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UNIR - Universidade Federal de Rondônia Departamento de Engenharia Engenharia Ambiental GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS DE ETAs Prof. Dr. Marcelo Melo Barroso.

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1 UNIR - Universidade Federal de Rondônia Departamento de Engenharia Engenharia Ambiental GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS DE ETAs Prof. Dr. Marcelo Melo Barroso Maio, 2008 Disciplina: Sistema de Água A

2 Produto Rejeitos Água Bruta PQ + EnergiaLodo + ALAF Água Tratada Matéria-prima Insumos INDÚSTRIA ETA SISTEMA DE TRATAMENTO DE ÁGUA

3 M istura R ápida M istura L enta F iltros D ecantador L odo dos D ecantadores Á gua de L avagem dos F iltros resíduos água A uxiliar Al 2 (SO 4 ) 3 C al C loro produtos químicos ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA CONVENCIONAL DE CICLO COMPLETO (Floculadores)

4 L odo dos D ecantadores Á gua de L avagem dos F iltros ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA CONVENCIONAL DE CICLO COMPLETO

5 APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA ETA – Estação de Tratamento de Água

6 Resíduos de ETAs – Lodo de decantador APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA

7 Lavagem de decantador APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA

8 Descarga de resíduos de ETA nos rios brasileiros

9 Lavagem do Decantador (ETA São Carlos) Vídeo 1 Vídeo 2 Rio ETA

10 ETA - tipo convencional A captação da água bruta - Rio Corumbataí Coagulante – Cloreto Férrico ETA - RIO CLARO (Q = 520 L/s) Filtros são limpos em média quatro vezes ao dia Decantadores a cada dois ou três meses ACÚMULO DE LODO

11 ETA - RIO CLARO (Q = 520 L/s) LIMPEZA DOS DECANTADORES

12 Resíduos Gerados em ETAs – Cenário Brasileiro Brasil: População de 169,8 milhões, com 75% atendidos com rede geral de abastecimento de água (IBGE, 2005). Produção de água tratada: m 3 /dia (PNSB, 2000). 30, m 3 /dia ou 93 % por ETAs Convencionais. Mini fábricas de resíduos 1 a 4 % do volume total de água tratada m 3 /dia de resíduos de ETAs

13 IMPACTO AMBIENTAL E ASPECTOS LEGAIS Potencialmente tóxicos e deletérios a constituintes significativos das comunidades bentônicas e planctônicas, importantes na alimentação de peixes (CORNWELL et al., 1987). Riscos à saúde humana devido à presença de agentes patogênicos e metais pesados (ASCE & AWWA, 1996). No Brasil Alterações nas características físicas e químicas no Córrego Monjolinho, CORDEIRO (1993). Prejuízo à biota aquática e compromete a qualidade da água e do sedimento dos corpos dáguas receptores, BARBOSA (2000). Lançamento de resíduos de ETAs com concentrações de metais pesados acima do permitido pela legislação brasileira, BARROSO (2002) A Constituição Federal de 1988 especifica em seu art. 225 que Todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao Poder Público e à coletividade o dever de defendê-lo e preservá-lo para as presentes e futuras gerações. Impacto Ambiental

14 Rede de Interação dos Impactos Ambientais gerados pelo lançamento in natura do lodo proveniente de ETAs ETA Poluição dos corpos dágua Lodo Aumento da Turbidez Matéria Orgânica Metais Pesados (Al e Fe) Degradação da qualidade ambiental IMPACTO AMBIENTAL E ASPECTOS LEGAIS ACHON et al. (2005)

15 Rede de Interação - cont. Aumento da Turbidez Matéria Orgânica Metais Pesados (Al e Fe) Degradação da qualidade ambiental Redução da camada eutrófica Diminuição do O 2 dissolvido Alteração na Biota aquática Condições estéticas são afetadas Aumento no custo de recuperação e potabillizacao Diminuição da potencialidade de uso a jusante Desemprego Aumento da tarifa de água Soterramento dos bentos Alterações físicas químicas e biológicas Toxicidade Variação nas comunidades (estrutura, distribuição, abundância e diversidade) Destruição da camada bentônica Deficiências renais Doenças cardiovasculares IMPACTO AMBIENTAL E ASPECTOS LEGAIS

16 Decreto no , de 10/7/34 - instituiu o Código de Águas. IMPACTO AMBIENTAL E ASPECTOS LEGAIS Aspectos Legais Lei nº 6938, de 31/08/81 - Dispõe Sobre a Política Nacional de Meio Ambiente. Resolução no 20 do Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA, revogada pela Resolução nº 357 de março de 2005 que Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Lei 9433/97 instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos –... outorga pelo poder público do direito de uso dos recursos hídricos, para fins de consumo final, insumo de processo produtivo ou lançamento de resíduos, entre outros usos. Lei n.º 9.605/98 (Lei dos Crimes Ambientais) Punição civil, administrativa e criminal. NBR : Dispõe sobre a definição e classificação de resíduos sólidos...ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água..

17 Série NBR , , IMPACTO AMBIENTAL E ASPECTOS LEGAIS A NBR /2004, dispõe sobre a definição e classificação de resíduos sólidos Classificados em: Classe I perigosos, Classe II não perigosos (Classe II A – não inertes; Classe II B – inertes) –Resíduos de decantadores [resíduos sólidos]: concentração de sólidos entre a 6000 mg/L –Águas de lavagem de filtros [resíduo líquido]: concentração de sólidos entre 50 a 300 mg/L. NBR (Solubilização de Resíduos) – Ensaio de solubilização para definição de material inerte.

18 IMPACTO AMBIENTAL E ASPECTOS LEGAIS ParâmetrosUnid.Padrões de lançamento no BrasilDi Bernardo et al. (1999) DAT a Barroso (2002) DC b CONAMA 357/2005 SPMGPBRSSC pH DQOmg/L--90-var sólidos sedimentáveisml/L sólidos suspensosmg/L--100-var Alumíniomg/L Arsêniomg/L Cádmiomg/L ND Chumbomg/L Cobaltomg/L Cobre dissolvidomg/L Cromo VImg/L 0,5* *19* Cromo IIImg/L-11-- Ferro dissolvidomg/L Mercúrio totalmg/L Molibdêniomg/L Níquel totalmg/L Zinco totalmg/L

19 Geração de Resíduos de ETAs Função da tecnologia de tratamento empregada, tipo de coagulante, condições operacionais da ETA, condições do manancial e etc. Filtração Lenta Filtração Direta Ascendente Dupla Filtração Floto-filtração Filtração em multíplas etapas ETA convencional de ciclo completo Tecnologias de tratamento de água

20 Geração de Resíduos de ETAs ETA convencional de Ciclo Completo Água bruta Coagulação FloculaçãoSedimentaçãoFiltraçãoÁgua Tratada LodoALAF Mistura rápida 1% a 5% do volume de água tratada (Souza Filho e Di Bernardo, 1999) Lodo gerado no decantador - 0,25% a 0,6% do volume de água tratada, (Grandin et al. 1993)

21 R emoção de água viabilizar gerenciamento Q uantidades relativas desempenho dos sistemas de remoção de água (REALI, 1999) Água livre – água não associada aos sólidos: facilmente separada por sedimentação gravitacional simples; Água intersticial ou capilar – água presente no interior ou intimamente ligada aos flocos: liberada na quebra do floco, mediante força mecânica Água vicinal – associada às partículas sólidas/estrutura molecular da água/ pontes de hidrogênio: Não removida por meios mecânicos Água de hidratação – água quimicamente ligada às partículas sólidas: liberada por destruição termoquímica das partículas. Frações de água dos Resíduos de ETAs

22 Tamanho de partículas – 10 a 20 µm Frações de água no lodo Água livre Água intersticial Água vicinal Água de hidratação ligada à superfície das partículas Características dos Resíduos de ETAs

23 Frações de água dos Resíduos de ETAs Energia necessária E4 >>>> E1 Figura 5.1: Ilustração esquemática de energia requerida Ei para remoção dos diferentes volumes de frações de água constituintes de lodo de ETAs. * Vol. = volume; ** Ei = Energia requerida. Figura 4.2 – Esquema ilustrativo das frações de água constituintes dos lodos de ETAs. Fonte: adaptado Smollen e Kafaar (1994). Vol. água livre E1E1 Vol. água intersticial E2E2 Vol. água vicinal E3E3 Vol. água de hidratação E4E4

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26 Plâncton, sais diversos, microrganismos, substâncias orgânicas e inorgânicas. Hidróxido de alumínio, hidróxido de ferro Metais: alumínio, chumbo, ferro, níquel, cobre, cromo, zinco, etc. Colóides, areia, argila, sólidos sedimentáveis. Características dos Resíduos de ETAs Composição

27 Características dos resíduos gerados em ETAs Micropropriedades: definem as condições intrínsecas do lodo (características de suspensão) Macropropriedades: características dos resíduos dependentes das micropropriedades(tratabilidade dos resíduos) Caracterização dos Resíduos de ETAs

28 Caracterização dos resíduos gerados em ETAs Caráter predominantemente empírico ; Caracterizações e ensaios: em escala de laboratório com objetivo de prever o comportamento lodo e desempenho das tecnologias adotadas; Reologia.

29 Propriedades dos Resíduos de ETAs As propriedades importantes para estudos de remoção de água por sistemas naturais podem diferir, enormemente, dos estudos por sistemas mecânicos de remoção Tamanho e distribuição de partículas processos e equipamentos para o desaguamento tamanho médio dos flocos 20. influencia a resistência específica à filtração e a taxa de desaguamento Densidade peso amostra/peso de igual volume de água: varia com o tamanho do floco 1.03 e 1.19 (g/cm 3 ) determinantes à concentração de sólidos, obtido após desaguamento Estruturas cristalinas disponibilidade e mobilidade dos metais presentes metais pesados: complexados Resistência Específica resistência oferecida por um peso unitário de lodo à passagem de água define taxa de desaguamento e dosagem de condicionantes químicos p/ sistemas mecânicos pressão aplicada filtração Viscosidade fluido não-Newtoniano viscosidade aparente varia com a concentração de sólidos avaliação de perdas de cargas em tubulações Compressibilidade altamente compressíveis decréscimo da taxa de desaguamento com o aumento de pressão aplicado

30 Reologia... estuda o escoamento e deformação da matéria, ou seja, descreve a deformação de um corpo sob a influencia de tensões e remonta de postulações de Isaac Newton. fluidos newtonianos: tensão cisalhante tem relação direta e linear com o gradiente de velocidade ou taxa de cisalhamento, descrita pela Lei de Newton (Dentel, 1997). τ= - μ.(dv/dy). fluidos não-newtoniano: não obedecem a proporcionalidade direta entre a tensão cisalhante e a taxa de cisalhamento ou deformação dv/dy, (Miki, 1998). coeficiente de viscosidade é variável com a taxa de cisalhamento, o coeficiente de viscosidade é definido como viscosidade aparente. natureza tixotrópica da maioria dos lodos, ou seja, as características reológicas são variáveis com o tempo, devido à tendência floculante dessas suspensões e possíveis reações químicas diversas Equação de Einstein η = ηo [1+ ø/2/(1- ø)2 ] = ηo (1+ 2,5 ø) Em que: η, ηo = viscosidade da suspensão e solvente; Ø = fração volumétrica ocupada por partículas.

31 Exemplo Prático M1 = M2 C1.V1 = C2.V2 ALAF (0,04%), Vol. (1000m3) 0, = 0,5.V2V2 = X m3 LodoDAT (0,5%), Vol. (1000m3) 0, = 3.V2V2 = Y m3 ETA Ciclo Completo ST = 30 % (Disposição aterro sanitário).

32 Quantificação dos Resíduos de ETAs A caracterização e quantificação de resíduos gerados em ETAs são fatores preponderantes à definição de métodos de minimização, tratamento e disposição final. Cada linha geradora de resíduos apresenta características distintas em termos de vazão e concentração de sólidos. Pode-se quantificar a produção dos resíduos, e em particular de sólidos, através de três métodos: Formulações empíricas. Análise de balanço de massa Determinação em campo.

33 Quantificação dos Resíduos de ETAs Formulações empíricas Formulação da produção de sólidos Variáveis (kg de matéria seca / m 3 de água bruta tratada) (kg de matéria seca/dia) P = (SS + 0,07xC + H + A) x 10 –3 W = x P x Q P – produção de sólidos (kg de matéria seca/m 3 de água bruta tratada) SS – sólidos em suspensão na água bruta (mg/L) C – cor na água bruta (ºH) H – hidróxido coagulante (mg/L) A – outros aditivos, tal como o polímero (mg/L) W – quantidade de sólidos secos (kg/dia) Q – vazão de água bruta tratada (m 3 /s) Water Researc h Center - WCR (1979) P=(1,2xT+0,07xC+0,17xD+A)x10 -3 W = x P x Q P – produção de sólidos (kg de matéria seca/m 3 de água bruta tratada) T – turbidez da água bruta (uT) C – cor aparente da água bruta (uC) D – dosagem de sulfato de alumínio (mg/L) A – outros aditivos, tal como o polímero (mg/L) Association Francai se– AFEE (1982) P =(0,23xAS + 1,5xT) x W = x P x Q P – produção de sólidos (kg de matéria seca / m 3 de água bruta tratada) AS – dosagem de sulfato de alumínio (mg/L) T – turbidez da água bruta W – quantidade de sólidos secos (kg/dia) Q – vazão de água bruta tratada (m 3 / s) CETESB P = (0,44 x AS + 1,5 x T + A)x10 -3 W = x P x Q P – produção de sólidos (kg de matéria seca/m 3 de água bruta tratada) AS – dosagem de sulfato de alumínio (mg/L) T – turbidez da água bruta A – outros aditivos, tal como o polímero (mg/L) W – quantidade de sólidos secos (kg/dia) Q – vazão de água bruta tratada (m 3 /s) CORNWELL P = (DxFc1) + (TxFc2)- P – produção de sólidos (g de matéria seca/m 3 de água bruta tratada) D – dosagem de sulfato de alumínio (mg/L) Fc1 – fator que depende do número de moléculas de água associadas a cada molécula de sulfato de alumínio. Fc2 – razão entre a concentração de sólidos suspensos totais presentes na água bruta e turbidez da mesma. KAWAMURA (1991) Fonte

34 Quantificação dos Resíduos de ETAs Balanço de massa Água Bruta Cal Decantador FiltrosMistura rápida Q Dc QCQC C1C1 QSQS DSDS Coagulante DPDP QPQP Polímero Q R,C R Resíduo Q D, C D Q F, C F Q AT, C AT Água de lavagem Fluxograma de ETA convencional de ciclo completo – Balanço de massa

35 Considerações Adição de produtos químicos 1 g de sólidos suspensos produz 1 g de sólidos, 1 g de sulfato de alumínio produz 0,26 g de sólidos e 1 g de cal produz 0,1 g de sólidos, (REALI, 1999). Desenvolvimento de balanço de massa Global W (kg/dia) = (SS AB x Q AB ) + (0,26xDSA + 0,1xDSC) – (SS AT x Q AT ) Decantadores W (kg/dia) = (SS AB x Q AB ) + (0,26xDSA + 0,1xDSC) -(SS AD xQ AD ) Filtros W (kg/dia) = (SS AD x Q AD ) – (SS AF x Q AF )

36 Produção global de sólidos Carga de sólidos produzida diariamente na ETA 968 kg ou 0,96 toneladas Contribuição proveniente da adição de produtos químicos 362 kg (37 % )

37 Testes de correlação SS = b.T CORNWELL (1987): b entre 0,7 e 2,2 RESULTADOS: SS = 0,671.T (r 2 =0,796) Análise de regressão múltipla Produção diária de sólidos CORNWELL (1987): P L = Q(4,89.DAl + SS + A) (kg/dia) DAl = Al em mg/L RESULTADOS: Psól. = 44.SS + 0,26.DSA + 63,765 (kg/dia) DSA = [Al 2 SO 4.14H 2 O] em kg/dia

38 Produção de sólidos na ETA-São Carlos: equação proposta por CORNWELL (1987) e expressão resultante do balanço de massa da ETA-São Carlos. Psól. = 44.SS + 0,26.DSA + 63,765

39 Considerações – Balanço de Massa Liberação de material dissolvido, ao longo das unidades de tratamento da ETA; Parcela dos sólidos dissolvidos liberados, estão sob a forma de metais dissolvidos ressolubilizados e/ou não removidos; Adição de produtos químicos contribui ara a produção de sólidos, sendo em média responsável por 37 % dos sólidos gerados; Produção diária de 968 kg/dia de sólidos na ETA –765 kg/dia nos decantadores – 211 kg/dia nos filtros.

40 Quantificação dos Resíduos de ETAs Determinação em campo 25 cm Disco de madeira ou metálico branco Tubo ou haste graduada Tampão Tubo 1 ½ 25 cm Disco de alumínio 3,5 a 5,0 m Cabo plástico (marcação com nós) Fonte: Valencia (1992), Fontana (2004) Divisão de decantadores em seções longitudinais


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