Estabilização de Lodo de Esgoto

Lagoas Estabilização de Lodo de Esgoto

Fernando Fernandes

Silvia Galvão de Souza

• Os processos de estabilização do lodo têm por objetivo atenuar duas características indesejáveis desse resíduo: odor e conteúdo de patógenos. Estes dois fatores têm importância variável, de acordo com o destino final previsto para o lodo. 

Portanto, no âmbito de um sistema de gestão do lodo produzido por Estações de Tratamento de Esgoto (ETEs), a estabilização é uma das peças do sistema, devendo ser definida de forma articulada com o desaguamento, higienização e uso final do produto. 

• O lodo resultante dos sistemas de tratamento biológico de esgotos é constituído em boa parte por bactérias vivas. Como a eficiência dos processos biológicos está ligada à quantidade de células vivas atuantes no processo, os sistemas de tratamento mantêm o afluente em um meio rico em lodo: um processo biológico é considerado eficiente e econômico se puder ser operado com baixos tempos de detenção hidráulica e tempos de retenção de sólidos suficientemente longos para permitir o crescimento de microrganismos. 

O lodo é, portanto, matéria-prima para os processos de tratamento biológico de esgotos e seu excesso passa a ser considerado um resíduo. O momento e as condições em que o lodo deixa de ser matéria-prima para se transformar em resíduo dependem da tecnologia do sistema de tratamento de esgotos empregado e de sua operação. 

• Em qualquer situação, quanto mais o lodo se assemelhar à matéria orgânica “fresca”, maior será seu potencial de putrefação e produção de odores desagradáveis. Também, maior será seu teor em microrganismos patogênicos, já que os esgotos domésticos contêm esses microrganismos em alta concentração. 

À medida que o lodo “fresco” passa por processos de biotransformação, seus componentes orgânicos mais facilmente biodegradáveis são transformados e o lodo ganha características de lodo “estabilizado”, apresentando odor menos ofensivo e menor concentração de microrganismos patogênicos.

• A necessidade de estabilização do lodo está ligada principalmente a duas características negativas do lodo fresco: seu potencial de produzir odores e seu conteúdo em microrganismos patogênicos, sendo que, na prática, um lodo pode ser “estabilizado” por outros métodos além dos processos de biodegradação. 

O grau de estabilização do lodo ao deixar um sistema de tratamento de esgotos depende da tecnologia de tratamento utilizada. Nos sistemas convencionais, em que o esgoto passa por um decantador primário, seguido de tanque de aeração e decantador secundário, há geração de lodo primário, constituído por material de sedimentação e altamente instável, e lodo secundário, também denominado lodo ativado, também instável e que necessita passar por processos suplementares de estabilização.

• As tecnologias mais recentes, principalmente as desenvolvidas no Brasil, que fazem uso de reatores anaeróbios de fluxo ascendente, tipo UASB (upflow anaerobic sludge blanket), retêm o lodo dentro do reator por 2-3 meses em média, realizando assim sua estabilização. 

Mesmo quando os reatores tipo UASB são seguidos por pós-tratamento aerado, o lodo produzido nessas unidades pode também retornar ao reator anaeróbio e ser aí digerido. Várias pesquisas estão em andamento com o objetivo de avaliar as conseqüências do retorno do lodo dos sistemas de pós-tratamento para o reator anaeróbio, e, embora os parâmetros de projeto e operação ainda não estejam bem definidos, esta é uma prática comum. Portanto, nestes casos, o próprio sistema de tratamento de esgotos realiza a estabilização do lodo.

• Dos dois fluxogramas genéricos apresentados, do ponto de vista da gestão do lodo, no primeiro deles a ETE deve ser dotada de um sistema específico para a estabilização do lodo, enquanto no segundo caso o lodo é estabilizado no próprio sistema de tratamento de esgotos. 

Nos dois casos, a estabilização significa biodegradação de parte da matéria orgânica, redução de odores e redução do nível de microrganismos patogênicos. Os processos biológicos são eficazes na redução de odores, porém o lodo continua com altos níveis de patógenos, como será detalhado adiante, e se o destino final escolhido for a reciclagem agrícola, será necessário um processo adicional de estabilização, também chamado de desinfecção, para tornar as características sanitárias do lodo compatíveis com o uso. 

• A gestão do lodo produzido por uma estação de tratamento de esgotos, em qualquer caso, é um dos maiores desafios para o sucesso técnico e operacional do sistema. É também um desafio econômico, já que alguns estudos mostram que o processamento da fase sólida pode representar até 60% dos custos operacionais da estação. 

Portanto, é necessário que os objetivos da estabilização do lodo em um determinado sistema sejam definidos ainda na fase de projeto da estação e fixado de acordo com o destino final previsto para o lodo. As fases de adensamento (quando necessária), estabilização e desidratação devem ser compatíveis entre si e coerentes com o destino final a ser dado ao lodo. 

• Se o destino do lodo for o uso agrícola, o nível de patógenos e seu potencial de geração de odores são de extrema importância. Caso o destino final seja a incineração, as exigências serão muito menores. 

De acordo com a EPA (Environment Protection Agency), o grau de estabilização do lodo é:

• Muito importante para a reciclagem agrícola. 
• Moderadamente importante para a disposição em aterro sanitário e transporte em geral. 
• Sem importância quando o destino final é a incineração ou disposição oceânica.

A WEF (Water Environment Federation) sugere o termo biossólido para designar o lodo produzido pelos sistemas de tratamento biológico de esgotos, desde que seu destino final tenha uma finalidade útil. O termo biossólido é reservado para um produto estabilizado, caso contrário são empregados os termos torta, lodo ou sólidos.

Objetivos e Necessidade:

Da Estabilização do Lodo de Esgoto:

Os objetivos dos processos de estabilização do lodo de esgoto são: 

• Reduzir seu conteúdo em microrganismos patogênicos 
• Inibir, reduzir ou eliminar o potencial de putrefação do lodo e, conseqüentemente, seu potencial de produção de odores.

Microrganismos Patogênicos:

• A origem da contaminação microbiológica do lodo é principalmente em razão do material fecal contido no esgoto (Tabela 2.1), portanto, dependente das características epidemiológicas da população local e dos efluentes lançados na rede coletora. 

No esgoto são encontrados vírus, fungos, bactérias e parasitas (protozoários e helmintos), e, embora a grande maioria desses organismos seja inofensiva, alguns grupos de patógenos são considerados perigosos pelo risco que representam para a saúde humana e animal.

Tabela 2.1:

Valores médios dos principais grupos de microrganismos encontrados nas fezes humanas. Tipo de microrganismo Concentração em número/g peso úmido 

• Vírus 107 a 1011
• Bactérias 105 a 109
• Ovos de helmintos 101 a 104
• Cistos de protozoários 104 a 107 Fonte: Schwartzbrod (1996).

O conteúdo microbiológico das fezes é diluído no esgoto, que mesmo assim apresenta concentração elevada de microrganismos, como pode ser visto na Tabela 2.2, que mostra valores médios observados nos Estados Unidos.

Tabela 2.2:

Concentração média de alguns microrganismos no esgoto bruto dos Estados Unidos. Microrganismo Concentração em número/ml de esgoto:

• Coliformes totais 105 a 106
• Coliformes fecais 104 a 105
• Estreptococos 103 a 104
• Salmonella 0 a 102
• Cistos de protozoários 10 a 103
• Ovos de helmintos 10–2 a 10
• Vírus entéricos 10 a 102

Fonte: Metcalf & Eddy (1991).

• Naturalmente, ao serem lançados no esgoto, esses microrganismos não estarão em seu meio ideal e apresentarão tendência ao decaimento. 

O próprio sistema de tratamento de esgotos elimina muitos deles, fazendo com que haja substancial diminuição na concentração de patógenos na fase líquida (Tabela 2.3) e migração para a fase sólida (lodo). Essa concentração se deve ao poder de adsorsão dos flocos e ao peso específico mais alto de muitos microrganismos, o que provoca sua sedimentação juntamente com o lodo.

Tabela 2.3:

Porcentagem de redução, no esgoto, de alguns tipos de patógenos, em alguns sistemas de tratamento. Tratamento Vírus entéricos Bactérias Cistos de protozoários Ovos de helmintos 

• Decantação primária 0%-30% 50%-90% 10%-50% 30%-90%
• Filtro biológico 90%-95% 90%-95% 50%-90% 50%-95%
• Lodo ativado 90%-99% 90%-99% 50%-80% 50%-99%
• Lagoas de estabilização* 99,99%-100% 99,99%-100% 100% 100%
• *Três células, com tempo de detenção > 25 dias.

Fonte: EPA (1983).

• A Tabela 2.4 mostra a concentração de alguns microrganismos no lodo bruto, primário e secundário, observados nos Estados Unidos.

Tabela 2.4:

Concentração de bactérias no lodo bruto, observadas nos Estados Unidos, em número/g de peso seco. Bactéria Lodo primário bruto Lodo secundário bruto 

• Coliformes totais 1,2 × 108 7,0 × 108
• Coliformes fecais 2,0 × 107 8,3 × 106
• Estreptococos 8,9 × 105 1,7 × 106
• Salmonella 4,1 × 102 8,8 × 102 

Fonte: EPA (1985).

• Como pode ser observado na Tabela 2.4, o lodo bruto contém grande concentração de patógenos, cujos níveis podem ser baixados pelos vários processos de estabilização e desinfecção.

Odores:

• Nas estações de tratamento de esgotos, os odores constituem um problema do tratamento tanto da fase líquida como da fase sólida. Os odores agressivos são causados por gases produzidos durante o processo de biodegradação do lodo. 

O lodo bruto, por conter alto teor de sólidos voláteis, possui alto potencial de putrefação e conseqüente produção de aminas, diaminas, gás sulfídrico, mercaptanas e amônia, principais gases responsáveis pelos odores desagradáveis. 

• Os maus odores provocam mais desconforto que os danos físicos. Em casos extremos podem provocar reações de rejeição por parte das populações afetadas. No caso da reciclagem agrícola, esse aspecto é fundamental para o sucesso de um programa de reciclagem

Processos de Estabilização de Lodos:

• Com o objetivo de atenuar ou eliminar os inconvenientes do odor e da presença de patógenos no lodo, são empregados processos químicos, físicos e biológicos que, utilizando vários mecanismos de atuação, estabilizam o lodo.

Processos Biológicos de Estabilização:

Na estabilização biológica, são utilizados os mecanismos naturais de biodegradação que transformam a parte mais putrescível do lodo. As vias podem ser anaeróbia ou aeróbia, sendo os principais processos: 

• Digestão anaeróbia. 
• ]Digestão aeróbia. 
• Digestão aeróbia autotérmica. 
• Compostagem

Digestão Anaeróbia:

• A digestão anaeróbia do lodo é o método mais antigo de estabilização e, talvez, o mais utilizado, principalmente nas ETEs que empregam o sistema de lodos ativados. O processo consiste na solubilização e redução de substâncias orgânicas complexas pela ação de microrganismos, na ausência de oxigênio. 

O lodo é colocado em digestores, normalmente tanques de concreto, e a biodegradação anaeróbia leva à produção de metano, dióxido de carbono, alguns outros gases e lodo estabilizado. A população microbiana responsável pelo processo pode ser dividida em três grupos: de solubilização, acidogênicas e metanogênicas.

• As proteínas, os lipídios, os carbohidratos e outras moléculas complexas são solubilizados por hidrólise. Em seguida, esses produtos são convertidos em ácidos orgânicos de cadeias curtas, como os ácidos acético, propiônico e lático. 

Essas duas fases iniciais às vezes são referidas como fase acidogênica. Em seguida, esses ácidos são convertidos em metano, dióxido de carbono e outros gases pelas bactérias metanogênicas. Em termos genéricos, uma amostra de 100 kg de lodo bruto, contendo 70 kg de sólidos voláteis e 30 kg de sólidos fixos, após a digestão anaeróbia, será transformada em 40 kg de gases, 30 kg de sólidos voláteis e 30 kg de sólidos fixos.

• Quanto às tecnologias utilizadas, os sistemas mais antigos, também chamados de baixa taxa, são constituídos por reatores de alimentação contínua, sem mistura, que retêm o lodo por um período de 30 a 60 dias. Após os anos 50, várias modificações foram feitas no processo, incluindo mistura contínua, adensamento e aquecimento, o que levou aos sistemas chamados de alta taxa, com tempos de detenção menores, de até 15 dias. 

Freqüentemente, os digestores de alta taxa são agrupados em série. Uma configuração muito usada nos países desenvolvidos é a digestão com estágio duplo, em que o primeiro tanque, dotado de sistema de aquecimento e misturadores, é usado para digestão, enquanto o segundo tanque tem a função de adensar o lodo digerido, permitindo a separação do sobrenadante. A Tabela 2.5 mostra a evolução de algumas características do lodo após a digestão anaeróbia

Tabela 2.5: 

Características médias observadas no lodo bruto e digerido da ETE Bom Retiro, Londrina, em porcentagem de peso seco. Tipo de lodo pH 

• Sólidos fixos % C % N % C/N P %
• Lodo primário 6,2 12 33,3 4,5 7,4 3,1
• Lodo ativado 7,0 13 30,4 6,0 5,0 2,9
• Lodo digerido 7,0 40 23,5 3,0 7,8 5,6 

Fonte: Fernandes & Silva (1999), Fernandes et al. (1993).

• Pode-se observar a elevação relativa do teor de sólidos fixos, como resultado do processo de biodegradação. Também há perdas de nitrogênio, devido à volatilização e pequena elevação da relação C/N. No que diz respeito à redução de patógenos, a Tabela 2.6 mostra alguns valores ilustrativos

Tabela 2.6: 

Redução de alguns microrganismos após digestão anaeróbia do lodo em número/100 ml. Patógeno Lodo bruto Lodo digerido 

• Vírus 380 a 7 × 104 ND a 103
• Coliformes totais 4,3 × 109 a 5,0 × 109 3,0 × 104 a 7,0 × 107
• Coliformes fecais 1,4 × 109 a 109 ND a 7,8 × 106
• Salmonella 3 a 4,6 × 104 3 a 62
• Estreptococos 2,3 × 107 a 1,5 × 108 ND a 2,2 × 106
• Ovos de helmintos 20 a 700 30 a 70 

Fonte: WEF (1995).

• Em digestores anaeróbios bem operados, é típica a redução de duas ordens de magnitude para os coliformes fecais. Os cistos de protozoários são geralmente eliminados, enquanto os ovos de helmintos são mais resistentes. 

Pode-se dizer que a digestão anaeróbica do lodo é um processo de estabilização eficiente para diminuir o problema do mau odor, porém a redução de patógenos observada é pequena, o que impõe limites ao uso do biossólido por questões de segurança sanitária.

Digestão Aeróbia:

• Este tipo de digestão tem a mesma base conceitual dos sistemas de tratamento de esgotos do tipo aeração prolongada. O mecanismo da estabilização é a biodegradação de componentes orgânicos pelos microrganismos aeróbios. 

A fase final do processo é caracterizada pela respiração endógena, que acontece quando o substrato disponível para a biodegradação é totalmente consumido e os microrganismos passam a consumir o próprio protoplasma microbiano a fim de obter energia para suas reações celulares.

• Portanto, o processo de digestão aeróbia passa por duas etapas: a oxidação direta da matéria orgânica biodegradável e conseqüente aumento da biomassa bacteriana e, depois, a oxidação do material microbiano celular pelos próprios microrganismos

1. Bactérias Mat. orgânica + NH4 + + O2 Material celular + CO2 + H2O + Mat. orgânica transformada Bactérias 
2. Material celular + O2 Lodo digerido + CO2 + H2O + NO3 – Devido à necessidade de manter o processo em respiração endógena, a digestão aeróbia é tipicamente utilizada para estabilizar lodos ativados, pois estes lodos têm grande massa bacteriana.

A inclusão de lodos primários no sistema, devido a seu pequeno conteúdo de material celular, tende a incrementar a primeira reação, o que se reflete no aumento do período de detenção do lodo necessário para transformar o lodo primário em material celular. Utilizando a fórmula C5H7NO2 como representativa do material celular dos microrganismos, o processo pode ser representado pelas equações:

C5H7NO2 + 5 O2 5 CO2 + 2 H2O + NH3 + Energia (2.1)
C5H7NO2 + 7 O2 5 CO2 + 3 H2O + NO3 + H+ + Energia (2.2)

A Equação 2.1 representa um sistema projetado para não atingir o estágio de nitrificação, enquanto na Equação 2.2 o processo realiza a nitrificação. Teoricamente, 50% da alcalinidade consumida pela nitrificação é recuperada pela desnitrificação.

• Caso haja queda excessiva de pH devido à nitrificação, o sistema pode passar por um período de desnitrificação, desligando-se os aeradores ou adicionando-se cal ao lodo para restabelecer o pH. Quando não ocorre a nitrificação, teoricamente, 1,5 kg de oxigênio é necessário para cada quilo de material celular. Se o sistema realiza a nitrificação, as necessidades teóricas são de 2 kg O2/kg de material celular. 

Os tempos de detenção médios do lodo no reator aeróbio são de 10 a 12 dias, operando na faixa de 20ºC. O tempo de detenção mais preciso deve ser definido em função dos objetivos da estabilização, sendo que a redução da parcela biodegradável pode ser representada pela equação de primeira ordem:

• dM/dt = Kd M 

em que:

• dM/dt = taxa de variação dos sólidos voláteis biodegradáveis por unidade de tempo; Kd = constante da taxa de reação; 
• M = concentração de sólidos voláteis biodegradáveis restantes no tempo t; 

O processo pode ser realizado em duas configurações básicas: reatores de fluxo intermitente; reatores de fluxo contínuo. No sistema de fluxo intermitente, o reator recebe lodo diretamente do decantador secundário ou do adensador.

• Após o período de biodegradação, os aeradores são desligados, o lodo sedimenta e o sobrenadante é drenado. O sistema de fluxo contínuo opera sem interrupções. O recebimento de lodo, a aeração e a descarga são processos contínuos.

Digestão Aeróbia Autotérmica:

(ATAD – Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion):

• Este processo é uma variante do sistema anterior, com a diferença de operar em fase termófila, o que, além de acelerar o ritmo de biodegradação da matéria orgânica, ainda tem a vantagem de destruir os microrganismos patogênicos do lodo. Estudos nesta linha se iniciaram nos anos 60, porém os avanços decisivos aconteceram na década de 70. 

Atualmente, o processo é mais utilizado na Europa, especialmente na Alemanha, onde existem atualmente 35 sistemas em funcionamento. O sistema normalmente utiliza reatores aeróbios de dois estágios que operam em fase termófila, sem fornecimento suplementar de energia.

• O primeiro reator trabalha a temperaturas próximas de 55ºC, atingindo 60-65ºC no segundo reator. Com o fornecimento adequado de oxigênio, nutrientes e matéria orgânica biodegradável, os microrganismos podem produzir a digestão aeróbia autotérmica, degradando substâncias complexas em produtos finais estabilizados, com menor tempo de detenção do lodo. 

O fornecimento correto de oxigênio e a mistura contínua do lodo são aspectos fundamentais nessa tecnologia. A produção típica de calor varia de 14.190 a 14.650 KJ/kg O2. A demanda de oxigênio varia em torno de 1,42 kg O2/kg de sólidos suspensos voláteis oxidados. Os fundamentos comentados na digestão aeróbia convencional são igualmente válidos para essa tecnologia, porém com pequenas diferenças.

• Operando a temperaturas superiores a 40ºC, a nitrificação é inibida, portanto a Equação 2.1 é a que mais se aproxima das reações desse processo. O tempo de detenção no reator varia de 5 a 6 dias para atingir de 30% a 50% de redução no teor de sólidos voláteis. 

O calor em excesso gerado durante o processo pode ser usado para pré-aquecer o lodo bruto na entrada do sistema, utilizando para isso um sistema de trocadores de calor. Os melhores desempenhos foram observados quando o lodo apresenta teor de sólidos de no mínimo 3%.

• Na Alemanha, o processo atende às exigências sanitárias regulamentares, que fixam limite de 1.000 enterobactérias/ml de lodo, tendo o status de método capaz de produzir “pasteurização do lodo”. Este status é semelhante ao descrito pela 40 CFR part 503, dos Estados Unidos, para a classificação como “Process to further reduce pathogens, PFRP”.

Estabilização na Fase Sólida: 

• Compostagem A compostagem pode ser definida como uma bioxidação aeróbia exotérmica de um substrato orgânico heterogêneo, no estado sólido, caracterizado pela produção de CO2, água, liberação de substâncias minerais e formação de matéria orgânica estável. 

Do ponto de vista operacional, uma das grandes diferenças da compostagem em comparação aos métodos de estabilização comentados anteriormente é que a compostagem se realiza em meio sólido.

Os componentes orgânicos biodegradáveis passam por sucessivas etapas de transformação sob a ação de diversos grupos de microrganismos, resultando em um processo bioquímico altamente complexo. Por ser um processo biológico aeróbio, os fatores mais importantes que influem na degradação da matéria orgânica são a aeração, os nutrientes e a umidade.

• A temperatura também é um fator importante, principalmente no que diz respeito à rapidez do processo de biodegradação e à eliminação de patógenos, porém ela é conseqüência da atividade biológica e não um fator independente. Os nutrientes, principalmente carbono e nitrogênio, são fundamentais ao crescimento bacteriano. 

O carbono é a principal fonte de energia e o nitrogênio é necessário para a síntese celular. Fósforo e enxofre também são importantes, porém seu papel no processo é menos conhecido. Os microrganismos têm necessidade dos mesmos micronutrientes requeridos pelas plantas: Cu, Ni, Mo, Fe, Mg, Zn e Na são utilizados nas reações enzimáticas, porém os detalhes desse processo são pouco conhecidos. 

• À medida que o processo de compostagem se inicia, há proliferação de complexas populações de diversos grupos de microrganismos (bactérias, fungos, actinomicetos), que vão se sucedendo de acordo com as características do meio. 

De acordo com suas temperaturas ótimas, estes microrganismos são classificados em psicrófilos (0-20ºC), mesófilos (15-43ºC) e termófilos (40-85ºC). Na verdade, esses limites não são rígidos e representam bem melhor os intervalos ótimos para cada classe de microrganismo do que divisões estanques (Tabela 2.7).

Tabela 2.7:

Temperaturas mínimas, ótimas e máximas para as bactérias, em ºC. Bactérias Temperatura mínima Temperatura ótima Temperatura máxima 

• Mesófilas 15 a 25 25 a 40 43
• Termófilas 25 a 45 50 a 55 85 

Fonte: Institute for Solid Wastes of American Public Works Association (1970).

• No início do processo há um forte crescimento dos microrganismos mesófilos. Com a elevação gradativa da temperatura, resultante do processo de biodegradação, a população de mesófilos diminui e os microrganismos termófilos proliferam com mais intensidade. 

A população termófila é extremamente ativa, provocando intensa e rápida degradação da matéria orgânica e maior elevação da temperatura, o que elimina os microrganismos patogênicos (Figura 2.4). Quando o substrato orgânico é, em sua maior parte, transformado, a temperatura diminui, a população termófila se restringe, a atividade biológica global se reduz de maneira significativa e os mesófilos se instalam novamente.

• Nesta fase, a maioria das moléculas facilmente biodegradáveis foi transformada, o composto apresenta odor agradável e já teve início o processo de humificação, típico da segunda etapa do processo, denominada maturação. 

Estas duas fases distintas do processo de compostagem são bastante diferentes entre si. Na fase de degradação rápida, também chamada de bioestabilização, há intensa atividade microbiológica e rápida transformação da matéria orgânica. Portanto, há grande consumo de O2 pelos microrganismos, elevação da temperatura e mudanças visíveis na massa de resíduos em compostagem, pois ela se torna escura e não apresenta odor agressivo.

• Mesmo com tantos sinais de transformação, o composto não está pronto para ser utilizado. Ele só estará apto a ser disposto no solo após a fase seguinte, chamada de maturação. Na fase de maturação, a atividade biológica é pequena, portanto a necessidade de aeração também diminui. 

O processo ocorre à temperatura ambiente e com predominância de transformações de ordem química: polimerização de moléculas orgânicas estáveis no processo conhecido como humificação. Esses conceitos são importantes, pois se refletem na própria concepção das usinas de compostagem. Como na fase de biodegradação rápida ocorre uma redução de volume do material compostado, conseqüentemente a área necessária para a fase de maturação é menor.

• Durante a maturação, alguns testes simples permitem definir o grau de maturação do composto e, portanto, a liberação para seu uso. Ele pode, então, se houver interesse, ser peneirado e acondicionado adequadamente para facilitar sua venda e transporte. 

Mas para que o processo de compostagem se desenvolva de maneira satisfatória, é necessário que alguns parâmetros físico-químicos sejam respeitados, permitindo que os microrganismos encontrem condições favoráveis para se desenvolverem e transformarem a matéria orgânica.

Estabilização de Lodo de Esgoto

Parâmetros Físico-químicos Fundamentais:

Aeração;

• Como a compostagem é um processo aeróbio, o fornecimento de ar é vital à atividade microbiana, pois os microrganismos aeróbios têm necessidade de O2 para oxidar a matéria orgânica que lhes serve de alimento. 

Durante a compostagem, a demanda por O2 pode ser bastante elevada e a falta desse elemento pode se tornar um fator limitante para a atividade microbiana e prolongar o ciclo de compostagem. A circulação de ar na massa do composto é, portanto, de primordial importância para a compostagem rápida e eficiente.

• Essa circulação depende da estrutura e umidade da massa e também da tecnologia de compostagem utilizada. A aeração também influi na velocidade de oxidação do material orgânico e na diminuição da emanação de odores, pois quando há falta de aeração o sistema pode se tornar anaeróbio. Independente da tecnologia utilizada, a aeração da mistura é fundamental no período inicial da compostagem, na fase de degradação rápida, quando a atividade microbiana é intensa.

Na fase seguinte, a maturação, a atividade microbiana é pouco intensa, logo a necessidade de aeração é bem menor. O lodo é um resíduo de granulometria fina e, quando está parcialmente desidratado, apresenta aspecto pastoso, o que dificulta a difusão do ar.

• Por esta razão, o lodo normalmente será misturado a outro resíduo, com granulometria mais grosseira, capaz de atuar como agente estruturante na mistura, permitindo assim a criação dos espaços vazios necessários à difusão do ar

Temperatura:

• A compostagem aeróbia pode ocorrer em regiões tanto de temperatura termofílica (45 a 85ºC) como mesofílica (25 a 43ºC). 

Embora a elevação da temperatura seja necessária e interessante para a eliminação de microrganismos patogênicos, alguns pesquisadores observaram que a ação dos microrganismos sobre a matéria orgânica aumenta com a elevação da temperatura até 65ºC; acima deste valor, o calor limita as populações aptas, havendo um decréscimo da atividade biológica.

• A temperatura é um fator indicativo do equilíbrio biológico, de fácil monitoramento e que reflete a eficiência do processo.

Se a leira, em compostagem, registrar temperatura da ordem de 40-60ºC no segundo ou terceiro dia, é sinal de que o ecossistema está bem equilibrado e de que a compostagem tem todas as chances de ser bem-sucedida. Caso contrário, é sinal de que algum ou alguns parâmetros físico-químicos (pH, relação C/N, umidade) não estão sendo respeitados, limitando, assim, a atividade microbiana.

• Depois de iniciada a fase termófila (em torno de 45ºC), o ideal é controlar a temperatura entre 55 e 65ºC. Esta é a faixa que permite a máxima intensidade de atividade microbiológica. Acima de 65ºC, a atividade microbiológica cai e o ciclo de compostagem fica mais longo.

Atualmente, a aeração também é usada como meio de controlar a temperatura. Em certos casos, o insuflamento de ar comprimido na massa do composto pode ser de 5 a 10 vezes maior do que o estritamente necessário à respiração microbiana, tendo assim a função de dissipar o calor liberado no processo.

Umidade: 

• A água é fundamental para a vida microbiana. No composto, o teor ótimo de umidade, de modo geral, situa-se entre 50% e 60%. O ajuste da umidade pode ser feito pela criteriosa mistura de componentes ou pela adição de água. 

Na prática, verifica-se que o teor de umidade depende também da eficácia da aeração e das características físicas dos resíduos (estrutura, porosidade). Elevados teores de umidade (>65%) fazem com que a água ocupe os espaços vazios do meio, impedindo a livre passagem do oxigênio, o que poderá provocar aparecimento de zonas de anaerobiose.

• Se o teor de umidade de uma mistura é inferior a 40%, a atividade biológica é inibida, bem como a velocidade de biodegradação. Porém, como há perdas de água devido à aeração, em geral, o teor de umidade do composto tende a diminuir ao longo do processo. 

O teor de umidade é um dos parâmetros que deve ser monitorado durante a compostagem para que o processo se desenvolva satisfatoriamente. Os lodos a serem compostados devem passar previamente por processo de desaguamento ou desidratação a fim de eliminar o excesso de água.

Relação C/N:

• Os microrganismos necessitam de carbono, como fonte de energia, e de nitrogênio para síntese de proteínas. É por esta razão que a relação C/N é considerada o fator que melhor caracteriza o equilíbrio dos substratos. 

Teoricamente, a relação C/N inicial ótima do substrato deve se situar em torno de 30. Na realidade, constata-se que ela pode variar de 20 a 70 de acordo com a maior ou menor biodegradabilidade do substrato.

• Tanto a falta de nitrogênio quanto a falta de carbono limitam a atividade microbiológica. Se a relação C/N for muito baixa, pode ocorrer grande perda de nitrogênio pela volatização da amônia. Se a relação C/N for muito elevada, os microrganismos não encontrarão N suficiente para a síntese de proteínas e terão seu desenvolvimento limitado. 

Como resultado, o processo de compostagem será mais lento. Independentemente da relação C/N inicial, no final da compostagem a relação C/N converge para um mesmo valor, entre 10 e 20, devido às perdas maiores de carbono que de nitrogênio no desenvolvimento do processo.

• O lodo é um resíduo rico em nitrogênio, apresentando relação C/N entre 5 e 11. Ele necessita, portanto, de um resíduo complementar rico em carbono e pobre em nitrogênio para que a mistura, criteriosamente determinada, apresente relação C/N em torno de 20 ou 30.

Estrutura:

• Quanto mais fina é a granulometria, maior é a área exposta à atividade microbiana, o que promove o aumento das reações bioquímicas, visto que aumenta a área superficial em contato com o oxigênio. Alguns autores obtiveram condições ótimas de compostagem com substratos apresentando de 30% a 36% de porosidade. 

De modo geral, o tamanho das partículas deverá estar entre 25 e 75 mm, para ótimos resultados. Como o lodo de esgoto normalmente apresenta granulometria muito fina, haveria dificuldade em realizar o processo de compostagem somente com este material, pois fatalmente apresentaria problemas relativos à aeração devido à falta de espaços intersticiais entre as partículas.

• Esta é uma das principais razões para combinar o lodo com outro resíduo de granulometria mais grossa, o que confere estrutura porosa à mistura a ser compostada.

pH:

• É fato conhecido que níveis de pH muito baixos ou muito altos reduzem ou até inibem a atividade microbiana. 

Quando são utilizadas misturas com pH próximo da neutralidade, o início da compostagem (fase mesófila) é marcado por uma queda sensível de pH, variando de 5,5 a 6, devido à produção de ácidos orgânicos.

• Quando a mistura apresenta pH próximo ou ligeiramente inferior a 5, há uma diminuição drástica da atividade microbiológica e o composto pode não passar para a fase termófila. A passagem à fase termófila é acompanhada por rápida elevação do pH, que se explica pela hidrólise das proteínas e pela liberação de amônia. 

Assim, normalmente o pH se mantém alcalino (7,5-9), durante a fase termófila. De qualquer forma, principalmente se a relação C/N da mistura for conveniente, o pH geralmente não é um fator crítico da compostagem.

• Como o pH dos lodos de esgotos sanitários geralmente é próximo de 7, o processo de compostagem normalmente se desenvolve muito bem com esse material, mesmo quando misturado com bagaço de cana, resíduos de podas de árvores, cascas do processamento de algodão e outros.

Sistemas de Compostagem:

• Por ser um processo biológico de tratamento de resíduos, a compostagem obedece a princípios básicos que foram definidos anteriormente. 

Porém, as tecnologias de implantação do processo admitem alternativas que podem variar de sistemas simples e manuais até sistemas complexos, altamente tecnificados, em que todos os parâmetros do processo são monitorados e controlados com precisão.

• O interessante da compostagem é que um bom composto pode ser obtido tanto por tecnologias simples como por tecnologias complexas, desde que os resíduos sejam adequados e o processo biológico ocorra em boas condições. 

A questão realmente importante a ser colocada é que a alternativa escolhida deve ser adequada à situação, do ponto de vista técnico e sócio-econômico. Os processos de compostagem podem ser divididos em três grandes grupos: 

• Sistema de leiras revolvidas (windrow), em que a mistura de resíduos é disposta em leiras, sendo a aeração fornecida pelo revolvimento dos resíduos e pela convecção e difusão do ar na massa do composto. Uma variante desse sistema, além do revolvimento, utiliza a insuflação de ar sob pressão nas leiras . 
• Sistema de leiras estáticas aeradas (static pile), em que a mistura a ser compostada é colocada sobre uma tubulação perfurada que injeta ou aspira o ar na massa do composto, não havendo revolvimento mecânico das leiras. 
• Sistemas fechados ou reatores biológicos (in-vessel), em que os resíduos são colocados dentro de sistemas fechados, que permitem o controle de todos os parâmetros do processo de compostagem. 

Sistema Piloto para Compostagem Acelerada:

Em Reator Biológico (PROSAB):

• O sistema de aeração é um ponto vital para o sucesso de um sistema de compostagem. Seu controle correto pode acelerar o processo, atingindo as temperaturas necessárias para a higienização, ou, se mal dimensionado, pode ser um fator limitante para a atividade microbiológica 

O sistema piloto desenvolvido no PROSAB edital 2 tem por objetivo o controle automatizado do processo de aeração e outros parâmetros importantes do processo (temperatura, revolvimento etc.), de modo a fornecer dados para o projeto de sistemas em escala real.

• Desta forma, o piloto é dotado de controles cuja sofisticação tecnológica não seria necessária nos sistemas em escala real, porém para os estudos piloto esses controles são extremamente interessantes. O reator piloto consiste em um cilindro em aço inox de 80 cm de comprimento e 70 cm de diâmetro, construído em parede dupla, espaçada de 4 cm, espaço preenchido com lã de vidro para garantir a isolação térmica da parte interna. 

O cilindro é montado sobre duas hastes de metal, com plataformas, que fixam o reator e ao mesmo tempo permitem que ele bascule, podendo ficar na posição inclinada para cima (carregamento), na horizontal (posição de serviço) e inclinada para baixo (descarga).

• Na parte inferior interna estão fixados os difusores de ar e a sonda para medida da temperatura. Na parte frontal, uma tampa circular, dotada de borracha, permite fechar o reator hermeticamente.

O sistema do reator piloto é composto pelos seguintes equipamentos:

1. O Controlador Lógico Programável (CLP) utilizado é um equipamento composto por uma fonte de alimentação com 14 entradas e 10 saídas a relé digitais e um módulo de 4 entradas e 1 saída analógicas. 
2. O software utilizado para programação que permite o desenvolvimento por meio de dois módulos de programação: listagem e blocos. 
3. A supervisão do sistema permite a aquisição, a organização, a análise dos dados e a interface do processo por meio de uma tela de computador, em que são mostrados os valores on-line de todas as variáveis do processo. 
4. A válvula de controle de vazão do sistema faz o controle proporcional da vazão, incrementando ou decrementando valores conforme a necessidade da reação biológica no interior do reator. 
5. Acoplado à válvula tem-se um filtro regulador para suprimento de ar ao diafragma da válvula. 
6. O medidor de temperatura utilizado é uma sonda com sensor de bulbo de platina, acompanhada de um processador. 
7. O medidor de teor de oxigênio (oxímetro) proporciona a medida do teor de O2 no ar por meio de uma célula bioquímica. 
8. O medidor de vazão de ar. 
9. Um no-break com autonomia de 2 horas e capacidade para manter todos os equipamentos em funcionamento, menos o motor responsável pelo revolvimento da mistura e o motor do compressor de ar. 
10. Compressor de ar. 
11. Manômetros para o controle de pressão no medidor de vazão e na válvula de controle de ar. 
12. Filtros de umidade. 

O CLP é um equipamento cuja tecnologia envolvida torna possível programar ações como ligar/desligar, temporizar, integrar, derivar, incrementar quantidades e muitas outras funções por intermédio de software.

• Desta forma, qualquer alteração no processo pode ser feita via software. Os dados são armazenados em intervalos de 1 minuto durante todas as etapas do processo. O software que supervisiona o processo também permite a análise gráfica dos resultados. 

A temperatura é medida por meio de um termopar PT-100, que emite um sinal de tensão. Este sinal é transformado em um sinal de corrente de 4-20 mA, armazenado e monitorado on-line. Seu controle é feito por uma malha fechada. A entrada de ar é a variável a ser realimentada a fim de manter o equilíbrio da temperatura.

• A variação de taxa de oxigênio é monitorada pelo oxímetro, que utiliza um sensor químico para detectar o teor de O2 no ar. Esse equipamento também transforma a variação do teor de O2 em um sinal elétrico com corrente de 4-20 mA. 

A válvula de controle é a responsável pelo fornecimento do sinal de realimentação da malha de controle. Essa válvula, ao receber um sinal elétrico de tensão, abre ou fecha proporcionalmente a este sinal, sendo realimentada pelos sinais de temperatura e pela taxa de respiração, aumentando ou diminuindo a aeração quando necessário.

• No início do processo, o teor de oxigênio é de 20,9%. Ao iniciar a reação, as bactérias consomem oxigênio e produzem CO2. O teor de O2 é monitorado até chegar ao valor de 5%. Ao atingir esse valor, a válvula de controle de ar é acionada, provocando um incremento de 20 litros/hora. A aquisição dos dados é feita a cada minuto. 

Após qualquer incremento ou decremento, a aquisição é temporizada em 10 minutos, permitindo o equilíbrio da reação antes da próxima aquisição. Os incrementos são realizados até o teor de oxigênio atingir 15%. O teor de oxigênio em 15% será o limite superior durante toda a reação. Caso este limite seja ultrapassado, são feitos decrementos, também de 20 litros/ hora.

• O novo limite inferior, após a subida do teor, passa a ser de 10%. O processo é monitorado e mantido entre esses dois limites. A temperatura é monitorada durante todo o processo em concomitância ao monitoramento do teor de oxigênio. O comportamento natural da temperatura é sua crescente elevação. 

Seu limite superior de 55ºC é monitorado e, quando atingido, é acionada a válvula, permitindo o incremento de ar em 20 litros/hora. O final da reação é atingido quando ocorre uma queda espontânea de temperatura.

• Os resultados obtidos até o momento mostram que a duração da fase termófila pode ser de 6-9 dias, em função da mistura utililizada, o que significa grande ganho de tempo, pois misturas similares de lodo e resíduos de podas de árvores apresentaram fase termófila de mais de dois meses no sistema de leiras revolvidas. 

O sistema também apresentou grande eficiência na redução de patógenos, observando-se que, após o terceiro dia de fase termófila, os coliformes fecais tinham praticamente desaparecido.

Estabilização Química:

• Na estabilização química são adicionados ao lodo produtos que podem inibir a atividade biológica ou oxidar a matéria orgânica. O tratamento químico mais utilizado é a via alcalina, em que uma base, normalmente a cal, é misturada ao lodo, elevando seu pH e destruindo a maior parte dos microrganismos patogênicos. 

O uso de outros produtos químicos, como cloro, ozone, peróxido de hidrogênio e permanganato de potássio, também é possível, porém para pequena escala.

Estabilização Alcalina:

• Desde o final do século passado sabe-se que a adição de produtos alcalinos tem efeito estabilizante no lodo de esgoto. A cal é um dos produtos alcalinos mais baratos e mais utilizados no saneamento: ela é usada para elevar o pH nos digestores, remover fósforo nos tratamentos avançados de efluentes, condicionar o lodo para o desaguamento mecânico e estabilizar quimicamente o lodo.

Podem ser utilizadas a cal virgem, CaO, ou a cal hidratada, Ca(OH)2. A cal virgem é mais utilizada a granel e para grandes quantidades, enquanto a cal hidratada é vendida em embalagens de até 20 kg e manipulada com maior facilidade.

• A cal virgem também libera calor em contato com a água, porém, ao ser misturada ao lodo, esta elevação de temperatura não é suficiente para eliminar os patógenos. Recentemente, novas tecnologias de tratamento alcalino foram colocadas no mercado, como a estabilização alcalina avançada, conhecida comercialmente como processo “N-viro”.

O fundamento do processo é simples: consiste em adicionar a cal ao lodo até atingir pH 12 ou superior, cujo efeito é a destruição de microrganismos patogênicos, diminuição do odor gerado pelo lodo e fixação de metais pesados. Algumas características físicas e químicas do lodo são alteradas pela adição da cal.

• Fisicamente, o lodo pode formar uma capa mais dura e branca ao ser exposto ao ar livre. Quimicamente, além da fixação dos metais pesados, pode haver insolubilização do fósforo e perdas de nitrogênio por volatilização da amônia.

Este tipo de tratamento, por sua simplicidade, baixo custo de instalação e eficiência na eliminação de patógenos, tem sido escolhido pelas primeiras estações de tratamento de esgotos brasileiras a tratarem seu lodo para reciclá-lo na agricultura. A ETE Belém, em Curitiba, já utiliza esse sistema há mais de três anos. A CAESB, em Brasília, está implantando sistema semelhante na ETE Norte.

• No caso da ETE Belém, o silo para estocagem da cal é do tipo vertical e tem capacidade para estocar 50 t de cal. A cal é extraída por rosca sem fim, com velocidade regulável, o que permite variar a dosagem de cal. Ao sair da prensa desaguadora, o lodo é lançado no misturador, onde também é adicionada a cal.

O misturador é do tipo canaleta inclinada, dotada de dois eixos paralelos, com estrias. O lodo misturado com a cal é em seguida colocado em um contêiner e levado para a estocagem. Além do pH acima de 12, outro fator importante é o tempo de contato, pois o efeito desinfetante da cal não é imediato.

• O PROSAB, em pesquisas sobre a eficiência da caleação como método de desinfecção do lodo, testou doses de 30%, 40% e 50% de cal em relação ao peso seco de lodo (Tabela 2.8).

Tabela 2.8:

Comparação das médias aritméticas dos porcentuais de remoção entre os tratamentos de caleação a 30%, 40% e 50% em relação ao peso seco de lodo. Cal % 

Coliformes totais:

• 99,40% 
• 98,14% 
• 99,95% 

Coliformes fecais:

• 100% 
• 100% 
• 100% 

Salmonellas:

• 100% 
• - 
• 100% 

Estreptococos:

• 99,23% 
• 98,71% 
• 100% 

Ovos de helmintos: 

• 75,33% 
• 81,00% 
• 77,33% 

Larvas de helmintos:

• 100% 
• 98,38% 
• 100% 

Cistos de protozoários:

• 100% 
• 100% 
• 100% 

Fonte: Fernandes et al.(1996).

• Como pode ser constatado, a estabilização e a desinfecção com cal são bastante eficientes na eliminação de patógenos e indicadores. 

As salmonellas são facilmente destruídas com qualquer dosagem, assim como os cistos de protozoários. Os estreptococos são geralmente os mais resistentes aos tratamentos de desinfecção, e, no caso, são 100% eliminados com um tratamento a 50% de cal.

• As larvas de helmintos também desaparecem relativamente fácil; já os ovos são mais resistentes devido a sua proteção natural. Porém, os ovos remanescentes são inviáveis, o que mostra a eficiência do processo. 

O tempo de contato também é muito importante para avaliação do método. No caso dos dados anteriores, as amostras foram coletadas 20 dias após a incorporação da cal. Porém, estudos posteriores mostraram que o tempo de três meses é o ideal para a melhor eficiência.

• O período de contato tem reflexos sobre o dimensionamento das instalações, pois após a mistura o lodo deve ser estocado.

Neste aspecto, como o tratamento com a cal geralmente visa à reciclagem agrícola do lodo, é importante considerar as peculiaridades da demanda agrícola local, pois a área de estocagem, independente do período de contato lodo-cal, é uma necessidade para regularizar o fluxo de distribuição do lodo.

Oxidação Úmida: 

(AOP – Air Oxidation Process):

• Trata-se de uma nova tecnologia, ainda em estudo, que só agora começa a ser disponibilizada nos países desenvolvidos. A oxidação úmida é um processo de transformação da matéria orgânica que produz dióxido de carbono, água, ácidos orgânicos fracos e matéria mineral. 

O resultado deste processo é um produto estéril, com destruição de 95% a 97% do total de sólidos voláteis. O lodo que alimenta o processo deve apresentar de 2% a 7% de sólidos. Inicialmente, ele passa por um moedor que deixa as partículas com diâmetro menor que 3 mm.

• A oxidação ocorre a altas pressões, por isso essa tecnologia emprega colunas enterradas em poços de grande profundidade (1.200 a 1.500 m), o que provoca altas pressões em sua parte inferior, onde, com a correta injeção de oxigênio, ocorrem as reações químicas. 

Após a oxidação no reator, os gases são eliminados e não produzem odores. A fase líquida contém componentes orgânicos facilmente biodegradáveis, principalmente ácido acético, e retorna ao sistema de tratamento. A fase sólida é estéril, composta principalmente por minerais, e pode ser facilmente biodegradada

Pasteurização:

• Uma técnica de pasteurização foi desenvolvida na África do Sul e processa o lodo líquido com 4% a 8% de sólidos. O lodo é colocado em reatores, nos quais é realizada injeção de amônia anidra até elevação do pH a 11,5. 

Após uma hora, aproximadamente, há grande redução de microrganismos patogênicos, devido à presença de amônia livre (30%). Em seguida é adicionado ácido fosfórico e a reação exotérmica eleva a temperatura a 65-70ºC por aproximadamente dois minutos.

• Esta reação também baixa o pH para 7. Em seguida, o lodo pode ser desidratado. Há algumas variantes deste método, algumas ainda em fase de estudos.

Secagem Térmica:

• Trata-se de um método de secagem do lodo que alguns autores classificam também como uma forma de estabilização devido à eliminação térmica dos patógenos e ao bloqueio dos odores emanados pelo lodo. 

A secagem térmica consiste na elevação da temperatura, o que provoca a evaporação da água. O lodo precisa ser desidratado até apresentar teor de sólidos na faixa de 20% a 45%. Após a secagem, o lodo pode adquirir aspecto granular e apresentar teor de sólidos de 90% a 95%.

• O processo é eficiente para bloquear a atividade biológica no lodo devido à secagem, porém, como não há mudanças substanciais na matéria orgânica, uma vez que o lodo se reidrata, no solo, por exemplo, a atividade biológica é retomada e podem ocorrer problemas de odores.

Os sistemas de secagem térmica podem ser classificados em dois grandes tipos: 

1. Secadores de contato direto, em que o ar quente fica em contato direto com o lodo, arrastando a umidade, eventuais gases e poeira. 
2. Secadores de contato indireto, em que o calor é transmitido por intermédio de uma placa trocadora de calor, plana ou cilíndrica. 

Em cada grupo há várias tecnologias diferentes, com graus de complexidade e controle ambiental variáveis.

• O lodo seco pode ter várias alternativas de destino final, como a reciclagem agrícola, incineração e disposição em aterro. Essa classificação não é absoluta, tendo em vista que, na maior parte dos casos, dois ou mais processos agem de maneira concomitante. 

Na compostagem, a biodegradação e o efeito físico da temperatura são simultâneos. Na oxidação úmida há transformação química e ação da temperatura, enquanto nos processos térmicos há pouca alteração na matéria orgânica: na secagem térmica, por exemplo, a evaporação da água bloqueia a atividade biológica no lodo, que pode ser retomada desde que haja reidratação do resíduo. 

Parâmetros de Avaliação: 

Do Grau de Estabilização:

• A correta definição e determinação da estabilidade do lodo é uma questão que permanece em aberto. Em parte porque a estabilização se refere a características gerais do lodo e, portanto, provoca definições qualitativas e descritivas. 

Isto explica o motivo de as tentativas de relacionar a estabilização com alterações químicas e biológicas do lodo não serem muito bem-sucedidas. Vários indicadores podem ser utilizados para avaliar o grau de estabilização do lodo:

Odor. 

1. Nível de redução de patógenos. 
2. Nível de redução de sólidos voláteis. 
3. Toxicidade. 
4. Taxa de absorção de oxigênio. 
5. ATP (adenosina trifosfato), 
6. Atividade enzimática 
7. DBO, DQO, COT 
8. Teor de nitrogênio (amoniacal e nítrico). 
9. Teor de ortofosfato. 
10. Teor de carboidratos, proteínas, lipídios. 
11. Teor de cinzas. 
12. Aptidão à desidratação 
13. Presença de protozoários e rotíferos. 
14. Viscosidade. 
15. Valor calorífico 
16. Combinação de vários parâmetros 

A importância da estabilização está vinculada ao tipo de destino final do lodo. Na reciclagem agrícola, a estabilização está ligada diretamente a odores, atração de moscas e conteúdo de patógenos, portanto, à aceitabilidade do produto.

• Na disposição em aterro sanitário, o grau de estabilização tem importância média, sendo principalmente ligado à facilidade de desidratação do lodo e, em menor escala, aos odores. 

Na incineração, o grau de estabilização também é importante, porém de forma inversa ao uso agrícola: um lodo muito estabilizado, que perdeu muito de sua fração orgânica, também perdeu muito de seu potencial calorífico,

Higienização como Fase Avançada da Estabilização:

As várias tecnologias de estabilização apresentadas têm suas vantagens e desvantagens. Como foi mencionado anteriormente neste texto, a tecnologia de estabilização e o grau de estabilização desejado devem estar de acordo com:

• O sistema de tratamento de esgotos. 
• A técnica de desidratação do lodo. 
• O destino final previsto para o lodo. 

Nos sistemas aeróbios tipo lodos ativados, a digestão anaeróbia, que é a tecnologia mais empregada no Brasil, é eficiente para eliminar o problema de odores, porém ainda permanece grande concentração de patógenos no lodo.

• Da mesma forma, os sistemas que utilizam os reatores anaeróbios de fluxo ascendente (UASB), que digerem o lodo no próprio reator de tratamento de esgotos, apresentam lodo com mínimo odor, porém ainda com alta concentração de patógenos.

O mesmo pode ser dito de sistemas de aeração prolongada, que também digerem aerobiamente o lodo durante o processo de tratamento de esgotos. Em todos estes casos, se o destino final do lodo for a reciclagem agrícola, é necessário que o lodo ainda passe por um processo de estabilização mais avançado, também chamado de processo de desinfecção ou higienização, para que haja uma redução compatível da concentração de patógenos a fim de que o biossólido possa ser utilizado na agricultura sem riscos.

• Estes lodos podem, após a fase de estabilização, ser higienizados por meio do tratamento com a cal ou a compostagem. Esses processos já mostraram sua eficiência na desinfecção do lodo, reduzindo os níveis de patógenos a patamares seguros. 

Na França, é feita uma distinção entre lodo “tratado”, que significa lodo estabilizado (referindo-se principalmente ao lodo digerido), e lodo “higienizado”, referindo-se ao lodo que passou por processo específico, visando a grande redução em seu conteúdo de patógenos (caleação, compostagem). No que diz respeito à normatização, este é um processo em discussão no Brasil. O Estado do Paraná, com base em vários projetos de pesquisa na área de reciclagem agrícola de biossólidos, adotou uma instrução normativa que fixa os seguintes parâmetros para a qualidade sanitária do lodo: 

• Redução de sólidos voláteis maior ou igual a 40%. 
• Ovos de helmintos viáveis, menor ou igual a 0,25 ovo/g de lodo seco. 
• Coliformes fecais, menor ou igual a 103 NMP/g de lodo seco. 

Esses limites pressupõem que o lodo tenha passado por processos convencionais de estabilização biológica, seguidos de processo de higienização. Nos Estados Unidos, a EPA definiu a Norma 40 CFR part 503 (1993), que classifica os processos de tratamento do lodo em dois grupos:

a) PFRP – Process to Further Reduce Pathogens Compostagem: Para os processos aerados (reator biológico ou leiras estáticas aeradas), a temperatura deve ser superior ou igual a 55ºC durante pelo menos 3 dias. Para a compostagem em leiras revolvidas, a temperatura deve ser igual ou superior a 55ºC durante 15 dias, sendo que neste período deve haver no mínimo 5 revolvimentos. Secagem térmica: Para os processos de contato direto ou indireto com o ar, o teor de água no lodo seco deve ser igual ou menor que 10%. A temperatura do lodo deve ser superior a 80ºC ou a temperatura dos gases na saída do sistema, superior a 80ºC. Tratamento térmico: O lodo líquido deve ser aquecido a uma temperatura igual ou superior a 180ºC, durante pelo menos 30 minutos. Digestão aeróbia termófila: O lodo deve ser misturado e aerado, mantendo condições aeróbias durante pelo menos 10 dias a 55-60ºC. Irradiação Beta: O lodo deve ser irradiado com raios Beta fornecidos por acelerador capaz de proporcionar no mínimo 1 megrad à temperatura de 20ºC. Irradiação Gama: O lodo deve ser irradiado com raios Gama fornecidos por isótopos, como Cobalto 60, Cesium 137, à temperatura de 20ºC. Pasteurização: A temperatura do lodo deve ser mantida no mínimo a 70ºC durante pelo menos 30 minutos.
b) PSRP – Process to Significantly Reduce Pathogens: Digestão aeróbia: O lodo é misturado e recebe aeração, mantendo condições aeróbias por 40 dias a 20ºC ou 60 dias a 15ºC. Secagem ao ar: O lodo é disposto em leito de secagem, por 3 meses no mínimo, sendo que durante este período deve haver 2 meses com temperatura superior a 0ºC. Digestão anaeróbia: O lodo é digerido na ausência de oxigênio, por pelo menos 15 dias, a uma temperatura de 35-55ºC ou 60 dias a 20ºC. Compostagem: A temperatura deve ser superior a 40ºC por pelo menos 5 dias. Durante 4 horas, nestes 5 dias, a temperatura deve ser superior a 55ºC. Caleação: O lodo deve receber cal até elevar seu pH 12, após 2 horas de contato. A 40 CFR distingue também as classes de lodo:

Lodo classe A:

Pode ser utilizado sem restrições, inclusive para horticultura. Ele deve apresentar as seguintes características sanitárias: Teor de coliformes fecais < 1.000 NMP/g de lodo seco. Teor de salmonella < 4 NMP/4 g de lodo seco. Como exigências complementares: Vírus entéricos < 1 PFU/4 g de lodo seco. Ovos viáveis de helmintos < 1 ovo/4 g de lodo seco. 

Lodo classe B:

• É de uso mais restrito, devendo ser aplicado em grandes culturas, reflorestamentos e outras situações em que o risco pode ser mais controlado. A exigência é: Coliformes fecais < 2 . 106 NMP/g de lodo seco. 

Na França, até recentemente, o controle sanitário estava a cargo da Autoridade Local. A nova normatização (01/1998) torna obrigatório o tratamento de higienização para que o lodo seja usado na agricultura, fixando como limites: Salmonellas < 8 NMP/10 g de lodo seco. Enterovírus < 3 NMPUC/10 g de lodo seco. Ovos viáveis de helmintos < 3 ovos/10 g de lodo seco. Os limites da normatização francesa são os limites de detecção dos processos analíticos

Referências Bibliográficas:

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FERNANDES, F.; ANDRAUS, S.; ANDREOLI, C.V.; BONNET, B.R.P.; BORGES, J.C.; CANTO, L.A.; MEDEIROS, M.L.B. (1996). Eficiência dos processos de desinfecção do lado da ETE Belém com vista a seu uso agrícola.

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Estabilização de Lodo de Esgoto