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Graduação em Tecnologia Química Agroindustrial

Goiânia – GO 2006

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à coordenação de Química do CEFET-GO, como parte das exigências para obtenção do grau de Tecnólogo em Química Agroindustrial. Profa. Orientadora: Sandra Regina Longhin

Goiânia-GO Agosto/2006

Gerenciamento do Resíduo Sólido Oriundo de Estação de Tratamento de Água e Estudo da Disposição no Meio Ambiente. [Goiânia, Goiás] 2006. 79 p.

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado no CEFET-GO/Área de Química para a obtenção do grau Tecnólogo em Química Agroindustrial.

Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso submetida à Banca Examinadora designada pelo colegiado do Curso de Graduação em Tecnologia em Química Agroindustrial como parte dos requisitos necessários à obtenção do grau de Tecnólogo em Química Agroindustrial.

Banca Examinadora

Profa. Ms. Sandra Regina Longhin - Química /CEFET-GO Orientadora

Prof. Ms. José Carlos Rodrigues Meira - Química/CEFET – GO

Prof. Ms. Jerônimo Rodrigues da Silva - Saneamento Ambiental/ CEFET – GO

Goiânia, 21 de Agosto de 2006.

À minha mãe, fonte de toda minha inspiração e pessoa responsável pela formação de minha personalidade, que me abriu portas e mostrou caminhos, a qual sempre agradeço. E a todos aqueles que de alguma forma me ajudaram na realização deste trabalho e sempre acreditaram no meu sucesso.

O importante e bonito do mundo, é isto: que as pessoas não estão sempre iguais, ainda não foram terminadas – mas que elas vão sempre mudando.

Afinam ou desafinam. Verdade maior.

É o que a vida me ensinou. (Guimarães Rosa)

A Deus pela existência e oportunidade da vida.

Aos meus pais pelo carinho, estímulo e orientação em todo processo de desenvolvimento da minha vida.

Ao CEFET, instituição pública que tem me proporcionado o acesso ao conhecimento e formação profissional.

À Profa Sandra Regina Longhin, pela sua compreensão, paciência, ajuda e conhecimento na orientação deste trabalho.

À minha tia Maria, pela sua paciência quando da execução do trabalho, por ter me fornecido o instrumento para digitação e pesquisa.

À minha irmã Mirlei, minha prima Clarice, pela ajuda emocional e estímulo nos momentos difíceis da realização do trabalho.

A todos os meus amigos, em especial a Jackeline Miranda, que me fazem lembrar Fernando Pessoa: “o valor das coisas não está no tempo em que elas duram, mas na intensidade com que acontecem. Por isso existem momentos inesquecíveis, coisas inexplicáveis e pessoas incomparáveis”. (Fernando Pessoa – 1888 a 1935)

A CAESB, na pessoa de Márcia Álvares, pelo fornecimento dos dados necessário para o desenvolvimento do trabalho. Acredito que são pessoas e empresas assim que promovem o progresso da pesquisa.

A pesquisadora Enga. Agra. Sandra Teixeira, pela gentileza no envio de informações para o trabalho.

Aos professores José Carlos Rodrigues Meira e Jerônimo Rodrigues da Silva pela participação e contribuição prestadas na realização deste trabalho.

E a todos aqueles que de uma forma ou outra, tem contribuído para o meu crescimento profissional.

LISTA DE FIGURASix
LISTA DE TABELAS E QUADROSx
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOSxi
RESUMOxii
ABSTRACTxiii
INTRODUÇÃO1
OBJETIVOS4
GERAIS4
ESPECÍFICOS4
METODOLOGIA DE PESQUISA4
CAPÍTULO 1. TRATAMENTO DE ÁGUA PARA ABASTESCIMENTO5
1.1. IMPUREZAS DA ÁGUA5
1.2. PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E A FORMAÇÃO DE RESÍDUOS8
1.2.1. MISTURA E COAGULAÇÃO.....................................................................................9
1.2.2. FLOCULAÇÃO.........................................................................................................14
1.2.3. DECANTAÇÃO.........................................................................................................15
1.2.4. FILTRAÇÃO..............................................................................................................17
1.2.5. DESINFECÇÃO........................................................................................................19
CAPÍTULO 2. RESÍDUO SÓLIDO, LODO, DE ETA20
2.1. CARACTERIZAÇÃO DO LODO DE ETA2
2.1.1. CARACTERÍSTICAS FÍSICO – QUIMICA24
2.1.2. CARACTERÍSTICAS QUÍMICA27
2.2. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS LODOS3
2.2.1. MASSA E VOLUME3
2.2.2. RESÍSTÊNCIA ESPECÍFICA34
2.2.3. COMPRESSIBILIDADE34
2.3. ASPECTOS AMBIENTAIS DO DESCARTE INADEQUADO DE LODOS35
2.4. TRATAMENTO DOS LODOS DE ETA36
2.4.1. ADENSAMENTO36

SUMÁRIO 2.4.2. CONDICIONAMENTO.............................................................................................36

2.4.3. DESIDRATAÇÃO36

viii

SÓLIDOS40
3.1. CLASSIFICAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS SEGUNDO NBR 10.004/200440
DESPEJO DE RESÍDUOS (CONAMA 357/2005)42

CAPÍTULO 3. LEGISLAÇÕES E ASPECTOS LEGAIS PERTINETES A RESÍDUOS 3.2. CLASSIFICAÇÃO DOS CORPOS DÁGUA, PADRÕES DE POTABILIDADE E

AMBIENTE: ESTUDOS DE CASO4
ESTUDO DE CASO 1: INCORPORAÇÃO EM MATRIZ DE CONCRETO47
ESTUDO DE CASO 2: PRODUÇÃO DE TIJOLOS NA INDÚSTRIA CERÂMICA54
ESTUDO DE CASO 3: RECUPERAÇÃO DE SOLOS DEGRADADOS59
PARA DESCARTE EM ATERRO SANITÁRIO65
CONSIDERAÇÕES FINAIS69
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS71

CAPÍTULO 4. DISPOSIÇÃO FINAL DE RESÍDUO SÓLIDO DE ETA NO MEIO ESTUDO DE CASO 4: CLASSIFICAÇÃO E BIODEGRADAÇÃO DE LODO DE ETA ANEXOS..................................................................................................................................75 ix

Figura 1 - Impurezas contidas na água. Figura 2 - Classificação e distribuição dos sólidos em função do tamanho. Figura 3 - Distribuição dos sólidos em termos de concentração. Figura 4 - Etapas do processo convencional de tratamento de água. Figura 5 - Esquematização do processo de coagulação e floculação. Figura 6 - Câmara de mistura e floculação. Figura 7 - Decantador retangular com ponte raspadora mecânica. Figura 8 - Esquema de decantadores horizontal e vertical. Figura 9 - Meios filtrantes. Figura 10 - Diagrama de lavagem de filtros Figura 1 - Visão holística do gerenciamento de lodo de ETA. Figura 12 - Pontos de geração de resíduos em uma ETA convencional. Figura 13 - Lodo de ETA. Figura 14 - Concentração de metais em lodo de ETA. Figura 15 - Concentração de metais em lodo de ETA. Figura 16 - Distribuição química de elementos no lodo da ETA de Brasília. Figura 17 - Distribuição química de elementos no lodo da ETA de São Leopoldo. Figura 18 - Formas de redução de volume de lodo. Figura 19 - Centrífuga. Figura 20 - Prensa desaguadora. Figura 21 - Filtro prensa. Figura 2 - Resistência à compressão. Figura 23 - Esquema de produção de tijolos cerâmicos com lodo de ETA. Figura 24 - Média dos resultados obtidos nos corpos de provas.

Tabela 1 - Análises físico-químicas de lodo de ETA. Tabela 2 - Análises químicas de lodo de ETA. Tabela 3 - Análise de resíduo sólido de lodo. Tabela 4 - Análise do extrato de lixiviação do lodo. Tabela 5 - Análise do extrato de solubilização do lodo. Tabela 6 - Elementos analisados no lodo de ETA de Passaúna. Tabela 7 - Ensaios físico-químico e mecânico do cimento. Tabela 8 - Propriedades do concreto fresco. Tabela 9 - Características químicas e radioativas do lodo e solo argiloso. Tabela 10 - Análise em amostra de solo degradado. Tabela 1 - Análise em lodo de ETA. Tabela 12 - Valores médios da aplicação de lodo de ETA em solos degradados. Tabela 13 - Análise química de ensaio de lixiviação do lodo de ETA. Quadro 1 - Agentes coagulantes e floculantes utilizados no processo de tratamento de água. Quadro 2 - Características dos lodos gerados em ETA. Quadro 3 - Características do lodo de sulfato de alumínio. Quadro 4 - Aparência do lodo de sulfato de alumínio. Quadro 5 - Etapas seqüenciais do tratamento de lodo de ETA. Quadro 6 - Condições de lançamento de efluentes. Quadro 7 - Resistência à compressão.

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ABES - Associação Brasileira de Engenharia e Saneamento. ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas. CAESB - Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal. CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente. DQO - Demanda Química de Oxigênio. DQO - Demanda Bioquímica de Oxigênio. ETA - Estação de Tratamento de Água. EMBASA - Empresa Baiana de Águas e Saneamento S/A. IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. IBAMA - Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais Renováveis. MMA - Ministério do Meio Ambiente. MPa - Megapascal. NBR - Norma Brasileira Registrada. PNCDA - Programa Nacional de Controle e Desperdício de Água. SANEAGO - Saneamento de Goiás S/A. SISNAMA - Sistema Nacional do Meio Ambiente. UNT - Unidade Nefelométrica de Turbidez. °H - Unidade de Hanzen. pH - Potencial Hidrogeniônico.

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Os resíduos sólidos constituem um sério problema para a sociedade moderna. O aumento da população tem levado a um aumento no consumo de produtos e, consequentemente, no aumento da produção de resíduos. A deposição de forma inadequada destes resíduos tem provocado à degradação do meio ambiente e a contaminação dos mananciais de água e do solo. As Estações de Tratamento de Água (ETA), enquadradas como uma indústria, geram um resíduo sólido em seus decantadores denominado lodos de ETA. Este resíduo há anos vem sendo descartados em cursos d’águas próximos das estações. Este lodo é classificado segundo a NBR – 10.004 como resíduo sólido não inerte Classe I-A. A situação gerada pelo descarte de resíduo de ETA com destino inadequado é encontrada em muitos municípios brasileiros, mas com as exigências dos órgãos ambientais por alternativas adequadas para este lodo, inúmeros trabalhos e pesquisas em relação ao assunto têm sido realizados. É necessário que se conheça as características físico-químicas e como este lodo é produzido pelas ETA para que se possa pensar em uma finalidade e então dar um destino apropriado ao mesmo. O lodo gerado em uma ETA pode ter características variadas dependendo das condições da água bruta (presença de sólidos orgânicos e inorgânicos), dosagens de produtos químicos (sulfato de alumínio e em alguns casos polímeros condicionantes) e a forma de limpeza do decantadores, o que pode fazer com que o lodo fique retido durante vários dias dependendo da ETA. Os métodos de disposição adequado dos resíduos são estratégias de preservação ambiental. A incorporação em matriz de concreto têm sido uma alternativa tecnicamente viável e vantajosa, pois substitui agregados convencionais por artificiais (lodo) de menor custo. Outra forma de disposição pode ser a fabricação de tijolos cerâmicos visando o aproveitamento do resíduo como matéria-prima para a indústria de cerâmica vermelha. A disposição em áreas degradadas é uma alternativa muito interessante. Discuti-se também a possibilidade de disposição final em aterro sanitário, os resultados obtidos mostram que o lodo não interfere de forma negativa no processo de biodegradação. Uma visão geral sobre a produção, característica e descarte deste resíduo no meio ambiente, contribui para modificar a atual situação e abordagem da problemática dos resíduos sólidos produzidos nas estações de tratamento de água. Deste modo o lodo deixa de ser visto como um simples resíduo a ser descartado e passa a ser visto como matéria prima na produção de bens de consumo, uma postura coerente com os princípios de desenvolvimento sustentável.

Palavras-Chaves: Lodo de ETA; Resíduos de ETA; Disposição de Resíduo Sólidos.

xiii

The solid waste constitute problem for the modern society. The increase of the population has led to an increase in the consumption of products and, result, in the increase of the production of waste. The deposition of inadequate form of this waste has degradation of the environment and the contamination of the water sources and the soil. The Water Treatment Plant (WTA), frame as an industry, generate a solid waste in decanters called sludge WTA. This residue has years comes being discarded in courses from water next to the stations. This sludge is classified according to NBR – 10.004 as solid waste no-inert Classroom I-A. The situation generated for the discarding of residue of WTA with inadequate destination is found in many Brazilian cities, but with the requirements of the ambient agencies for alternatives adjusted for this sludge, innumerable works and research in relation to the subject have been carried through. It is necessary that if it knows the characteristics physicist-chemistries e as this sludge is produced by the WTA so that if it can think about a then purpose to give an appropriate exactly destination. The sludge generated in a WTA can have varied characteristics depending on the conditions of the rude water (organic and inorgânic presence solid), dosages of chemical products (sulphate of aluminum and in some cases polymers) and the form of cleanness of the decanters, what it can make with that the sludge is restrained during some days depending on the WTA. The methods adequate of disposal the wastes are strategies of ambient preservation. The incorporation in concrete matrix has been a technical viable alternative and advantageous therefore it substitutes aggregate conventionals for artificial (sludge) of lesser cost. Another form of disposal can be the manufacture of ceramic bricks aiming at the exploitation of the wastes as raw material for the red ceramics industry. The disposal in degraded areas is a very interesting alternative. I was argued also the final possibility of disposal into sanitary embankment, the results show that the sludge does not intervene of negative form with the bio-degradation process. A general vision on the production, characteristic and discarding of this waste in the environment, it contributes to modify the current situation and boarding of the problematic one of the produced solid wastes in the water treatment plant. In this way the sludge leaves of being seen as a simple waste to be discarded and passes to be seen as substance cousin in the production of consumption good, a coherent position with the principles of sustainable development.

Key-Words: Sludge of WTA; Waste of WTA; Disposal of Solid Waste.

Muitos dos problemas ambientais que a humanidade tem enfrentado nos últimos anos mostram que a utilização dos recursos naturais não tem sido feita de forma adequada e demonstram a necessidade de um desenvolvimento econômico social compatível com a conservação do meio ambiente (Mota apud in Silva, 2004). A urbanização e o crescimento populacional ocorridos nos últimos 30 anos têm sido responsáveis por demandas crescentes de bens de consumo, energia elétrica e água para abastecimentos público e industrial, gerando grandes volumes dos mais variados resíduos (Cordeiro, 2001). Estes resíduos não têm apresentado uma preocupação por parte da sociedade moderna, de acordo com o censo de 1996 do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatísticas), 76% dos resíduos sólidos urbanos gerados até este período eram descartados a céu aberto, 13% dos resíduos eram colocados em aterros controlados, 10% em aterros sanitários, 0,9% usinas de reciclagem e compostagem e 0,1% incinerado (IBGE, 2000).

Nos centros urbanos, o abastecimento de água torna-se cada dia mais centrado na qualidade do produto a ser distribuído à população, mas, em contrapartida, as quantidades disponíveis estão mais distantes em função de descuidos do próprio setor responsável pela área sanitária nos municípios. A água, um dos recursos naturais mais preciosos por ser indispensável ao ser humano à flora e a fauna, tem apresentado em decorrência dos inúmeros despejos lançados sem tratamento em seus mananciais, uma qualidade não-potável ao consumo. Este tem sido um dos principais desafios da humanidade na atualidade, o atendimento a demanda por água de boa qualidade (Cordeiro, 2001).

As estações de tratamento de água (ETA) têm grande importância por transformar água bruta de qualidade inferior em potável, basicamente removem os materiais em suspensão na água bruta utilizando os processos de coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção adicionando diversos produtos químicos. No Brasil existem cerca de 7.500 estações de tratamento de águas chamadas de convencionais ou tradicionais (Sales e colaboradores, 2004).

Deste processo de potabilização da água nas ETA, é produzido em grande quantidade um resíduo sólido (lodo), que é constituído de resíduos sólidos orgânicos e inorgânicos (argilas e areias) provenientes da água bruta e principalmente grandes concentrações de metais, decorrentes da adição de produtos químicos e polímeros condicionantes do processo (Reali, 1999). Estudos mostram que uma estação de tratamento de água convencional com capacidade de tratar 2.400 L/s produz cerca de 1,8 t de lodo por dia (Hoppen apud in Sales e colaboradores, 2004). A maioria dos lodos gerados nas estações de tratamento de água (ETA) são lançados nos recursos hídricos próximos às estações sem receber um tratamento adequado (Parsekian, 1998). Ressalta-se que esta situação de geração de resíduo em ETA com destino inadequado é encontrada em muitos municípios brasileiros. No entanto com a evolução da legislação ambiental as ETA vêm sendo obrigadas a destinar adequadamente estes resíduos. Levando-se em consideração a legislação brasileira vigente, de acordo com a Lei 6838 de 3 de agosto de 1981, descartar este resíduo sólido em cursos d’água é crime ambiental sujeito as penalidades legais. A forma de disposição desse lodo não tem sido discutida com efetividade devido ao desconhecimento sobre as características dos mesmos e as ações negativas que este pode provocar no meio ambiente onde é disposto.

A norma técnica NBR 10.004 (ABNT, 2004) é responsável por classificar os resíduos sólidos em diferentes níveis de periculosidade, considerando possíveis riscos ambientais e à saúde pública. Segundo esta norma, os lodos provenientes de sistemas de tratamento de água são definidos como resíduos sólidos, portanto, devem ser tratados e dispostos dentro dos critérios nela definidos. A resolução nº 357 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA, 2005) determina as condições que devem ser cumpridas para o lançamento de efluentes de qualquer fonte poluidora, direta ou indiretamente nos corpos d’água. Tais condições impedem o lançamento, sem prévio tratamento, do lodo produzido nas ETA, devido a grande concentração de sólidos sedimentáveis presentes neste resíduo. Portanto esta legislação exige maiores cuidados com a disposição do lodo de tratamento do processo de potabilização da água. Os custos decorrentes destes cuidados, dependentes que são das quantidades descartadas, tornam cada vez mais viáveis e justificáveis aprimorar os processos e minimizar os descartes (PNCDA, 1999).

A destinação deste resíduo sólido compreende então um problema atual que têm afetado as cidades que possuem sistemas de tratamentos de água, principalmente nas grandes metrópoles. Quando as ETA não dispõem este lodo nos recursos hídricos próximos das estações geralmente descartam em aterros sanitários. O acondicionamento deste resíduo em aterros sanitários não visa o aproveitamento dos nutrientes presentes e geram subprodutos como metano e o chorume. Neste caso a proposta de reciclagem deste lodo através da incorporação em processos industriais é uma solução coerente por reduzir a quantidade no consumo de matéria-prima e energia utilizada no processo de fabricação (Santos, 2003).

A decisão quanto ao processo a ser adotado para o tratamento e disposição do lodo de ETA deve ser derivada fundamentalmente de um balanceamento entre critérios técnicos e econômicos, com a apreciação dos méritos quantitativos e qualitativos de cada alternativa. Não há fórmula generalizada para tal, e o bom senso ao se atribuir à importância relativa de cada aspecto técnico é essencial (Von Sperling, 2005).

O desenvolvimento de estudos que enfoquem o resíduo gerado nesta indústria, avaliando métodos de disposição alternativos (recuperação de solo degradado; incorporação em matriz de concreto e fabricação de tijolos cerâmicos) que tenham por finalidade minimizar os impactos negativos de seu descarte no meio ambiente são essenciais, pois proporcionam benefícios à indústria da água, ao meio ambiente e a sociedade, de modo a reduzir os custos, impactos ambientais e a deterioração das condições de vida do planeta.

O trabalho teve como objetivo o estudo e avaliação do resíduo sólido oriundo de estação de tratamento de água, bem como descrever formas de disposição adequada no meio ambiente com base em parâmetros técnicos, ambientais, sociais e econômicos.

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