Gerenciamento do Resíduo Sólido de Estação de Tratamento de Água, Teses (TCC) de Química Industrial

Baixe Gerenciamento do Resíduo Sólido de Estação de Tratamento de Água e outras Teses (TCC) em PDF para Química Industrial, somente na Docsity! CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE GOIÁS ÁREA DE QUÍMICA GERENCIAMENTO DO RESÍDUO SÓLIDO ORIUNDO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESTUDO DA DISPOSIÇÃO NO MEIO AMBIENTE POR MIRON DE PAIVA MENEZES Graduação em Tecnologia Química Agroindustrial Goiânia – GO 2006 MIRON DE PAIVA MENEZES GERENCIAMENTO DO RESÍDUO SÓLIDO ORIUNDO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA E ESTUDO DA DISPOSIÇÃO NO MEIO AMBIENTE 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 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) AGRADECIMENTOS 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. ix LISTA DE FIGURAS 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 11 - 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 22 - 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. x LISTA DE TABELAS E QUADROS 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 11 - 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. xi LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS 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. 1 INTRODUÇÃO 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 2 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). 3 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. 6 Figura 1. Impurezas contidas na água. Fonte: Barnes e colaboradores, 1981 apud in Von Sperling, 2005. a) Sólidos presentes em água Com exceção dos gases dissolvidos, todas as impurezas da água contribuem para a carga de sólidos. Podendo ser classificados fisicamente pelo tamanho e estado das partículas e quimicamente em orgânicos (sólidos voláteis) e inorgânicos (sólidos fixos). A figura 2 apresenta a classificação dos sólidos em função do tamanho. Visão a olho nu Flocos bacterianos Vírus Bactérias Dissolvidos Coloidais Suspensos 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103(µm) Figura 2. Classificação e distribuição dos sólidos em função do tamanho. Fonte: Von Sperling, 2005. IMPUREZAS CARACTERÍSTICAS FISÍCAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS SÓLIDOS GASES INORGÂNICOS ORGÂNICOS SER VIVO SUSPENSOS COLÓIDES DISSOLVIDOS MATÉRIA EM DECOMPOSIÇÃO ANIMAIS VEGETAIS PROTISTAS 7 Os sólidos totais podem ser classificados de acordo com a figura 3. Os sólidos voláteis representam uma estimativa da matéria orgânica e os sólidos fixos a matéria inorgânica ou mineral. FIXOS SUSPENSÃO VOLÁTEIS TOTAIS FIXOS DISSOLVIDOS VOLÁTEIS Figura 3: Distribuição dos sólidos em termos de concentração. Fonte: Von Sperling, 2005. b) Colóides As substâncias no estado coloidal são responsáveis pela produção de turbidez e coloração da água. Os colóides constituem um sistema em que partículas de tamanho muito pequeno (argilas, matéria orgânica, bactérias, substâncias produtoras de cor etc.) encontra-se dispersas num meio homogêneo, onde é formada uma área superficial em relação ao seu peso, de tal modo que as forças gravitacionais não influenciam na sua suspensão. Os principais fatores da estabilização do estado coloidal são o tamanho e a carga elétrica das partículas. Por possuírem cargas elétricas nas suas superfícies, estabelecem um campo eletrostático. São classificados em hidrofóbicos (possuem aversão à água) e hidrofílicos (possuem afinidade com a água). Nos colóides hidrofóbicos a sua estabilidade é devida unicamente à carga elétrica que possuem, enquanto que nos hidrofílicos a estabilidade está relacionada à atração para com as moléculas de água (Lemes, 1984). 8 1.2. PROCESSOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA E A FORMAÇÃO DE RESÍDUOS Para que a água seja utilizada ao consumo humano, esta deverá apresentar-se isenta de microrganismos patogênicos e substâncias orgânicas e inorgânicas em teores que prejudiquem a população consumidora. No Brasil os parâmetros para isto são estabelecidos pelo Ministério do Meio Ambiente (MMA), através do IBAMA, na resolução do CONAMA 357/2005. Caso a água de uso não se apresente dentro de tais parâmetros então deverá utilizar-se de um método de tratamento, o mais utilizado é o tratamento completo ou convencional, existindo também outras formas de tecnologias. Este tratamento constitui-se das seguintes etapas: - coagulação; - floculação; - decantação ou sedimentação; - filtração e; - desinfecção. A figura 4 apresenta um esquema geral destas etapas de tratamento. Figura 4: Etapas do processo convencional de tratamento de água. Fonte: EMBASA, 2005. 11 A equação a seguir representa o processo de coagulação. Fe2 (SO4)3(aq)+ 3 Ca(HCO3)2(aq) → 2 Fe(OH)3(aq) + 3 CaSO4(s) + 6 CO2(g) Se o meio for alcalinizado pela adição de óxido de cálcio ou carbonato de sódio a reação será: Fe2(SO4)3(aq) + 3 Ca(OH)2(aq.) → 2 Fe(OH)3(aq.) + 3 CaSO4(s) Fe2(SO4)3(aq.)+ 3 Na2CO3(aq.)+ H2O(l) → 2 Fe(OH)3(aq.) + Na2SO4(s) + 3 CO2(g) c) Sulfato de Ferro II (FeSO4): O sulfato de ferro II é um sólido cristalino de cor branca-esverdeada, que é obtida como subproduto de processos químicos, principalmente na decapagem do aço. O ferro II (Fe2+) adicionado à água precipita na forma oxidada de hidróxido de ferro (Fe(OH)2). A coagulação com sulfato ferroso e óxido de cálcio é efetiva na clarificação de águas turvas (Santa Rita e Santos Filho, 2002). A equação que rege o processo se encontra representada a seguir. 2 FeSO4. 7 H2O(aq.) + 2 Ca(OH)2(aq.) + ½ O2(g) → 2 Fe(OH)2(aq.) + 2 CaSO4(s) + 13 H2O(l) A faixa de pH ótima de coagulação está entre 8,5 e 11. As quantidades são iguais ou pouco superiores que as de sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), mas a solução do sulfato de ferro II é mais agressiva e uma segunda desvantagem é ter sempre que utilizar óxido de cálcio para melhorar o processo de floculação (Macêdo, 2004). d) Cloreto de Ferro III (FeCl3): A utilização da solução de cloreto de ferro III (líquido de coloração marrom) diminui drasticamente a turbidez e a DBO, elimina fosfatos e uma boa parte de metais quando a coagulação é realizada em pH de valores elevados. Apresenta as mesmas características do sulfato de ferro II (Macêdo, 2004). A reação é descrita a seguir: FeCl3. 6 H2O(aq.) + 3 HCO3 - (aq.) → Fe(OH)3(aq.)↓ + 3 CO2(g) + 3 Cl - (aq.) + 6 H2O(l) 12 Além dos citados outros coagulantes químicos podem ser utilizados no processo de tratamento de água, como por exemplo hidroxicloreto de alumínio e o aluminato de sódio (NaAlO2). Cada coagulante requer um pH adequado, para ser ajustado o parâmetro do componente químico escolhido. Utiliza-se quase sempre hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) ou carbonato de sódio (Na2CO3) para aumentar o pH da água e ácido sulfúrico (H2SO4) para diminuir (Macêdo, 2004). e) Polímeros Sintéticos: Os auxiliares de coagulação beneficiam a floculação, aumentando a decantabilidade e o enrijecimento dos flocos. As dificuldades com a coagulação, frequentemente, ocorrem devido aos precipitados de baixa decantabilidade, ou aos flocos frágeis que são facilmente fragmentados sob forças hidráulicas (Santa Rita e Santos Filho, 2002). Os polímeros sintéticos são substâncias químicas orgânicas de cadeia longa e alto peso molecular, disponíveis numa variedade de nomes comerciais. Os polímeros são classificados de acordo com a carga elétrica na cadeia do polímero. Os que possuem carga negativa são chamados aniônicos, os carregados positivamente são chamados de catiônicos, e os que não possuem cargas são chamados de não-iônicos. Os não-iônicos e aniônicos são frequentemente usados com coagulantes metálicos para promoverem a ligação entre os colóides, a fim de desenvolverem flocos maiores e mais resistentes (Santa Rita e Santos Filho, 2002). O lodo formado pelo uso de polímeros é relativamente mais denso e fácil para ser desidratado, ao contrário do lodo gelatinoso e volumoso oriundo do uso de sulfato de alumínio. Embora significativos progressos tenham sido feitos na aplicação de polieletrólitos, no tratamento de água, sua principal aplicação ainda é como auxiliar de coagulação. No quadro a seguir estão resumidos os principais agentes coagulantes e floculantes utilizados no processo de tratamento de água para remoção de impurezas. 13 Coagulante ou Floculante Função Sulfato de Alumínio (Al2(SO4)3 Policloreto de Alumínio (Aln(OH)m.Cl3n-m) Cloreto Férrico (FeCl3) Sulfato Ferroso (FeSO4) Cátions polivalentes (Al3+, Fe3+, Fe2+ etc) neutralizam as cargas elétricas das partículas suspensas e os hidróxidos metálicos (ex. Al2(OH)3), ao adsorverem os particulados, geram uma floculação parcial. Hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2) Usualmente utilizado como agente controlador do pH. Porém os íons cálcio atuam também como agentes de neutralização das cargas elétricas superficiais, funcionando como coagulante inorgânico. Polímeros Aniônicos e Não-Iônicos Geração de pontes entre as partículas já coaguladas e a cadeia do polímero, gerando flocos de maior diâmetro. Polímeros Catiônicos Neutralização das cargas elétricas superficiais que envolvem os sólidos suspensos e incrementos do tamanho dos flocos formados. Policátions São polieletrólitos catiônicos de baixo peso molecular, os quais possuem como função principal a neutralização das cargas elétricas superficiais e o aumento dos tamanhos dos flocos. Quadro 1: Agentes coagulantes e floculantes utilizados no processo de tratamento de água. 16 Figura 7: Decantador retangular com ponte raspadora mecânica Fonte: Santa Rita e Santos Filhos, 2002. Em uma ETA convencional os decantadores são horizontais, como mostrado na figura 8a, simples que tem boa profundidade e volume, onde se retém a água por longo tempo, o necessário para a deposição dos flocos. Em algumas cidades podem-se observar decantadores verticais, como o da figura 8b, que tem um menor tempo de retenção da água, porem são necessários equipamentos como módulos tubulares que dificultam a saída dos flocos. Figura 8a: Esquema de decantadores horizontal Figura 8b: Esquema de decantadores vertical. Fonte: O CAMINHO DAS ÁGUAS, 2006. 17 As impurezas retidas nos decantadores, normalmente permanecem durante meses (geralmente dois meses) ou são removidas diariamente utilizando raspadores de lodo. Grande parcela dos resíduos sedimentado no decantador é lançado em corpos d’água, sendo o primeiro caso mais grave, pois as impurezas permanecem longo tempo em contato com a água podendo neste período ocorrer a liberação de metais, o lodo fica mais concentrado, dificultando sua assimilação pelo corpo receptor. 1.2.4. Filtração A filtração é um processo de separação sólido-líquido, envolvendo fenômenos físicos, químicos e, às vezes, biológicos. Visa à remoção das impurezas da água por sua passagem através de um meio poroso. Quando a velocidade com que a água atravessa o leito é baixa, o filtro é denominado filtro lento, já quando é elevada denomina-se filtro rápido, predominando a ação da profundidade (Richter e Azevedo Neto, 1991). Os filtros usados no processo de filtração são constituídos de meios filtrantes formando camadas. Nos filtros rápidos consiste de uma camada de areia, ou, em alguns casos, de uma camada de um meio poroso mais grosso e menos denso colocados sobre a camada de areia, o que vai permitir a filtração a taxas ainda mais elevadas. O leito filtrante é colocado numa caixa de concreto com profundidade específica. Durante a filtração a água passa de cima para baixo, através do filtro, devido a uma combinação da pressão da água somada a sucção do fundo. Ao atravessar a camada, ficam retidos os flocos e impurezas que não foram eliminados no decantador. Figura 9: Meios filtrantes. Fonte: PUROSYSTEMS, 2005. Água Antracito Areia Seixo 18 A lavagem dos filtros pode ser feita somente com água no sentido ascendente, por inversão de fluxo, com uma vazão capaz de assegurar uma expansão adequada para o meio filtrante. A figura 10 apresenta um esquema desta lavagem. Na Europa, é corrente proceder simultaneamente uma injeção de ar durante a lavagem, o que ajuda a fluidizar e agitar o leito de areia e, uma vez que se formam bolhas de ar, pode também ocorrer um processo de separação por flutuação (ou flotação) o que ajuda a arrastar o material que se pretende separar. O uso do ar como auxilio na lavagem, economizando água é também mais um fator a exigir um sistema capaz de distribuir uniformemente o ar e a água simultaneamente. A recuperação da água de lavagem dos filtros pode trazer muitas vantagens para o sistema, mas ainda são poucas as estações que tem feito o aproveitamento da água de lavagem. Figura 10: Diagrama de lavagem de filtros Fonte: Santa Rita e Santos Filhos, 2002. As calhas de lavagem dos filtros, suspensa sobre o leito coletam as águas de lavagem e as afastam das caixas do filtro. A filtração permite que a água se torne límpida, com sabor e odor mais agradáveis. Porém, não é suficiente para garantir a potabilidade da água, pois parte dos microorganismos é capaz de ultrapassar as camadas de areia dos filtros (Santa Rita e Santos Filhos, 2002). Remoção mecânica dos sólidos decantados Água floculada Canal do efluente Decantação do floco Direção da água 21 Os principais resíduos gerados em ETA a partir dos processos tradicionais de tratamento são as águas de lavagem dos filtros, os lodos dos decantadores e os rejeitos de limpeza dos tanques de produtos químicos. Cada uma dessas linhas geradoras de resíduos sólidos apresenta características distintas em termos de vazão e concentração de sólidos, razão pela quais diferentes concepções de tratamento devem ser consideradas (PNCDA, 1999). Tanto em termos mássicos quanto volumétrico a maior quantidade de resíduos são produzidos nos decantadores das estações de tratamento convencionais. Como visto anteriormente, os lodos formados nos decantadores são resultados dos processos e operação de coagulação/floculação e sedimentação das partículas presentes na água bruta. Essas partículas sofrem ação de reações químicas e operação física de formação de flocos que se tornam propícios para a sedimentação. A água decantada, com parte dos flocos que não se sedimentou, passa pelos filtros ficando retidos e na lavagem dos filtros obtêm-se as águas de lavagem. O material removido da água bruta é retido em tanques por certo tempo e disposto, quase sempre, em cursos d’água (Cordeiro, 1999). A figura 12 mostra os principais pontos de geração destes resíduos. Figura 12: Pontos de geração de resíduos em uma ETA convencional. Fonte: adaptada de Cordeiro, 1999. Água Tratada Limpeza dos tanques Resíduos sólidos gerais Lodo dos Decantadores Água de Lavagem dos Filtros Decantadores Floculadores Casa de Química Água Bruta Caminho das águas Resíduos C O A G U L A Ç Ã O Filtros 22 2.1. CARACTERIZAÇÃO DOS LODOS DE ETA Os lodos gerados podem ter características variadas, que vai depender das condições da água bruta (sólidos orgânicos e inorgânico), dosagens de produtos químicos (Al2(SO4)3 e em alguns casos polímeros condicionantes) e a forma de limpeza do decantadores como mostrado na figura 13, que podem ficar retidos durante vários dias dependendo da ETA e devem ser removidos de forma a não comprometer a sua operação (Cordeiro, 1999). Figura 13: Lodo de ETA Fonte: Pisoler e Pereira (SANEAGO), 2005. Estas características podem variar em função da tecnologia usada no tratamento de água. Além dos parâmetros tradicionais do saneamento para o lodo, devem ser considerados também concentrações e o tipo e tamanho das partículas (Cordeiro, 1999). O quadro 2 apresenta dados referentes a diferentes ETA. A diferença entre esses resíduos mostra a necessidade de estudar melhor o problema, devido à diversidade apresentada. 23 Autor/ Ano DBO (mg/L de O2) DQO (mg/L de O2) pH ST (mg/L) SV (%) SS (%ST) Neubauer (1968) 30 a 50 500 a 15000 6,0 a 7,6 1100 a 16000 20% a 30% _ Sutherland (1969) 100 a 232 669 a 1100 7,0 4300 a 14000 25% 80% Bugg (1970) 380 1162 a 15800 6,5 a 6,7 4380 a 28580 20% _ Albrecht (1972) 30 a 100 500 a 10000 5,0 a 7,0 3000 a 15000 20% 75% Culp (1974) 40 a 150 340 a 5000 7,0 _ _ _ Nilsen (1974) 100 2300 _ 10000 30% _ Singer (1974) 30 a 300 30 a 5000 _ _ _ _ Cordeiro (1981) 320 5150 6,5 81575 20,7% _ Vidal (1990) 449 3487 6,0 a 7,4 21972 15% _ Cordeiro (1993) _ 5600 6,4 30275 26,3% _ Patrize (1998) _ _ 5,5 6112 19% _ Quadro 2: Características dos lodos gerados em ETA. Fonte: adaptada de Cordeiro, 1999. Como apresentado no capítulo 1, os coagulantes utilizados no processo de tratamento de água são sais de ferro e alumínio por desestabilizarem, através de suas cargas, as partículas presentes em água bruta. O lodo proveniente de sulfato de alumínio apresenta coloração marrom e uma pequena proporção de biodegradabilidade, o quadro 3 mostra as principais características deste lodo (Richter, 2001). Sólidos Totais (%) Al2(SO4)3. 5H2O (%) Inorgânicos (%) Matéria Orgânica (%) pH DBO (mg/L O2) DQO (mg/L O2) 0,1 – 4 15 – 40 35 – 70 15 – 25 6 - 8 30 - 300 30 – 5.000 Quadro 3: Características do lodo com sulfato de alumínio. Fonte: Richter, 2001. 26 0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 m g /L ETA - São Carlos ETA - Araraquara ETA - Rio Claro Alumínio Ferro Manganês Figura 14: Concentração de metais em lodo de ETA. Fonte: Cordeiro, 1999. Dentre os metais presentes no lodo observa uma grande concentração de alumínio e ferro, decorrente principalmente da adição dos coagulantes empregados para o tratamento da água. Em menores quantidades verifica-se a concentrações de manganês. As distribuições dos demais metais estão apresentados na figura 15. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 m g /L ETA - São Carlos ETA - Araraquara ETA - Rio Claro Zinco Chumbo Cádmio Níquel Cobre Cromo Figura 15: Concentração de metais em lodo de ETA. Fonte: Cordeiro, 1999. 27 As concentrações de metais são elevadas nos sistemas que efetuam limpezas em grandes intervalos de tempo, como a de São de Carlos e Rio Claro, evidenciado o prejuízo que o acúmulo de lodo nos tanques de decantação pode acarretar quando descartados. A maioria dos valores está acima dos padrões permitido pela resolução CONAMA 357 (2005), para o lançamento de efluentes (quadro 6). 2.1.2. Características Químicas As análises da ETA de Brasília (CAESB) foram realizadas no mês de setembro de 2005 e os dados foram obtidos junto à estação de tratamento de água. Estas análises são referentes ao sistema de desidratação de lodo da ETA do Rio Descoberto. Já os dados da ETA São Leopoldo - RS, foram obtidos por meios de pesquisa em artigos científicos. A caracterização química do resíduo foi realizada no Laboratório Lakelfield-GEOSOL, Belo Horizonte - MG, por fluorescência de raios - X para os óxidos SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O e TiO2, em amostras fundidas por Li2B4O7 (tetraborato de lítio) e por espectrometria de absorção atômica para o Na2O. Esses dados estão apresentados na tabela 2. 28 Parâmetros Analisados ETA - Brasília ETA – São Leopoldo SiO2 (Óxido de Silício) 30,8% 34,80% TiO2 (Óxido de Titânio) 1,18% 0,94% Al2O3 (Óxido de Alumínio) 34,9% 22,30% Fe2O3 (Óxido de Ferro) 11% 6,60% MgO (Óxido de Magnésio) 1,02% 0,69% CaO (Óxido de Cálcio) 1,21% 0,40% Na2O (Óxido de Sódio) 0,066% 0,23% K2O (Óxido de Potássio) 0,540% 0,57% Zn (Zinco) 34,6 ppm - Sr (Estrôncio) 5,34 ppm - Cu (Cobre) 23,9 ppm - P (Fósforo) 1226,2 ppm - Ce (Cério) 21,13 ppm - Y (Ítrio) 2,11 ppm - Be (Berílio) 0,96 ppm - Ba (Bário) 24,1 ppm - Mn (Mânganes) 200 ppm - V (Vanádio) 187 ppm - Cr (Cromo) 85,8 ppm - La (Lantânio) 1,65 ppm - Nd (Neodímio) 2,05 ppm - *CAESB, Setembro de 2005. Tabela 2: Análises químicas de lodo de ETA. Fonte: CAESB (2005) e Santos e Colaboradores (2003). Os resultados das análises evidenciam como espécies químicas principais do lodo os óxidos de silício, alumínio e ferro que correspondem à cerca de 77% na ETA de Brasília e 31 Parâmetro (mg/L) Lodo de ETA NBR 10.004 (VMP) Fluoretos N.D 150,0 Arsênio N.D 5,0 Bário 0,3 100,0 Chumbo N.D 5,0 Cromo Total 0,04 5,0 Cádmio N.D 0,5 Mercúrio N.D 0,1 Prata N.D 5,0 Selênio N.D 1,0 *N.D: Não detectado. VMP: Valor máximo permitido. Tabela 4: Análise do extrato de lixiviação do lodo. Fonte: Santos e Colaboradores, 2003. Analisando os valores da tabela 5, verifica que este resíduo não pode ser classificado como inerte, porque a concentração de vários parâmetros (fenóis, alumínio, cromo, ferro total e manganês) está acima dos valores especificados, segundo a NBR 10.004. Portanto este lodo de estação de tratamento de água é classificado como RESÍDUO CLASSE II A – Não Inerte. 32 Parâmetros (mg/L) Lodo de ETA NBR 10.004 (VMP) Fenóis 0,06 0,001 Surfactantes 0,13 0,2 Cianetos N.D 0,1 Cloretos 50,0 250,0 Fluoretos N.D 1,5 Sulfatos 135,3 400 Nitratos 2,7 10 Dureza 250,0 500 Alumínio 0,34 0,2 Arsênio N.D 0,05 Bário 0,33 1,0 Chumbo N.D 0,05 Cobre 0,02 1,0 Cromo 0,16 0,05 Cádmio N.D 0,005 Ferro Total 2,56 0,3 Manganês 1,0 0,1 Mercúrio N.D 0,001 Prata N.D 0,05 Selênio N.D 0,01 Sódio 3,66 200,0 Zinco 0,02 5,0 *N.D: Não detectado. VMP: Valor máximo permitido. Tabela 5: Análise do extrato de solubilização do lodo. Fonte: Santos e Colaboradores, 2003. 33 2.2. PROPRIEDADES FÍSICAS DOS LODOS 2.2.1. Massa e Volume A quantidade de lodo produzida em determinada ETA dependerá de fatores como: partículas presentes na água bruta, que conferem turbidez e cor à mesma; concentração de produtos químicos aplicados ao tratamento; tempo de permanência do lodo nos tanques; forma de limpeza dos mesmos; eficiência da sedimentação; entre outros (Cordeiro, 2001). A porcentagem de lodo produzida geralmente se encontra entre 0,2% e 5,0% do volume de água tratado pela estação. Várias equações foram propostas para previsão da massa e/ou volume de lodo que pode ser gerado em uma ETA, porém as mais práticas são citadas a seguir: S = (0,2 C + k1T + k2D) 1.000 Onde: S = massa de sólidos secos precipitados (kg/m3 de H2O); C = cor da água bruta (°H); T = turbidez da água bruta (UNT); D = dosagem de coagulantes (mg/L); k1 = relação entre sólidos totais suspensos e turbidez (varia entre 0,5 e 2,0); k2 = relação estequiométrica na formação do precipitado de hidróxido e depende do coagulante utilizado (Al2(SO4)3 = 0,26; FeCl3= 0,40; Fe2(SO4)3= 0,54). Para quantificar a produção global de resíduo sólido, Cordeiro (1999) adaptou a equação de Cornwell (1987) ao sistema internacional de medidas, sendo apresentada a seguir: W = 0,0864.Q .(0,44.D + 1,5.T + A) Onde: W = Quantidade de lodo (Kg/d) Q = Vazão de entrada da água (L/s) D = Dosagem de sulfato de alumínio (mg/L) T = Turbidez da água bruta (uT) A = Dosagem de auxiliares ou outros produtos adicionados (mg/L) 36 2.4. TRATAMENTO DE LODO DE ETA O tratamento dos lodos de uma ETA visa obter condições adequadas para sua disposição ambiental, como obter um estado sólido ou semi-sólido, envolvendo a remoção de água para concentrar os sólidos e diminuir o seu volume. A fração de água no lodo pode ser classificada em três categorias: água livre, que não está intimamente ligada aos sólidos do lodo; água capilar e da camada aderida por forças de superfícies; e ligação química (hidratação) (Andreoli e colaboradores, 2001). Os sistemas de tratamento de lodo podem comportar diversas combinações de operações e processos unitários. 2.4.1. Adensamento Depois de removidos de um decantador, os lodos normalmente necessitam ser adensados antes de serem tratados. O adensamento é um processo físico de concentração de sólidos que busca a redução de umidade e consequentemente a redução de volume. A viabilidade do adensamento consiste na produção de um lodo concentrado. 2.4.2. Condicionamento O condicionamento é um processo preparatório, no qual produtos químicos (coagulantes, polieletrólitos etc.) são adicionados ao lodo, visando aumentar a captura de sólidos no processo de tratamento (Santos, 2003). 2.4.3. Desidratação A redução de volume dos lodos tanto de ETA como de ETE, através da remoção do teor de água, é uma operação fundamental para reduzir custos de transportes e disposição, melhorias nas condições de manejo e conseqüentemente beneficiar o descarte deste resíduo (Santos, 2003). Na figura 18 estão representados esquematicamente às formas de redução de volume (desidratação) e os meios usuais pelos quais podem-se atingir esse objetivo. 37 Figura 18: Formas de redução de volume de lodo. Fonte: Cordeiro, 2001. 2.4.3.1. Processos Mecânicos de Desidratação A operação realizada pelas centrífugas (figura 19) consiste na separação das fases sólido -líquido cujo princípio básico é semelhante à sedimentação de partículas submetidas à ação da gravidade. No entanto a intensidade das forças atuantes nos equipamentos de centrifugação geralmente superam a força da gravidade em centenas até milhares de vezes (Fontana, 2004). Figura 19: Centrífuga Fonte: PPE ARGENTINA S/A, 2006. MEIOS NATURAIS MECÂNICOS LEITOS DE SECAGEM LAGOAS DE LODOS CENTRÍFUGAS PRENSA DESAGUADORA FILTRO PRENSA 38 A prensa desaguadora ou filtro prensa de correia (Belt Filter Press), mostrada na figura 20, é apropriada para a secagem de lodos provenientes da coagulação da água e é capaz de produzir uma torta com uma consistência adequada. Realizando uma desidratação contínua, este tipo de dispositivo faz passar o lodo por entre duas correias porosas móveis e tensionadas, espremendo a água à medida que lodo/correia passa acima e abaixo de uma série de rolos de diâmetros diferentes (Richter, 2001). Figura 20: Prensa desaguadora Fonte: BRASMETANO, 2006. O filtro prensa (figura 21) trabalha com lodo espessado introduzindo entre duas esteiras em que uma delas é o meio filtrante. A compressão de uma esteira sobre a outra, por meio de roletes, provoca a drenagem do líquido (Fontana, 2004). Figura 21: Filtro prensa Fonte: PPE ARGENTINA S/A, 2006. 41 pública, provocando ou acentuando, de forma significativa, um aumento de mortalidade ou incidência de doenças. Envolve ainda aqueles que oferecem riscos ao meio ambiente, quando o resíduo é manuseado ou destinado de forma inadequada. Os resíduos sólidos são classificados da seguinte maneira: Classe I – Perigosos: são aqueles que apresentam substancial periculosidade real ou potencial a saúde humana ou aos organismos vivos e que se caracterizam pela: ● Inflamabilidade ● Corrosividade ● Reatividade ● Toxicidade ● Patogenicidade Classe II – Não perigosos: são aqueles que não se enquadram nas classificações de resíduos Classe I - perigosos, descritos segundo anexo H da ABNT 1004/2004. São estes: resíduos de restaurante (restos de comida), sucatas de metais ferrosos, sucata de metais não ferrosos (latão, etc.), resíduo de papel e papelão, resíduos de plásticos polimerizados, resíduos de borracha, resíduos de madeira, resíduos de materiais têxteis, resíduos de minerais não- metálicos, areia de fundição, bagaço de cana e outros resíduos não perigosos. Classificam em duas classes inertes e não inertes. Classe II A – Não inertes: são aqueles que não se enquadram nas classificações de resíduos classe I - Perigosos ou de resíduos classe II B – Inertes. Os resíduos desta classe podem apresentar propriedades de: • Combustibilidade • Biodegradabilidade • Solubilidade em água Classe II B – Inertes: são quaisquer resíduos que, quando amostrados de forma representativa, e submetidos a um contato estático ou dinâmico com água destilada ou deionizada, à temperatura ambiente, não tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de potabilidade de água, excetuando-se os padrões de aspecto, cor, turbidez e sabor. Como exemplo destes materiais, podem-se citar rochas, tijolos, vidros e certos plásticos e borrachas que não são decompostos prontamente. Os lodos de ETA são classificados como resíduos sólidos CLASSE II-A Não Inertes, e devem estar sujeitos a todas as regulamentações especificadas por essa norma. 42 3.2. CLASSIFICAÇÃO DOS CORPOS D`ÁGUA, PADRÕES DE POTABILIDADE E DESPEJO DE RESÍDUOS (CONAMA 357/2005) A resolução N° 357 do CONAMA, classifica os corpos d’água estabelecendo padrões de potabilidade e determina as condições que devem ser cumpridas para o lançamento de efluentes de qualquer fonte poluidora, direta ou indiretamente. No artigo 24 desta resolução cita-se: Art.24. Os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados, direta ou indiretamente, nos corpos d’águas, após o devido tratamento e desde que obedeçam às condições, padrões e exigências dispostos nesta. Resolução e em outras normas aplicáveis. Os padrões de qualidade dos corpos d’água e os padrões de lançamento de efluentes se relacionam no sentido de que um efluente, além de satisfazer os padrões de lançamento, deve proporcionar condições ao corpo receptor, de forma que a qualidade do mesmo se enquadre dentro dos padrões que classificam os corpos d’água (Von Sperling, 2005). Verifica-se através das características dos lodos de ETA, apresentada anteriormente, que todos os parâmetros estão acima dos valores permitidos para o lançamento de efluentes. Portanto os lodos gerados em decantadores de ETA não devem ser lançados em corpos d’água, o que representa a maioria da disposição, sem receber um tratamento específico que enquadre com os padrões estabelecidos (quadro 6) para emissão do resíduo, devido a grande concentração de sólidos sedimentáveis, alumínio e outros metais presentes neste resíduo. Essa prática de despejo inadequada provoca degradação da qualidade ambiental, afetando condições estéticas e lançando materiais em desacordo com os padrões ambientais. O artigo 36 desta resolução estabelece que fica sob a competência dos órgãos de controle ambiental a fiscalização, bem como a aplicação de penalidades previstas para o cumprimento da legislação. 43 Parâmetros Gerais Valores pH Entre 5 e 9 Temperatura Inferior a 40°C Materiais Sedimentáveis Até 1 mL/L Óleos Minerais Até 20 mg/L Óleos vegetais e gorduras animais Até 50 mg/L Parâmetros Inorgânicos Valores Máximos Arsênio total 0,5 mg/L Bário total 5,0 mg/L Boro total 5,0mg/L Cádmio total 0,2 mg/L Chumbo total 0,5 mg/L Cianeto total 0,2 mg/L Cobre dissolvido 0,1 mg/L Cromo total 0,5 mg/L Estanho total 4,0 mg/L Ferro dissolvido 15,0 mg/L Fluoreto total 10,0 mg/L Manganês dissolvido 1,0 mg/L Mercúrio total 0,01 mg/L Níquel total 2,0mg/l Nitrogênio amoniacal total 20,0 mg/L Prata total 0,1 mg/l Selênio total 0,30 mg/L Sulfeto 1,0 mg/L Zinco total 5,0 mg/L Quadro 6: Condições de lançamentos de efluentes Fonte: CONAMA, 2005. 46 utilizadas, portanto devem ser realizados ensaios que comprovem o quanto o resíduo está estabilizado (Sales, 2004). A possibilidade do uso do lodo de ETA na fabricação de tijolos cerâmicos apresenta como vantagens a redução dos recursos naturais não renováveis e a diminuição dos impactos ambientais causados pela destruição da vegetação através das atividades extrativas da argila, redução da poluição dos corpos d’águas, economia de água na produção dos tijolos e a produção de tijolos mais leves, reduzindo os custos de transportes. A principal desvantagem do uso do resíduo sólido oriundo de estação de tratamento de água na fabricação dos tijolos cerâmicos está no alto valor do limite de plasticidade sendo recomendado o uso somente como constituinte de formulações argilosas adicionados em quantidades adequadas, pois à medida que aumenta a concentração de dosagem há uma diminuição na concentração de argila e consequentemente menor capacidade de hidratação, o que pode comprometer o tijolo fabricado em termos de resistência (Figueiredo e Nuvolari, 2002). 47 ESTUDO DE CASO 1. ESTUDO DA INCORPORAÇÃO DO LODO CENTRIFUGADO DA ETA DE PASSAÚNA EM MATRIZ DE CONCRETO COM DOSAGEM DE 3%. A incorporação de lodos de ETA em matriz de concreto têm sido uma alternativa para minimizar os impactos ambientais gerados pela disposição inadequada deste resíduo no meio ambiente, além de ser uma alternativa econômica e tecnicamente viável e vantajosa, porque substitui agregados convencionais (naturais) por artificiais (resíduos poluentes) de menor custo. Dentre as aplicações do concreto contendo lodo de ETA, temos a produção de contra piso, argamassas para assentamento de componentes e confecção de blocos de concreto não-estrutural, além de outras aplicações que não exijam resistências elevadas (Sales e colaboradores, 2004). Para que se aplique o reciclado (neste caso o lodo de ETA) em concretos, é necessário que o material atenda a algumas especificações básicas. Qualquer agregado para ser incorporado deve ser suficientemente resistente para o uso no tipo de concreto em que for usado; deve ser dimensionalmente estável conforme as modificações de umidade; não deve reagir com o cimento; não deve conter impurezas reativas; e deve ter forma de partículas e granulometria adequada à produção de concreto, com boa trabalhabilidade (Hansen apud in Sales e colaboradores, 2004). Concretos com reciclados, apresentam, em geral, resistência à compressão menor ou igual à dos concretos convencionais para consumo de cimentos médios e altos (Lima apud in Sales e Colaboradores, 2004). Metodologia Na incorporação do lodo centrifugado da estação de tratamento de água Passaúna em matriz de concreto com dosagem de 3%, foi estudado e analisado a caracterização do lodo em relação ao peso seco da areia, comparada com um concreto referência, sem a adição. Para a caracterização do lodo da ETA Passaúna foram coletadas amostras diárias em um período de dois meses de julho e agosto de 2002, amostra 1 e amostra 2, com a finalidade de avaliar a variabilidade físico-química deste lodo. Foi também realizada a caracterização dos aglomerantes (cimento) e agregados (areia e pedra brita) com o objetivo de controlar o estudo de dosagem e análises posteriores pertinentes ao concreto produzido com estes. Para o concreto fabricado com e sem a adição do lodo foram avaliadas as propriedades do concreto fresco como resistência a compressão aos 7 e 28 dias (Hoppen e colaboradores, 2003). 48 Com o estudo de dosagem foi possível obter as proporções adequadas para a adição do lodo no concreto, de maneira a se obter um material com características compatíveis com alguma aplicação na construção civil. Para este estudo, foi confeccionado um concreto referência sem a adição do lodo de ETA. Estes mesmos parâmetros do concreto referência foram adotados para a confecção do concreto com a adição do lodo de ETA, para que se possa obter uma correlação entre as propriedades dos traços dosados. Para este concreto incorporando o lodo de ETA, foi utilizado o teor de 3% do peso de agregado miúdo (areia), em substituição a este, sendo a quantidade total de água de amassamento foi corrigida em função do peso e do teor de umidade do lodo acrescentado (Hoppen e colaboradores, 2003). Resultados Obtidos Caracterização do lodo, aglomerantes e agregados: Para a dosagem do concreto, foi adotado um teor de umidade de 83% no lodo de ETA, no entanto, na caracterização esta umidade foi de 87,5% e 86,4%, para as amostras 1 e 2 (lodo), respectivamente, esta diferença utilizada teve a finalidade de compensar a perda de umidade do lodo durante seu manuseio. Estas amostras também obtiveram um pH de 7,02 e 6,42. Os principais elementos detectados pela análise química, tanto na amostra 1 e 2, foram Al2O3, SiO2 e Fe2O3. Na amostra 1, as quantidades encontradas foram: 23,62%, 14,10% e 8,39%, respectivamente. Já para a amostra 2, estes valores foram um pouco menores, 20,80% para Al2O3, 12,75% para SiO2 e 7,58% para Fe2O3, conforme observados na tabela 6. Na perda ao fogo, as duas amostras ficaram em torno de 50%: a amostra 1 obteve 49,01% e a amostra 2, percentagem de 51,12%. 51 Teor de Lodo de ETA (% em peso seco) 0% 3% Temperatura do Concreto (°C) 18,3 19 Consumo (Kg/m3) Cimento 364 356 Areia média 736 698 Brita 1 1085 1061 Água 183 178 Lodo de ETA - 22 Tabela 8: Propriedades do concreto fresco. Fonte: Hoppen e Colaboradores, 2003. Comparando-se as tensões de ruptura do traço contendo lodo com a do concreto referência, como mostrado no quadro 7, observa-se que aos 7 dias ambas estão próximas, já atingindo valores superiores a 26 MPa. Pode-se observar que aos 28 dias ocorreu uma redução de aproximadamente 12% na resistência, no entanto esta ficou acima de 30 MPa. Teor de Lodo de ETA (%peso de areia) Resistência aos 7 dias (MPa) Resistências as 28 dias (MPa) 0% 27,3 38,7 3% 26,1 34,0 Quadro 7: Resistência à compressão. Fonte: Hoppen e Colaboradores, 2003. 52 Figura 22: Resistência à compressão Fonte: Hoppen e Colaboradores, 2003. O concreto pode ser divido em três categorias: concreto de baixa resistência, para concreto com resistência à compressão menor que 20 MPa; concreto de resistência moderada, para concreto com resistência à compressão entre 20 e 40 MPa; e concreto de alta resistência, para concreto com resistência à compressão acima de 40 MPa Para a resistência garantir a viabilidade do concreto, este deve ser superior a 20 MPa (Mehta e Monteiro apud Sales, 2004). Os valores obtidos para absorção, massa específica e índice de vazios mostraram que ocorreu um aumento no teor de absorção de água no concreto com 3% de lodo, o que não é bom no caso de durabilidade frente a ambientes agressivos, pois poderá propiciar o ingresso de elementos prejudiciais ao concreto. Para concreto armado, a norma NBR 8452/98 limita a absorção do concreto a 6%, o valor determinado para o concreto com o lodo de ETA foi aproximadamente 8%, superior ao valor mínimo exigido pela norma. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Resistência aos 7 dias (MPa) Resistências as 28 dias (MPa) Concreto referência Concreto com dosagem de lodo de 3% 53 Conclusões 1. Os componentes do concreto (agregados e aglomerantes) apresentaram qualidade satisfatória, e os parâmetros que não atenderam as normas não comprometeram as propriedades do concreto confeccionado. 2. A adição do lodo de ETA no concreto apresentou uma pequena redução no consumo de aglomerante reduzindo também o custo do concreto. 3. Houve uma redução de 2% no consumo de cimento pela substituição de parte de materiais pelo lodo com dosagem de 3%. 4. Constatou-se que a adição do lodo em matriz de concreto foi viável tecnicamente por reduzir a quantidade deste material no meio ambiente. No entanto devê-se realizar dosagem com concentrações maiores para analisar qual melhor mistura a ser utilizado. A análise conjunta destes dados permite concluir que a mistura de 3% de lodo no concreto pode ser utilizada em fabricação de artefatos, estruturas pré-moldadas e construção de pavimentos em concreto, no entanto, estas devem ser acompanhadas por ensaios específicos. A aplicação dos conhecimentos produzidos em pesquisas dessa natureza possibilitará, em um futuro próximo, realizar-se a seleção de materiais para a construção civil com base não só em critérios econômicos e estéticos, mas também condicionada ao contexto do impacto ambiental de sua deposição e das possibilidades de reciclagem com outros resíduos (Sales e colaboradores, 2004). 56 Resultados Obtidos 1) Observou-se que o lodo utilizado não apresenta riscos quanto á sua toxicidade. Todos os elementos potencialmente tóxicos analisados EPT (tabela 9) analisados estão dentro dos limites estabelecido pela norma. 2) Quanto aos elementos radioativos analisados, cujos valores médios foram apresentados na tabela 9, verifica-se que o lodo de ETA apresentou concentrações de radionuclídios menores do que o solo argiloso, o que demonstra que esse resíduo poderia ser utilizado sem maiores problemas. 3) Quanto às características físicas observadas na pesquisa, a retração volumétrica, RV, e a resistência à compressão pós-queima, foram as que apresentaram maiores variações nas diferentes massas cerâmicas (figura 24). De acordo com a NBR-7170, os tijolos moldados com massas cerâmicas MC-10% é enquadrado na categoria B (2,5 MPa) e os tijolos moldados com massas cerâmicas MC-20%, MC-30% e MC-40% na categoria A (1,5 MPa). Figura 24: Média dos resultados obtidos nos corpos de provas. Fonte: Figueiredo e Nuvolari, 2002. 57 Análises Limites* Resultado solo Resultado Lodo Elementos Potencialmente Tóxicos (mg/Kg) Arsênio (As) 75 0,27 2,63 Cádmio (Cd) 85 0,39 3,16 Cromo (Cr) - 19,6 66,57 Cobre (Cu) 4.300 4,07 108,84 Chumbo (Pb) 840 2,53 276,89 Níquel (Ni) 420 2,73 41,66 Zinco (Zn) 7.500 14,5 126,32 Outros Metais (mg/Kg) Alumínio (Al) - 63.900 75.550 Bário (Ba) - 31,3 339,79 Cálcio (Ca) - 771 3.180 Ferro (Fe) - 20.000 59.350 Magnésio (Mg) - 414 1.860 Manganês (Mn) - 39,2 499,68 Potássio (K) - 796 6.400 Sódio (Na) - 215 970 Silício (Si) - 120 259.700 Concentração de Elementos Radioativos Urânio Natural Unat = 238U + 235U - 4,6 2,8 Tório (232Th) - 17,5 4,5 Potássio (40K) - 913 310 *Limites da Norma P-4230 (CETESB, 1999), para aplicação de lodo em solo agrícola. Tabela 9: Características químicas e radioativas do lodo e solo argiloso. Fonte: Nuvolari e Figueredo, 2002. 58 Conclusões Devido o lodo de ETA utilizado na pesquisa ter apresentado valores de concentrações de radioatividades inferiores aos valores obtidos para o solo, não haveria problema quanto a sua utilização como material da construção civil. Os pesquisadores concluíram que os tijolos moldados com massas cerâmicas MC-10% são enquadrados como categoria B (resistência á compressão de 2,5 MPa), e portanto possuem maiores resistência á compressão do que os tijolos moldados com massas cerâmicas de 20%, 30% e 40% (Figueiredo e Nuvolari, 2002). De maneira geral apesar de ocorrem reduções na qualidade dos tijolos com a incorporação de lodo de ETA sua disposição final pode ser considerada viável e técnica do ponto de vista ambiental. 61 Resultados Obtidos Amostra de Solo A amostra de solo para estudo foi coletada na camada de 0 - 20 cm e apresentava as seguintes características químicas e granulométricas descrita na tabela 10. Parâmetros Resultado/Solo pH (CaCl2) 4,9 Matéria Orgânica (M.O) 3 g/dm3 Fósforo (Presina) 8 mg/dm 3 Potássio (K) 0,5 mmol/dm3 Cálcio (Ca) 5 mmol/dm3 Magnésio (Mg) 2 mmol/dm3 Argila 170 g/Kg Silte 30 g/Kg Areia fina 280 g/Kg Areia média 260 g/Kg Areia grossa 150 g/Kg Areia total 800 g/Kg Tabela 10: Análise em amostra de solo degradado. Fonte: Teixeira, 2005. 62 Amostra de Lodo O LETA foi coletado no DAAE, Departamento Autônomo de Água e Esgoto, de Araraquara, SP, cuja estação de tratamento de água é do tipo convencional e utiliza cloreto férrico como agente coagulante. A análise química e granulométrica do lodo está apresentada na tabela 11. Parâmetros Resultado/Lodo Poder de Neutralização (PN) 28 g/Kg Carbono Orgânico Total (COT) 11 g/Kg (base seca) pH 7,7 Umidade 94% Óxido de Cálcio (CaO) 9,8% Óxido de Magnésio (MgO) 4,23 % Nitrogênio (N) 2,0 g/Kg (base seca) Fósforo (P) 1,0 g/Kg (base seca) Potássio (K) 2,0 g/Kg (base seca) Cálcio (Ca) 121 g/Kg (base seca) Magnésio (Mg) 4,0 g/Kg (base seca) Zinco (Zn) 66 mg/Kg (base seca) Ferro (Fe) 167.040 mg/Kg (base seca) Cobre (Cu) 149 mg/Kg (base seca) Manganês (Mg) 1.683 mg/Kg (base seca) Chumbo (Pb) 8 mg/Kg (base seca) Níquel (Ni) 27 mg/Kg (base seca) Cádmio (Cd) 6 mg/Kg (base seca) Cromo (Cr) 86 mg/Kg (base seca) Argila 260 g/Kg Areia grossa 110 g/Kg Tabela 11: Análise em lodo de ETA. Fonte: Teixeira, 2005. 63 A análise microbiológica no lodo de ETA não revelou presença de coliformes. Os teores de cálcio (Ca) total e magnésio (Mg) aumentaram com a aplicação de LETA (tabela 12). Os altos teores de cálcio no LETA ocorrem em função da adição de grandes quantidades de CaO (óxido de cálcio) presentes no lodo. Associando os altos teores de Ca com aumento no valor de pH (testemunha, 5,5; solo degradado + calcário, 6,1; e dos tratamentos com 100, 150 e 200 mg kg-1 de N, 7,6; 7,8 e 7,9 respectivamente) o LETA mudou a reação do solo degradado, inicialmente ácida, para uma reação neutra ou fracamente alcalina. Nestas condições, tem-se uma situação semelhante ao que ocorre em solos calcários. Os altos teores de Ca e os valores elevados de pH interferem amplamente nos processos de adsorção e solubilização de íons responsáveis pela concentração de nutrientes no solo, e podem também causar a salinização do solo degradado. O carbono orgânico total (COT) do solo degradado foi influenciado pela aplicação de LETA, sendo considerados baixos para solos agrícolas. A atividade de mineração exerce grande impacto nas características químicas do solo, principalmente no teor de carbono. Tratamentos Cálcio (g/Kg) Magnésio (g/Kg) Potássio (g/Kg) Sódio (cmol/dm3) COT (g/Kg) T 0,34 0,10 0,21 1,9 0,70 Tc 0,52 0,14 0,24 2,1 0,53 D100 5,19 0,33 0,23 2,2 1,37 D150 8,55 0,41 0,25 2,3 1,62 D200 12,08 0,46 0,26 3,0 1,80 T: testemunha, solo degradado; Tc: solo degradado e calcário; D100, D150 e D200: aplicação de 100, 150 e 200 mg Kg-1 de N, na forma de lodo de ETA; COT: carbono orgânico total. Tabela 12: Valores médios da aplicação de lodo de ETA em solos degradados. Fonte: Teixeira, 2005. Nos resultados observou que houve aumento nos teores de micronutrientes e metais, cálcio (Ca), magnésio (Mg) e potássio (K) e, conseqüentemente, a condutividade elétrica e promoveu incrementos nos teores de C-orgânico total e na CTC do solo, favoreceu a atividade biológica do solo e aumentou os teores de N-total e S-sulfato. 66 relação ao solo do aterro sanitário. Para cada tratamento foram montados cinco respirômetros, mantidos em estufa a 25º C. Os tratamentos foram: - S100: 100% de solo de cobertura do aterro; - S70/L30: 70% de solo e 30% de lodo de ETA; - S50/L50: 50% de solo e 50% de lodo de ETA; - S30/L70: 30% de solo e 70% de lodo de ETA; - L100%: 100% de lodo de ETA. A adição do chorume aos tratamentos foi realizada para adequar a umidade da mistura às condições exigidas pela metodologia, e atuar como uma fonte de microrganismos adaptados às condições do aterro sanitário. O desenvolvimento de BH (bactérias heterotróficas) nos tratamentos do ensaio de biodegradação foi considerado como um parâmetro complementar ao ensaio de biodegradação do lodo, capaz de indicar variações na população inicial. A contagem de Unidades Formadoras de Colônias (UFC de BH/g de solo seco) foi realizada no inicio e no final do ensaio de biodegradação, permitindo a análise de possíveis efeitos inibitórios à população de bactérias. Resultados Obtidos Na tabela 13 são apresentados os resultados da análise dos produtos obtidos pela execução dos ensaios de lixiviação e solubilização dos lodos da ETA II e ETA Capim Fino. Os resultados obtidos para o ensaio de lixiviação, encontram-se de acordo com a norma técnica (NBR 10.005 e 10.006), não excedendo aos limites máximos estabelecidos, indicando que estas amostras de lodo não representam um resíduo com características de periculosidade (resíduo Classe I). A análise do ensaio de solubilização indica que a concentração de manganês (Mn) encontra-se acima do limite máximo estabelecido, desta forma, tanto o lodo produzido pela ETA II quanto o produzido pela ETA Capim Fino, são classificados segundo a norma técnica (NBR 10.004), como um resíduo Classe II A, não perigoso não inerte. 67 Substância (mg/L) Lixiviado ETA II Lixiviado ETA Capim Fino Sódio 4,07 - Potássio 4,58 - Silício 28 17,30 Cálcio 580 278 Estrôncio 7,70 2,96 Magnésio 35 19,50 Chumbo 0,01 0,083 Ferro 0,03 0,042 Manganês 11,60 3,96 Cromo < 0,005 0,005 Fósforo < 0,10 0,11 Alumínio 0,70 0,54 Zinco 0,06 11,90 Cobre < 0,005 0,13 Bário 1,50 1,27 Cobalto 0,02 0,05 Níquel 0,01 0,018 Cádmio < 0,003 < 0,003 Tabela 13: Análise química de ensaio de lixiviação do lodo de ETA. Fonte: Guerra e Angelis, 2005. Os resultados para os ensaios de biodegradação mostram que o aumento da proporção de lodo de ETA nos tratamentos refletiu em maior quantidade de carbono biodegradado. Os controles, constituídos somente por solo do aterro sanitário e chorume, apresentaram biodegradação de pequena quantidade de carbono. Assim todos os tratamentos obtiveram maior quantidade de carbono biodegradado, quando comparado ao controle (S100) indicando que a matéria orgânica presente no lodo sofreu biodegradação, independente da proporção aplicada ao solo. Desta forma, os tratamentos contendo 100% de lodo (L100), nos ensaios realizados com o lodo da ETA II e ETA Capim Fino, foram responsáveis pelo consumo de maior quantidade de carbono orgânico, seguido pelos tratamentos contendo: 70% 68 de adição de lodo (S30/L70), 50% de adição de lodo (S50/L50) e 30% de adição de lodo (S70/L30), indicando a biodegradabilidade do material. Quanto à avaliação do desenvolvimento das bactérias heterotróficas constatou-se um crescimento das bactérias em todos os ensaios de biodegradação. O aumento do número de UFC (unidades formadoras de colônias) de bactérias heterotróficas durante o período de incubação para os dois lodos estudados, está de acordo com os resultados referentes ao consumo do carbono orgânico mostrado nos 118 dias de acompanhamento do ensaio. Conclusão Os lodos provenientes dos decantadores da ETA II e ETA Capim Fino, mesmo sendo classificados como Não-Inertes, quando misturados ao solo utilizado na cobertura das células do aterro sanitário do município de Rio Claro, não influenciaram de forma negativa o processo de biodegradação da matéria orgânica presente, indicando a viabilidade da disposição final destes resíduos em aterro sanitário. Entretanto, recomenda-se a realização de estudos que forneçam dados referentes às metodologias mais eficientes para a desidratação do lodo, e melhor concentração de sólidos, para atingir as condições estruturais e de suporte necessárias à operação do aterro sanitário. 71 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. Classificação de Resíduos Sólidos. NBR 10004. Rio de Janeiro, 2004. ANDREOLI, Cleverson Vitório; PORTELLA, Kleber Franke; HOPPEN, Cinthya; SALES, Almir; BARON, Orlando. Caracterização Físico–Química do Lodo Centrifugado da Estação de Tratamento de Água de Passaúna – Curitiba/PR. Curitiba, 2002. ANDREOLI, Cleverson Vitório. Resíduos Sólidos do Saneamento: Processamento, Reciclagem e Disposição Final. Curitiba: ABES/PROSAB – Rede Cooperativa de Pesquisas, 2001. BARBOSA, Rosana Maria; POVINELLI, Jurandyr; ROCHA, Odete; ESPÍNDOLA, Osvaldo L.G. 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Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamentos de efluentes, e dá outras providências. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, 17 de março de 2005. DONHA, Mauro Siqueira. Conhecimento e Participação da Comunidade no Sistema de Gerenciamento de Resíduos Sólidos Urbanos: O Caso de Marechal Cândido Rondon – PR. Florianópolis, 2002.113f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Urbana) – Programa de Pós Graduação em Engenharia da Produção, Universidade Federal de Santa Catarina. EMBASA, Empresa de Saneamento da Bahia. Tratamento de Água. Disponível em: <http://www.embasa.com.br > Acessado em: Setembro de 2005. FRANCHI, José Guilherme. Aplicação de Turfa na Recuperação de Solos Degradados pela Mineração de Areia. São Paulo, 2000. 119f. Dissertação de Mestrado. FIGUEIREDO, Flavio Fernando; NUVOLARI, Ariovaldo. 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Universidade Federal de São Carlos, Departamento de Engenharia Civil. 76 IV - proteção dos ecossistemas, com a preservação de áreas representativas; V - controle e zoneamento das atividades potencial ou efetivamente poluidoras; VI - incentivos ao estudo e à pesquisa de tecnologias orientadas para o uso racional e a proteção dos recursos ambientais; VII - acompanhamento do estado da qualidade ambiental; VIII - recuperação de áreas degradadas; IX - proteção de áreas ameaçadas de degradação; X - educação ambiental a todos os níveis do ensino, inclusive a educação da comunidade, objetivando capacitá-la para participação ativa na defesa do meio ambiente. Art. 3º - Para os fins previstos nesta Lei, entende-se por: I - meio ambiente, o conjunto de condições, leis, influências e interações de ordem física, química e biológica, que permite, abriga e rege a vida em todas as suas formas; II - degradação da qualidade ambiental, a alteração adversa das características do meio ambiente; III - poluição, a degradação da qualidade ambiental resultante de atividades que direta ou indiretamente: a) prejudiquem a saúde, a segurança e o bem-estar da população; b) criem condições adversas às atividades sociais e econômicas; c) afetem desfavoravelmente a biota; d) afetem as condições estéticas ou sanitárias do meio ambiente; e) lancem matérias ou energia em desacordo com os padrões ambientais estabelecidos; IV - poluidor, a pessoa física ou jurídica, de direito público ou privado, responsável, direta ou indiretamente, por atividade causadora de degradação ambiental; V - recursos ambientais: a atmosfera, as águas interiores, superficiais e subterrâneas, os estuários, o mar territorial, o solo, o subsolo, os elementos da biosfera, a fauna e a flora. (Redação dada pela Lei nº 7.804, de 18.07.89) 77 Lei N° 9605/1998 A Lei N° 9605/98, também chamada de Lei de crimes ambientais, dispõe sobre as sanções penais e administrativas derivadas de condutas e atividades lesivas ao meio ambiente e incrimina civil e penalmente, quem provocar, pela emissão de efluentes ou carreamento de materiais, o perecimento de espécimes da fauna aquática existentes em rios, lagos, açudes, lagoas, baías e ou água jurisdicionais brasileiras. Responsabiliza o gerente que, sabendo da conduta criminosa de outrem, deixar de impedir sua prática, quando podia agir para evitá-la. LEI 9.605, DE 12 FEVEREIRO DE 1998. Dispõe sobre as sanções penais e administrativas derivadas de condutas e atividades lesivas ao meio ambiente, e dá outras providências. O PRESIDENTE DA REPÚBLICA, Faço saber que o Congresso Nacional decreta e eu sanciono a seguinte Lei: Capítulo I Disposições Gerais Art. 1º. (VETADO) Art. 2º. Quem, de qualquer forma, concorre para a prática dos crimes previstos nesta Lei, incide nas penas a estes cominadas, na medida da sua culpabilidade, bem como o diretor, o administrador, o membro de conselho e de órgão técnico, o auditor, o gerente, o preposto ou mandatário de pessoa jurídica, que, sabendo da conduta criminosa de outrem, deixar de impedir a sua prática, quando podia agir para evitá-la. Art. 3º. As pessoas jurídicas serão responsabilizadas administrativa, civil e penalmente conforme o disposto nesta Lei, nos casos em que a infração seja cometida por decisão de seu representante legal ou contratual, ou de seu órgão colegiado, no interesse ou benefício de sua entidade. Parágrafo único. A responsabilidade das pessoas jurídicas não exclui a das pessoas físicas, autoras, co-autoras ou partícipes do mesmo fato. Art. 4º. Poderá ser desconsiderada a pessoa jurídica sempre que sua personalidade for obstáculo ao ressarcimento de prejuízos causados à qualidade do meio ambiente. 78 Capítulo V Dos Crimes contra o Meio Ambiente Seção III Da Poluição e outros Crimes Ambientais Art. 54. Causar poluição de qualquer natureza em níveis tais que resultem ou possam resultar em danos à saúde humana, ou que provoquem a mortandade de animais ou a destruição significativa da flora: Pena - reclusão, de um a quatro anos, e multa. § 1º. Se o crime é culposo: Pena - detenção, de seis meses a um ano, e multa. § 2º. Se o crime: I - tornar uma área, urbana ou rural, imprópria para a ocupação humana; II - causar poluição atmosférica que provoque a retirada, ainda que momentânea, dos habitantes das áreas afetadas, ou que cause danos diretos à saúde da população; III - causar poluição hídrica que torne necessária a interrupção do abastecimento público de água de uma comunidade; IV - dificultar ou impedir o uso público das praias; V - ocorrer por lançamento de resíduos sólidos, líquidos ou gasosos, ou detritos, óleos ou substâncias oleosas, em desacordo com as exigências estabelecidas em leis ou regulamentos: Pena - reclusão, de um a cinco anos. § 3º. Incorre nas mesmas penas previstas no parágrafo anterior quem deixar de adotar, quando assim o exigir a autoridade competente, medidas de precaução em caso de risco de dano ambiental grave ou irreversível. Art. 55. Executar pesquisa lavra ou extração de recursos minerais sem a competente autorização, permissão, concessão ou licença, ou em desacordo com a obtida: Pena - detenção, de seis meses a um ano, e multa. Parágrafo único. Nas mesmas penas incorre quem deixa de recuperar a área pesquisada ou explorada, nos ternos da autorização, permissão, licença, concessão ou determinação do órgão competente. Art. 56. Produzir, processar, embalar, importar, exportar, comercializar, fornecer, transportar, armazenar, guardar, ter em depósito ou usar produto ou substância tóxica, perigosa ou nociva à saúde humana ou ao meio ambiente, em desacordo com as exigências estabelecidas em leis ou nos seus regulamentos: