclagem, redução de volume
reciclagem, redução de volume
Tratamento do Lodo
Operação Unitária
28
Redução Térmica
Incineração
Co-incineração
Oxidação úmida
Objetivo
estabilização, redução de volume, recuperação de energia
estabilização, redução de volume
estabilização, redução de volume
Tratamento do Lodo
Operação Unitária
29
Disposição Final
Reciclagem agrícola
Aterro sanitário
Recuperação de áreas degradadas
Objetivo
Disposição final
Disposição final
Disposição final
Tratamento do Lodo
Operação Unitária
30
Operação unitária para remoção de água
Normalmente é a primeira etapa no manejo do lodo
Objetivo: reduzir o volume preservando as
características de líquido
Altamente eficiente: adotado em praticamente
todas as ETEs
Principais tipos:
Por gravidade
Flotador
Centrífuga
Tratamento do Lodo
Adensamento
31
Tratamento do Lodo
Adensador estático
32
Formato circular
Diâmetro até 25 m e profundidade lateral entre 3 - 4 m
Declividade de fundo entre 1:3 - 1:6
Taxa de aplicação: 100 - 150 kg/m2.dia Lodo primário
Carga hidráulica: 16 - 32 m3/m2.dia
Favorece produção de gases gera odor ambiente
corrosivo
Tratamento do Lodo
Adensador por gravidade
Lodo Primário
• decanta com rapidez
• adensa com facilidade
• não requer coagulante
Lodo Ativado
• baixa taxa de decantação
• resiste ao adensamento /
compactação
• tendência a flotar
33
Tratamento do Lodo
Adensador por gravidade
34
Indicado para lodo ativado excedente e lodos
industriais ricos em óleos e graxas
Relação ar : água = 0,02 - 0,04 kg ar / kg sólido
Lodo decantado deve ser removido
Balão de saturação chega a atingir 8 atm
Lodo adensado atinge até 8% de sólidos
Unidade completamente automatizada
Exige bomba p/ pressurização, compressor de ar,
balão de saturação, válvula de alívio, raspadores
superficiais de lodo, descarte de lodo decantado
Tratamento do Lodo
Flotador
35
Tratamento do Lodo
Flotador
36
Princípio semelhante ao da decantação
Força centrífuga é 500 - 3000 vezes superior a força da
gravidade
Centrífugas tipo “Decanter” tambor + rosca transportadora
Diferencial de velocidade determina teor de sólidos da torta
(1 - 30 rpm)
Toda em aço inox
Utilizada para adensamento e desaguamento de lodo
Equipamento compacto, não emite aerossol ou ruído
excessivo
Custo de aquisição e consumo de energia são as principais
desvantagens
Produz torta com até 35% de sólidos
Tratamento do Lodo
Centrifuga
37
Tratamento do Lodo
Centrifuga
38
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Biológica • Digestão aeróbica
• Digestão anaeróbica
Química • Produtos
químicos
Térmica • Adição
de calor
• Biogás: CH4, CO2 e H2S
• Redução de sólidos voláteis:
40 - 50%
• Tempo de detenção: > 15 dias
• Remoção de patógenos: varia
com a temperatura e o tempo de
detenção
• Mesofílica e Termofílica
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Digestão Anaeróbica
3 fases
• Acidogênica
• Acetogênica
• Metanogênica
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Digestão Anaeróbica
Bactéria Acidogênicas: convertem polissacarídeos,
celulose, amido, proteínas e gorduras em compostos
orgânicos de cadeia curta.
Bactérias Acetogênicas: atacam os compostos orgânicos
de cadeia curta produzindo ácido acético
Bactérias Metanogênicas: produzem metano a partir dos
compostos orgânicos resultantes da fermentação ácida, ex:
Methanosarcina e Methanotrix
Bactérias Redutoras de Sulfato: competem com as
bactérias metanogênicas pelos produtos da fermentação
ácida produzindo CO2 e H2S
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Digestão Anaeróbica (Problemas)
Carga orgânica
Carga tóxica
Carga hidráulica
Variação de temperatura
Parâmetro Bactérias Metanogênicas Bactérias Acido/Acetogênicas
Taxa de crescimento Lenta Alta
pH Alta sensibilidade Baixa sensibilidade
Temperatura Alta sensibilidade Sensibilidade moderada
Agentes Tóxicos Alta sensibilidade Sensibilidade moderada
Ácidos Voláteis Alta sensibilidade Baixa sensibilidade
Potencial Redox Alta sensibilidade Baixa sensibilidade
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Digestão Anaeróbica (Biogás)
Composição Típica: metano: 60 - 80% dióxido de
carbono: 20 - 40% gás sulfídrico: até 1%
nitrogênio e oxigênio
Metano: (CH4) inodoro, incolor e inflamável
menos denso que o ar (0,55)
Gás carbônico: (CO2) inodoro, incolor e não
inflamável mais denso que o ar (1,53)
Gás sulfídrico: (H2S) incolor, inflamável e mau
cheiroso mais denso que o ar (1,19)
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Digestão Aeróbica
C5H7NO2 + 7O2 + bactéria aeróbia 5CO2 + NO3- + 3H2O + H+
Parâmetros de avaliação de desempenho:
redução de sólidos voláteis
qualidade do sobrenadante
capacidade de desaguamento do lodo
odor e aspecto do lodo digerido
• OD entre 1 - 2 mg/l
• 2,3 kg O2/ kg de SV destruído
• concentração < 3% no digestor
• carga orgânica entre 1,6 - 4,8 kg SV/m3.d
Tratamento do Lodo
Estabilização do Lodo
Compostagem
Vantagens: baixo custo de implantação, produto de
alta qualidade
Desvantagens: requer teor de sólido >35%, alto custo
operacional, área necessária, risco de geração de
odores desagradáveis
lodo
enchimento
mistura
aeração
forçada
revolvimento
cura estocagem
disposição final
Tratamento do Lodo
Redução Térmica
Oxidação Úmida
Desenvolvida na Noruega
Capacidade da matéria orgânica ser oxidada na
presença de água a temperaturas > 100º C
Requer elevadas pressões de trabalho
Indicada para processos industriais e ETEs
metropolitanas com Q > 250 l/s
Principais variáveis: temperatura, pressão, suprimento
de ar/oxigênio, concentração de sólidos
Produz sólido facilmente decantável e estéril
Líquido com alta carga orgânica
Oxidação Úmida
A oxidação úmida é um
processo de transformação da
matéria orgânica que produz
dióxido de carbono, água,
ácidos orgânicos fracos e
matéria mineral. O resultado
deste processo é um produto
estéril, com destruição de 95%
a 97% do total de sólidos
voláteis.
Tratamento do Lodo
Redução Térmica
Incineração
Possibilita a maior redução no volume para disposição final
Volume de cinza < 4% do volume de lodo alimentado ao
incinerador
Exige balanço de massa e energia detalhado
Utiliza sofisticados sistemas de filtros de ar
Incinerador de Múltiplas Câmaras - Incinerador de Leito
Fluidizado
Utilização restrita a grandes áreas metropolitanas
Alternativa recomendada para quantidades acima de 2250
ton/ano
Lodo bruto tem alto poder calorífico (auto combustível)
Uma das principais alternativas para o século XXI
50
Redução do custo de transporte ao local de disposição final
Melhoria nas condições de manejo
Aumento do poder calorífico
Redução de volume para disposição em aterro sanitário ou
reuso agrícola
Tratamento do Lodo
Desaguamento
Porque desaguar o Lodo ?
Desaguamento Natural
• Leito de secagem
Desaguamento Mecânico
• Centrifuga
• Presa desaguadora
• Filtro prensa
51
Tratamento do Lodo
Desaguamento
Centrifuga
Tipo de LodoConc. da Torta
(%)
Captura de Sólidos
(%)
Dosagem de
Polieletrólito (g/kg)
lodo bruto primário 28 – 34 95 2 – 3
lodo anaeróbio 35 – 40 95 2 – 3
lodo ativado 14 – 18 95 6 – 10
lodo misto* bruto 28 – 32 95 6 – 10
lodo misto anaeróbio 26 – 30 95 4 – 6
lodo aeróbio** 18 – 22 95 6 – 10* lodo primário + ativados excedente** aeração prolongada ou ativado excedente
Desempenho depende:
Características do lodo
Condicionamento do lodo
Ajustes mecânicos no equipamento
52
Tratamento do Lodo
Desaguamento
Prensa desaguadora
Zonas de
Operação
• Zona de peneiramento
• Zona de baixa pressão
• Zona de alta pressão
Vantagens
• Custo de aquisição
• Baixo consumo de energia
• Área requerida (“foot print”)
Desvantagens
• Nível de ruído
• Produção de aerossol
• Ambiente insalubre
53
Tratamento do Lodo
Prensa Desaguadora
54
Tratamento do Lodo
Prensa Desaguadora
Tipo de
Lodo
Carga
hidráulica
(m3/h)
Carga de
sólidos
(kg/h)
Concentração
de sólidos no
afluente
(% ST)
Concentração
de sólidos na
torta
Captura de
sólidos
Anaeróbio*
6,4 – 15 318 – 454 3 – 5 18 – 24 95
Aeróbio**
7,3 – 23 181 – 318 1 – 3,0 14 –18 92 – 95
Lodo
Ativado10,4 – 23 136 – 272 0,5 – 1,3 14 – 18 90 – 95
Bruto
Primário11,4 – 23 681 – 1.134 4 – 6 23 – 25 95
Bruto Misto 9,1 – 23 454 – 681 3 – 5 23 – 28 95* 50% primário / 50% lodo ativado em peso
** lodo ativado digerido aerobicamente
• Único em batelada ciclo dura entre 2 - 5 horas
Vantagens:
Torta com alta concentração de sólidos
Elevada captura de sólidos
Baixo consumo de produtos químicos durante
condicionamento
Desvantagens:
Peso do equipamento
Custo de aquisição
Substituição regular das telas
Tratamento do Lodo
Desaguamento
Filtro Prensa
56
Tratamento do Lodo
Filtro prensa
57
Tratamento do Lodo
Desaguamento
Leitos de Secagem
Indicados para secagem de lodos estabilizados apenas
Tecnologia apropriada para ETEs até 20.000 p.e.
Drenagem e evaporação atuam em paralelo
A drenagem predomina nas primeiras 72 horas
L = 10 - 30 m e W = 6 - 10 m
Retirada manual
Teor de sólidos > 40%
Liberação de odores e produção de moscas
Tipo de Lodo Taxa de aplicação (kgPS/m2.ano) Área (m2/1000 hab.equiv.)
Anaeróbio primário 120 – 200 90 – 140
Anaeróbio prim. + ativado 60 – 100 160 - 275
58
Adensamento
Por gravidade
Flotação
centrifugação
Estabilização
Digestão aeróbica
Digestão anaeróbica
Compostagem
Incineração
Oxidação úmida
Desaguamento
Centrífuga
Prensa desaguadora
Filtros prensas
Leitos de secagem
Reuso e disposição final
Reuso agrícola
Aterro sanitário
Recuperação área degradada
Tratamento do Lodo
Resumo
59
Para onde vai os Resíduos sólidos ?
Tratamento do Lodo
Disposição Final
• Areia
• Material gradeado
• Escuma
sólidos
aterro
60
Para onde vai o Lodo ?
Tratamento do Lodo
Disposição Final
Lodo
• Primário
• Secundário (não estabilizado)
Estabilização
• Aeróbica
• Anaeróbica
Desidratação
• Desidratação mecânica
• Leitos de secagem
Disposição final
• Aplicação no solo
• aterramento
61
Para onde vai o Lodo ?
Tratamento do Lodo
Disposição Final
Lodo
• Biológico já estabilizado
Desidratação
• adensamento
• Leitos de secagem
Disposição final
• Aplicação no solo
• aterramento
62
Lodo para Reuso
Tratamento do Lodo
Disposição Final
Lodo tratamento higienização Reuso
agrícola
Higienização do lodo:
Principais patógenos que colocam em risco a saúde
humana e animal:
Ovos de helmintos, bactérias e cistos de protozoários
63
Para onde vai o Lodo ?
Tratamento do Lodo
Disposição Final
64
Para onde vai o Lodo ?
Tratamento do Lodo
Disposição Final
65
Tijolo feito com mistura de areia,
cimento e resíduo da indústria de
papel.
O lodo resultante do processo de
tratamento dos efluentes hídricos da
fabricação do papel, formado por
materiais como caulim – um tipo de
argila muito usada pela indústria de
porcelana e celulose
http://www.revistapesquisa.fapesp.br/
Reuso
Tratamento do Lodo
Disposição Final
66
Características do lodo
Estimativa da quantidade de lodo produzida
Métodos para minimizar a quantidade de lodo
produzida
Métodos de desidratação (*)
Tratamento do Lodo
Projeto do sistema
O que é necessário saber ?
Prensa desaguadora
centrifuga Filtração a
vácuo Leito de secagem
Onde Estudar a Aula de Hoje
Nos Livros
• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual de
Tratamento de Efluentes Industriais – ABES –
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e
Ambiental ( Cap. 17 – Destinação Final de
Resíduos Sólidos de ETE)
• Richter, Carlos A. – Tratamento de Lodos de ETA
• Telles, Dirceu D´Alkmin & Costa, Regina Hellena
Pacca Guimarães – Reúso da Água – Conceitos,
Teorias e Práticas
Contato
68