a utilizaÇÃo de lodo de esgoto como alternativa ...objdig.ufrj.br/10/teses/773710.pdf · colunas...
TRANSCRIPT
RENATA DE CARVALHO JIMENEZ ALAMINO
A UTILIZAO DE LODO DE ESGOTO COMO ALTERNATIVA
SUSTENTVEL NA RECUPERAO DE SOLOS DEGRADADOS:
Viabilidade, avaliao e biodisponibilidade de metais
Tese de Doutorado (Geologia)
UFRJ
Rio de Janeiro
2010
ii
UFRJ
Renata de Carvalho Jimenez Alamino
A UTILIZAO DE LODO DE ESGOTO COMO ALTERNATIVA SUSTENTVEL NA
RECUPERAO DE SOLOS DEGRADADOS: Viabilidade, avaliao e
biodisponibilidade de metais
V. 1
Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como requisito necessrio obteno do grau de Doutor em Cincias (Geologia).
rea de concentrao:
Geologia de Engenharia e Ambiental
Orientadores:
Helena Polivanov
Tcio Mauro Pereira de Campos
Rio de Janeiro
Janeiro, 2010
iii
RENATA, de Carvalho Jimenez Alamino
A utilizao de lodo de esgoto como alternativa sustentvel na recuperao de solos degradados: Viabilidade, avaliao e biodisponibilidade de metais - Rio de Janeiro: UFRJ / IGeo, 2010.
xxi, 221f.: il., anexos, 30cm
Tese (Doutorado em Geologia) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Geocincias, Programa de Ps-graduao em Geologia, 2010.
Orientadores: Helena Polivanov, Tcio Mauro Pereira de Campos 1. Geologia. 2.Setor de Geologia de Engenharia e Ambiental Tese
de Doutorado. I. Helena Polivanov. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Geocincias, Programa de Ps-graduao em Geologia. III. Ttulo.
iv
Renata de Carvalho Jimenez Alamino
A UTILIZAO DE LODO DE ESGOTO COMO ALTERNATIVA SUSTENTVEL NA
RECUPERAO DE SOLOS DEGRADADOS: Viabilidade, avaliao e
biodisponibilidade de metais
Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como requisito necessrio obteno do grau de Doutor em Cincias (Geologia).
rea de concentrao:
Geologia de Engenharia e Ambiental
Orientadores:
Helena Polivanov
Tcio Mauro Pereira de Campos
Aprovada em: 29 . maro . 2010.
Por:
________________________________________ Andra Ferreira Borges, UFRJ
_______________________________________ Antonio Soares da Silva, UERJ
________________________________________ Maria Cludia Barbosa, COPPE/UFRJ
_______________________________________ Izabel Christina d'Almeida Duarte de Azevedo, UFV
_______________________________________ Emilio Velloso Barroso, UFRJ
v
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Mauro & Mrcia; irmos, Ana Carolina & Wagner; e avs, Tio
& Dina e Miguel & Ondina (in memorian) por serem meus anjos da guarda e porto
seguro;
Ao meu amor, Luis Mauricio, por colorir o meu cu e tornar a minha vida mais
feliz;
Aos amigos Patricia Moraes, Andr Ferreira, Vitor Hugo Gomes, Olga
Venimar e Ingrid Lage pelo companheirismo, pelas alegrias e por enxugarem minhas
lgrimas nos momentos difceis;
professora e orientadora Helena Polivanov, pelos momentos de
descontrao no decorrer da pesquisa;
Ao professor e orientador Tcio Mauro Pereira de Campos, pelas sugestes e
financiamentos ao longo da pesquisa; sem os quais no seria possvel a composio
desta tese;
A CAPES, pelo custeio da bolsa de estudos, e s demais
instituies/programas (PRONEX, FAPERJ e PROAP) pelo incentivo financeiro;
Aos professores Emlio Velloso Barroso e Andra Ferreira Borges pela
presena e preocupao constantes, pelos conselhos pertinentes ao trabalho;
Ao professor Antnio Soares da Silva pela ajuda indispensvel na
interpretao da micromorfologia dos solos.
Aos demais professores e/ou funcionrios e/ou colaboradores do
Departamento de Geologia da UFRJ; pela ajuda fundamental durante toda a
jornada; especialmente aos tcnicos de laboratrio Osrio Luiz da Silva e Roberto
vi
Gomes Lima, secretria Christina Barreto Pinto, ao tcnico de laminao Tarcsio
Raymundo de Abreu e ao funcionrio do IGeo, Sr. Sidney;
A todos que passaram pelo Laboratrio de Absoro Atmica no decorrer
destes quase cinco anos. Especiais aos fiis estagirios Bruno Cruz, Vitor Silos e
Thiago Teles, principalmente pelas noites mal dormidas no cho do frio laboratrio;
ao Filipe Fratte e Leandro Victor pelo auxlio nas sadas de campo e pela agradvel
e divertida convivncia nos laboratrios;
A Companhia Estadual de guas e Esgotos do Rio de Janeiro (CEDAE) e aos
seus funcionrios que gentilmente cederam o lodo de esgoto para a pesquisa;
Ao gegrafo Ricardo Csar e ao Centro de Tecnologia Mineral (CETEM) pela
gentil realizao de ensaios laboratoriais;
Ao Laboratrio de Fluorescncia de Raios-X do Departamento de Geologia da
UFRJ, em nome do professor Jlio Mendes, pela realizao dos ensaios de Anlise
Qumica Total;
Ao engenheiro agrnomo Silvio Tavares e Embrapa Solos pela realizao
das anlises qumicas no solo e no percolante das colunas.
A todos que direta ou indiretamente colaboraram para a realizao deste
trabalho.
MUITO OBRIGADA!
vii
o barro
toma a forma
que voc quiser
voc nem sabe
estar fazendo apenas
o que o barro quer
[Paulo Leminski]
viii
RESUMO
ALAMINO, Renata de Carvalho Jimenez. A utilizao de lodo de esgoto como
alternativa sustentvel na recuperao de solos degradados: Viabilidade,
avaliao e biodisponibilidade de metais. Rio de Janeiro, 2010. xxi, 221 f. Tese
(Doutorado em Geologia) Programa de Ps-Graduao em Geologia, Instituto de
Geocincias, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
Atualmente um dos grandes problemas envolvendo o meio ambiente a disposio final de resduos potencialmente txicos produzidos pela ao antropognica. Dentre tais, destaca-se o lodo de esgoto, que um resduo produzido durante o processo de tratamento de guas residurias em estaes de tratamento de esgoto (ETE). O presente trabalho tem como objetivo avaliar o aproveitamento do lodo de esgoto na recuperao de reas degradadas em ambientes tropicais por meio de simulaes em laboratrio da incorporao do lodo no campo. Amostras de Latossolo (Duque de Caxias RJ), de Chernossolo (Vila Kennedy RJ) e de lodo de esgoto (ETE Ilha do Governador RJ) foram coletadas e os seguintes ensaios viabilizados: (i) teores (bio)disponveis de compostos inorgnicos por meio de fracionamento qumico e colunas de lixiviao; (ii) distribuio dos elementos nas fraes do sistema solo-lodo aps a incorporao do lodo de esgoto e sua especiao; (iii) o transporte por meio de ensaios de coluna de lixiviao com retro-anlises utilizando o programa computacional Pollute. De maneira geral possvel assegurar, com base nos ensaios de coluna e nas modelagens que a lixiviao dos metais estudados ocorreu mais rapidamente nas amostras de Latossolo do que nas de Chernossolo, ratificando os resultados encontrados na caracterizao dos solos, nos ensaios de extrao sequencial e nos testes de adsoro e retardo. Recomenda-se a utilizao de lodo de esgoto na recuperao de reas degradadas desde que sejam observadas as condies de contorno da rea a ser aplicada e que severos critrios de monitoramento e fiscalizao sejam estabelecidos.
Palavras-chave: lodo de esgoto, solos, metais.
ix
ABSTRACT
ALAMINO, Renata de Carvalho Jimenez. A utilizao de lodo de esgoto como
alternativa sustentvel na recuperao de solos degradados: Viabilidade,
avaliao e biodisponibilidade de metais. [The use of sewage sludge as sustainable
alternative in the recovery of degraded soils: Viability, evaluation and biodisponibility
of metals]. Rio de Janeiro, 2010. xxi, 221 f. Tese (Doutorado em Geologia)
Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, Universidade
Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2010.
One of the major problems involving the environment is the final disposal of potentially toxic wastes produced by anthropogenic inputs. Among these stands out the sewager sludge, which is a residue produced during wastewater processing in sewage treatmentplants. This study aims to evaluate the use of sewage sludge to recovery degraded areas in tropical environments by means of laboratory simulation tests of the incorporation of the sewage sludge in the field. Oxisols and Mollisols samples from Duque de Caxias RJ and Vila Kennedy RJ, and sewage sludge from Ilha do Governador - RJ were collected and tested: These included: (i) inorganic (bio)availability by sequential extraction and column percolation, (ii) elements distribution in soil fractions of the soil-sludge after the incorporation of sewage sludge and its speciation, (iii) solute transport through the column tests with backanalysis using the software Pollute. It wad verified that metals leaching occurred faster in samples of Oxisols than on Mollisols, confirming the results of soil characterization and sequential extraction tests of adsorption and retardation. It is recommended the use of sewage sludge in degraded areas since there are observed the outline conditions of the area and a severe criteria of monitoring and inspection are established. Keywords: sewage sludge; soils, metals.
x
LISTA DE FIGURAS
Figura 2:1. Tratamento da fase lquida de esgotos. (1) cidade (2) rede de esgotos (3) e (4) tratamento preliminar, grades e caixa de areia (5) tratamento primrio, decantador (6) e (7) tratamento secundrio, tanque de aerao e decantador (8) desaguamento no rio. Fonte: Sabesp (2009). ____________________________________________ 30
Figura 2:2. Tratamento da fase slida. (1) cidade (2) entrada do lodo primrio (3) entrada do lodo secundrio (4) adensadores (5) flotadores (6) digestores (7) filtro prensa (8) esteira (9) tortas para o aterro sanitrio. Fonte: SABESP (2009). ______________ 34
Figura 2:3. Esquema genrico de um sistema de monitoramento para a disposio final do lodo _____________________________________________________________ 53
Figura 3:1. Relaes entre geodisponibilidade e biodisponibilidade dos elementos qumicos (CORTECCI, 2001) _________________________________________________ 59
Figura 3:2. Diagramas Eh-pH compilados de (GSJ, 2005) para Cd, Pb, Zn, Cr, Cu e Ni gerados a partir do banco de dados FACT do programa computacional FactSage 5.2 (BALE et al., 2002). ______________________________________________ 68
Figura 3:4. Esquema de uma coluna de solo, com entrada do percolante e sada do efluente. _________________________________________________________________ 86
Figura 4:1. Detalhe da coleta de amostra indeformada do horizonte Bw de um Latossolo retirado na rodovia Washington Luiz, km 111 - Duque de Caxias, RJ. __________ 92
Figura 4:2. Detalhe da coleta de amostra indeformada do horizonte Bt de um Chernossolo retirado prximo ao n 34.926 da Av. Brasil, no Caminho Rodrigues, em Vila Kennedy - RJ. _____________________________________________________________ 93
Figura 4:3. Etapas do processamento e coleta do lodo na ETIG: (a) decantadores; (b) digestores; (c) centrfuga de desaguamento e (d) coleta no caminho caamba. _ 94
Figura 4:4. Classificao morfolgica dos poros (adaptado de BREWER, 1976) _________ 99
Figura 4:5. Mtodo de fracionamento descrito por Mann & Ritchie (1993) com algumas adaptaes propostas por Gomes et. al. (1997; 2001). _____________________ 102
Figura 4:6. Teste de toxicidade aguda com oligoquetas da espcie Eisenia Andrei. _____ 105
Figura 4:7. Teste de fuga com oligoquetas da espcie Eisenia andrei; preparao do recipiente contendo lodo de esgoto e solo artificial (A) e incio do ensaio com solo artificial e Latossolo acrescido de lodo de esgoto (B). ______________________ 106
Figura 4:8 Esquema da coluna de lixiviao utilizada no ensaio. ____________________ 108
Figura 4:9. Esquema do sistema de reservatrio utilizado no ensaio de coluna de lixiviao. ________________________________________________________________ 109
Figura 4:10. Sistema de filtrao do percolado no ensaio de coluna de lixiviao. _______ 110
Figura 4:11. Esquema de coluna de lixiviao contendo: (1) reservatrio superior, (2) reservatrio inferior, (3) vazadouro, (4) colunas de solo (5) funis e (6) provetas para recolhimento do percolado. __________________________________________ 110
xi
Figura 4:12. Amostras coletadas, acondicionadas e identificadas aps lixiviao em coluna. ________________________________________________________________ 112
Figura 4:13. ICP-MS da Perkin Elmer Instruments. Laboratrio da Embrapa Solos, RJ. __ 113
Figura 4:14. A: Aparato da coluna desmontado: (1) membrana geotxtil, (2) corpo de prova com amostra, (3) lodo de esgoto e (4) parte superior da coluna com pedra porosa. B: Amostra de solo fora do corpo de prova. ________________________________ 113
Figura 4:15. Amostra depois de percolada na coluna, pronta para a impregnao e posterior confeco de lmina visando anlise micromorfolgica. ____________________ 114
Figura 4:16. Equipamentos utilizados na deteco de metais das amostras de solo das colunas. A: ICP-AES e B: Digestor de microondas. Laboratrio da Embrapa Solos, RJ. _____________________________________________________________ 114
Figura 4:17. Tela do software Pollute para a entrada dos dados gerais. ______________ 116
Figura 4:18. Tela do software Pollute para a entrada dos dados das camadas ________ 116
Figura 4:19. Tela do software Pollute para a entrada das condies de contorno ______ 117
Figura 4:20. Tela do software Pollute para escolha do tipo de sada dos resultados ____ 117
Figura 5:1. Extrao sequencial para a amostra de Latossolo & dose ideal de lodo de esgoto. ________________________________________________________________ 131
Figura 5:2. Extrao sequencial para a amostra de Latossolo & dose dupla de lodo de esgoto. ________________________________________________________________ 131
Figura 5:3. Extrao sequencial para a amostra de Chernossolo & dose ideal de lodo de esgoto. __________________________________________________________ 132
Figura 5:4. Extrao sequencial para a amostra de Chernossolo & dose dupla de lodo de esgoto. __________________________________________________________ 133
Figura 5:5. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao I. ___________________________ 134
Figura 5:6. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao II. __________________________ 135
Figura 5:7. Fracionamento dos metais nas amostras de Chernossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao I. ______________________ 136
Figura 5:8. Fracionamento dos metais nas amostras de Chernossolo (1x dose ideal; 2x dose dupla de lodo de esgoto) durante a Extrao II. ______________________ 136
Figura 5:9. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose ideal de lodo de esgoto durante a Extrao I. ____________ 138
Figura 5:10. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose ideal de lodo de esgoto durante a Extrao II. ____________ 138
Figura 5:11. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose dupla de lodo de esgoto durante a Extrao I. ___________ 140
xii
Figura 5:12. Fracionamento dos metais nas amostras de Latossolo (LT) e Chernossolo (CH) acrescidas da dose dupla de lodo de esgoto durante a Extrao II. ___________ 141
Figura 5:13. Porcentagem de mortalidade dos organismos testados durante o ensaio de toxicidade aguda nos diferentes tipos de solo. ___________________________ 147
Figura 5:14. Perda de peso (biomassa) dos organismos testados aps 14 dias de exposio no teste de toxicidade aguda. ________________________________________ 148
Figura 5:15. Resultado do teste de fuga e limite crtico para funo de habitat (
xiii
Figura 5:32. Visada da poro intermediria da lmina LAT 1. Destaque: poros fissurais alongados preenchidos por lodo de esgoto. _____________________________ 176
Figura 5:33. Detalhe da poro superior da lmina LAT 1. Maior reteno de lodo de esgoto nos poros cavitrios do que nos fissurais. _______________________________ 176
Figura 5:34. Lmina LAT 2. Porosidade bem aberta na parte superior da visada. Destaque para a presena de lodo de esgoto na forma de filamentos. _________________ 177
Figura 5:35. Poro intermediria da lmina LAT 2. Presena de lodo de esgoto sob forma de filamentos, orientados. ______________________________________________ 177
Figura 5:36. Detalhe (zoom) da figura anterior mostrando a orientao dos filamentos de lodo de esgoto. _______________________________________________________ 177
Figura 5:37. Base da lmina LAT 2. Porosidade mais fechada e destaque para os poros fissurais bem conectados na direo Ne-Se. _____________________________ 178
Figura 5:38. Parte superior da lmina LAT 3. Destaque para alguns poros fissurais com orientao topo-base bem conectados, ligados a outros de direes variveis. __ 178
Figura 5:39. Parte superior da lmina LAT 3. Porosidade mais aberta entre os poros cavitrios, preenchidos com filamentos de lodo de esgoto (em destaque). _____ 178
Figura 5:40. Parte mediana da lmina LAT 3. Porosidade cavitria mais aberta e resqucios de lodo de esgoto no seu interior. ________________________________________ 179
Figura 5:41. Lmina LAT 3. Na parte superior da visada tem-se uma porosidade cavitria mais fechada, diferentemente da parte inferior. Tambm na parte inferior ocorre a presena de lodo de esgoto. Na parte intermediria observam-se poros fissurais. 179
Figura 5:42. Base da lmina CH 1. Poros cavitrios de dimetros menores, em destaque poros preenchidos por lodo de esgoto. _________________________________ 181
Figura 5:43. Poro intermediria da lmina CH 1. Minerais expansveis preenchendo poros fissurais. _________________________________________________________ 181
Figura 5:44. Poro superior da lmina CH1. Poros fissurais bem finos com pouco preenchimento de lodo de esgoto. _____________________________________ 181
Figura 5:45. Base da lmina CH 2. Em destaque um poro fissural grande sem preenchimento de lodo e poros cavitrios circunvizinhos preenchidos com lodo de esgoto. _____ 182
Figura 5:46. Poro intermediria da lmina CH 2. Poros cavitrios pouco conectados e destaque para os poros fissurais com orientao topo-base. ________________ 182
Figura 5:47. Poro superior da lmina CH 2. Poros cavitrios preenchidos por lodo de esgoto. Destaque para o preenchimento dos poros com material expansivo. ___ 182
Figura 5:48. Poro superior da lmina CH 3. Poros cavitrios, alguns preenchidos por lodo de esgoto, e poros fissurais bem conectados. ____________________________ 183
Figura 5:49. Poro intermediria da lmina CH 3. Maior quantidade de poros cavitrios do que poros fissurais, ao contrrio do observado no topo da lmina. ____________ 183
xiv
Figura 5:50. Base da lmina CH 3. Porosidade cavitria pouco conectada, preenchida completamente ou parcialmente por lodo de esgoto. ______________________ 183
xv
LISTA DE TABELAS
Tabela 2:1. Sntese das fontes de contaminao e efeitos sobre a sade dos principais metais encontrados no lodo (SILVA et al., 2001 modificado). _______________________ 49
Tabela 2:2. Principais agentes patognicos no lodo e doenas causadas pela sua exposio (PROSAB, 1999). ___________________________________________________ 51
Tabela 2:3. Principais impactos ambientais relacionados a disposio de lodo de esgoto no solo (LARA et al., 2001; PROSAB, 1999). ________________________________ 53
Tabela 2:4. Limites mximos de concentrao de substncias inorgnicas permitidos em lodo de esgoto destinado para fins agrcolas (BRASIL, 2006a). ___________________ 55
Tabela 2:5. Limites mximos de agentes patognicos permitidos em lodo de esgoto destinado para fins agrcolas e suas respectivas classes (BRASIL, 2006a). ______________ 55
Tabela 3:1. Relao entre Eh, pH e mobilidade de alguns elementos essenciais e potencialmente txicos (hachurados). Adaptado de PLANT et al. (1996) apud BELL (1998). ___________________________________________________________ 63
Tabela 3:2. Capacidade de troca catinica dos principais argilominerais atribudos por GRIM, 1968 (adaptado de ELBACH, 1989). ___________________________________ 71
Tabela 3:3. Srie tpica de Mitchell e de Triegel quanto a preferncia da troca catinica. Adaptado de ELBACH (1989). ________________________________________ 71
Tabela 3:4. Sntese dos mtodos de extrao seqencial com respectivos extratores. ____ 80
Tabela 3:5. Coeficientes de difuso em soluo para diluio infinita, a 25C. __________ 85
Tabela 4:1. Relao de amostras obtidas no ensaio de coluna de lixiviao ___________ 111
Tabela 5:1. Resultados das anlises granulomtricas e dos limites de Atterberg ________ 119
Tabela 5:2. Resultados dos ndices fsicos (umidade, massas especficas dos solos e aparente, porosidade) ______________________________________________ 120
Tabela 5:3. Valores de pH e complexo sortivo para o Latossolo e o Chernossolo _______ 121
Tabela 5:4. Resultado do potencial agronmico do lodo de esgoto. __________________ 122
Tabela 5:5 Resultados (%) do ataque sulfrico e da anlise qumica total dos solos _____ 123
Tabela 5:6. Resultado das avaliaes de metais totais nas amostras de Chernossolo e Latossolo ________________________________________________________ 124
Tabela 5:7. Caracterizao do lodo quanto presena de substncias inorgnicas _____ 124
Tabela 5:8. Caracterizao do lodo de esgoto quanto presena de patgenos ________ 125
Tabela 5:9. Mineralogia dos solos estudados por DRX e percentual de argilominerais ___ 126
Tabela 5:10. Percentual de metais extrados das fraes residuais das amostras estudadas. ________________________________________________________________ 130
xvi
Tabela 5:11. Sequncia de disponibilidade dos metais nas Extraes I e II de acordo com as fraes analisadas (LT Latossolo, CH Chernossolo, 1x dose ideal de lodo, 2x dose dupla de lodo) ________________________________________________ 142
Tabela 5:12. Sequncia de disponibilidade das fraes nas Extraes I e II de acordo com os metais Cd, Cu, Ni e Zn (LT Latossolo, CH Chernossolo, 1x dose ideal de lodo, 2x dose dupla). __________________________________________________ 143
Tabela 5:13. Valores de pH, condutividade eltrica e fora inica dos extratos _________ 143
Tabela 5:14. Distribuio percentual das espcies qumicas de Ni, Cd, Zn e Cu nas fraes das amostras de Latossolo e de Chernossolo acrescidas de dose ideal e de dose dupla de lodo de esgoto _____________________________________________ 146
Tabela 5:15. Atributos fsicos dos solos para o ensaio de coluna ____________________ 150
Tabela 5:16. Vazes mdias nas colunas de Chernossolo e Latossolo. _______________ 153
Tabela 5:17. Condutividade hidrulica (K), velocidade de Darcy (q), velocidade mdia de deslocamento (v), velocidade da partcula (vp) e nmero de Reynolds (Re). ____ 153
Tabela 5:18. Concentraes inicias (C0) dos metais estudados. _____________________ 155
Tabela 5:19. Concentrao mnima e mxima dos metais detectados na lixiviao. _____ 155
Tabela 5:20. Resultados da anlise qumica total de metais nas amostras retiradas dos cilindros das colunas ensaiadas. Valores hachurados acima dos limites de referncia estipulados pela CETESB (2005) para solos. ____________________________ 158
Tabela 5:21. Anlises qumicas totais de metais no lodo (equivalente a 100%) e nas amostras de Latossolo e Chernossolo __________________________________________ 159
Tabela 5:22. Resultados das anlises de rotina (fertilidade) nas amostras de Latossolo e Chernossolo, antes e depois do ensaio de lixiviao em colunas. ____________ 172
Tabela 5:23. Resultados das anlises de carbono orgnico e matria orgnica (calculada) nas amostras de Latossolo e Chernossolo, antes e depois do ensaio de lixiviao em colunas. _________________________________________________________ 172
xvii
Lista de Smbolos
Va velocidade linear de adveco [LT-1]
C concentrao de espcie qumica em soluo [ML-3]
x distncia na direo do fluxo [L]
t tempo [T]
massa especfica aparente seca do solo [ML-3]
s massa especfica dos slidos [ML-3]
n massa especfica aparente do solo [ML-3]
porosidade do solo
v velocidade mdia da gua subterrnea [LT-1]
k condutividade hidrulica [LT2]
i gradiente hidrulico [LL-1]
Dh coeficiente de disperso hidrodinmica da espcie qumica [L2T-1]
De coeficiente de difuso molecular da espcie em meio poroso [L2T-1]
Dm coeficiente de disperso mecnica [L2T-1]
L coeficiente de dispersividade longitudinal [L]
T coeficiente de dispersividade transversal [L]
v velocidade linear mdia [LT-1]
W coeficiente de tortuosidade (W
xviii
M constante, quantidade mxima de soluto adsorvida pelo solo [MM-1]
KL constante relacionada com a energia de adsoro [L3M-1]
Kd coeficiente de partio ou distribuio [L3M-1]
Rd fator de retardamento
v velocidade linear mdia do fluido no meio poroso (velocidade de percolao) [LT-1]
vc taxa mdia de migrao do centro de massa de uma dada espcie qumica [LT-1]
IP ndice de plasticidade
LL limite de liquidez
LP limite de plasticidade
As atividade de Skempton
m massa de solo seca adicionada ao recipiente [M]
V volume de soluo adicionado ao recipiente [L]
xix
Sumrio
1 INTRODUO_______________________________________________________ 22
1.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 22
1.2 Objetivo da Pesquisa_________________________________________________ 26
1.3 Contedo da Dissertao _____________________________________________ 26
2 LODO DE ESGOTO: CARACTERSTICAS, PRODUO E DISPOSIO _______ 28
2.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 28
2.2 Etapas de Tratamento de Esgoto e Processamento do Lodo ________________ 29 2.2.1 TRATAMENTO DA FASE LQUIDA___________________________________ 30 2.2.1.1 Tratamento Preliminar ___________________________________________ 31 2.2.1.2 Tratamento primrio _____________________________________________ 31 2.2.1.3 Tratamento secundrio __________________________________________ 32 2.2.1.4 Tratamento Tercirio ____________________________________________ 33 2.2.2 PROCESSAMENTO DO LODO (TRATAMENTO DA FASE SLIDA) ________ 33 2.2.2.1 Adensamento __________________________________________________ 35 2.2.2.2 Estabilizao biolgica ___________________________________________ 35 2.2.2.3 Condicionamento do lodo ________________________________________ 36 2.2.2.4 Desaguamento _________________________________________________ 36 2.2.2.5 Disposio final ________________________________________________ 37
2.3 Alternativas para a Disposio Final de Lodos Gerados em ETEs ___________ 37 2.3.1 DISPOSIO NO SOLO ___________________________________________ 38 2.3.1.1 Reciclagem Agrcola e Florestal ___________________________________ 38 2.3.1.2 Disposio em aterro sanitrio _____________________________________ 40 2.3.1.3 Recuperao de reas degradadas _________________________________ 41 2.3.1.4 Landfarming ___________________________________________________ 43 2.3.2 REUSO INDUSTRIAL _____________________________________________ 43 2.3.3 INCINERAO __________________________________________________ 45 2.3.4 CONVERSO EM LEO COMBUSTVEL _____________________________ 45 2.3.5 DISPOSIO OCENICA __________________________________________ 46
2.4 Fatores Limitantes Aplicao de Lodo nos Solos ________________________ 47 2.4.1 METAIS PESADOS _______________________________________________ 47 2.4.2 AGENTES PATOGNICOS_________________________________________ 50 2.4.3 COMPOSTOS ORGNICOS ________________________________________ 51
2.5 Possveis Impactos Ambientais ________________________________________ 52
2.6 Diretrizes para Disposio de Lodo no Solo ______________________________ 54
3 CONTAMINANTES INORGANICOS: MIGRAO, (BIO)DISPONIBILIDADE E MOBILIDADE ___________________________________________________________ 57
3.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 57
3.2 Conceituao de reas Degradadas ____________________________________ 60
xx
3.3 Migrao e Processos de Interao dos Metais nos Solos __________________ 62 3.3.1 PROCESSOS DE INTERAO ENTRE O SOLO E OS CONTAMINANTES ___ 64 3.3.1.1 Especiao Qumica ____________________________________________ 64 3.3.1.2 Oxidao e reduo _____________________________________________ 66 3.3.1.3 Dissoluo e precipitao das fases slidas __________________________ 69 3.3.1.4 Troca Inica ___________________________________________________ 70 3.3.1.5 Adsoro na Matriz do Solo _______________________________________ 72
3.4 A (Bio)disponibilidade dos Compostos Inorgnicos _______________________ 74 3.4.1 CONSIDERAES GERAIS ________________________________________ 74 3.4.2 EXTRAO SEQUENCIAL QUMICA _________________________________ 76 3.4.3 MTODOS DE FRACIONAMENTO QUMICO __________________________ 77
3.5 O Estudo da Mobilidade dos Metais ____________________________________ 82 3.5.1 CONSIDERAES GERAIS ________________________________________ 82 3.5.2 O TRANSPORTE PROCESSOS FSICOS ___________________________ 83 3.5.3 ENSAIOS DE COLUNA DE LIXIVIAO ______________________________ 86 3.5.4 SIMULAO NO PROGRAMA POLLUTE V7 __________________________ 88
4 METODOLOGIA DA PESQUISA ________________________________________ 90
4.1 Consideraes Gerais ________________________________________________ 90
4.2 Caracterizao e Coleta dos Solos e do Lodo de Esgoto ___________________ 91 4.2.1 ANLISES FSICAS ______________________________________________ 95 4.2.2 ANLISES FSICO-QUMICAS E QUMICAS (TOTAIS E SELETIVAS) _______ 95 4.2.2.1 Determinao do pH ____________________________________________ 95 4.2.2.2 Complexo sortivo _______________________________________________ 95 4.2.2.3 Caracterizao do lodo quanto ao potencial agronmico ________________ 96 4.2.2.4 Ataque sulfrico ________________________________________________ 96 4.2.2.5 Anlise qumica total ____________________________________________ 97 4.2.3 ENSAIOS MICROBIOLGICOS _____________________________________ 97 4.2.4 ENSAIOS MINERALGICOS _______________________________________ 98 4.2.5 CARACTERIZAO MORFOLGICA E MICROMORFOLGICA___________ 98
4.3 Ensaios de Disponibilidade de Metais (Fracionamento / Especiao) ________ 100 4.3.1 EXTRAO SEQUENCIAL DOS METAIS ____________________________ 100 4.3.2 ESPECIAO QUMICA - VISUAL MINTEQ __________________________ 103
4.4 Ensaios de Toxicidade dos Solos _____________________________________ 104 4.4.1 TESTE DE TOXICIDADE AGUDA ___________________________________ 105 4.4.2 TESTE COMPORTAMENTAL ______________________________________ 106
4.5 Ensaios de Mobilidade dos Metais_____________________________________ 107 4.5.1 ENSAIOS DE COLUNA DE LIXIVIAO _____________________________ 107 4.5.1.1 Montagem do Ensaio ___________________________________________ 108 4.5.1.2 Procedimentos do ensaio________________________________________ 111 4.5.2 SIMULAES COM O PROGRAMA COMPUTACIONAL POLLUTE _______ 115
5 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS _______________________ 118
5.1 Consideraes Iniciais ______________________________________________ 118
5.2 Anlises Fsicas ____________________________________________________ 118
xxi
5.3 Anlises Fsico-Qumicas e Qumicas Totais e Seletivas __________________ 120
5.4 Ensaios Microbiolgicos_____________________________________________ 125
5.5 Ensaios Mineralgicos ______________________________________________ 126
5.6 Caracterizao Morfolgica e Micromorfolgica _________________________ 127
5.7 Ensaio de Disponibilidade de Metais ___________________________________ 129
5.8 Ensaios de Toxicidade dos Solos _____________________________________ 147
5.9 Ensaios de Mobilidade dos Metais_____________________________________ 149
6 CONCLUSES E SUGESTES ________________________________________ 184
6.1 Concluses Parcias _________________________________________________ 184 6.1.1 CARACTERIZAO DOS SOLOS ESTUDADOS ______________________ 184 6.1.2 ENSAIOS DE DISPONIBILIDADE DE METAIS_________________________ 185 6.1.3 ENSAIOS DE TOXICIDADE DOS SOLOS ____________________________ 186 6.1.4 ENSAIOS DE MOBILIDADE DOS METAIS ____________________________ 186
6.2 Concluso Geral ___________________________________________________ 188
6.3 Sugestes _________________________________________________________ 189
22
1 INTRODUO
1.1 Consideraes Gerais
O crescimento das demandas da sociedade por melhores condies do
ambiente tem exigido das empresas a definio de polticas ambientais mais
avanadas, que geralmente se iniciam pelo tratamento de efluentes lquidos. Esse
tratamento gera um resduo slido, rico em matria orgnica e nutrientes,
denominado lodo de esgoto.
O percentual do esgoto coletado que recebe algum tipo de tratamento baixo
no Brasil (em torno de 1/3), especialmente quando se tem em conta que boa parte
do esgoto produzido no Pas no recolhido por sistemas de coleta, sendo lanado
diretamente no solo e em corpos dgua (BRASIL, 2008).
Assim como o esgoto que no coletado no Pas, a maior parte do resduo
tratado tem destino incerto e, na maioria das vezes, fica exposto ao meio ambiente
ou acaba sendo encaminhado aos aterros de resduos slidos urbanos.
A disposio final e o tratamento dos resduos slidos urbanos no Brasil,
segundo dados do IBGE (1991), so distribudos da seguinte maneira: 76% em cu
aberto (lixo); 13% aterro controlado (lixo controlado); 10% aterro sanitrio; 1%
passa por tratamento (compostagem, reciclagem e incinerao). J no Reino Unido,
aproximadamente 76% dos resduos so dispostos em aterros sanitrios (BELL,
1993), uma diferena significativa ao se comparar com a realidade brasileira.
Nos Estados Unidos, Canad, Austrlia e em vrios pases da Europa, grande
parte do lodo domstico vai para a agricultura, aproveitamento que chega a 65% no
caso dos norte-americanos. Sendo aparentemente to simples, por que o Brasil
ainda no faz melhor uso desses resduos?
COLODRO (2005) explica que aqui se importou a tcnica de tratamento, mas
no houve preocupao com o destino do resduo produzido. Distribudo
desordenadamente, o resduo pode causar trs tipos de impacto ao meio-ambiente:
as presenas de nitrato, de patgenos e de metais pesados. Ele acrescenta que,
enquanto os pases mencionados j usam o lodo de esgoto h 60 anos, o Brasil
soma apenas 10 ou 15 anos de trabalho efetivo na rea.
23
Em todo o mundo, rejeitar o lodo de esgotos um problema ambiental, pois
as estaes de tratamento de esgotos produzem mensalmente uma quantidade
elevada deste material. A rica composio em matria orgnica, nitrognio e fsforo
faz com que o lodo seja considerado um adubo til para condicionar e fertilizar solos
agrcolas ou recuperar reas degradadas.
A poltica ambiental deve ser baseada primordialmente no ecological cycle
management. Nada mais do que um sistema circular onde a quantidade de
resduos reaproveitados deva ser cada vez maior, ao contrrio da quantidade de
resduos gerados (DEMAJOROVIC, 1995).
A busca de alternativas viveis para a disposio final do lodo de esgoto
enquadra-se na preocupao mundial definida pela Agenda 21, que incluiu o tema
manejo ambientalmente saudvel dos resduos slidos e questes relacionadas com
esgotos, e definiu como programas prioritrios: a reduo ao mnimo dos resduos; o
aumento ao mximo da reutilizao e reciclagem ambientalmente saudveis dos
resduos; a promoo do depsito e tratamento ambientalmente saudveis dos
resduos e a ampliao do alcance dos servios que se ocupam dos resduos.
Dentre as alternativas para o aproveitamento e/ou disposio final do lodo de
esgotos, TSUTIYA, (2000) cita a disposio em aterro sanitrio, o reuso industrial, a
incinerao, a converso em leo combustvel, a recuperao de solos e reas
degradadas, o landfarming e a disposio ocenica.
Destas alternativas, a disposio ocenica foi proibida nos Estados Unidos e
em alguns pases da Europa (PROSAB, 1999). Na tica sustentvel, a eliminao
final do lodo de esgoto atravs da incinerao, do uso de landfarming ou pela
disposio em aterros sanitrios empregada apenas quando sua valorizao
impossvel, seja porque o lodo apresenta contaminaes ou, ento, quando nas
reas prximas s estaes no existirem solos adequados ou disponveis
(FERNANDES et al., 2001).
As principais formas de tratamento e destinao final dos resduos produzidos
no Estado do Rio de Janeiro so: reciclagem, aterro municipal, co-processamento,
aterro industrial, estocagem, incinerao, incorporao, fertilizao ou landfarming e
aterro de terceiros (FEEMA1, 2000).
1 Atual INEA.
24
A escolha da alternativa de disposio do lodo passa por avaliaes de ordem
tcnica, econmica e ambiental. Sob a tica ambiental, cada uma das alternativas
apresenta potenciais impactos ao ambiente, que podem ser positivos ou negativos,
podendo valorizar ou condenar a forma de disposio adotada. A sua aplicao
exige ainda investigaes prvias, que devem ser cumpridas, e que devem ser
diferenciadas em funo das condies locais da sua aplicao e do material a ser
utilizado.
A aplicao de lodo de esgotos em solos agrcolas e/ou florestais e tambm
em reas degradadas uma prtica aceitvel, tanto como forma de disposio final
destes materiais, quanto de melhorar as caractersticas fsicas, qumicas e biolgicas
dos solos. Como a rea degradada se caracteriza por no fornecer condies ao
desenvolvimento e fixao da vegetao em funo da falta de matria orgnica e
de nutrientes no solo e da atividade biolgica, a adio do lodo apresenta uma srie
de caractersticas que favorecem a recuperao e o reaparecimento da vegetao
(TSUTIYA, 2000).
No Brasil, o nmero de reas degradadas tem aumentado consideravelmente
ao longo dos anos devido s atividades antrpicas, tais como: construo de
estradas e barragens, minerao e reas agrcolas mal manejadas (DUDA et al.,
1999 apud BEZERRA et al., 2006).
Do ponto de vista econmico, o uso do lodo como fertilizante orgnico
representa o reaproveitamento integral de seus nutrientes e a substituio de
adubao qumica, com rendimentos equivalentes, ou superiores aos conseguidos
com fertilizantes comerciais. O lodo de esgoto tambm pode influenciar
positivamente caractersticas fsicas dos solos, como a formao de agregados de
partculas do solo, com consequente melhoria da infiltrao, da reteno de gua e
da aerao, com reflexos ambientais imediatos, como a reduo da eroso e a
consequente melhoria da qualidade dos recursos hdricos. Dentre as variveis
qumicas, fsicas e biolgicas que afetam a estrutura dos solos, a matria orgnica
pode ser o fator mais importante na formao e estabilidade dos agregados. A
influncia da matria orgnica na agregao do solo um processo dinmico, sendo
necessrio o acrscimo contnuo de material orgnico para manter a estrutura
adequada ao desenvolvimento das plantas. Dessa forma, as propriedades do lodo
de esgoto o tornam interessante para aplicao em solos agrcolas desgastados por
25
manejo inadequado, bem como para recuperao de reas degradadas (KOCSSIS
& MARIA, 2004).
Alguns impactos negativos que podem ser citados devido utilizao no
controlada do lodo de esgoto so: o acmulo de metais pesados, a presena de
compostos orgnicos e agentes patognicos no solo, a lixiviao de compostos
resultantes da decomposio do lodo no solo, a contaminao de corpos hdricos e
reas adjacentes, devido ao escorrimento superficial do material e a volatilizao de
compostos (ANDREOLI et al., 2001).
A disponibilidade e a solubilidade destes metais contidos nos lodos so
controladas por fenmenos de adsoro, complexao, oxi-reduo, e precipitao,
podendo alcanar nveis txicos nos solos. Por essa razo, diversos pases
possuem normas tcnicas regulamentando a maneira adequada de sua utilizao.
No Brasil, em agosto de 2006, foi publicada a Resoluo Conama n 375, que
define critrios e procedimentos, para o uso agrcola de lodos de esgoto gerados
em estaes de tratamento de esgoto sanitrio e seus produtos derivados, e d
outras providncias.
Uma forma de se estudar a distribuio dos metais em suas diversas formas
no solo pela extrao seletiva ou sequencial, tambm chamada de fracionamento
sequencial. Em geral, usa-se uma sequncia de extratores cada vez mais fortes para
retirar os metais das diversas fraes dos solos.
Toda e qualquer discusso envolvendo o uso de materiais contendo possveis
elementos txicos deve ser embasada em resultados de pesquisa, para definir o
destino desses elementos no solo e o risco de sua entrada na cadeia alimentar.
Assim, importante buscar ferramentas que permitam interpretar o efeito da
ocorrncia dos metais dentro de uma perspectiva racional.
A literatura internacional sobre o assunto relativamente abundante, de
maneira especial nos EUA e nos pases da Europa Ocidental (SLOAN et al., 1997;
SPOSITO et al., 1982; LAKE et al., 1984; SIMS & KLINE, 1991; ALLOWAY &
JACKSON, 1991; BERTI & JACOBS, 1996; BASTA et al., 2001; BROWN et al.,
2004, etc.). A literatura nacional tambm dispe de algumas importantes
contribuies (PIRES (2003, 2006); BELTIOL et al., 1989; ANDREOLI et al., 2001;
BRASIL, 2006a,b), mas ainda tem-se muito o que descobrir para adaptar as normas
e bases estrangeiras a nossa realidade tropical. Dessa forma, indispensvel o
envolvimento dos rgos de pesquisa e ensino nos estudos sobre os efeitos do lodo
26
de esgoto nos solos tropicais, bem como os seus impactos no ambiente. Esses
estudos devem ser executados preferencialmente por equipes interdisciplinares.
1.2 Objetivo da Pesquisa
Diante deste cenrio preocupante e da necessidade de criao e
aperfeioamento de novas alternativas que minimizem o problema da gerao de
resduos domsticos, esta pesquisa buscou contribuir no cunho ambiental no que diz
respeito ao tema reuso e reciclagem, avaliando o reaproveitamento do resduo lodo
de esgoto na recuperao de reas degradadas em ambientes tropicais.
Assim, procurou-se simular em laboratrio, sob condies controladas e
homogneas, a aplicao deste resduo em campo. Para isso, em duas classes de
solos com caractersticas e composies mineralgicas bem distintas, observou-se o
comportamento dos sistemas solo e lodo antes da incorporao do resduo, e do
sistema solo-lodo durante e aps a aplicao do mesmo.
Objetivou-se ento com essa pesquisa avaliar: (i) os teores (bio)disponveis
de compostos inorgnicos por meio de fracionamento qumico e colunas de
lixiviao; (ii) a distribuio dos elementos nas fraes do sistema solo-lodo aps a
incorporao do lodo de esgoto e sua especiao; (iii) o transporte por meio dos
ensaios de coluna de lixiviao e do programa computacinal Pollute.
1.3 Contedo da Dissertao
O captulo 1 refere-se questo temtica do presente trabalho, relacionando
as metas e os objetivos e fazendo um apanhado de toda a dissertao.
O captulo 2 apresenta a definio de lodo de esgotos: elucida suas principais
caractersticas e faz um apanhado desde a sua produo at sua disposio final,
benfica ou no, apontando os principais impactos ambientais e as diretrizes a que
esto sujeitas.
No captulo 3 tem-se uma viso geral sobre a questo da contaminao
inorgnica nos meios porosos, sendo introduzidas as definies de rea degradada,
biodisponibilidade, migrao e fracionamento qumico.
27
No captulo 4, est relatada a metodologia da pesquisa, sendo apresentados
os ensaios de disponibilidade e mobilidade dos metais e toxicidade dos solos que
foram realizados ao longo dos cinco anos, juntamente com as descries de cada
etapa da caracterizao mineralgica, morfolgica, micromorfolgica, qumica, fsico
qumica, biolgica e fsica das amostras de solos e de lodo de esgoto estudados.
Posteriormente, no captulo 5, so apresentados os resultados das referidas
anlises, seguidas das discusses baseadas nos fundamentos avaliados, buscando-
se possveis explicaes para dar sustento aos achados, tomando como referncia a
literatura existente na rea.
Por fim, no captulo 6, apresentada uma avaliao do estudo no conjunto,
levando em conta suas repercusses e as questes levantadas a partir desse
trabalho, bem como sugestes para futuras pesquisas.
No final da dissertao so listadas as referncias bibliogrficas e
apresentados os anexos.
28
2 LODO DE ESGOTO: CARACTERSTICAS, PRODUO E DISPOSIO
2.1 Consideraes Gerais
Os esgotos, tanto no Brasil quanto no mundo, so classificados em dois
grupos principais: domsticos e industriais. Os primeiros so constitudos
essencialmente de despejos domsticos, uma parcela de guas pluviais e guas de
infiltrao. Eventualmente uma parcela de despejos industriais misturada ao
esgoto domstico.
Os esgotos domsticos ou domiciliares provm principalmente de residncias,
edifcios comerciais, instituies ou quaisquer edificaes que contenham
instalaes de banheiros, lavanderias, cozinhas, ou qualquer dispositivo de
utilizao de gua para fins domsticos. J os industriais, extremamente diversos,
provm de qualquer utilizao de gua para fins industriais, adquirindo
caractersticas prprias em funo, por exemplo, do processo industrial empregado e
do sistema de tratamento utilizado pela empresa (FERREIRA et al., 1999).
A composio mdia do esgoto aponta para uma mistura de gua (99,9%) e
slidos (0,1%), sendo que, do total de slidos, 70% so orgnicos (protenas,
carboidratos, gorduras) e 30% inorgnicos (partculas minerais, sais e metais).
Durante o processo de tratamento, ocorre a separao das fraes slida e lquida.
O tratamento de esgotos resulta na produo de um lodo rico em nutrientes e
matria orgnica, denominado lodo de esgoto (FERNANDES, 2000; GRAY, 2005).
Durante o processo de tratamento, ocorre a separao por decantao das
fraes slida e lquida. A fase lquida pode ser composta por esgotos domsticos,
guas de infiltrao e despejos industriais e a slida denominada de lodo de esgoto
(MELO & MARQUES, 2000). Apesar da constituo do lodo ser de mais de 95% de
gua, por conveno, ele designado de fase slida visando distingui-lo do fluxo do
lquido tratado que chamado de fase lquida (VON SPERLING & GONALVES,
2001).
As caractersticas qualitativas e quantitativas do lodo esto relacionadas com
a densidade populacional, tipo de urbanizao, hbitos sanitrios, condies
ambientais, estao do ano, perfil de sade da comunidade que gera o lodo e tipo
de sistema de tratamento existente (PROSAB, 1999).
29
Segundo BETTIOL et al. (1989) o lodo de esgoto apresenta uma composio
varivel, pois depende da origem e do processo de tratamento do esgoto. Um lodo
de esgoto tpico apresenta em torno de 40% de matria orgnica, 4% de nitrognio,
2% de fsforo e os demais macro (Mg, S e Ca) e micronutrientes (B, Cu, Fe, Zn, Mo,
Cl, Co, Si, Mn e Na). Note-se a ausncia do potssio.
Os principais riscos ambientais relacionados com a reciclagem do lodo no
meio ambiente so representados pelo seu contedo de metais, de compostos
orgnicos, de microrganismos patognicos e pelos riscos de poluio das guas
superficiais e subterrneas. A dinmica de cada elemento qumico deve ser
analisada frente s dosagens consideradas txicas e aos diferentes nveis de
exposio. Os agentes patognicos devem ser analisados segundo seus diferentes
graus de atividade biolgica e concentraes, que definem a sua virulncia, j que,
associada s condies do meio e s suscetibilidades dos hospedeiros, pode se
refletir em algumas alteraes na sade das populaes (PROSAB, 1999).
2.2 Etapas de Tratamento de Esgoto e Processamento do Lodo
Os sistemas de tratamento de esgotos domsticos foram originalmente
concebidos para remover a matria orgnica e os slidos. Posteriormente surgiu a
preocupao em reduzir outros constituintes, como nutrientes e organismos
patognicos (GASI & ROSSIN, 1993 apud CHAGAS, 2000). Atualmente considera-
se que as estaes de tratamento devam atuar como verdadeiras barreiras
disseminao de diversas enfermidades.
Pode-se, ento, separar o tratamento de esgoto domiciliar em 4 nveis
bsicos: preliminar, tratamento primrio e tratamento secundrio que tem quase a
mesma funo, e tratamento tercirio ou ps-tratamento. Cada um deles tm,
respectivamente, o objetivo de remover os slidos suspensos (lixo, partculas
minerais), remover os slidos dissolvidos, a matria orgnica, e os nutrientes e
organismos patognicos. Esses nveis de tratamentos so comum ao Brasil e aos
Estados Unidos.
30
2.2.1 TRATAMENTO DA FASE LQUIDA
A produo do lodo a ser gerado funo principal do sistema de tratamento
utilizado para a fase lquida. Todos os processos de tratamento so iniciados pelo
tratamento preliminar, onde h, necessariamente, a gerao de material gradeado e
areia. Os processos que recebem o esgoto bruto em decantadores primrios geram
o lodo primrio, composto pelos slidos sedimentveis do esgoto bruto. Na etapa
biolgica de tratamento, tem-se o lodo biolgico ou lodo secundrio. Esse lodo a
prpria biomassa que cresceu custa do alimento fornecido pelo esgoto afluente
(Figura 2:1). Dependendo do tipo de sistema, o lodo primrio pode ser enviado para
o tratamento juntamente com o lodo secundrio, resultando o chamado lodo misto.
Em sistemas de tratamento que incorporam uma etapa fsico-qumica (para melhorar
o desempenho do lodo primrio ou para dar um polimento ao efluente secundrio)
tem-se o lodo qumico ou tercirio.
Figura 2:1. Tratamento da fase lquida de esgotos. (1) cidade (2) rede de esgotos (3) e (4) tratamento preliminar, grades e caixa de areia (5) tratamento primrio, decantador (6) e (7)
31
tratamento secundrio, tanque de aerao e decantador (8) desaguamento no rio. Fonte: Sabesp (2009).
2.2.1.1 Tratamento Preliminar
O tratamento preliminar consiste basicamente na remoo de slidos
grosseiros e areia, feita normalmente por meio de grades. Nesta etapa, chamada de
gradeamento, o resduo com dimenses maiores do que o espao entre as barras
nas grades fica retido (FONTES, 2003).
A remoo da areia feita atravs de uma unidade denominada caixa de
areia ou desarenador. Estas unidades so dimensionadas para a remoo apenas
deste slido. Neste processo, o gro de areia sedimenta no fundo da caixa por
causa do seu tamanho e densidade, enquanto a matria orgnica permanece em
suspenso no meio lquido, seguindo para a unidade seguinte (FONTES, 2003).
Normalmente, o material resultante deste tratamento preliminar disposto em
aterros sanitrios.
2.2.1.2 Tratamento primrio
Tem por objetivo remover os slidos em suspenso e os slidos flutuantes. O
tratamento primrio bastante simples - envolve uma tela seguida por um conjunto
de reservatrios ou tanques que deixam a gua em repouso, de modo que os
slidos sejam separados. Nessa unidade, os slidos que possuem densidade maior
do que a da massa lquida vo se depositando lentamente no fundo do tanque e
recebem o nome de lodo primrio. Em seguida, o efluente lquido encaminhado
para o tratamento secundrio, ou para o corpo receptor e o lodo primrio
encaminhado para o tratamento da fase slida, ambos por meio de tubulaes.
Os slidos flutuantes (graxas, leos), em funo da sua densidade, sobem
para a superfcie, onde so removidos, manualmente ou mecanicamente, para
tratamento posterior.
O tratamento primrio pode remover metade dos slidos, materiais orgnicos
e bactrias da gua.
32
Os tipos mais comuns de tratamentos primrios de acordo com a COPASA
(2009) so: (a) Filtros anaerbios, onde os slidos em suspenso se sedimentam no
fundo da fossa sptica e formam o lodo onde ocorre a digesto anaerbia. O lquido
ento encaminha-se para o filtro anaerbio que possui bactrias as quais crescem
aderidas a uma camada suporte formando a biomassa que reduz a carga orgnica
dos esgotos; e (b) Reator Anaerbio de Manta de Lodo (UASB), onde a biomassa
cresce dispersa no meio e no aderida como nos filtros. Essa biomassa, ao crescer,
forma pequenos grnulos, que por sua vez, tendem a servir de meio suporte para
outras bactrias. O fluxo do lquido ascendente e so formados gases metano e
gs carbnico, resultantes do processo de fermentao anaerbia.
2.2.1.3 Tratamento secundrio
Tem por objetivo remover a matria orgnica atravs de processos biolgicos
(nos tratamentos anteriores o processo puramente fsico) (FONTES, 2003).
O esgoto vai para grandes tanques de aerao onde fornecido ar para os
microorganismos contidos nele, fazendo com que esses se multipliquem e se
alimentem de material orgnico, o que formar o lodo e diminuir a carga poluidora
do esgoto.
Depois, o material segue novamente para tanques de sedimentao onde o
lodo formado se deposita no fundo do decantador, deixando a parte lquida livre de
90% das impurezas. Essa gua no potvel, mas pode ser lanada nos rios ou
reaproveitada para fins de limpeza.
Os tipos mais comuns de tratamento secundrio, segundo COPASA (2009)
so: (a) Lagoas de estabilizao, onde os esgotos entram em uma extremidade e
saem na oposta. A matria orgnica, na forma de slidos em suspenso, fica no
fundo da lagoa, formando um lodo que vai aos poucos sendo estabilizado. As algas
existentes no esgoto, na presena de luz, produzem oxignio que liberado atravs
da fotossntese. Esse oxignio dissolvido (OD) utilizado pelas bactrias aerbias
(respirao) para se alimentarem da matria orgnica presente no esgoto, que est
dissolvida e em suspenso. O resultado a produo de sais minerais alimento
das algas - e de gs carbnico (CO2); (b) Lodos ativados, composto,
essencialmente, por um tanque de aerao (reator biolgico), um tanque de
33
decantao (decantador secundrio) e uma bomba de recirculao do lodo. O
princpio do sistema a recirculao do lodo do fundo de uma unidade de
decantao para uma de aerao. Em decorrncia da recirculao contnua de lodo
do decantador e da adio contnua da matria orgnica, ocorre o aumento da
biomassa de bactrias, cujo excesso descartado periodicamente; (c) Tratamento
aerbio com biofilme, onde os esgotos so aplicados sobre um leito de material
grosseiro, como pedras e ripas ou material plstico, e percola em direo a drenos
no fundo. Este fluxo do esgoto permite o crescimento de bactrias na superfcie do
leito, formando uma pelcula de microorganismos. O ar circula nos espaos vazios
entre as pedras ou ripas, fornecendo oxignio para os microorganismos
decomporem a matria orgnica.
2.2.1.4 Tratamento Tercirio
O tratamento avanado destina-se a remover do efluente secundrio as
substncias que o tornam imprprio para determinado fim ou para ser lanado num
manancial dgua. Um exemplo de tratamento tercirio a remoo de partculas
minerais e orgnicas diminutas, em suspenso e dissolvidas no efluente, a fim de
transform-lo em gua potvel. O exemplo mais comum a remoo de nitrognio e
de fsforo presentes, para que estes no favoream a proliferao de algas capazes
de causar odor e sabor na gua do corpo receptor (PROSAB, 1999).
2.2.2 PROCESSAMENTO DO LODO (TRATAMENTO DA FASE SLIDA)
Durante o tratamento da fase lquida e dos processos de estabilizao, h a
gerao de um material com elevado teor de umidade, cuja desidratao
extremamente necessria caso haja necessidade de qualquer operao
subsequente ao tratamento. Apesar de no ser o nico subproduto gerado em uma
estao de tratamento de esgotos, o lodo tem uma importncia maior por ser um
resduo de difcil tratamento e disposio final (JORDO & PESSA, 1995 apud
FONTES, 2003).
34
A maior preocupao com esse lodo restringe-se na remoo da sua umidade
para se atingir um teor de slidos na faixa de 15% a 40% (SOBRINHO, 2000).
uma operao fundamental para a reduo de massa e volume do lodo a ser tratado
ou descartado (Figura 2:2).
Figura 2:2. Tratamento da fase slida. (1) cidade (2) entrada do lodo primrio (3) entrada do lodo secundrio (4) adensadores (5) flotadores (6) digestores (7) filtro prensa (8) esteira (9) tortas para o aterro sanitrio. Fonte: SABESP (2009).
As principais etapas do tratamento do lodo so: adensamento, estabilizao,
condicionamento, desaguamento e disposio final. A implantao ou no de cada
unidade vai depender das caractersticas do lodo gerado e do produto final que se
queira obter, alm dos custos. Os custos representam em torno de 20 a 60% do total
gasto com a operao de uma ETE (ANDREOLI et al., 2001; FERNANDES et al.,
1999; TSUTIYA et al., 2001).
35
2.2.2.1 Adensamento
O adensamento ou espessamento um processo fsico de concentrao de
slidos no lodo visando reduzir sua umidade e, em decorrncia, seu volume,
facilitando as etapas subsequentes de tratamento do lodo. As alternativas de
adensamento incluem o adensamento por gravidade e por flotao.
Os adensadores por gravidade apresentam melhor eficincia quando
utilizados no de lodo proveniente de tratamento primrio. Estas unidades so
semelhantes a um decantador primrio, no qual o lodo sedimenta e adensa no fundo
do tanque, sendo removido por raspadores e encaminhado para a etapa de
estabilizao. O lquido sobrenadante retorna ao incio do processo de tratamento
primrio (JORDO & PESSA, 1995 apud FONTES, 2003).
J os adensadores por flotao so utilizados com maior eficincia quando o
lodo proveniente de tratamento secundrio ou de lodo ativado (excedente). Esse
processo consiste na injeo de bolhas de ar no meio lquido, que aderem s
partculas slidas, fazendo com que a sua densidade diminua e as mesmas sejam
arrastadas para a superfcie, onde so removidas por raspadores (JORDO &
PESSA, 1995).
2.2.2.2 Estabilizao biolgica
A estabilizao visa atenuar o inconveniente de maus odores no tratamento e
manuseio do lodo. A reduo dos odores alcanada atravs da remoo da
matria orgnica biodegradvel componente do lodo. O mtodo mais empregado
para estabilizar o lodo a digesto anaerbia, onde o lodo bruto encaminhado
para o interior de digestores biolgicos totalmente fechados onde bactrias
anaerbias e facultativas estabilizam a matria orgnica produzindo gs carbnico,
metano, massa celular e outros micronutrientes (ANDREOLI et al., 2001).
36
2.2.2.3 Condicionamento do lodo
Para auxiliar no desaguamento do lodo necessria a utilizao de produtos
qumicos conhecidos como agentes coagulantes. Esses produtos so aplicados ao
lodo para favorecer a agregao das partculas de slidos e formao de flocos. O
condicionamento do lodo pode ser realizado atravs da utilizao de polmeros
orgnicos, produtos qumicos inorgnicos ou de tratamento trmico (ANDREOLI et
al., 2001).
Os polmeros inorgnicos podem ser classificados em neutros, catinicos e
aninicos do ponto de vista das cargas de superfcie. Os catinicos so os mais
utilizados pelo fato do lodo possuir cargas eltricas predominantemente negativas.
Os produtos qumicos inorgnicos so utilizados principalmente quando a etapa
posterior (desaguamento) realizada por filtro a vcuo ou filtro de presso
(ANDREOLI et al., 2001).
2.2.2.4 Desaguamento
O desaguamento do lodo pode ser realizado por mtodos naturais ou
mecnicos. O objetivo desta fase remover a gua e reduzir ainda mais o volume,
produzindo lodo com comportamento mecnico prximo ao dos slidos. A
desidratao do lodo tem impacto importante nos custos de transporte e destino
final, alm de influenciar de maneira decisiva o manuseio do lodo, j que o
comportamento mecnico deste varia com o teor de umidade.
Fazem parte do processo de desaguamento por mtodo natural os leitos de
secagem e as lagoas de secagem de lodo. Filtros (prensa e esteira) e centrfugas
so exemplos de mtodos mecnicos, e produzem a chamada torta de lodo, onde a
concentrao de slidos totais fica em torno de 20 a 30% (JORDO & PESSA,
1995).
A gua est ligada aos slidos nos lodos atravs de foras intermoleculares
que esto distribudas em classes distintas de acordo com a facilidade de
separao. A remoo da gua livre realizada por simples ao gravitacional ou
por flotao. o que ocorre nos processos de adensamento, que pode produzir
lodos com totais de slidos aproximadamente de 5% e pode resultar na reduo do
37
volume em torno de 60% com relao ao volume original (GONALVES et al.,
2001). J as guas, adsorvida e capilar, exigem foras maiores para serem
separadas dos slidos presentes no lodo, que podem ser mecnicas ou de origem
qumica. Os filtros-prensa ou centrfugas so exemplos de fora mecnica e o uso
de floculantes, qumica. Os totais de slidos so superiores a 30% resultando um
material denominado torta. A remoo das guas livres, adsorvida e capilar reduzem
de 90 a 95% do volume original do lodo (GONALVES et al., 2001).
2.2.2.5 Disposio final
As alternativas mais usuais para o aproveitamento e/ou destino final de lodos,
segundo FERNANDES et al., 2001, TSUTYA, 2000, FONTES, 2003, JORDO &
PSSOA, 1995 tm sido: (i) a reciclagem agrcola, (ii) a disposio em aterro
sanitrio, (iii) o reuso industrial, (iv) a incinerao, (v) a converso em leo
combustvel, (vi) a recuperao de reas degradadas, (vii) landfarming e (viii) a
disposio ocenica.
Devido importncia deste item, ele ser tratado separadamente, no
subcaptulo abaixo.
2.3 Alternativas para a Disposio Final de Lodos Gerados em ETEs
A avaliao de alternativas para a disposio final do lodo de esgoto
normalmente complexa por envolver aspectos tcnicos, econmicos, ambientais e
legais, que ultrapassam os limites das estaes de tratamento.
Por apresentar em sua composio microrganismos patognicos, metais
pesados e outros compostos txicos, mesmo aps o processo de tratamento, o lodo
quando disposto de maneira inadequada, pode trazer danos ao meio ambiente e a
sade humana. As alternativas de processamento e destino final, quando realizadas
dentro da tica sustentvel, devem se preocupar em produzir um lodo de melhor
qualidade, reduzindo o percentual de patgenos e metais e reciclar ao mximo o
lodo produzido (FERNANDES et al., 2001; TSUTYA, 2000).
38
Atualmente existem vrias formas de disposio do lodo gerado nas estaes
de tratamento, conforme descrito a seguir.
2.3.1 DISPOSIO NO SOLO
Resduos orgnicos provenientes de atividades humanas so usados como
fertilizantes h milhares de anos pelos chineses, japoneses e indianos (OUTWATER,
1994 apud ANDREOLI et al., 2001). No sculo XIX e incio do XX, os sistemas de
tratamento consistiam na disposio direta do esgoto nos solos. Com o
desenvolvimento das tecnologias de tratamento primrio e secundrio, a disposio
no solo decaiu em importncia - no entanto, nos anos 40 e 50, o incremento na
produo de lodo comeou a pressionar as autoridades e o uso agrcola voltou a
crescer.
As diferentes prticas de disposio de lodo de esgoto no solo podem ser
divididas em uso benfico, quando a aplicao beneficiar-se das propriedades do
produto como fertilizante (fornecendo macro e micro nutrientes) e condicionador
(melhorando as caractersticas qumicas e fsicas) dos solos; e descarte, quando as
prticas utilizam-no como substrato para decomposio do resduo ou como local de
estocagem e descarte (ANDREOLI, et al., 2001).
2.3.1.1 Reciclagem Agrcola e Florestal
O lodo proveniente das ETEs, processado de modo a permitir o seu manuseio
de forma segura na utilizao da agricultura, denominado de biosslido. Para a
WEF (1999), o biosslido tambm pode ser utilizado em outros usos benficos. Para
sua disposio final devem ser considerados os seguintes aspectos principais:
produo, qualidade (presena de metais pesados e microrganismos patognicos) e
grau de umidade.
Os biosslidos contm matria orgnica, macro e micronutrientes que
exercem um papel fundamental na produo agrcola e na manuteno da fertilidade
dos solos (TSUTIYA, 2000).
39
Os nutrientes encontrados em maior quantidade so o nitrognio e o fsforo.
Os elementos clcio e magnsio so encontrados em pequenas quantidades salvo
naqueles biosslidos higienizados atravs de caleao, onde so adicionadas
grandes quantidades destes elementos. O potssio est presente em quantidades
muito modestas, porm encontra-se em forma prontamente assimilvel pelas plantas
e normalmente suplementado por fertilizantes qumicos nos solos adubados com
lodo (VON SPERLING et al., 2001).
As quantidades de micronutrientes so variadas no lodo, contendo
geralmente quantidades apreciveis de cobre, zinco e mangans e menores
quantidades de boro, molibdnio e cloro. importante salientar que os
micronutrientes so exigidos em quantidades pequenas e o uso de biosslidos em
nveis elevados pode resultar em efeitos txicos (VON SPERLING et al., 2001).
Alm disso, a matria orgnica exerce importantes efeitos sobre as
propriedades fsicas, qumicas e biolgicas do solo, agindo como um condicionador
e contribuindo substancialmente para o crescimento e desenvolvimento das plantas.
A matria orgnica melhora as caractersticas fsicas do solo, agindo como um
agente cimentante, promove maior agregao de suas articulas, reduz sua coeso e
plasticidade e melhora sua capacidade de reteno de gua. De maneira geral, as
adubaes orgnicas aumentam a infiltrao e a reteno de gua no solo e a
estabilidade dos agregados, tornando estes solos mais resistentes aos processos
erosivos (VON SPERLING et al., 2001).
O biosslido pode contribuir ainda na melhoria da capacidade de troca
catinica do solo, na melhoria do poder tampo de pH e no estmulo atividade
microbiana do solo.
De acordo com a Resoluo Conama n 375 (BRASIL, 2006a) proibida a
utilizao de lodo de esgoto ou produto derivado em pastagens e cultivo de
olercolas, tubrculos e razes, e culturas inundadas, bem como as demais culturas
cuja parte comestvel entre em contato com o solo. Caso esses solos tenham sido
condicionados com biosslidos, essas culturas s ficaro aptas ao consumo aps
um perodo mnimo de 48 meses a contar da ltima aplicao.
Para WEBER (1998) apud TSUTYA (2000), a experincia mundial tem
mostrado que quando os biosslidos so aplicados obedecendo-se as diretrizes
fixadas para o seu uso, no foi constatado efeito adverso sade ou ao ambiente
40
decorrente da sua aplicao, apesar das diretrizes variarem consideravelmente. As
restries ambientais na Europa so mais restritivas que nos Estados Unidos.
Diversos municpios brasileiros esto coletando e tratando adequadamente os
esgotos no sentido de dispor o lodo gerado na agricultura. Algumas cidades como
Campinas, Franca, Jundia, Limeira, Piracicaba, So Jos dos Campos e So Paulo,
SP; Curitiba e Londrina, PR; Belo Horizonte, MG; Braslia, DF; e Campo Grande, MS
entre outras esto tratando os esgotos e gerando lodo (BETTIOL & CAMARGO,
2006).
Os cereais so as culturas mais recomendadas, pois passam por processos
industriais antes de chegarem ao consumidor. Culturas como caf e cana de acar
so outra alternativa interessante. As culturas que oferecem mais riscos so aquelas
em que o produto tenha um contato direto com o solo (olercolas e tubrculos) e
podem ser consumidas in natura (ANDREOLI et al., 2001).
2.3.1.2 Disposio em aterro sanitrio
Segundo TSUTIYA (2000), o aterro geralmente necessrio para atender os
objetivos de absoro dos lodos com caractersticas inadequadas ao uso benfico,
absoro de volumes excedentes a demanda, disposio de cinzas de incinerao e
garantia de disposio final adequada independente de quaisquer fatores.
Na disposio do lodo em aterro no h qualquer preocupao em se
recuperar nutrientes ou se utilizar o lodo para qualquer finalidade til. O lodopassa
por processos de biodegradao anaerbia, gerando vrios subprodutos, dentre
eles, o metano (LUDUVICE & FERNANDES, 2001).
Os aterros denominados exclusivos so adequados s caractersticas do
resduo, sob ponto de vista ambiental e de infra-estrutura, pois neles apenas so
dispostos lodos de esgoto na forma de torta desidratada (alto teor de slidos,
superior a 30%) ou ainda secos termicamente (LUDUVICE & FERNANDES, 2001).
No Brasil, grande parte do lodo produzido tem como destino final o aterro
sanitrio, sendo esse processo denominado co-disposio, uma vez que o lodo
disposto juntamente com os resduos slidos domiciliares (LUDUVICE e
FERNANDES, 2001).
41
Esse tipo de disposio apresenta o inconveniente de reduzir a vida til dos
aterros. Tal alternativa s vivel se houver cooperao entre os responsveis pelo
lodo de esgoto e pelo resduo slido urbano (TSUTIYA, 2000).
2.3.1.3 Recuperao de reas degradadas
A aplicao de lodos em reas degradadas traz benefcios s propriedades
fsicas do solo, pois este desempenha o papel de condicionador do solo melhorando
a formao de agregados, a infiltrao, a reteno de gua e a aerao do solo.
Como a rea degradada se caracteriza por no fornecer condies de
desenvolvimento e fixao da vegetao em funo da falta de matria orgnica, de
nutrientes e da atividade biolgica, a adio de lodo apresenta uma srie de
vantagens que favorecem a recuperao e o reaparecimento da vegetao
(TSUTIYA, 2000).
Segundo BEZERRA et al. (2006), o procedimento para recuperao dessas
reas lento e est relacionado capacidade de restabelecimento do solo. Para
tanto, so empregadas tcnicas semelhantes s usadas na biorremediao, onde os
microrganismos tm vital importncia e assumem a funo de biorremediadores, na
degradao de agentes poluidores (SIQUEIRA et al., 1994).
Em solos de regies tropicais, a matria orgnica desempenha papel de
fundamental importncia na fertilidade, por se tratarem de solos altamente
intemperizados, cujos minerais, j na escala final de intemperismo, possuem baixa
capacidade de troca catinica. A presena de matria orgnica melhora o estado de
agregao das partculas do solo, diminui sua densidade, aumenta a aerao
(BERNARDES, 1982), a capacidade de reteno de gua e a capacidade de troca
de ctions. Segundo MELO & MARQUES (2000), na literatura encontra-se grande
nmero de trabalhos procurando avaliar o efeito do lodo nas propriedades fsicas,
qumicas e biolgicas do solo, assim como seu efeito fertilizante e sua ao fitotxica
e poluidora do ambiente. A afirmao dos autores acima pde ser constatada na
bibliografia em ALVES et al., 2007; ANJOS & MATIAZZO, 2000, 2001; BARCELAR
et al., 2000; BETTIOL & FERNADES, 2004; BEZERRA et al., 2006; BOEIRA, 2004;
CEOLLATO, 2007; COLODRO, 2005; ORTEGA et al., 1991; dentre uma srie de
outros autores.
42
A porosidade e a densidade so outras propriedades fsicas que podem ser
alteradas pela aplicao de lodo na camada superficial do solo. Ao promoverem a
agregao de partculas do solo, a matria orgnica e os ctions presentes (Ca2+,
Al3+ entre outros) determinam o aumento no volume do mesmo, causando reduo
da sua densidade. A taxa de infiltrao da gua no solo afetada pelo volume de
poros, enquanto que a capacidade de reteno de gua influenciada pelo nmero
e pela distribuio dos poros na superfcie especfica. Dessa forma, tanto uma como
outra propriedade podem ser afetadas pela adio do lodo no solo.
De um modo geral, a aplicao de lodo de esgoto ao solo tem promovido
aumento de pH (OLIVEIRA, 1995), diminuio da acidez potencial (BATAGLIA et al.,
1983; DIAS, 1994; MARQUES, 1997) e do alumnio trocvel (BERTON et al., 1989).
O lodo de esgoto tem sido utilizado, largamente, como condicionador de solo -
melhorando as capacidades qumicas e fsicas - e fertilizantes - suprindo as
deficincias de macro e micro nutrientes - para recuperao de reas de minerao
(BROFAS et al., 2000). Vrios autores (IBEZ-GRANELL et al., 1993; MARX et al.,
1995; NAVAS et al., 1999) ressaltam o efeito positivo da aplicao do lodo, no
desenvolvimento da vegetao e na recuperao de solos degradados e cidos,
pois a incorporao de matria orgnica restabelece a estrutura, melhora a
circulao de ar e gua e libera nutrientes essenciais ao desenvolvimento da
vegetao.
Tambm no Brasil, vrios autores comprovaram a eficcia da aplicao de
lodo de esgotos nos solos (PIRES, 2003; SILVA et al., 2002; MELO et al., 2004;
COLODRO, 2005; KOCSSIS & MARIA, 2004). Dentre alguns dos benefcios esto: o
aumento da fertilidade e o aumento da atividade microbiana. Com relao s
propriedades fsicas, tem-se a reduo da densidade, o aumento da porosidade e
estabilidade dos agregados (STAMATIADIS et al., 1999 apud LOPES, 2001).
O valor da dose de aplicao do lodo nos solos degradados funo da
qualidade da matria orgnica e dos nutrientes necessrios ao solo para suportar a
vegetao at que o ecossistema de auto-sustentao seja estabelecido. Essa taxa
tem variado de 7 a 450 toneladas secas por hectare (MALINA, 1993) e normalmente
ele aplicado ao solo uma nica vez. Segundo TSUTYIA (2000), a dose de
aplicao tpica de 112 toneladas secas /hectare. Nos EUA, a aplicao do lodo de
esgoto em reas degradadas chega a atingir dosagens de at 495 t/ha (EPA, 1995).
43
2.3.1.4 Landfarming
O landfarming (ou tratamento no solo) um mtodo de tratamento para
resduos slidos que consiste na mistura do resduo com a camada de solo existente
na zona arvel, a qual deve ser revolvida periodicamente. Nesse sistema, uma rea
recebe doses elevadas de lodo por vrios anos e o solo passa a ser o suporte da
atividade biolgica, reteno de metais, local de exposio ao sol e bioxidao, o
que provocar a degradao da matria orgnica.
No h a utilizao dos nutrientes e da matria orgnica do lodo para fins
produtivos. O objetivo apenas a degradao do lodo pelos microrganismos
presentes no perfil arvel e a reteno de metais na camada superficial do solo
(ANDREOLI et al., 2004).
As doses de aplicao variam de 60 a 70 toneladas por ano por hectare, em
base seca, para reas que no tm impermeabilizao da camada inferior, e de 300
a 600 toneladas por ano por hectare quando h impermeabilizao da camada do
solo a 60 - 80cm de profundidade (TSUTYA, 2000).
Para a sua utilizao devem ser levados em conta os seguintes fatores:
caractersticas do lodo para definir a taxa de aplicao, implantao e manuseio da
vegetao de cobertura e controle ambiental (TSUTYA, 2000)
2.3.2 REUSO INDUSTRIAL
Na literatura internacional, GEORGE (1986) j citou o trabalho desenvolvido
para a San Diego Region Water Reclamation Agency, onde era produzido agregado
leve a partir de lodo pelo processo chamado CCBA (coordinate chemical bonding
adsorption).
YIP & TAY (1990) investigaram misturas de argila e tortas de lodo, queimadas
num forno para tijolos entre 800C e 1080C. Deduziram que o material queimado a
partir de 1000C ganhava resistncia.
BATTY & REID (1989) e KHANBILVARDI & AFSHARI (1995) investigaram o
uso das cinzas, produto da incinerao do lodo, como filer ou agregado mido em
argamassas de cimento Portland.
44
A pesquisa nacional sobre o aproveitamento do lodo deu-se incio em 1974,
por pedido da SABESP (Companhia de Saneamento Bsico do Estado de So
Paulo). O processo de produo de agregado leve, mediante a sinterizao do lodo
proveniente da digesto anaerbia foi concebido pelo IPT (Instituto de Pesquisas
Tecnolgicas de So Paulo) para substituir a brita em obras de concreto. O
agregado foi caracterizado como possuidor de propriedades equivalentes ao
agregado leve feito a partir de argila expandida.
A informao mais antiga encontrada sobre a produo de tijolos em escala
industrial refere-se ETE de Fishwater Flats na frica do Sul. Desde 1979, os tijolos
so produzidos utilizando-se uma mistura de 30% de lodo com argila, numa olaria
distante 15 km da ETE. Os tijolos so reconhecidos pela excelente qualidade: cor e
textura uniformes, ausncia de trincas e so indistinguveis dos tijolos convencionais
em aspecto e odor (TSUTIYA, 2000; SANTOS, 2003).
Dentre as vantagens relatadas, enumeram-se a economia de gua, a
produo de tijolos mais leves com menores custos de transporte, o melhor
rendimento operacional da fornalha devido ao poder calorfico do lodo e a
reutilizao da energia trmica da queima dos gases para a secagem (TSUTIYA,
2000).
A utilizao do lodo na indstria de cimento pode ser analisada sobre dois
aspectos: como combustvel auxiliar para os fornos e/ou como matria prima
adicional na prpria mistura. As principais vantagens a ser considerada que no h
necessidade de aterro, pois todo o material colocado no sistema utilizado sem
produzir qualquer tipo de resduo; a larga aplicao do cimento produzido e a
possibilidade de instalao do sistema na prpria ETE, necessitando apenas incluir
o processo de secagem, de tratamento da cal e do tratamento do gs (TSUTIYA,
2000).
Tem-se conhecimento tambm de pesquisas visando a utilizao do lodo de
esgoto na produo de cermica vermelha no Brasil (KOZIEVITCH et al., 2006;
LIMA et al., 2007) e na Espanha (JORDN et al., 2005). Estudos realizados
concluram que a adio de 10% em peso de lodo em substituio argila resultou
em produto semelhante ao obtido pelos processos convencionais.
45
2.3.3 INCINERAO
A incinerao o processo de estabilizao de lodo que propicia a maior
reduo no volume para a disposio final que chega a ser de aproximadamente
20% do volume total de lodos. Isso implica na destruio das substncias orgnicas
presentes no lodo atravs da combusto, obtida na presena do oxignio.
Durante o processo de incinerao, os slidos volteis so convertidos em
gs carbnico e gua e os slidos fixos so transformados em cinza. Nesse
processo so eliminados os microrganismos patognicos e compostos orgnicos
txicos, porm, os metais pesados se concentram nas cinzas e, portanto, torna-se
necessria uma disposio final adequada para as mesmas, j que os riscos de uma
disposio inadequada esto associados possvel lixiviao dos metais pesados e
posterior absoro destes elementos pela biota.
Tal mtodo tem sido amplamente utilizado nos Estados Unidos, Europa e
Japo (TSUTYA, 2000).
Por outro lado h uma tendncia de utilizar as cinzas resultantes da
incinerao do lodo na produo de cermica ao invs dele apenas seco a 105 C
ou mesmo da torta de lodo. Em algumas cidades a prtica de incinerao do lodo,
apesar de apresentar ainda um custo elevado, vem sendo cada vez mais utilizada e
visa diminuir ainda mais os volumes para o seu destino final (ODETTE, 1999 apud
NUVOLARI & CORAUCCI FILHO, 2003).
2.3.4 CONVERSO EM LEO COMBUSTVEL
O conceito bsico da converso do lodo em leo combustvel conhecido
desde 1939. A tecnologia de converso tem sido desenvolvida e demonstrada na
Alemanha, Austrlia e o Canad, nos ltimos anos.
A tcnica de Converso a Baixa Temperatura (Low Temperature Conversion
LTC) foi desenvolvida a partir de estudos sobre a viabilidade da produo de
biodiesel a partir de lodo de estaes de tratamento de esgotos na Alemanha dos
anos 1980. um processo termoqumico que vem sendo aplicado a diversas
biomassas de origem urbana, industrial e agrcola, procurando-se por meio da
46
converso trmica transform-los em produtos de potencial valor comercial
(PEREIRA et al., 2004).
Os principais aspectos benficos dessa tecnologia so: completa reciclagem
do lodo, recuperao de energia, imobilizao de metais pesados, destruio de
patgenos, vrus e compostos organoclorados e produo pequena de gs
(TSUTIYA, 2000).
2.3.5 DISPOSIO OCENICA
A alternativa acima citada j chegou a representar cerca de 6% dos lodos
produzidos nos Estados Unidos e na Europa e foi lentamente substituda pelo uso
agrcola. Nos EUA, essa prtica foi proibida pela Ocean Dumping Ban Act de 1988, e
desde 1992, no ocorrem mais disposies ocenicas de lodos de esgoto (SANTOS,
1996 apud TSUTIYA, 2000).
Porm, essa realidade bem diferente da encontrada no Brasil ou em outras
cidades costeiras do mundo, como Sidney, por exemplo. A diferena est no
tratamento do resduo antes do seu descarte.
Aqui o resduo chega ao oceano por meio de emissrios submarinos. Uma
questo que envolve grande polmica nas cidades costeiras utilitrias dos
emissrios submarinos, como o caso do Rio de Janeiro, a falta de tratamento
adequado do esgoto lanado. Em 1996, foi sancionada a Lei Estadual n 2661, que
se refere exigncia de nveis mnimos de tratamento de esgotos sanitrios, antes
de seu lanamento em corpos dgua, modificada mais tarde pela Lei n. 4.692, de
29 de dezembro de 2005 (RIO DE JANEIRO, 1996, 2005).
Em seus Artigos 1 e 3 afirma-se que: define-se como tratamento primrio
completo de esgotos sanitrios a separao e a remoo de slidos em suspenso,
tanto sedimentveis quanto flutuantes, seguida de seu processamento e disposio
adequada e fica proibido, em todo o territrio do Estado do Rio de Janeiro, o
lanamento de substncias separadas por sistemas de tratamento de esgotos
sanitrios - lodos - em quaisquer corpos de gua devendo o seu processamento
submet-las estabilizao ou outro processo de tratamento que permita a sua
disposio final sem oferecer fiscos sade humana e ao meio ambiente (...).
47
Segundo a Surfrider Foundation Brasil (2006), a Austrlia o pas onde
existem mais emissrios submarinos no mundo, e todos eles tm - no mnimo -
estao de tratamento secundrio.
Ademais, de acordo com a organizao acima, estudos internacionais
comprovam que o mar, ao contrrio do que muitos imaginam, no uma estao
natural de tratamento de esgoto. Logo, a situao hoje se encontra sem uma poltica
de tratamento adequado do esgoto emitido, ameaa essa no apenas no litoral
brasileiro, mas tambm a toda biota atingida pelas guas em questo.
2.4 Fatores Limitantes Aplicao de Lodo nos Solos
O objetivo do sistema de tratamento de esgoto, quando produz o lodo,
concentrar as impurezas e o material potencialmente poluidor dos esgotos nesse
subproduto. Assim, pela prpria forma como originado, o lodo concentrador dos
nutrientes, da matria orgnica, dos metais pesados, dos microrganismos e de
outros elementos que podem oferecer risco ao meio ambiente, caso no sejam
controlados e monitorados adequadamente.
Os principais riscos ambientais atribudos reciclagem do lodo no meio
ambiente esto relacionados presena de metais, de compostos orgnicos, de
microrganismos patognicos e sua ligao direta com a contaminao das guas
superficiais e subterrneas.
2.4.1 METAIS PESADOS
Do ponto de vista ambiental, o metal pesado pode ser entendido como aquele
que, em determinadas concentraes e tempo de exposio, oferece risco sade
humana e ao ambiente, prejudicando a atividade da biota.
Em condies naturais, a principal fonte de elementos nos solos o material
de origem no qual foram derivados. Fontes antropognicas, incluindo emisses
industriais, efluentes, lodo de esgoto, fertilizantes, condicionadores de solo e
pesticidas, podem contribuir no aumento da concentrao de metais nos solos. Na
48
realidade, muito difcil distinguir-se entre o aumento nos nveis de metais no solo
devido a fontes naturais e/ou antropognicas (SILVEIRA, 2002).
O lodo, em funo da composio do esgoto que lhe d origem, domstico ou
industrial, pode apresentar maior ou menor quantidade de metais pesados.
Normalmente, as ETEs que recebem apenas efluentes domsticos contm pouca
quantidade de metais, sendo esses provenientes apenas das canalizaes e da
prpria natureza do resduo (PROSAB, 1999).
Os principais elementos enquadrados nesse conceito so a prata (Ag), o
arsnio (As), o cdmio (Cd), o cobre (Cu), o mercrio (Hg), o nquel (Ni), o chumbo
(Pb), o antimnio (Sb), o selnio (Se) e o zinco (Zn). Esses elementos so
encontrados naturalmente no solo em concentraes variveis, porm so inferiores
quelas consideradas txicas para diferentes organismos vivos. Uma sntese das
fontes de contaminao e seus efeitos sobre a sade pode ser vista na Tabela 2:1.
Dentre eles, Co, Cu, Cr, Se e Zn so essenciais aos organismos em certas
quantidades, enquanto outros no desempenham qualquer funo no metabolismo.
Os metais pesados no podem ser destrudos e so altamente reativos e
complexos do ponto de vista qumico, o que explica a dificuldade de encontr-los em
estado puro na natureza. Segundo BECKETT, 1989 apud REIS, (2002), para
predizer o destino dos metais pesados no solo em longo prazo, imprescindvel o
conhecimento das suas principais formas e provveis transformaes no ambiente;
j que eles passam por diversas reaes, as quais determinam as espcies
qumicas e fsicas difundidas no mesmo. Tais reaes envolvem processos de
precipitao/dissoluo, adsoro/dessoro, complexao e oxi-reduo, nas fases
orgnicas e inorgnicas do solo. A inte