Eficiência da estabilização de lodos de etes com cal e ferrato (VI) de potássio

Abstract

Resultados da avaliação da eficiência da estabilização de lodos de ETEs, com cal hidratada e ferrato(VI) de potássio são apresentados. Os efeitos da estabilização química sobre três diferentes tipos de lodo, (excesso de lodo ativado, ETE-SM, lodo anaeróbio de UASB, ETE-ESM e lodo de curtume, ETE-CUR), foram pesquisados através de um processo padrão (uso da cal) e um novo processo (uso do ferrato(VI) de potássio). Foram controladas as dosagens dos produtos químicos, o pH, a temperatura, o tempo de detenção e a resistência específica dos lodos para desaguamento. Características como a DQO, COT e O&G, foram utilizados para avaliar a eficiência de oxidação e/ ou remoção de compostos orgânicos dos lodos. A caracterização de elementos metálicos foi realizada para verificar se os mesmos, após os tratamentos, seriam lixiviados e solubilizados, de acordo com a norma brasileira e/ou atenderiam normas da EPA para disposição no solo. Compostos nutrientes à base de nitrogênio, fósforo e enxofre, foram também caracterizados para avaliar a eficácia do processo em fixar tais nutrientes na matriz lodosa, enriquecendo-a para futuro uso agrícola. Compostos de N (NH3} e S (H2S) podem também ser utilizàdos como traçadores da contaminação atmosférica, por odores na manipulação de lodos tratados ou não, motivo pelo qual, também tiveram a sua remoção ou transformação avaliadas. Finalmente, para a avaliação sanitária dos lodos brutos e tratados, foram analisados organismos indicadores, tais como, coliformes totais, coliformes fecais, estreptococos fecais, fungos e ovos de helmintos, de maneira a se verificar a eficiência quanto à higienização dos lodos testados. Nos ensaios de estabilização com cal hidratada, verificou-se que são necessários valores iniciais de pH mais elevados que 12, para evitar que o pH decaia abaixo de 12 em 2 horas. O valor de pH aos 10 minutos, pode ser um bom indicador, para que se obtenham as condições recomendadas pelo processo padrão. Foi necessária uma dose média de cal hidratada de 0,073 kg/kgPS no lodo da ETESM, 0,061 kg/kgPS no lodo da ETE-ESM e 0,240 kg/kgPS no lodo da ETE-CUR, para elevar o pH para maior que 12 em 2 horas. As diferentes doses de cal requeridas por cada lodo, deveram-se às características químicas de cada lodo, que tinham diferentes capacidade tampão. o comportamento do pH, durante o armazenamento, indica que o decaimento do pH é mais acentuado, quando as doses de cal são menores, provavelmente devido a uma quantidade menor de alcalinidade residual. Doses de 10 g/1, 15 g/1 e 30 g/1 de ferrato(VI) de potássio aplicados nos lodos, mostraram que a taxa de decaimento do pH ocorre, durante o armazenamento similarmente entre as dosagens. Nas doses mais elevadas as taxas de queda são menores. A redução dos teores de O&G pode ter ocorrido pelo ambiente altamente alcalino, criado pela adição de cal e ferrato(VI). As eficiências conseguidas na remoção de O&G pelo tratamento com cal e com ferrato(VI), podem favorecer a disposição do lodo no solo. A retenção de fósforo no lodo tratado com cal, foi maior do que a retenção obtida com uma dose similar de ferrato(VI) no lodo da ETE-ESM e ETE-CUR, e em menor grau no lodo da ETE-SM, onde provavelmente prevaleceu a ação do ferro. No lodo estabilizado com cal e com o ferrato(VI), verificou-se redução nos teores de NTK e amônia, enquanto ocorreu um aumento das concentrações de nitrato, principalmente com a adição de ferrato(VI). A diminuição dos teores de NTK, indicaram perdas de nitrogênio para a atmosfera nos processos de estabilização, ocasionadas pela volatilização de amônia para a atmosfera. A emissão de odores ofensivos,. que são gerados durante o tratamento e manejo do lodo, foi reduzida a um nível aceitável com a estabilização com ferrato(VI) de potássio. O efeito sobre os compostos odoríficos indesejáveis no lodo foi imediato. Verificou-se que o ferrato(VI) de potássio, reune num só produto, os vários produtos químicos, comumente empregados nos métodos de controle de odores no tratamento do lodo. O ferrato(VI) produz elevação de pH, a remoção de sulfeto, através da formação de precipitados com várias formas de íons de ferro, a destruição de produtos odoríficos pelo poder oxidante, podendo transformar os sulfetos em sulfatos (8 níveis de oxidação), a aeração promovida pelo oxigênio liberado na decomposição e o duplo efeito desejável de transformação de amônia em nitrato (8 níveis de oxidação). Este produto pode tomar o lugar do sulfato, agir como um aceptor de elétron e, prevenir o desenvolvimento de substâncias odoríficas. Os resultados dos testes de resistência específica à filtração, indicaram que a capacidade de desaguamento dos lodos pesquisados, variaram de acordo com o tipo de lodo e com os produtos químicos adicionados. Verificou-se que a estabilização com cal e com ferrato(VI), nas doses utilizadas, não foram capazes de imobilizar adequadamente os metais, apesar de alguns se apresentarem em concentrações inferiores à do lodo bruto. Alguns metais tiveram a mobilidade favorecida, principalmente nos lodos tratados com ferrato(VI), provavelmente pela maior destruição de compostos que os complexam. A estabilização química de lodos com cal hidratada ou com ferrato(VI) de potássio, pode promover remoções mais elevadas de coliforme fecal e estreptococo fecal do que a digestão aeróbia, digestão anaeróbia e a compostagem mesofílica. Foram verificados recrescimentos de organismos, tais como, estreptococo fecal e fungos no lodo da ETE-SM tratado com cal, durante o armazenamento de 7 dias, demonstrando a necessidade de aplicar doses maiores de cal que a utilizada no processo padrão (pH > 12, 2 horas). Os lodos estabilizados com ferrato(VI), não apresentaram recrescimentos de organismos, em relação aos valores médios,. durante o armazenamento de 7 dias, com a eficiência aumentando com um tempo de contato mais longo. Verificou-se também, que não é preciso elevar o pH do lodo com ferrato(VI) de pelo menos 12 em 2 horas de contato, para se obter a mesma eficiência, ou até mesmo superior que o processo padrão de estabilização de lodo com cal hidratada. Portanto, o ferrato(VI) de potássio, se mostrou um eficiente desinfetante de lodo, reduzindo em poucas horas, a densidade de organismos indicadores e fungos. Tanto a cal hidratada, quanto o ferrato(VI) de potássio, não se mostraram muito eficientes na inativação de ovos de helmintos.

Results of the evaluation of Wastewater Treatment Plant (WTP) sludge stabilization eficiency, using lime and potassium ferrate(VI) are presented. The effects of chemical stabilization on three different types of sludge ( excess activated sludge, WTP-SM, anaerobic sludge from a UASB reactor, WTP-ESM, anda tannery sludge, WTP-CUR, were researched using a standard process (lime) and a new process (potassium ferrate(VI)). The following were controlled: chemical doses, pH, temperature, retention time, and specific resistance of sludges to filtration. Characteristics such as COD, TOC and O&G, were used to assess the effectiveness of oxidation and/or remova! of organic compounds from the sludges. The metallic elements were monitored to find out whether, after treatment, they would be leached and solubilized according to the Brazilian standards and/or would be in accordance with EPA standards for land disposal. Nitrogen, phosphorus and sulphur based nutrient compounds were also described to evaluate the effectiveness of the process in fixing these nutrients to the sludge matrix, enriching it for future agricultura! use. Compounds of N (NH3) and S (H2S) can also be used as tracers of atmospheric contamination, by odors in the manipulation both of treated and untreated sludges, and therefore their removal or transformation were also assessed. Finally, for the purpose of sanitary evaluation of raw and treated sludges, indicator organisms such as total coliforms, fecal coliforms, fecal streptococci, fungi and helminth eggs were analysed to look at their effectiveness in cleaning the sludges tested. ln stabilization tests using lime, it was found that initial pH values higher than 12 are required to prevent the pH from falling below the intended value within 2 hours. The pH value at 10 minutes may be a good indicator to achieve the conditions recommended by the standard EPA process. An average dose oflime of 0.073 kg/kgDW was required for the WTP-SM sludge, 0.061 kg/kgDW in the WTP-ESM sludge and 0.240 kg/kgDW in the WTP-CUR sludge, to raise the pH to higher than 12 in 2 hours. The different lime doses required by each sludge were due to their diff erent chemical characteristics, which had different buffering capacities. The behavior of the pH during storage indicates that there is a more marked pH decay when the lime doses are smaller, probably due to a smaller amount of residual alkalinity. 1t was found that at doses of 10 g/1, 15 g/1 and 30 g/1 of potassium ferrate(VI) applied to the sludges, pH decay occurred at similar rates during storage. At higher doses the pH declined at a slower rate. O&G content reduction may have been due to the highly alkaline environment created by adding lime and ferrate(VI). The efficiencies achieved in O&G remo vai by treatment with lime and ferrate(VI) may favor the land disposal of sludge. Phosphorus retention in lime treated sludge was greater than at a similar dose of ferrate(VI) in the WTP-ESM and WTP-CUR sludge, and less in the WTP-SM sludge where the effect of iron probably prevailed. Both in the sludge of WTP-ESM and WTP-CUR stabilized with lime and with ferrate(VI) a reduction of TKN and ammonia contents occurred, whereas the nitrate concentration increased, especially when ferrate(VI) was added. The reduction in TKN contents indicates nitrogen losses to the atmosphere during the stabilization processes, caused by the ammonia volatilized to the atmosphere. The emission of offensive odors generated during the treatment and management of sludge was reduced to an acceptable levei by stabilization with potassium ferrate(VI). There was an immediate effect on the undesirable odoriferous compounds in the sludge. lt was found that potassium ferrate(VI) gathers, in a single product, the different chemicals commonly employed in odor control methods for treating sludge. Ferrate(VI) raises the pH, removes sulfide by forming precipitates with several forms of iron ions, destroys odor products by means of oxidizing power, and can transform sulfites into sulfates (8 oxidation leveis), promotes aeration by the oxygen released during decomposition, and has the desirable effect of transforming ammonia into nitrate (8 oxidation leveis). This product can take the place of sulfate and act as an electron acceptor, preventing the development of odoriferous substances, by biological degradation. The results of specific resistance tests to filtration indicated that the drainage capacity of sludges researched varied according to the type of sludge and the chemicals added. It was found that stabilization with lime and ferrate(VI) in the doses used was not able to adequately immobilize the metais, although some were present at concentrations lower than raw sludge. The mobility of some metais was favored, especially in sludges treated with ferrate (VI), probably due to greater destruction of compounds which complexate them, such as organic matter. The chemical stabilization of sludges with slaked lime or with potassium ferrate(Vl), may promote higher removal rates of fecal coliforms and fecal streptococci than aerobic digestion, anaerobic digestion and mesophilic composting. Regrowth of organisms such as fecal streptococci and fungi was found during the 7-day storage of WTP-SM sludge treated with lime, showing the need to apply larger doses of lime than those advised in the standard process (pH > 12, 2 hours). The sludges which were stabilized with ferrate(VI) did not present any new growth of organisms, as compared with mean values, during the 7-day storage, and the effectiveness of disinfection increased with longer time of contact. It was also found that the sludge pH did not need to be raised with ferrate(Vl) to at least 12 in 2 hours of contact to obtain the sarne or even higher effectiveness than that of the standard sludge stabilization process using lime. Thus potassium ferrate(VI) proved to be an efficient sludge disinfectant regarding indicator organisms and fungi. Both lime and potassium ferrate(Vl) did not prove very effective in inactivating helminth eggs.