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Custos de processamento de lodo em Estações de Tratamento de Esgoto com reatores anaeróbios de manto de lodo e pós-tratamento aeróbio: subsídios para Estudos de Concepção

Resumo

O objetivo desta pesquisa foi a avaliação dos custos de implantação (CAPEX) e de operação (OPEX) de diferentes alternativas de desaguamento e higienização de lodo, em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE’s) com reatores anaeróbios de manto de lodo (UASB) e pós-tratamento aeróbio, visando fornecer subsídios para Estudos de Concepção. As tecnologias consideradas foram: leitos de secagem, centrífugas, wetlands construídos para lodo (WCL), estabilização alcalina prolongada (EAP) e secagem térmica. Curvas de custo para vazões de esgoto entre 5 e 750 L.s-1 foram elaboradas, desconsiderando-se os custos de aquisição de área e destinação final do lodo. Verificou se que o CAPEX das centrífugas pode ser inferior ao dos leitos de secagem para ETE’s com vazões acima de 80 L.s-1. Porém, ao considerar-se o OPEX, os leitos se mantêm mais econômicos. Também foi avaliada uma alternativa mista, de leitos de secagem e centrífugas em paralelo, mas seus custos mostraram-se mais elevados que cada opção isoladamente. Os WCL apresentaram CAPEX superior ao das centrífugas para ETE’s acima de 120 L.s-1, mas foi mantida a alternativa mais econômica de desaguamento quando considerado CAPEX + OPEX. Quanto à higienização, a secagem térmica apresentou CAPEX inferior ao da EAP para ETE’s acima de 500 L.s-1. Porém, ao se considerar o OPEX, essa se manteve mais onerosa até 750 L.s-1, mesmo considerando-se o aproveitamento do biogás gerado nos reatores UASB.

Introdução

O processamento do lodo em Estações de Tratamento de Esgoto (ETE’s) pode representar mais de 50% de seus custos operacionais, realidade que deverá ser agravada conforme se ampliam os índices de atendimento de esgoto sanitário e, principalmente, a eficiência dos sistemas de tratamento de esgoto. Os reatores anaeróbios de manto de lodo (UASB) possuem a vantagem de gerar quantidades de lodo relativamente baixas, se comparados aos sistemas aeróbios.

Entretanto, por possuírem limitada capacidade de remoção de poluentes, tem sido necessária a implementação de sistemas de pós-tratamento aeróbio nas ETE’s que os possuem.

No Brasil, os reatores UASB representam a segunda tecnologia mais utilizada, logo após lagoas anaeróbias seguidas de facultativa (ANA, 2017). Além da reduzida produção de lodo, os reatores UASB podem ser utilizados para o adensamento e a digestão do lodo aeróbio excedente da etapa de pós-tratamento, ainda que com algumas ressalvas operacionais (FLORIPES; CHERNICHARO; MOTA FILHO, 2018). Com isso, o lodo de excesso produzido em ETE’s com os sistemas mencionados pode ser destinado diretamente às etapas de desaguamento e, quando necessário, higienização.

Entre as tecnologias mais utilizadas para o desaguamento de lodo, os leitos de secagem destacam-se por sua simplicidade construtiva e operacional.

No entanto, em razão dos requisitos de área, tendem a ser inviáveis para ETE’s de grande porte, sendo importante considerar as condições climáticas de cada região e a destinação final do lodo, visando otimizações de projeto (CERQUEIRA; AISSE, 2017). Além de promoverem o desaguamento, os leitos de secagem proporcionam reduções significativas de organismos patogênicos no lodo, porém não o suficiente para o uso irrestrito desse na agricultura (POMPEO, 2015; SANTOS et al., 2017).

Na indisponibilidade de área para a implantação dos leitos de secagem, buscam-se alternativas de desaguamento de lodo compactas e mecanizadas, podendo-se destacar as centrífugas decanter, que vêm sendo largamente empregadas no Brasil, nos Estados Unidos e na Europa (TCHOBANOGLOUS et al., 2014; JORDÃO; PESSÔA, 2017). Para ETE’s com apenas reatores UASB, segundo Baréa (2013), a vazão de 100 L.s-1 pode ser uma referência a partir da qual as centrífugas se tornam mais econômicas que os leitos de secagem, quanto aos custos de implantação (CAPEX).

Porém, para a definição da alternativa ótima, devem ser considerados também os custos operacionais (OPEX)  (SANEPAR, 2018b; CERQUEIRA, 2019).

Mais recentemente, no Brasil, os wetlands construídos para lodo (WCL) também têm se mostrado atrativos, em razão da simplicidade construtiva e operacional, principalmente para sistemas de pequeno porte e para o desaguamento de lodo de fossas sépticas (SUNTTI; MAGRI; PHILIPPI, 2011).

Também conhecidos como Sludge Drying Reed Beds (SDRB), os WCL são utilizados desde a década de 1980 para o desaguamento e a estabilização de lodo de esgoto em alguns países da Europa. Na Dinamarca, por exemplo, existem mais de 140 unidades em operação, atendendo populações de até 125 mil habitantes (UGGETTI et al., 2010). Os wetlands para lodo são estruturas semelhantes aos wetlands para esgoto, porém projetados para o acúmulo de lodo por longos períodos de tempo (da ordem de 10 a 15 anos) (SUNTTI; MAGRI; PHILIPPI, 2011).

Quanto à higienização, a estabilização alcalina prolongada (EAP) é uma tecnologia consolidada, tendo sido utilizada pela Companhia de Saneamento do Paraná (SANEPAR) para aplicação agrícola de lodo, desde o início dos anos 2000 (BITTENCOURT, 2014). Constante na Resolução SEMA 21, trata-se de um processo em que o lodo é mantido com pH igual ou superior a 12, durante um período mínimo de 30 dias (PARANÁ, 2009).

A experiência da SANEPAR tem mostrado que a adição de cal ao lodo, em quantidades de 30 a 50% dos sólidos totais desse, permite atingir essas condições (BITTENCOURT; AISSE; SERRAT, 2017). Para tanto, equipamentos como silos de cal, misturador mecânico e roscas transportadoras são utilizados, em geral, quando o desaguamento é feito em centrífugas.

O lodo caleado é levado a pátios, cobertos e impermeabilizados, para o período de cura e formação de lotes. Já quando o lodo é desaguado em leitos de secagem, a mistura da cal ao lodo pode ser feita com o auxílio de betoneiras adaptadas ou maquinário, como retroescavadeiras hidráulicas. Em ambos os casos, os pátios de cura devem possuir área suficiente para o armazenamento, até que os lotes sejam liberados para a disposição agrícola (BITTENCOURT; AISSE; SERRAT, 2017; CERQUEIRA; BITTENCOURT; AISSE, 2019).

A secagem térmica também promove a higienização do lodo, com a vantagem da redução significativa do volume a ser transportado em razão da evaporação de boa parte de sua água. Entre algumas modalidades, no Brasil, tem sido comum a utilização dos tambores rotativos (BIELSCHOWSKY, 2014; JORDÃO; PESSÔA, 2017), em que o lodo é inserido no secador com teores de sólidos totais de 20 a 30% e removido com cerca de 80% (POSSETTI et al., 2015).

Algumas etapas complementares são necessárias, como a lavagem dos gases de exaustão do secador, e no caso de secadores diretos (quando o ar quente entra em contato com o lodo), uma unidade de separação dos gases e sólidos.

Outra vantagem da secagem térmica é a possibilidade de aproveitamento do biogás gerado nos reatores UASB como fonte de energia térmica (POSSETTI et al., 2015; ROSA et al., 2016). Entretanto, toda uma estrutura de aproveitamento do biogás deve ser implantada, como o gasômetro, tubulações e filtros de biogás, além das obras civis, que devem ser consideradas na comparação de alternativas (VALENTE, 2015).

Para a definição da melhor alternativa de tratamento de lodo, deve-se levar em conta os aspectos técnicos, ambientais, econômicos e sociais.

Entretanto, pouco se encontra na literatura sobre os aspectos econômicos referentes ao processamento de lodo, principalmente no que se refere aos custos operacionais. Além disso, segundo Jordão e Pessôa (2017, p. 799), “nem sempre as empresas de saneamento ou as empresas de consultoria dispõem de indicadores confiáveis para a estimativa e projeção de custos”, o que enfatiza a necessidade de mais estudos nesse sentido, visando subsidiar Estudos de Concepção.

Dado esse cenário, o presente trabalho teve como objetivo a avaliação econômica das alternativas mencionadas de desaguamento e higienização de lodo, considerando-se ETE’s com reatores UASB seguidos de pós-tratamento aeróbio, visando fornecer subsídios para Estudos de Concepção.

Autores: Pedro Lindstron Wittica Cerqueira, Miguel Mansur Aisse.

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