Aula 15 - Tratamento do lodo e reuso - 03.11

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Aula 15 - Tratamento do lodo e reuso - 03.11

  1. 1. Tratamento deÁgua e Efluentes 2º. Sem./2010 Eng.Ambiental
  2. 2. 2
  3. 3. Tratamento do Lodo
  4. 4. Sistema Convencional Destino final do Remoção efluente tratado (lago, rio, corpo d´água) especialEntrada ETE Caixa de Decantador Decantador areia primário secundário gradesLegenda: Retorno sobrenadante Reator• Fase liquida sendo clarificada Bomba biológico• Sobrenadante retorno a ETE de lodo• Lodo (sólido) remoção e Recirculação de lodo tratamento Destino final do lodo desidratado: Espessador Flotador• lançamento rede coletoras, de lodo• em lagoas com largo tempo de detenção,• aplicação no terreno,• aterro sanitário e Condicionamento e Digestor de lodo aproveitamento de subprodutos secagem de lodos
  5. 5. Tratamento do Lodo IntroduçãoFase Líquida Fase Sólida• Baixo tempo de permanência • Elevado tempo de na ETE permanência na ETE• Volume elevado • 1-2% da vazão total• Efeito poluidor imediato • 50% da carga poluidora• Desperta maior interesse original • Representa 30 - 50% da despesa operacional 5
  6. 6. Sistema Convencional Destino final do Remoção efluente tratado (lago, rio, corpo d´água) especialEntrada ETE Caixa de Decantador Decantador areia primário secundário Resíduos Sólidos 1. Gradeamento e/ou peneiras 2. Areia (caixa) 3. Óleo (separador) 4. Escuma (decantadores) Espessador Flotador 5. Lodo químico de lodo 6. Lodo biológico 7. Separados de filtros 8. Carvão ativado Condicionamento e 9. Meio filtrante exaurido Digestor de lodo secagem de lodos 10. Resíduo troca iônica
  7. 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 7
  8. 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) 8
  9. 9. Tratamento do Lodo Introdução São resíduos de que Ausência ou Não se enquadram São aqueles mistura de resíduos na Classe I e II-A, periculosidade. apresentam podem quede sólidos ter se periculosidade: Resíduo propriedades, NBR submetidos a tais Inflamabilidade; restaurantes; como: não tenham 10006, 1. Classe I Perigosos Corrosividade; Madeira; nenhum de seus biodegradabilidade, Reatividade; constituintes metais; Sucata de 2. Classe II Não perigosos combustibilidade ou Toxicidade; Papel e papelão; solubilizados de solubilidadefundição; Areia de em - II A Inerte acordo com os água. Patogenicidade. padrões de teste de Plástico - II B Não inerte 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)1 Item 4.2 da NBR 10004 9
  10. 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 10
  11. 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 11
  12. 12. Tratamento do Lodo Introdução E agora... Joga na tal da O que faço “Disposição com o lodo ? Final”Operação Projetista 12
  13. 13. Tratamento do Lodo Introdução 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) 13
  14. 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 !!!) 14
  15. 15. Tratamento do Lodo Tipos de Lodo Lodo Primário (bruto) Lodo Ativado Excedente Lodo Químico (terciário) 15
  16. 16. Tratamento do Lodo Tipos de Lodo O que é o Lodo Primário ? 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 16
  17. 17. Tratamento do Lodo Tipos de Lodo O que é o Lodo Ativado ? 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 17
  18. 18. Tratamento do Lodo Tipos de Lodo O que é o Lodo Químico ? 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 18
  19. 19. Tratamento do Lodo Tipos de Lodo Lodo Químico de Sulfato de Alumínio 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 19
  20. 20. Tratamento do Lodo Tipos de Lodo Lodo Químico de Coagulantes Férricos 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 20
  21. 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 21
  22. 22. Tratamento do Lodo Tratamento Como tratar o Lodo ? 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 22
  23. 23. Tratamento do Lodo Desidratação de LodosOperações Unitárias Adensamento: remoção umidade Estabilização: remoção MO Desaguamento: remoção umidade Secagem Térmica: estabilização e redução volume Incineração: estabilização e redução volume 23
  24. 24. Tratamento do Lodo Operação UnitáriaAdensamento Objetivo Por gravidade Redução de volume flotação Redução de volume centrifugação Redução de volume 24
  25. 25. Tratamento do Lodo Operação UnitáriaEstabilização Objetivo estabilização, redução de Digestão anaeróbia sólidos estabilização, redução de Digestão aeróbia sólidos Estabilização química estabilização Tratamento térmico estabilização 25
  26. 26. Tratamento do Lodo Operação UnitáriaDesaguamento Objetivo Filtro prensa redução de volume Prensa desaguadora redução de volume Centrífuga redução de volume Leito de secagem redução de volume armazenamento, Lagoas de lodo redução de volume 26
  27. 27. Tratamento do Lodo Operação UnitáriaCompostagem Objetivo reciclagem, redução de Compostegem volume reciclagem, redução de Com lixo urbano volume 27
  28. 28. Tratamento do Lodo Operação UnitáriaRedução Térmica Objetivo estabilização, redução de Incineração volume, recuperação de energia estabilização, redução de Co-incineração volume estabilização, redução de Oxidação úmida volume 28
  29. 29. Tratamento do Lodo Operação UnitáriaDisposição Final Objetivo Reciclagem agrícola Disposição final Aterro sanitário Disposição final Recuperação de áreas Disposição final degradadas 29
  30. 30. Tratamento do Lodo Adensamento 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 30
  31. 31. Tratamento do Lodo Adensador estático 31
  32. 32. Tratamento do Lodo Adensador por gravidade 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 corrosivoLodo Primário Lodo Ativado• decanta com rapidez • baixa taxa de decantação• adensa com facilidade • resiste ao adensamento /• não requer coagulante compactação • tendência a flotar 32
  33. 33. Tratamento do LodoAdensador por gravidade 33
  34. 34. Tratamento do Lodo Flotador 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 34
  35. 35. Tratamento do Lodo Flotador 35
  36. 36. Tratamento do Lodo Centrifuga 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 36
  37. 37. Tratamento do Lodo Centrifuga 37
  38. 38. Tratamento do Lodo Estabilização do Lodo • Digestão aeróbicaBiológica • Digestão anaeróbica • Produtos Química químicos • Adição Térmica de calor 38
  39. 39. Tratamento do Lodo Estabilização do Lodo Digestão Anaeróbica• Biogás: CH4, CO2 e H2S• Redução de sólidos voláteis: 3 fases40 - 50%• Tempo de detenção: > 15 dias • Acidogênica• Remoção de patógenos: varia • Acetogênicacom a temperatura e o tempo de • Metanogênicadetenção• Mesofílica e Termofílica
  40. 40. 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
  41. 41. Tratamento do Lodo Estabilização do Lodo Digestão Anaeróbica (Problemas)  Carga orgânica  Carga tóxica  Carga hidráulica  Variação de temperaturaParâmetro Bactérias Metanogênicas Bactérias Acido/AcetogênicasTaxa de crescimento Lenta AltapH Alta sensibilidade Baixa sensibilidadeTemperatura Alta sensibilidade Sensibilidade moderadaAgentes Tóxicos Alta sensibilidade Sensibilidade moderadaÁcidos Voláteis Alta sensibilidade Baixa sensibilidadePotencial Redox Alta sensibilidade Baixa sensibilidade
  42. 42. 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)
  43. 43. 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
  44. 44. 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 aeração forçada lodo mistura cura estocagem enchimento revolvimento disposição final
  45. 45. 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
  46. 46. 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.
  47. 47. 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
  48. 48. Tratamento do Lodo Desaguamento Porque desaguar o Lodo ? 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 Desaguamento Desaguamento Natural Mecânico • Leito de secagem • Centrifuga • Presa desaguadora • Filtro prensa 50
  49. 49. Tratamento do Lodo Desaguamento Centrifuga  Desempenho depende:  Características do lodo  Condicionamento do lodo  Ajustes mecânicos no equipamento Conc. da Torta Captura de Sólidos Dosagem de Tipo de Lodo (%) (%) Polieletrólito (g/kg)lodo bruto primário 28 – 34 95 2–3lodo anaeróbio 35 – 40 95 2–3lodo ativado 14 – 18 95 6 – 10lodo misto* bruto 28 – 32 95 6 – 10lodo misto anaeróbio 26 – 30 95 4–6lodo aeróbio** 18 – 22 95 6 – 10* lodo primário + ativados excedente** aeração prolongada ou ativado excedente 51
  50. 50. Tratamento do Lodo Desaguamento Prensa desaguadora • Zona de peneiramento Zonas de • Zona de baixa pressão Operação • Zona de alta pressão Vantagens Desvantagens• Custo de aquisição • Nível de ruído• Baixo consumo de • Produção de aerossol energia • Ambiente insalubre• Área requerida (“foot print”) 52
  51. 51. Tratamento do LodoPrensa Desaguadora 53
  52. 52. Tratamento do Lodo Prensa Desaguadora Concentração Carga Carga de Concentração Tipo de de sólidos no Captura de hidráulica sólidos de sólidos na Lodo afluente sólidos (m3/h) (kg/h) torta (% ST)Anaeróbio * 6,4 – 15 318 – 454 3–5 18 – 24 95Aeróbio ** 7,3 – 23 181 – 318 1 – 3,0 14 –18 92 – 95Lodo 10,4 – 23 136 – 272 0,5 – 1,3 14 – 18 90 – 95AtivadoBruto 11,4 – 23 681 – 1.134 4–6 23 – 25 95PrimárioBruto Misto 9,1 – 23 454 – 681 3–5 23 – 28 95* 50% primário / 50% lodo ativado em peso** lodo ativado digerido aerobicamente 54
  53. 53. Tratamento do Lodo Desaguamento Filtro Prensa • Único em batelada  ciclo dura entre 2 - 5 horasVantagens:Torta com alta concentração de sólidosElevada captura de sólidosBaixo consumo de produtos químicos durantecondicionamento Desvantagens: Peso do equipamento Custo de aquisição Substituição regular das telas
  54. 54. Tratamento do Lodo Filtro prensa 56
  55. 55. 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 – 140Anaeróbio prim. + ativado 60 – 100 160 - 275 57
  56. 56. Tratamento do Lodo ResumoAdensamento EstabilizaçãoPor gravidadeFlotação Desaguamento Digestãocentrifugação aeróbica Reuso e Centrífuga disposição final Digestão anaeróbica Prensa Reuso agrícola desaguadora Compostagem Aterro sanitário Filtros prensas Incineração Recuperação área Leitos de degradada Oxidação úmida secagem 58
  57. 57. Tratamento do Lodo Disposição Final Para onde vai os Resíduos sólidos ? • Areia • Materialsólidos gradeado • Escuma aterro 59
  58. 58. Tratamento do Lodo Disposição Final Para onde vai o Lodo ?Lodo Estabilização Desidratação Disposição final • Primário • Aeróbica • Desidratação • Aplicação no • Secundário • Anaeróbica mecânica solo (não • Leitos de • aterramento estabilizado) secagem 60
  59. 59. Tratamento do Lodo Disposição Final Para onde vai o Lodo ?Lodo Desidratação Disposição final • Biológico já • adensamento • Aplicação no estabilizado • Leitos de solo secagem • aterramento 61
  60. 60. Tratamento do Lodo Disposição Final Lodo para Reuso Reuso Lodo tratamento higienização agrícola Higienização do lodo: Principais patógenos que colocam em risco a saúde humana e animal: Ovos de helmintos, bactérias e cistos de protozoários 62
  61. 61. Tratamento do Lodo Disposição FinalPara onde vai o Lodo ? 63
  62. 62. Tratamento do Lodo Disposição FinalPara onde vai o Lodo ? 64
  63. 63. Tratamento do Lodo Disposição FinalReuso  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/ 65
  64. 64. Tratamento do Lodo Projeto do sistema O que é necessário saber ? Características do lodo Estimativa da quantidade de lodo produzida Métodos para minimizar a quantidade de lodo produzida Métodos de desidratação (*) Prensa Filtração a Leito de centrifuga desaguadora vácuo secagem 66
  65. 65. Onde Estudar a Aula de HojeNos Livros• Cavalcanti, José Eduardo W. de A. – Manual deTratamento de Efluentes Industriais – ABES –Associação Brasileira de Engenharia Sanitária eAmbiental ( Cap. 17 – Destinação Final deResíduos Sólidos de ETE)• Richter, Carlos A. – Tratamento de Lodos de ETA• Telles, Dirceu D´Alkmin & Costa, Regina HellenaPacca Guimarães – Reúso da Água – Conceitos,Teorias e Práticas
  66. 66. Contato 68

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