Drying evaluation for shrinkage and microorganisms inactivation in STP sludge

O lodo de esgoto, um dos principais componentes das águas residuárias geradas mundialmente, é um resíduo com alto conteúdo de umidade e grande carga de microrganismos. O uso da secagem apresenta-se como uma poderosa ferramenta na área ambiental devido a possibilidade de redução de volume e inativação microbiológica. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o processo de secagem empregando um secador convectivo direto de fluxo ascendente, para redução de volume e inativação microbiológica de lodo de ETE. O lodo utilizado foi oriundo do tratamento primário da ETE - Tatu, da cidade de Limeira - SP. Foram desenvolvidos os seguintes estudos: determinação das características físico-químicas, ensaios de secagem a partir do planejamento experimental 3² em duplicata (duas variáveis - temperatura e vazão do ar de secagem, e três níveis) com análise estatística dos dados, a avaliação da redução de volume do lodo seco, ajuste de modelos matemáticos aos dados experimentais, verificação do efeito da sazonalidade do lodo de esgoto no processo de secagem, e avaliação da inativação microbiológica. Pelos resultados do trabalho verificou-se que as características físicoquímicas não sofreram alterações significativas antes e após o processo de secagem, e com isso, pode-se considerar que não ocorreu emissão atmosférica destes componentes. A cinética do processo de secagem se caracterizou inicialmente pelo período de aquecimento do material seguindo-se pelos períodos de secagem à taxa constante, 1.ª e 2.ª taxas decrescentes. O início do 2.º período de taxa decrescente foi marcado pela quebra ou fissura da torta, com aumento significativo da taxa de secagem, que é uma característica específica da secagem de materiais como o lodo. A análise estatística mostrou que a temperatura foi a variável mais significativa, indicando que o mecanismo de secagem do lodo de esgoto foi predominantemente difusivo. Contudo, devido o comportamento do 2.º período de secagem, os modelos difusivos não se ajustaram adequadamente, necessitando de modelos empíricos para descrever a 2.ª taxa decrescente. A redução de volume do material foi satisfatória, no caso cerca de 50%. A verificação da sazonalidade mostrou uma discreta diferença nos valores de pH e umidade inicial dos lodos estudados. As análises microbiológicas mostraram que após o tratamento térmico, houve a inativação microbiológica em praticamente todas as condições de processo estudadas, sendo o binômio tempo de exposição - temperatura o fator predominante para a esterilização e desinfecção do lodo de ETE. Com os resultados obtidos é possível considerar que o processo de secagem deste trabalho apresenta bom potencial de aplicação como tratamento de lodo de ETE, mas também de outros materiais que possuam características similares. Palavras-chave: secagem, lodo de esgoto, redução de volume, inativação microbiológicaSludge, one of the main components of wastewater generated worldwide, is a waste with great quantity of moisture and microorganisms. The usage of drying has been a powerful tool in the environmental area due to the possibility of reduction of volume and microbiological inactivation. The present study aims to assess the drying process using an upflow direct convection dryer to reduce sludge volume and microbiological inactivation of Sludge Treatment Plants (STP). The used sludge has been taken from the primary treatment of STP - Tatu, city of Limeira, São Paulo. The following studies have been carried out: determination of physicochemical characteristics, drying experiments from the experimental design 3² in duplicate (two variables - temperature and drying air flow, and three levels) with statistical analysis of data, assessment of volume reduction of dried sludge, fitting of mathematical models to experimental data, verification of the effect of the seasonality of the sludge in the drying process, and assessment of microbiological inactivation. With the results of this study it could be verified that the physicochemical characteristics have not suffered significant changes nor before neither after the drying process, therefore, it can be said that atmospheric emission of these components have not occurred. The kinetics of the drying process was initially characterized by the heating period of the material followed by the drying periods of constant rate, first and second falling rates. The beginning of the second period of falling rate was marked by the cake break or fissure with the significant increase of the drying rate which is a specific characteristic of the drying of materials such as sludge. The statistic analysis has shown that the temperature was the most significant variable indicating that the sludge drying mechanism has predominantly been diffusive. However, due to the behavior of the second period of drying, the diffusive models did not adjust adequately, being necessary the use of empiric models to describe the second falling rate. The reduction of material volume was satisfactory, 50%, in this case. The verification of the seasonality has shown a discrete difference in the pH values and in the moisture content of the studied sludge. The microbiological analyses showed that after the thermal treatment there was microbiological inactivation practically in all the studied conditions of the process, being the binomial time of exposition - temperature the predominant factor for the sterilization and disinfection of sludge of STP. With the obtained results it is possible to consider that the drying process of this study shows a good potential of application for sludge treatment of STP, and also for other materials that have similar characteristics