Produção de lodo e comportamento químico de sais de ferro empregados no pós-tratamento de esgoto sanitário por precipitação química

A combinação de processos físico-químicos e biológicos no tratamento de esgotos sanitários tem se apresentado como uma alternativa na remoção de fósforo. No entanto, uma das limitações é a sua maior produção de lodo.

Desse modo, este trabalho teve por objetivo avaliar a produção de lodo resultante da aplicação de sais de ferro para diferentes tipos de efluentes, bem como estudar o impacto de sua aplicação nas características físico-químicas dos efluentes estudados.

Concluiu-se que os valores médios de produção de lodo resultante da formação do hidróxido férrico situaram-se em torno de 1,80; 1,95 e 1,34 mg lodo/mg Fe+3 para esgoto bruto, efluente aeróbio e anaeróbio tratado, respectivamente, indicando que as características da fase líquida não influenciaram os mecanismos de precipitação dos íons férricos.

Introdução

Tradicionalmente, o tratamento de esgotos tem sido composto por processos biológicos, podendo eles ser anaeróbios, aeróbios ou uma combinação de ambos. No entanto, em função do estabelecimento de padrões mais restritivos de qualidade de corpos d’água e de lançamento de efluentes em corpos receptores, a adoção de processos físico-químicos combinados com biológicos objetivando a remoção de fósforo, tem tido uma elevada aceitação como concepção de estações de tratamento de esgotos.

A remoção de fósforo no tratamento de esgotos pode ocorrer por via biológica ou por precipitação química mediante o emprego de sais de alumínio ou ferro. Além da eficiência de remoção elevada, uma vantagem da aplicação de processos físico-químicos de remoção de fósforo em relação aos biológicos é a sua grande flexibilidade, podendo ser facilmente adaptados em unidades já existentes ou quando do projeto de sistemas de tratamento a serem implantados. Os processos biológicos, por sua vez, tendem a apresentar uma maior complexidade operacional por serem altamente dependentes do comportamento da biomassa ativa, das condições ambientais previstas no reator e das características do substrato afluente (MARAIS, 1983; MULKERRINS; DOBSON; COLLERAN, 2004).

Portanto, a utilização de processos físico-químicos de remoção de fósforo tem sido vista como alternativa tecnológica bastante promissora, podendo estes ser empregado de forma isolada ou conjunta a processos biológicos. O uso de processos de precipitação química em combinação com processos biológicos de tratamento oferece bastante flexibilidade com respeito à remoção de fósforo, uma vez que é possível controlar a eficiência do processo de remoção de fósforo, independentemente das condições de operação dos processos biológicos de tratamento.

Embora não seja uma alternativa muito comum, a aplicação de coagulantes metálicos pode ser efetuada na entrada dos decantadores primários e, nesse caso, os objetivos da combinação de processos de precipitação química conjuntamente com o processo biológico se estendem além da necessidade de remoção de fósforo. Uma vez que parte da carga orgânica afluente à Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) tenderá a ser removida quando adicionado o coagulante metálico, haverá uma diminuição da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) afluente ao sistema biológico, o que torna a concepção do processo físico-químico combinado ao processo biológico atrativa para sistemas em que há uma significativa variação temporal da carga orgânica ao processo de tratamento.

Os sistemas de coleta e afastamento de esgotos sanitários localizados em regiões litorâneas e turísticas são alguns exemplos de locais onde se torna atrativa a aplicação de sistemas dessa natureza, pois em épocas de maior vazão e carga orgânica afluente ao sistema de tratamento de esgotos, a aplicação de coagulantes metálicos permite não somente a remoção de fósforo do efluente final, como também reduz a carga orgânica afluente ao processo biológico de tratamento, evitando, desse modo, que o mesmo tenha que ser dimensionado para atendimento da carga orgânica em épocas de maior população fixa e flutuante. Algumas aplicações dessa combinação de processos de tratamento já se encontram em operação, podendo-se citar a Riviera de São Lourenço, localizado no Litoral Sul do Estado de São Paulo, como um exemplo de sucesso.

A clássica combinação de processos biológicos de tratamento com processos físico-químicos se dá quando este é empregado a jusante do processo biológico de tratamento, podendo, inclusive, ser um processo biológico anaeróbio ou aeróbio. Quando o processo físico-químico é empregado a jusante de processos biológicos aeróbios, é denominado processo terciário de tratamento e a sua principal função é a remoção de fósforo unicamente, uma vez que a remoção de carga orgânica já ocorreu de forma satisfatória no processo biológico aeróbio. No Brasil, a construção de sistemas terciários de tratamento de esgotos não é comum, em face de seus altos custos de implantação e operação, sendo a cidade de Brasília uma das poucas que contêm ETE compostos por processos terciários de tratamento.

No entanto, quando o processo físico-químico é implantado a jusante de processos anaeróbios de tratamento, objetiva-se garantir não somente a remoção de fósforo, mas também efetuar um polimento da qualidade do efluente do processo biológico, dado que a remoção de carga orgânica unicamente por processos anaeróbios de tratamento é
limitada em torno de 60 a 70% da carga orgânica afluente ao sistema de tratamento, o que impede que o efluente de processos anaeróbios de tratamento possam ser lançados em corpos receptores. A concepção de processos de precipitação química associada a processos anaeróbios vem sendo objeto de inúmeras pesquisas, sendo que Santos
(2006) reporta inúmeras aplicações já em escala real, podendo-se citar as ETEs dos municípios de Campinas, Valinhos, Rio Claro e Barra Bonita.

Para os casos em que a ETE já se encontra implantada e não há condições de implantação de sistemas terciários para a remoção de fósforo, pode-se efetuar a aplicação de coagulantes metálicos ou na entrada do processo biológico de tratamento ou a montante dos decantadores secundários. Desse modo, garante-se a possibilidade de combinação de processos físico-químicos com processos biológicos sem que haja a necessidade de implantação de unidades adicionais de tratamento.

A aplicação de processos físico-químicos combinados a processos biológicos no tratamento de esgotos sanitários requer um sistema de controle de dosagem de produtos químicos que possibilite a correta operação dos processos de precipitação química de fósforo e que permita a otimização da aplicação do coagulante, devendo ser ressaltada
a necessidade de minimização das suas dosagens e estabelecimento de faixas de operação adequada do pH da fase líquida. Assim sendo, o conhecimento das variações temporais das principais características físico-químicas do efluente a ser tratado, bem como a capacitação técnica das equipes de operação das ETEs que contemplem processos físico-químicos é de vital importância, de modo que a sua aplicação possa ser otimizada.

Independentemente do modo como os processos de precipitação química possam ser combinados com os processos biológicos, uma das maiores restrições aos processos físico-químicos diz respeito ao aumento da produção de lodo, que pode sobrecarregar as unidades de tratamento da fase sólida bem como elevar os custos de transporte e disposição final.

Considerando-se que os atuais custos de transporte e disposição final de resíduos sólidos gerados em ETAs e ETEs têm se situado em torno de R$ 100 e R$ 150,00 por tonelada em regiões metropolitanas, faz-se de suma importância a correta avaliação da produção de lodo em processos físico-químicos empregados no tratamento de esgotos sanitários, de modo que seja possível efetuar uma análise econômica, cotejando-se as principais tecnologias de tratamento que possam atender aos padrões de qualidade e de emissão preconizados pela legislação brasileira.

O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicabilidade de processos físico-químicos de precipitação química, com o uso de sais de ferro como coagulantes, ao processo de tratamento de esgotos, pretendendo-se mais especificamente:

  • estudar o impacto da aplicação de processos de precipitação química nas características físico-químicas dos efluentes estudados, mais especificamente em sua capacidade de tamponamento e pH da fase líquida;
  • avaliar a produção de lodo seco resultante da aplicação de coagulantes à base de sais de ferro para diferentes tipos de efluentes.

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Autores:

Sidney Seckler Ferreira Filho
Engenheiro Civil pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Professor-associado do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da EPUSP

André Luiz Marguti
Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Ambiental pela EPUSP

Roque Passos Piveli
Engenheiro Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Professor-associado do Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da EPUSP