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Esta publicação é um dos produtos da Rede de Pesquisas sobre o tema Digestão de Resíduos

Sólidos Orgânicos e Aproveitamento do Biogás, do Programa de Pesquisas em Saneamento Básico – PROSAB – Edital 03, coordenada pelo Prof. Sérvio Túlio Cassini do Departamento de Saneamento Ambiental da UFES.

O objetivo geral do Programa é desenvolver e aperfeiçoar tecnologias nas áreas de águas de abastecimento, águas residuárias e resíduos sólidos que sejam de fácil aplicabilidade, baixo custo de implantação, operação e manutenção e que resultem na melhoria da qualidade de vida da população brasileira, especialmente as camadas menos favorecidas.

Operacionalizado através de redes cooperativas e gerenciado pela FINEP, o PROSAB já lançou 3 editais para a seleção de instituições capacitadas para desenvolver projetos em temas prioritários (1996, 1998 e 2000). Contando com o apoio da ABES, o financiamento do PROSAB é compartilhado pela FINEP, CNPq e CAIXA que alocam recursos para projetos, bolsas de pesquisa e ações de avaliação e divulgação, respectivamente.

A execução das pesquisas de forma cooperada tem permitido a abordagem integrada das ações dentro de cada tema, otimizando a aplicação dos recursos e evitando a duplicidade e a pulverização de iniciativas. As redes integram os pesquisadores das diversas instituições, homogeneizam a informação entre seus integrantes e possibilitam a capacitação permanente de instituições emergentes. No âmbito de cada rede, os projetos das diversas instituições têm interfaces e enquadram-se em uma proposta global de estudos, garantindo a geração de resultados de pesquisa efetivos e prontamente aplicáveis no cenário nacional. A atuação em rede permite, ainda, a padronização de metodologias de análises, a constante difusão e circulação de informações entre as instituições, o estímulo ao desenvolvimento de parcerias e a maximização dos resultados.

As redes de pesquisas são acompanhadas e permanentemente avaliadas por consultores, pelas agências financiadoras e pelo Grupo Coordenador, através de reuniões periódicas, visitas técnicas e seminários anuais.

O PROSAB tem sido divulgado na sua home page (w.finep.gov.br/prosab), e através de diversas publicações em revistas especializadas e da apresentação de trabalhos e participação em mesas redondas nos principais eventos da área de Saneamento Básico. Ao término de cada edital são elaborados livros, manuais e coletânea de artigos versando sobre as tecnologias desenvolvidas, distribuídos gratuitamente para as prefeituras, concessionárias de serviços de saneamento e bibliotecas. Também, são ministrados cursos sobre essas tecnologias em diversas localidades do país.

Ao longo dos últimos 7 anos, o PROSAB vem se destacando na área de Saneamento como modelo de gestão de programa cooperativo e financiamento compartilhado, em função dos resultados já obtidos, quais sejam: desenvolvimento e aperfeiçoamento de diversas tecnologias, produtividade científica, formação e capacitação de recursos humanos especializados, modernização da infra-estrutura de pesquisa e desenvolvimento, consolidação de grupos de pesquisa emergentes, dentre outros.

Jurandyr Povinelli – EESC jpovinel@sc.usp.br

Cícero O. de Andrade Neto – UFRN cicero@ct.ufrn.br

Deíza Lara Pinto – CNPq dlara@cnpq.br

Marcos Helano Montenegro – Ministério das Cidades marcos.montenegro@cidades.gov.br

Anna Virgínia Machado – ABES annav@ax.apc.org

Sandra Helena Bondarovsky – CAIXA sandra.bondarovsky@caixa.gov.br

Jeanine Ribeiro Claper – CAIXA jeanine.claper@caixa.gov.br

Célia Maria Poppe de Figueiredo – FINEP cmfigue@finep.gov.br

O PROSAB – Edital 3 foi parcialmente financiado com recursos do Fundo de Recursos Hídricos.

Copyright © 2003 ABES - RJ

1a Edição – tiragem: 1300 exemplares

Projeto gráfico, editoração eletrônica e fotolitos

RiMa Artes e Textos Rua Conselheiro João Alfredo, 175 CEP 13561-110 – Jardim Paraíso – São Carlos-SP Fone: (0xx16) 272-5269 Fax: (0xx16) 272-3264 w.rimaeditora.com.br rmartes@terra.com.br

Coordenador Sérvio Túlio Cassini

ABES, RiMa, 2003

Digestão de resíduos sólidos orgânicos e aproveitamento do biogás / Sérvio Túlio Cassini (coordenador). – Rio de Janeiro : 210 p. : Il. Projeto PROSAB

ISBN 85-86552-68-2

1. Resíduo orgânico. 2. Lodo. 3. Digestão anaeróbia. 4. Lodo. I. Cassini, Sérvio Túlio.

Andréia C. Ferreira – Bolsista CNPq/SANEPAR Armando Borges de Castilhos Jr. – UFSC Carlos Augusto de Lemos Chernicharo – UFMG Cleverson Vitório Andreoli – FAE-Business School/UFPr/SANEPAR Durval Rodrigues de Paula Junior – FEAGRI-UNICAMP Eduardo Sales Machado Borges – Doutorando – UFMG Hugo Moreira Soares – UFSC José Tavares de Sousa – UEPb Luciana de Mattos Moraes – FEAGRI-UNICAMP Marcelo Teixeira Pinto – CAESB Milene França – Bolsista CNPq/SANEPAR Patrícia Procópio Pontes – Doutoranda-UFMG Paulo Augusto Cunha Libânio – Doutorando – UFMG Paulo Belli Filho – UFSC Rafael de Oliveira Pinto – UFSC Ricardo Franci Gonçalves – UFES Rosana Filomena Vazoller – USP Servio Tulio Cassini – UFES Valderi Duarte Leite – UEPb Wilton Silva Lopes –UEPb

Aldre Jorge de Morais – UEPb Ana Lycia Barreira da Silva – UFES Bruno Maio Pyramo Costa – Bolsista UFMG Denis Miguel Roston – FEAGRI-UNICAMP Edson Aparecido Nour – FEC-UNICAMP Eduardo Baldessin Barbosa – UFES Emerson Cristiano Frade – UFMG Flavia Andrea Cabral – UFSC Ilka Soares Cintra – Doutoranda-UFMG Maria Luciana Dias de Luna – UEPb Sandra Aparecida Rozon Camargo – FEC-UNICAMP Tercio Almeida Abreu – UFES Valéria Martins Godinho – Bolsista-UFMG William Gerson Mathias – UFSC

PrefácioXIII
Capítulo 1 – Introdução1
Lodos de Estações Coletivas e Individuais de Tratamento de Esgotos3
Resíduos Sólidos Urbanos5
A Rede de Pesquisa PROSAB 3 – LODO8
Referências Bibliográficas9
Capítulo 2 – Hidrólise e Atividade Anaeróbia em Lodos1
Introdução1
Alternativas para minimizar a produção de lodos de esgotos12
Processos Hidrolíticos para Minimizar a Produção de Lodos de Esgoto15
Fundamentos da digestão anaeróbia15
Fundamentos dos processos hidrolíticos de lodos18
Processos hidrolíticos20
Aspectos Complementares26
Tecnologias PROSAB28
Respirômetro anaeróbio automatizado (RANA) – UFES29
Emprego do Biogás para Hidrólise Térmica31
Reator de hidrólise alcalina no sistema UASB + BFs (UFES)39
Exemplo de aplicação e dimensionamento (Hidrólise química e térmica)42
Sistema para hidrólise química de lodo úmido43
Sistema para hidrólise térmica de lodo úmido45
Conclusões46
Referências Bibliográficas47
Capítulo 3 – Estabilização Anaeróbia de Lodos53
Introdução53
Fundamentos Tecnológicos e Reatores5
Digestão anaeróbia de lodos descartados de tanques sépticos56
convencionais de tratamento de esgotos61
Sistemas de tratamento combinado de esgotos e lodo excedente67

Resíduos Sólidos Orgânicos Gerados no Saneamento: Problemas e Tendências...1 Digestão anaeróbia de lodos primários e secundários gerados em sistemas Tecnologias Pesquisadas no Âmbito do PROSAB...............................................71

Tratamento de lodo de esgoto em reatores anaeróbios seqüenciais85
Exemplo de Dimensionamento90
Dimensionamento de reatores anaeróbios seqüenciais (sistema RAS)90
Referências Bibliográficas91
Capítulo 4 – Bioestabilização de Resíduos Sólidos Orgânicos95
Introdução95
Bioestabilização Anaeróbia de Resíduos Sólidos Orgânicos97
Aspectos gerais da digestão de resíduos sólidos urbanos em aterros97
sólidos orgânicos100
Co-digestão anaeróbia de resíduos sólidos orgânicos103
sólidos orgânicos104
Tecnologias Pesquisadas no âmbito do PROSAB106

Tratamento de lodo de tanques sépticos........................................................71 Tratamento de lodo excedente de filtros percoladores em reatores UASB...74 Tipos de reatores aplicados à digestão anaeróbia de resíduos Aplicação do processo de bioestabilização anaeróbia de resíduos

concentração de sólidos106

Tratamento anaeróbio de resíduos sólidos orgânicos com alta

baixa concentração de sólidos110
Exemplo de Dimensionamento113
Referências Bibliográficas116

Tratamento anaeróbio de resíduos sólidos orgânicos com

Aproveitamento do Biogás121
Introdução121
Produção de Biogás em Estações de Tratamento de Esgoto122
Geração de biogás122
Características do biogás123
Biogás como fonte de energia calorífica126
Aproveitamento de biogás129
Desaguamento de Lodo de Esgoto130
Caracterização do processo de desaguamento130
Principais processos utilizados no desaguamento do lodo131
Higienização do Lodo de Esgoto133
Caracterização do processo de higienização133
Agentes patogênicos encontrados no lodo de esgoto133
Processos de higienização de lodo136
Efeito da temperatura na higienização do lodo137

Capítulo 5 –Secagem e Higienização de Lodos com Tecnologias Pesquisadas no âmbito do PROSAB..............................................139

biogás em leito de secagem142

Higienização térmica de lodo úmido (UFMG)............................................139 Secagem e higienização térmica do lodo utilizando energia solar e

leito de secagem150
Exemplo de Aplicação e Dimensionamento154
Sistema para higienização térmica de lodo úmido154
leito de secagem158
Referências Bibliográficas161
Capítulo 6 – Tratamento e Recirculação de Lixiviados167
Introdução167
Carga Poluente de Líquidos Lixiviados de Aterros Sanitários169
Fatores determinantes da vazão de lixiviado169
Fatores Determinantes das Características Físico-químicas de Lixiviado171
Aterros Sanitários172
Alternativas para tratamento172
Recirculação de líquidos lixiviados176
Recirculação e tratamento de lixiviados na digestão de RSU179
Tecnologias Pesquisadas no âmbito do PROSAB184
Recirculação e inoculação de digestores anaeróbios de RSU184
Tratamento combinado de lixiviados com esgotos domésticos188
Exemplo de Dimensionamento190
Recirculação e inoculação de digestores anaeróbios de RSU190

Higienização térmica de lodo úmido e desaguamento em Sistema térmico para secagem e higienização de lodo em Descrição dos Processos de Tratamento de Lixiviados de Referências Bibliográficas ..................................................................................195

A gestão dos resíduos sólidos orgânicos gerados nos processos de esgotamento sanitário e coleta de resíduos sólidos urbanos é uma atividade relativamente recente em todo o mundo, resultante das pressões ambientais em curso nas últimas 3 décadas. Neste período, a maioria dos países denominados desenvolvidos avançou no conceito de apenas remover os resíduos do local de geração e depositá-los em locais nem sempre apropriados, para um novo status, no qual se busca a redução da geração, eficientes processos de tratamento, maximização da reciclagem e recuperação energética, além de procurar alternativas de disposição final que sejam seguras em termos de saúde pública, economicamente viáveis e ambientalmente aceitáveis. Estes objetivos constituem ainda um dos maiores desafios da humanidade para o século XXI.

Nos países em desenvolvimento, como o Brasil, o problema dos resíduos sólidos orgânicos só começou a ser sentido nas duas últimas décadas, quando alguns municípios passaram a se preocupar com a poluição dos seus cursos d’água, investindo no tratamento dos seus esgotos e na coleta e disposição dos seus resíduos urbanos. Este movimento foi fruto das pressões sociais e ambientais, resultante de uma evolução, embora ainda pequena, do nível de percepção e de educação da população brasileira em relação aos seus padrões de qualidade de vida, bem como da legislação ambiental atualmente vigente e ao sistema de gestão dos recursos hídricos por bacias hidrográficas. Assim, soluções para os resíduos gerados nos processos de tratamento fazem hoje parte da pauta de algumas autoridades governamentais e de profissionais do setor do saneamento básico e ambiental.

Para tentar responder a estas e outras questões nasceu o PROSAB – Programa de Pesquisa em Saneamento Básico, gerenciado pela FINEP em conjunto com a CAIXA, ABES, as Universidades Brasileiras e as Concessionárias de Saneamento, que buscam desenvolver tecnologias no setor que sejam adaptadas à realidade brasileira. Finalizando o sétimo ano de pesquisas, o PROSAB tem procurado transferir e disseminar o conhecimento desenvolvido, por meio de publicações técnicas, manuais e livros de fácil acesso aos interessados.

Este volume, resultante de 3 anos de pesquisas em Digestão Anaeróbia de

Resíduos Orgânicos e Aproveitamento do Biogás, retrata o novo estado da arte do conhecimento no tema, já incorporando as novas contribuições do programa. Participaram da rede LODO, seis instituições, sendo cinco universidades: Universidade Estadual de Campinas, Universidade Federal do Espírito Santo, Universidade Federal de Minas Gerais, Universidade Estadual da Paraíba, Universidade Federal Santa Catarina e uma empresa de saneamento, a Companhia de Saneamento do Paraná, a SANEPAR.

Em termos de fundamentos do processo biológico, as pesquisas avançaram nos aspectos sobre a biodegradabilidade de resíduos e formas de medição da atividade anaeróbia de lodos, aspecto básico para entender e representar a suscetibilidade da transformação de substratos pelos microrganismos anaeróbios. Além da definição de metodologias, foi também desenvolvido um equipamento específico para este fim.

O processo de estabilização de lodos ganhou novas contribuições com os estudos de digestão anaeróbia dos lodos retirados de tanques sépticos por caminhões limpafossas, a digestão dos lodos secundários nos próprios reatores UASB com avaliação das novas potencialidades na produção de energia e os estudos de digestão de lodos em reatores seqüenciais. Da mesma forma, buscando aumentar a disponibilidade do substrato para os microrganismos, foi estudado o processo de hidrólise pelas vias térmica e química, ainda sem resultados conclusivos, porém com grande potencial de desenvolvimento.

O processo de secagem de lodos em leitos favoreceu-se das novas alternativas estudadas, com a aceleração do processo utilizando o biogás e a energia solar como fonte de calor e higienização do lodo, incluindo uma proposta de adaptação dos convencionais leitos de secagem para leitos de secagem e higienização.

A degradação de frações orgânicas dos resíduos sólidos urbanos também foi abordada, através das pesquisas sobre a digestão anaeróbia contínua e em batelada de substrato com altas e baixas concentrações de sólidos, a digestão consorciada com lodos de estações de tratamento de esgotos e, particularmente, o tratamento anaeróbio de resíduos sólidos urbanos (RSU) com recirculação de lixiviados.

Finalmente, apresentam-se resultados da aplicação de remoção dos odores gerados no processo anaeróbio de estabilização de resíduos orgânicos de lodo de tanque séptico por meio de biofiltração, tecnologia anteriormente desenvolvida no âmbito do PROSAB – tema Pós-Tratamento de efluentes de reatores anaeróbios.

Por intermédio deste livro, espera-se que os 3 anos de pesquisa da rede LODO possam auxiliar a formação de estudantes e profissionais do setor de saneamento básico e ambiental, na construção de um País socialmente mais justo e sustentável.

Marcelo Teixeira Rosana Filomena Vazoller

Resíduos sólidos orgânicos (RSO) podem ser entendidos como aqueles resíduos provenientes ou gerados de sistemas de tratamento de esgotos (fossas sépticas, ETEs), coletas e processamento de materiais recolhidos das áreas urbanas (lixo, podas de árvores, corte de gramados), que possuem significativa fração orgânica, superior a 30%.

A gestão adequada desses resíduos vem se tornando preocupação crescente na sociedade moderna. Embora significativo avanço tenha ocorrido nas últimas décadas, principalmente nos países mais desenvolvidos, com respeito à redução da geração dos RSO e à reciclagem de materiais, na busca de sistemas de tratamento mais eficientes, bem como na disposição segura dos RSO em termos ambientais e de saúde pública, a solução para os problemas advindos desses rejeitos constitui ainda um dos maiores desafios da humanidade para o século XXI.

Nos países em desenvolvimento como o Brasil, a precariedade da prestação dos serviços de saneamento reflete diretamente na gestão dos resíduos sólidos gerados. Segundo o IBGE (2000), o País produz 230 mil toneladas de lixo por dia, das quais aproximadamente 70% são coletados. O restante é depositado nos terrenos próximos às aglomerações urbanas, sem qualquer preocupação com seu destino, chegando aos cursos d’água carreados pelas chuvas. Mesmo do lixo coletado, apenas pequena quantidade é disposta adequadamente em aterros sanitários. A maior parte do lixo é lançada em vazadouros públicos, sem qualquer cuidado com sua destinação. Coleta seletiva e reciclagem são processos muito pouco conhecidos pela maioria dos municípios brasileiros.

Quanto ao lodo produzido em estações de tratamento de esgotos, a situação não é tão diferente. Segundo a Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental – ABES (2003), o índice de cobertura de coleta de esgotos do País é da ordem de 50%, e apenas 25% é destinado a algum tipo de tratamento. O restante é lançado diretamente nos cursos d’água, ou dispostos em sistemas individuais, que, por sua precariedade, acabam contaminando o lençol freático e as águas superficiais.

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