Custos de desaguamento e higienização de lodo em etes com reatores UASB seguidos de pós-tratamento aeróbio : subsídios para estudos de concepção

Orientador: Prof. Dr. Miguel Mansur AisseDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 24/05/2019Inclui referências: p. 173-181Resumo: O lodo de esgoto, proveniente de Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs), requer tratamento e disposição final adequados, o que demanda elevados custos de implantação e operação de unidades destinadas ao processamento deste subproduto. Os reatores UASB possibilitam, além da redução da carga orgânica dos esgotos, a digestão e o adensamento do lodo produzido, de forma que este pode ser encaminhado diretamente às etapas de desaguamento e higienização. Para a fase líquida, há uma tendência de serem implementados sistemas aeróbios, como póstratamento dos reatores UASB, devido à limitada capacidade destes na remoção de poluentes. Com isto, a produção de lodo deverá aumentar e, consequentemente, os custos associados. O presente trabalho teve como objetivo avaliar os custos de implantação (CAPEX) e operação (OPEX) de sistemas de desaguamento e higienização de lodo proveniente de ETEs com reatores UASB seguidos de póstratamento aeróbio, visando subsidiar Estudos de Concepção. As alternativas tecnológicas avaliadas foram: Leitos de Secagem, Centrífugas, Wetlands Construídos para Lodo (WCL), Estabilização Alcalina Prolongada (EAP) e Secagem Térmica. Como métodos empregados, inicialmente, realizaram-se pesquisas bibliográficas e entrevistas com profissionais da área de saneamento, para se investigarem questões relacionadas ao dimensionamento de estruturas de tratamento de lodo não consolidadas ou pouco abordadas na literatura. Em seguida, foram dimensionados os sistemas, para então serem estimados os custos de implantação e operação, bem como elaboradas ferramentas de auxílio em Estudos de Concepção. Avaliaram-se os custos para ETEs com vazões de 5 a 750 L/s. Como resultados, obtiveram-se refinamento dos critérios e parâmetros adotados, tais como coeficientes de produção de sólidos dos sistemas de tratamento de esgoto considerados; fluxogramas alternativos de descarte do lodo aeróbio de excesso em ETEs com reatores UASB e Pós-tratamento aeróbio; dimensionamento de Tanques de Equalização, equipamentos mecânicos de desaguamento de lodo, Leitos de Secagem e pátios de higienização de lodo por EAP. Para estes últimos, propôs-se uma metodologia análoga à dos leitos de secagem, com taxa de aplicação de sólidos de até 350 kgST/m² e tempo de ciclo de 1 ano. Quanto à avaliação dos custos, verificaramse as faixas de vazão em que cada tecnologia estudada é mais econômica, sem se considerar os custos de aquisição de área e destinação final do lodo, devido à grande variabilidade destes itens. Os leitos de secagem mostraram-se mais econômicos que as centrífugas para toda a faixa de vazão em que foram considerados (5 a 160 L/s), mas, quando considerado apenas o CAPEX, superaram o custo das centrífugas em ETEs acima de 80 L/s. Uma alternativa mista de leitos de secagem em paralelo às centrífugas foi avaliada, porém, apresentou-se mais onerosa que as demais. Os WCL apresentaram-se com CAPEX superior ao das centrífugas para ETEs acima de 120 L/s, mas foram a alternativa mais econômica de desaguamento de lodo quando considerados CAPEX e OPEX. A consideração da EAP após o desaguamento aumentou de 80 para 130 L/s a vazão em que o CAPEX dos leitos é superior ao das centrífugas. A EAP apresentou-se mais econômica do que a secagem térmica para toda a faixa de vazões, mas, quando considerado apenas o CAPEX, tornou-se mais onerosa para ETEs a partir de 500 L/s. Por fim, desenvolveram-se 4 Ferramentas de Auxílio em Estudos de Concepção: F1) Funções custo das alternativas de desaguamento e higienização de lodo; F2) Custos de implantação e operação de alternativas de desaguamento de lodo; F3) Custos de implantação e operação de alternativas de higienização de lodo; F4) Custos totais, requisitos de área e destinação de lodo para diferentes alternativas de tratamento de lodo. Juntas, as ferramentas podem auxiliar em estudos para diversas realidades de empresas de saneamento. Palavras-chave: Avaliação de alternativas. Custos de Implantação. Custos de Operação. Estabilização Alcalina Prolongada. Lodo Misto Anaeróbio Aeróbio. Secagem Térmica. Tomada de decisão. Wetlands Construídos para Lodo.Abstract: Sludge, from Sewage Treatment Plants (STPs), requires adequate treatment and final disposal, which demands high capital and operational expenditures in units destined to processing this endproduct. In addition to reducing the sewage organic matter, UASB reactors allow the sludge digestion and thickening, so that it can be sent directly to the dewatering and disinfection processes. For the liquid phase, there is a tendency of aerobic systems be used as post-treatment of the UASB reactors, due to it's limited capacity of pollutants removal. With this, sludge production is expected to increase, and consequently, the associated costs. The objective of this study was to evaluate the capital costs (CAPEX) and the operation costs (OPEX) of sludge dewatering and disinfection, from STPs with UASB reactors followed by aerobic post-treatment, aiming to subsidize Conception Studies. The technological alternatives evaluated were: Drying Beds, Centrifuges, Sludge Drying Reed Beds (SDRBs), Alkaline Stabilization and Thermal Drying. As methods used, initially, bibliographical researches and interviews with utilities professionals were carried out to investigate some undefined, or not easily found in the literature, questions related to design parameters of sludge treatment facilities. Next, the systems were dimensioned thus enabling the CAPEX and OPEX valuation, as well as the formulation of assistant tools for Conception Studies. The costs of sludge processing were evaluated for STPs ranging from 5 to 750 L/s. As results, polishment of the adopted criteria and parameters was obtained, such as the solids production coefficient; alternative flow diagrams of excess aerobic sludge in STPs with UASB reactors followed by aerobic post-treatment; Equalizing Tanks, Sludge Dewatering and Alkaline Stabilization design parameters. A methodology was proposed for alkaline stabilization area estimate, with a solids application rate up to 350 kgTS/m² and 1 year of cycle time. In relation to the costs assessments, sewage flow rates in which each technology is more economical were verified, without considering the costs of land acquisition and final disposal of the sludge, due to the great variability of these items. The drying beds were more economical than the centrifuges for the entire flow range in which they were considered (5 to 160 L/s), but when considered only the CAPEX, they exceeded the costs of the centrifuges in STPs above 80 L/s. A mixed alternative of drying beds in parallel to the centrifuges was evaluated, however, it was more expensive than the others. The SDRBs presented a superior CAPEX that the centrifuges for STPs above 120 L/s, but they were the most cost effective alternative of sludge dewatering when considered CAPEX and OPEX. The post-dewatering alkaline stabilization increased the STPs flow rate at which the CAPEX of the centrifuges is lower than the drying beds, from 80 to 130 L/s. Alkaline stabilization was more cost effective than heat drying for the entire flow range evaluated, although, when considered only CAPEX, it became more expensive for STPs above 500 L/s. Finally, 4 assistant tools for Conception Studies were developed: F1) Cost functions of sludge dewatering and disinfection alternatives; F2) CAPEX and OPEX of sludge dewatering alternatives; F3) CAPEX and OPEX of sludge disnfection alternatives; F4) Total costs, area requirements and allocation of sludge for different sludge treatment alternatives. Together, these tools may be helpful in studies for different realities. Key-words: Alkaline Stabilization. Alternatives Evaluation. Capital costs. Decision making. Blended anaerobic aerobic sludge. Heat drying. Operational costs. Sludge Drying Reed Beds