O lodo de origem sanitária das cidades (frequentemente chamado de lodo de esgoto) é um subproduto do tratamento de esgoto. É normalmente uma mistura de matéria orgânica de resíduos humanos, partículas de resíduos alimentares, microrganismos, vestígios químicos e sólidos inorgânicos de produtos e até medicamentos que utilizamos, juntamente com água que está ligada a esses materiais. Nos Estados Unidos, o lodo de esgoto também é chamado de sólidos de águas residuárias.
O lodo subproduto do tratamento de esgoto, após tratamento é chamado de biossólido
Imagem ilustrativa
Após qualquer forma de tratamento, o lodo é freqüentemente chamado de “biossólido”. Assim, podemos dizer que o tratamento do lodo transforma o lodo em biossólido. Os “biossólidos” são normalmente aplicados em solo, incinerados ou depositados em aterros sanitários.
O lodo também pode vir de instalações industriais (fábricas de alimentos, de papel e celulose, fábricas de produtos químicos e combustíveis, etc.). O lodo industrial é um subproduto de processos de fábricação específicos e difere amplamente em seu conteúdo para cada indústria. No Brasil, o lodo industrial não pode ser descartado em uma rede de esgoto municipal para tratamento com lodo municipal, com excessão dos lodos de tratamento de água potável. Mas podem ser descartados em uma estação de tratamento de lodo para serem misturados com o lodo de esgoto para tratamento e destinação final.
O que é tratamento de lodo de esgoto?
O tratamento de lodo é um componente importante do tratamento de esgoto municipal. Os principais objetivos do tratamento de lodo são:
• reduzir os microorganismos nocivos (como patógenos) no lodo, diminuindo os riscos à saúde das pessoas e ambientes que entram em contato com o material;
• estabilizar parte da matéria orgânica no lodo que de outra forma se transformaria naturalmente em gases nocivos na atmosfera;
• diminuir seu volume final, reduzindo basicamente os custos de manuseio associados; e
• coletar produtos e subprodutos do processo de tratamento, que podem ser utilizados ou comercialiados para compensar os custos de tratamento do lodo.
A redução de volume e as atividades que compensam os custos de tratamento de lodo são significativas nas estações de tratamento de esgoto. Embora o lodo freqüentemente represente apenas 0,2 – 0,4% do fluxo de águas residuais que uma estação de tratamento recebe, seu tratamento freqüentemente responde por até 50% das despesas operacionais da instalação.
Por que tratar o lodo?
As águas residuais não podem ser tratadas, e o esgoto tratado não pode ser recuperado a menos que os sólidos das águas residuais (lodo) sejam separados. Uma vez separado do esgoto, o lodo não deve ser descartado em sua forma bruta devido ao seu conteúdo que pode potencialmente contaminar o ambiente natural, a produção de alimentos ou afetar diretamente a saúde das comunidades.
Os componentes patogênicos e causadores de maus odores do lodo de esgoto bruto incentivou as nações desenvolvidas a tratar esse material antes da sua disposição a partir do final do século XIX e início do século XX. Hoje, porém, o lodo é cada vez mais visto como um recurso. Isto porque tratar o lodo através de um processo chamado “digestão anaeróbica” permite às empresas de água recuperar o biogás do material e fazer dos biossólidos um produto para aplicação em solo, rico em nutrientes. Alguns vão mais longe e recuperam do lodo minerais como o fósforo, um recurso não renovável. O valor do tratamento do lodo em muitos lugares vai assim além da gestão de riscos e se concentra na recuperação de recursos.
Quem trata o lodo?
O tratamento de esgoto e, portanto, o tratamento ou manuseio do lodo nos municípios, é tipicamente gerenciado por uma concessionária de abastecimento de água. As concessionárias de água podem ser empresas privadas contratadas pelo governo ou entidades públicas. Elas freqüentemente cuidam do abastecimento de água limpa para uma área geográfica definida ou municípios e coletam e tratam as águas residuais resultantes. Uma concessionária de água normalmente recebe o esgoto de uma cidade ou da sua rede de esgotos, em uma estação de tratamento de esgoto.
Alguns municípios têm condições de construir estações centralizadas de tratamento de esgoto conectadas a extensas redes de esgoto. Estes tendem a ter instalações de tratamento de lodo dedicadas. Cidades e áreas rurais têm estações de tratamento de esgoto menores que podem juntar seu lodo em centrais de lodo para um tratamento adequado e econômico do lodo pelo ganho de escala.
Na maioria dos países em desenvolvimento e emergentes, infelizmente, as águas residuais são descartadas em ambientes naturais sem tratamento porque as empresas de abastecimento de água não possuem infraestrutura suficiente para coletar e tratar as águas residuais, não tendo, por consequencia condições para separar e tratar o lodo que elas contêm.
Também é possível que as concessionárias de água recolham o lodo de fossas sépticas, ou seja, recipientes para lodo fecal para casas ou estabelecimentos que não estejam conectados a linhas de esgoto, também conhecidos como sistemas descentralizados. O lodo é então idealmente transportado para tratamento para uma estação de tratamento de águas residuais próxima ou para um centro de lodo.
Como o lodo é tratado?
Há muitas maneiras de tratar o lodo de esgoto municipal. As empresas de água preferem processos econômicos que lhes permitam lidar com o lodo enquanto cumprem com as regulamentações locais ou nacionais.
Uma das opções mais econômicas escolhidas por muitas estações de tratamento de esgoto de médio e grande porte é a digestão. Outras opções, como calagem e compostagem em larga escala, também estabilizam a matéria orgânica no lodo, mas neste artigo focalizamos a digestão.
Durante as primeiras etapas do tratamento de esgoto, o lodo bruto (ou cru) é separado do esgoto através de um ou vários processos. O lodo resultante é encaminhado para um tratamento dedicado. O tratamento convencional do lodo utilizando a digestão normalmente segue estas etapas em série: espessamento, digestão anaeróbica e desidratação antes da utilização do biogás e reutilização ou descarte de biossólidos.
Espessamento do lodo
Mesmo que a maior parte da água seja separada no início do tratamento de águas residuais, o lodo bruto ainda é fisicamente muito líquido. O espessamento do lodo é uma etapa com baixa demanda de energia que separa mais água dos componentes sólidos antes da digestão anaeróbica. Ele reduz o volume total de lodo e aumenta a proporção de sólidos no lodo. O lodo antes do espessamento geralmente contém cerca de 2-4% de sólidos por peso, e o espessamento pode obter este conteúdo de até 16-18% de sólidos por peso (também chamado %SS ou sólidos secos).
Há muitos métodos ou equipamentos para realizar o espessamento. O mais simples é o espessamento por gravidade, que usa a gravidade para decantar e concentrar a parte sólida do lodo. Geralmente tem um mecanismo de raspagem lenta que ajuda a decantar o lodo “espessado” na parte inferior do adensador gravitacional. Outros métodos de espessamento incluem flotação por ar dissolvido, espessamento centrífugo, espessamento por correia de gravidade e espessamento por tambor rotativo. Cada uma destas tecnologias tem seus prós e contras.
Como quantificamos a lama?
Embora seja fisicamente muito líquido antes de entrar no fluxo de tratamento, o lodo é freqüentemente expresso em termos de seu conteúdo de sólidos.
As métricas comuns incluem toneladas* de “sólidos secos” (tDS) e “% de sólidos secos (%DS)”.
Essas unidades mostram a quantidade de sólidos por peso no lodo. Isto pode ser medido com uma amostra em um laboratório.
O lodo, juntamente com seu conteúdo de água, é frequentemente expresso em toneladas úmidas.
* 1 tonelada = 1 tonelada métrica
Digestão de lodo
Há dois tipos principais de digestão em uma estação municipal de tratamento: anaeróbica (sem oxigênio) e aeróbica (com oxigênio). Dos dois, a digestão anaeróbica é freqüentemente mais econômica e tem a vantagem financeira e ambiental de produzir biogás e menores volumes de biossólidos.
A digestão anaeróbica (AD) utiliza uma temperatura elevada e os microorganismos naturalmente presentes no lodo para quebrar e depois fermentar o lodo, reduzindo os patógenos no material. A temperatura pode ser mesófila, ocorrendo de forma ideal entre 30-38 °C ou termófila, de forma ideal a 49-57 °C. A digestão anaeróbica mesófila (MAD) é mais comum porque consome menos energia e é mais estável, mas requer tempos de retenção mais longos nos tanques de digestão.
A digestão anaeróbica é um processo lento que ocorre em grandes tanques herméticos por cerca de 15 a 30 dias. Como são necessários longos períodos dentro desses tanques, eles são ocupam uma área significativa para poder processar todo o lodo que precisa ser digerido.
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O processo AD tem quatro etapas biológicas: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. Estas etapas transformam os açúcares e proteínas complexas do lodo em dióxido de carbono, água e metano, mas ainda deixam para trás um volume considerável de sólidos, em sua maioria orgânicos. Como a digestão anaeróbica produz biogás, uma mistura basicamente de metano e dióxido de carbono, o peso e volume restante do lodo é reduzida. O biogás é coletado e utilizado como combustível para produzir calor, eletricidade ou purificado a biometano que pode ser introduzido na rede de gás natural ou utilizado como combustível para transporte. Mesmo quando queimado, a queima do biogás é importante para evitar grandes emissões de metano na atmosfera, mitigando efeitos de gases estufa e mudança climática.
Cidades com instalações de esgoto mas sem processo de digestão tendem a usar outros métodos para estabilizar a matéria orgânica no lodo. Estes métodos também podem ser usados em combinação com a digestão.
• A compostagem e a adição de cal, também chamada de estabilização alcalina, são processos de tratamento generalizados que permitem que os biossólidos sejam reciclados ou reutilizados como produtos para aplicação em solo, assim como a digestão.
• Procedimentos de tratamento termoquímico como a incineração.
• A secagem térmica, que aumenta o conteúdo de sólidos secos (DS) do lodo muito mais que o espessamento ou desidratação, mas que também é muito intensiva em energia.
Desidratação de biosólidos
O lodo digerido anaerobicamente é chamado de biossólido e contém principalmente água, com o teor de sólidos secos normalmente de 6-12%. O desaguamento reduz o teor de água e é diferente do espessamento, pois requer mais energia e produz um produto mais seco.
Os belt-press (BFP) e centrífugas são tecnologias comuns de desaguamento. Os belt-press utilizam uma série de correias móveis projetadas para espremer a água de biossólidos para um conteúdo de sólidos secos (SS) de cerca de 15 a 30% ou mais, dependendo do tipo de lodo bruto e da configuração de digestão utilizada. As centrífugas “empurram” o conteúdo mais sólido de lodo para as paredes de um vaso rotativo e coletam a água separada.
Outros métodos e equipamentos de desaguamento incluem lagoas, leitos de secagem solar e diferentes prensas como a prensa de rosca, a prensa de filtro e a prensa rotativa. Naturalmente, o lodo bruto também pode ser desidratado diretamente, especialmente antes da incineração ou da destinação em aterro sanitário. O conteúdo de sólidos secos do lodo desidratado varia muito, dependendo da natureza do lodo e dos métodos utilizados.
A água separada recuperada tanto no espessamento como na desidratação, conhecida como licores, centrado ou água de rejeito em alguns países, geralmente é devolvida ao início ou à entrada da instalação de tratamento de águas residuais. Em alguns casos, ela deve primeiro passar por um tratamento especial, conhecido como tratamento de licor.
Como são diferentes o espessamento e o desaguamento?
Ambos são meios de reduzir o teor de água do lodo. O espessamento consome menos energia, pois remove apenas parte da água livre no lodo através de métodos como decantação ou centrifugação.
O desaguamento remove a água ligada aos sólidos. Pode utilizar processos químicos, principalmente adicionando compostos (chamados polímeros) que ajudam a melhor coagular os sólidos das águas residuais e, portanto, separar a água de forma mais eficiente.
Desenvolvimentos no tratamento de lodo
Novas tecnologias e equipamentos otimizam ou expandem o processo de tratamento de lodo descrito acima, o qual permaneceu praticamente inalterado durante todo o século passado. Algumas são modificações do processo de digestão, e algumas são específicas para o processamento do biogás produzido na digestão, enquanto outras estão focadas na recuperação de nutrientes, como o fósforo.
Bons exemplos de desenvolvimento na indústria são as plantas que utilizam a digestão anaeróbica avançada e produzem biosólidos de alta qualidade. A digestão anaeróbica avançada refere-se basicamente a uma modificação do processo de digestão anaeróbica convencional ou a tecnologia ou métodos complementares que melhoram a digestão ao aumentar a biodegradabilidade do lodo. Ela permite às concessionárias processar mais lodo e gerando volumes menores (e de melhor qualidade) de biossólidos, ao mesmo tempo em que gera mais energia renovável na forma de mais biogás.
Exemplos de opções avançadas de digestão incluem o seguinte:
• Hidrólise térmica
• Pasteurização
• Digestão anaeróbica termófila (TAD)
• Hidrólise enzimática
O processo de hidrólise térmica está se tornando uma opção conhecida de pré-tratamento para a digestão anaeróbica mesofílica com múltiplas vantagens de custos e ambientais. Este processo é atualmente utilizado em mais de 40% do lodo do Reino Unido e está em expansão na União Européia, nos Estados Unidos e em muitos outros países.
O que acontece depois que o lodo é tratado?
Uma vez que o lodo é tratado e considerado biossólido, as concessionárias de água precisam enviar o produto biossólido para fora da estação de tratamento de águas residuais para descarte ou reutilização. O tratamento de biossólidos normalmente se enquadra em uma destas categorias:
• Uso agrícola ou aplicação no solo como fertilizante do solo, corretivo de solo, ou como parte de um produto para solo (como organomineral);
• Armazenamento ou disposição de superfície, ou seja, aterro sanitário, enchimento e colocação em áreas degradadas geralmente distantes dos residentes;
• Incineração e subsequente aterro sanitário ou reutilização das cinzas produzidas;
• despejo marítimo ou o despejo em locais abertos é amplamente proibido em muitos países até hoje, mas ainda pode ocorrer.
Dessas opções, a aplicação em terras agrícolas ou não agrícolas é considerada um modo de reutilização, enquanto as outras são frequentemente referidas como métodos de disposição. A aplicação em solo é atualmente considerada como a opção mais responsável do ponto de vista ambiental. Ainda assim, é um desafio mesmo para muitos países desenvolvidos por causa da limitação de terras próximas ou componentes biossólidos que podem não ser espalhados na terra em grandes quantidades, tais como metais pesados ou microplásticos.
Fonte: Cambi.
