XJY Transformando lodo de esgoto em biossólidos: uma jornada pelo tratamento de águas residuais e muito mais
Introdução do tratamento de lodo XJY
Antes de 1950, a maioria das comunidades nos Estados Unidos descarregava as suas águas residuais, ou esgotos, em riachos e rios com pouco ou nenhum tratamento. À medida que as populações urbanas aumentavam, a capacidade natural dos riachos e rios para lidar com as águas residuais foi sobrecarregada e causou a deterioração da qualidade da água em muitas regiões. Em resposta às preocupações sobre a degradação da qualidade da água, milhares de comunidades nos Estados Unidos construíram sistemas de tratamento de águas residuais durante as décadas de 1950 e 1960. Isso resultou em uma grande melhoria na qualidade da água dos riachos e rios, mas criou outro material com o qual lidar: lodo de esgoto. Aproximadamente 99% do fluxo de águas residuais que entra em uma estação de tratamento é descartado como água rejuvenescida. O restante é uma suspensão diluída de sólidos que foi capturada pelo processo de tratamento. Esses sólidos de tratamento de águas residuais são comumente chamados de lodo de esgoto.
“Lodo de esgoto” ou “biossólidos” – o que há em um nome?
O termo “biossólidos” foi recentemente introduzido pela indústria de tratamento de águas residuais. A indústria define biossólidos como lodo de esgoto que foi submetido a tratamento suficiente para estabilização e redução de patógenos, e que é de qualidade suficientemente alta para ser aplicado no solo. O termo destina-se a 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 real natureza do lodo de esgoto, tornando assim a aplicação deste material no solo menos questionável para o público em geral. Embora “biossólidos” sem dúvida 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 a sólidos de tratamento de águas residuais em geral, e "biossólidos" será usado para se referir especificamente a materiais que são adequados para aplicação no solo.
foto 6Lodo de esgoto
Produção de Lodo de Esgoto Municipal XJY
Águas residuais municipais, ou esgoto, referem-se à água que tem sido usada em residências ou empresas de áreas urbanas e suburbanas para lavar, tomar banho e dar descarga em vasos sanitários. As águas residuais municipais também podem incluir água de fontes industriais. Para remover produtos químicos ou poluentes resultantes de processos industriais, os contribuintes industriais para os sistemas de águas residuais municipais devem pré-tratar as suas águas residuais antes de serem descarregadas no sistema de esgotos. As águas residuais são transportadas através do sistema de esgoto sanitário para uma estação de tratamento de águas residuais centralizada (às vezes chamada de Estação de Tratamento de Propriedade Pública, ou POTW). No POTW, o esgoto passa por uma série de etapas de tratamento que utilizam processos físicos, biológicos e químicos para remover nutrientes e sólidos, quebrar materiais orgânicos e destruir patógenos (organismos causadores de doenças) na água. A água rejuvenescida é lançada em córregos e rios, ou pode ser pulverizada em grandes áreas de terra.
figura 7 Lodo de esgoto municipal
O tratamento preliminar de esgoto bruto envolve triagem para remover objetos grandes, como paus, garrafas, papel e trapos, e um estágio de remoção de cascalho durante o qual sólidos inorgânicos (areia, cascalho, cinzas) rapidamente se depositam na água. As peneiras e cascalhos removidos nesta etapa do tratamento normalmente são depositados em aterros 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 nesta fase do tratamento é retirado do fundo e constitui o lodo primário. Na maioria dos POTWs, o material flutuante (óleo, graxa, madeira e matéria vegetal) que é retirado 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 usados para degradar (decompor ou digerir) material orgânico suspenso e dissolvido nas águas residuais. Este material é convertido em dióxido de carbono que é liberado para a atmosfera e em massa celular microbiana.
Nas bacias de sedimentação secundária, a massa celular microbiana deposita-se no fundo e é removida. Este material principalmente orgânico é denominado lodo secundário.
Algumas estações de tratamento também incluem etapas de tratamento terciário destinadas a reduzir ainda mais os nutrientes das plantas (nitrogênio e fósforo), os sólidos em suspensão ou a demanda biológica de oxigênio nas águas residuais. O fósforo quimicamente precipitado e a filtração produzem um lodo terciário.
Por fim, a água passa por tratamento de desinfecção para destruir microorganismos patogênicos. A água rejuvenescida é então liberada em um riacho ou rio ou pode ser pulverizada em grandes áreas de terra.
Métodos de tratamento XJY para lodo de esgoto municipal
Lodos primários, secundários e terciários normalmente são combinados, e a mistura resultante, que contém de 1 a 4% de sólidos, é chamada de lodo de esgoto "bruto". Devido ao seu conteúdo patogénico e à sua natureza instável e decomponível, o lodo de esgoto bruto é um perigo potencial para a saúde e o ambiente; no entanto, vários processos de tratamento são agora utilizados para estabilizar o lodo de esgoto, diminuir o seu conteúdo de patógenos e aumentar o seu conteúdo de sólidos. Alguns dos processos mais comumente utilizados para estabilizar e reduzir os níveis de patógenos em 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 sedimentação devido à gravidade ou pela introdução de ar, o que faz com que os sólidos do lodo flutuem. | O lodo retém as propriedades de um líquido, mas o conteúdo de sólidos aumenta para 5 a 6% |
| Desidratação | Desidratação
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| Digestão anaeróbica | Um dos métodos mais utilizados para tratamento de lodo. O lodo é mantido na ausência de ar por 15 a 60 dias em temperaturas de 68 a 131°F. As bactérias anaeróbicas se alimentam do lodo, produzindo metano e dióxido de carbono. Em algumas estações de tratamento, o metano é recolhido 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 em temperaturas de 59 a 68°F. As bactérias aeróbicas se alimentam do lodo, produzindo dióxido de carbono. |
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| Estabilização alcalina | Material alcalino suficiente, mais comumente cal (CaO), é adicionado ao lodo para aumentar 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% e depois misturado com um material orgânico com alto teor de carbono, como a serragem. A mistura é compostada em condições aeróbicas a temperaturas de pelo menos 131°F durante vários dias durante o processo de compostagem. |
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O que há no lodo de esgoto?
O lodo de esgoto é composto de materiais inorgânicos e orgânicos, grandes concentrações de alguns nutrientes para plantas, concentrações muito menores de numerosos oligoelementos¹ e produtos químicos orgânicos, e alguns patógenos. As composições das lamas de esgoto variam consideravelmente dependendo da composição das águas residuais e dos processos de tratamento utilizados. A Tabela 2 fornece concentrações medianas e percentil 95 de nutrientes para plantas e alguns dos oligoelementos encontrados no lodo de esgoto. Estes dados provêm de uma extensa pesquisa de lamas de esgoto produzidas na Pensilvânia durante 1996 e 1997.
Opções para lidar com lodo de esgoto
O lodo de esgoto pode ser visto como um recurso orgânico e nutriente a ser utilizado de forma benéfica ou como um resíduo a ser descartado. Antes de 1991, grandes quantidades de lamas de esgoto, incluindo algumas provenientes da Pensilvânia, eram eliminadas através de despejos nos oceanos. As preocupações com o excesso de nutrientes nas águas oceânicas levaram à proibição desta prática. Atualmente, quase todo o lodo de esgoto produzido na Pensilvânia foi tratado e é de qualidade suficientemente alta para ser classificado como biossólido. Um pouco menos da metade deste material é descartado em aterros ou incineração, enquanto os biossólidos restantes são reciclados para o solo através do uso na agricultura, recuperação de minas, paisagismo ou horticultura. Cada uma destas opções tem benefícios, problemas e riscos económicos e ambientais associados.
Eliminação de aterro
Do ponto de vista da gestão e do manuseamento de materiais, a deposição em aterro é talvez a solução mais simples. Do ponto de vista económico, a deposição em aterro compara-se actualmente favoravelmente com outras opções. Contudo, isto sem dúvida irá mudar, à medida que o espaço dos aterros se tornar mais limitado e as taxas de despejo (custos de despejo de resíduos) aumentarem. Do ponto de vista ambiental, o aterro evita a libertação de quaisquer poluentes ou agentes patogénicos transmitidos pelas lamas, concentrando as lamas num único local. Se o aterro for devidamente construído e mantido, os riscos ambientais são mínimos.
Existem, no entanto, riscos associados à eliminação de lamas de depuração em aterros. Os resíduos orgânicos sofrem decomposição anaeróbica em aterros sanitários, produzindo gás metano que pode ser liberado na atmosfera. O metano é um gás de efeito estufa que está implicado no aquecimento global. Outros gases liberados em aterros sanitários podem causar odores desagradáveis. As grandes quantidades de nutrientes que o lodo de esgoto adiciona a um aterro representam um risco ao meio ambiente local. Caso ocorra uma falha no revestimento do aterro ou no sistema de coleta de lixiviados, esses nutrientes poderão contaminar as águas subterrâneas e superficiais locais. O aterro de lodo de esgoto também ocupa espaço valioso no aterro e perde os benefícios potenciais da matéria orgânica e dos nutrientes das plantas contidos no lodo.
foto 8Eliminação de aterro
Eliminação de incineração
A incineração de lodo de esgoto reduz o volume do material a ser descartado, destrói completamente os patógenos, decompõe a maioria dos produtos químicos orgânicos e recupera a pequena quantidade de valor calorífico contido no lodo de esgoto. A cinza residual é um material inorgânico estável, relativamente inerte, que possui apenas 10 a 20% do volume do lodo original. A maioria dos metais vestigiais no lodo de esgoto concentra-se nas cinzas (um aumento de cinco a dez vezes na concentração). Este material é mais comumente depositado em aterros, embora possa ser potencialmente usado em materiais de construção.
A incineração também liberta dióxido de carbono (outro gás com efeito de estufa) e possivelmente outros poluentes voláteis (cádmio, mercúrio, chumbo, dioxinas) na atmosfera. A operação do incinerador requer sistemas sofisticados para remover partículas finas (cinzas volantes) e poluentes voláteis dos gases da chaminé. Isto torna a incineração uma das opções mais caras para a eliminação de lodo de esgoto. Tal como acontece com a deposição em aterro, os benefícios potenciais da matéria orgânica e dos nutrientes das plantas nas lamas de depuração são perdidos.
figura 9 Descarte de incineração