XJY Transformando Lodo de Esgoto em Biossólidos: Uma Jornada pelo Tratamento de Esgoto e Além
Introdução ao XJY Tratamento de Lodo
Antes de 1950, a maioria das comunidades nos Estados Unidos despejava seus efluentes, ou esgoto, em rios e córregos com pouco ou nenhum tratamento. Com o aumento da população urbana, a capacidade natural dos rios e córregos de lidar com os efluentes foi sobrecarregada, causando a deterioração da qualidade da água em muitas regiões. Em resposta às preocupações com a degradação da qualidade da água, milhares de comunidades em todos os Estados Unidos construíram estações de tratamento de esgoto.Tratamento de água sistemas durante as décadas de 1950 e 1960. Isso resultou em uma melhoria significativa na qualidade da água de rios e córregos, mas criou outro material para lidar: o lodo de esgoto. Aproximadamente 99% do efluente que entra em uma estação de tratamento é descartado como água tratada. O restante é uma suspensão diluída de sólidos que foi retida pelo processo de tratamento. Esses sólidos provenientes do tratamento de efluentes são comumente chamados de lodo de esgoto.
foto 1 Esgoto
"Lodo de esgoto" ou "biossólidos" - o que importa o nome?
O termo "biossólidos" foi recentemente introduzido pela indústria de tratamento de águas residuais. A indústria define biossólidos como lodo de esgoto que passou por tratamento suficiente para estabilização e redução de patógenos, e que possui qualidade suficientemente alta para ser aplicado no solo. O termo visa distinguir o lodo de esgoto tratado de alta qualidade do lodo de esgoto bruto e do lodo de esgoto que contém grandes quantidades de poluentes ambientais. O termo "biossólidos" também ajuda a distinguir o lodo de esgoto do lodo industrial, enfatizando que o primeiro é produzido por um processo biológico. O termo tem sido criticado por alguns como uma tentativa de disfarçar a verdadeira natureza do lodo de esgoto, tornando assim a aplicação desse material no solo menos questionável para o público em geral. Embora "biossólidos" certamente não evoque as mesmas imagens negativas que "lodo de esgoto" ou simplesmente "lodo", é um termo legítimo e funcional quando usado corretamente para fazer a distinção descrita acima. Neste documento, "lodo de esgoto" será usado para se referir aos sólidos do tratamento de águas residuais em geral, e "biossólidos" será usado para se referir especificamente ao material adequado para aplicação no solo.
foto 2 Linha de lodo de esgoto
Produção de Lodo de esgoto municipal XJY
Esgoto municipal, ou águas residuais, refere-se à água utilizada em residências ou empresas em áreas urbanas e suburbanas para lavar, tomar banho e dar descarga em vasos sanitários. Águas residuais municipais também podem incluir água proveniente de fontes industriais. Para remover produtos químicos ou poluentes resultantes de processos industriais, as indústrias que contribuem para os sistemas de esgoto municipais devem pré-tratar suas águas residuais antes de descartá-las na rede de esgoto. As águas residuais são conduzidas pelo sistema de esgoto sanitário até uma estação de tratamento de esgoto centralizada (às vezes chamada de Estação de Tratamento de Esgoto Pública, ou ETE). Na ETE, o esgoto passa por uma série de etapas de tratamento que utilizam processos físicos, biológicos e químicos para remover nutrientes e sólidos, decompor materiais orgânicos e destruir patógenos (organismos causadores de doenças) na água. A água tratada é liberada em córregos e rios, ou pode ser aspergida em grandes áreas de terra.
Figura 3: Tratamento de lodo de esgoto municipal
O tratamento preliminar do esgoto bruto envolve a triagem para remover objetos grandes, como galhos, garrafas, papel e trapos, e uma etapa de remoção de areia e areia, durante a qual os sólidos inorgânicos (areia, cascalho, cinzas) se depositam rapidamente no fundo da água. Os materiais triados e a areia e areia removidos nessa etapa do tratamento geralmente são depositados em aterros sanitários e não se tornam parte do lodo de esgoto.
O tratamento primário envolve processos de sedimentação por gravidade e flotação que removem aproximadamente metade do material sólido que entra nesta etapa. O material sólido (orgânico e inorgânico) que se deposita durante esta etapa do tratamento é retirado do fundo e constitui o lodo primário. Na maioria das estações de tratamento de esgoto, o material flutuante (óleo, graxa, madeira e matéria vegetal) que é removido da superfície da água durante o tratamento primário é descartado separadamente e não se torna parte do lodo primário.
O tratamento secundário é um processo biológico cuidadosamente controlado e acelerado, no qual microrganismos naturais são utilizados para degradar (decompor ou digerir) a matéria orgânica suspensa e dissolvida nas águas residuais. Essa matéria é convertida em dióxido de carbono, que é liberado na atmosfera, e em biomassa microbiana.
Em bacias de sedimentação secundária, a massa celular microbiana deposita-se no fundo e é removida. Esse material, predominantemente orgânico, é denominado lodo secundário.
Algumas estações de tratamento também incluem etapas de tratamento terciário, projetadas para reduzir ainda mais os nutrientes das plantas (nitrogênio e fósforo), os sólidos em suspensão ou a demanda bioquímica de oxigênio nas águas residuais. O fósforo precipitado quimicamente e a filtração produzem um lodo terciário.
Por fim, a água passa por um tratamento de desinfecção para destruir microrganismos patogênicos. A água revitalizada é então liberada em um córrego ou rio, ou pode ser aspergida sobre grandes áreas de terra.
Métodos de tratamento XJY para lodo de esgoto municipal
Os lodos primário, secundário e terciário são normalmente combinados, e a mistura resultante, que contém de 1 a 4% de sólidos, é chamada de lodo de esgoto "bruto". Devido ao seu conteúdo de patógenos e à sua natureza instável e decomponível, o lodo de esgoto bruto representa um risco potencial para a saúde e o meio ambiente; no entanto, diversos processos de tratamento são utilizados atualmente para estabilizar o lodo de esgoto, diminuir seu conteúdo de patógenos e aumentar seu teor de sólidos. Alguns dos processos mais comumente utilizados para estabilizar e reduzir os níveis de patógenos no lodo de esgoto estão listados e brevemente descritos na Tabela 1.
| Método de tratamento | Descrição | Efeitos no lodo |
| Espessamento | Os sólidos do lodo são concentrados por decantação devido à gravidade ou pela introdução de ar, o que faz com que flutuem. | O lodo mantém as propriedades de um líquido, mas o teor de sólidos aumenta para 5 a 6%. |
| Drenagem | Drenagem
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| Digestão anaeróbica | Um dos métodos mais utilizados para o tratamento de lodo. O lodo é mantido na ausência de ar por 15 a 60 dias a temperaturas entre 20 e 55 °C. Bactérias anaeróbicas se alimentam do lodo, produzindo metano e dióxido de carbono. Em algumas estações de tratamento, o metano é coletado e queimado para manter a temperatura de tratamento. |
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| Digestão aeróbica | O lodo é agitado com ar ou oxigênio por 40 a 60 dias a temperaturas de 15 a 20 °C. Bactérias aeróbicas se alimentam do lodo, produzindo dióxido de carbono. |
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| Estabilização alcalina | Adiciona-se ao lodo uma quantidade suficiente de material alcalino, geralmente cal (CaO), para elevar seu pH para pelo menos 12 durante 2 horas. O pH deve permanecer acima de 11,5 por mais 22 horas. |
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| Compostagem | O lodo é desidratado para aumentar o teor de sólidos para cerca de 20%, sendo então misturado com um material orgânico rico em carbono, como serragem. A mistura é compostada em condições aeróbicas a temperaturas de pelo menos 55°C (131°F) durante vários dias no processo de compostagem. |
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O que há em lodo de esgoto?
O lodo de esgoto é composto por materiais inorgânicos e orgânicos, altas concentrações de alguns nutrientes vegetais, concentrações muito menores de numerosos oligoelementos¹ e substâncias químicas orgânicas, além de alguns patógenos. A composição do lodo de esgoto varia consideravelmente dependendo da composição do efluente e dos processos de tratamento utilizados. A Tabela 2 apresenta as concentrações medianas e do percentil 95 de nutrientes vegetais e alguns oligoelementos encontrados no lodo de esgoto. Esses dados são provenientes de um extenso levantamento de lodos de esgoto produzidos na Pensilvânia durante 1996 e 1997.
Opções para lidar com lodo de esgoto
O lodo de esgoto pode ser visto tanto como um recurso orgânico e nutritivo a ser utilizado de forma benéfica quanto como um resíduo a ser descartado. Antes de 1991, grandes quantidades de lodo de esgoto, incluindo parte proveniente da Pensilvânia, eram descartadas no oceano. Preocupações com o excesso de nutrientes nas águas oceânicas levaram à proibição dessa prática. Atualmente, quase todo o lodo de esgoto produzido na Pensilvânia é tratado e possui qualidade suficientemente alta para ser classificado como biossólido. Pouco menos da metade desse material é descartada em aterros sanitários ou por incineração, enquanto o restante é reciclado no solo por meio de uso na agricultura, recuperação de áreas mineradas, paisagismo ou horticultura. Cada uma dessas opções apresenta benefícios econômicos e ambientais, bem como problemas e riscos associados.
Descarte em aterro sanitário
Do ponto de vista da gestão e do manuseio de materiais, o aterro sanitário é talvez a solução mais simples. Do ponto de vista econômico, o aterro sanitário atualmente se compara favoravelmente a outras opções. Isso, sem dúvida, mudará, à medida que o espaço em aterros sanitários se tornar mais limitado e as taxas de descarte (custos de despejo de resíduos) aumentarem. Do ponto de vista ambiental, o aterro sanitário impede a liberação de poluentes ou patógenos presentes no lodo, concentrando-o em um único local. Se o aterro sanitário for construído e mantido adequadamente, os riscos ambientais são mínimos.
Existem, no entanto, riscos associados ao descarte de lodo de esgoto em aterros sanitários. Os resíduos orgânicos sofrem decomposição anaeróbica em aterros, produzindo gás metano que pode ser liberado na atmosfera. O metano é um gás de efeito estufa que tem sido apontado como um dos responsáveis pelo aquecimento global. Outros gases liberados pelos aterros podem causar odores desagradáveis. As grandes quantidades de nutrientes que o lodo de esgoto adiciona a um aterro representam um risco para o meio ambiente local. Caso ocorra uma falha na membrana impermeabilizante do aterro ou no sistema de coleta de lixiviado, esses nutrientes podem contaminar as águas subterrâneas e superficiais locais. O descarte de lodo de esgoto em aterros também ocupa espaço valioso e desperdiça os benefícios potenciais da matéria orgânica e dos nutrientes para plantas presentes no lodo.
foto 4 Descarte em aterro sanitário
Eliminação por incineração
A incineração de lodo de esgoto reduz o volume do material a ser descartado, destrói completamente os patógenos, decompõe a maioria dos compostos orgânicos e recupera a pequena quantidade de poder calorífico contida no lodo. As cinzas residuais são um material inorgânico estável e relativamente inerte, que corresponde a apenas 10 a 20% do volume original do lodo. A maioria dos metais traço presentes no lodo de esgoto se concentra nas cinzas (com um aumento de cinco a dez vezes na concentração). Esse material é geralmente depositado em aterros sanitários, embora também possa ser utilizado na construção civil.
A incineração também libera dióxido de carbono (outro gás de efeito estufa) e possivelmente outros poluentes voláteis (cádmio, mercúrio, chumbo, dioxinas) na atmosfera. A operação de incineradores requer sistemas sofisticados para remover partículas finas (cinzas volantes) e poluentes voláteis dos gases da chaminé. Isso faz da incineração uma das opções mais caras para o descarte de lodo de esgoto. Assim como no aterro sanitário, os benefícios potenciais da matéria orgânica e dos nutrientes para plantas presentes no lodo de esgoto são perdidos.
Figura 5: Eliminação por incineração