Nova metodologia de previsão de geração de lodos de estações de tratamento de água por bacias hidrográficas

Abstract

Resumo: As estações de tratamento de água (ETAs) que operam por processos convencionais produzem elevadas quantidades de lodos, classificados como resíduos sólidos no Brasil. Devido aos impactos ambientais e custos associados, o manejo adequado desses lodos requer redução de volume, para o qual são empregadas diferentes técnicas de tratamento, projetadas com base na quantidade de lodo produzido na ETA. A abordagem convencional para quantificar a produção de lodo utiliza equações empíricas de vários países, frequentemente substituindo o valor de sólidos suspensos totais (SST) por turbidez, multiplicada por coeficientes variáveis conforme a qualidade da água. Diante das disparidades nas características das águas usadas para abastecimento, o objetivo desta tese foi avaliar a aplicabilidade dessas equações no estado do Paraná, propondo novas equações baseadas em correlações reais entre turbidez e SST, em cada bacia hidrográfica (BH), usando métodos estatísticos. Além disso, foi avaliada a estequiometria dos reagentes utilizados nas ETAs do estado para verificação dos coeficientes que expressam seus precipitados. Os resultados indicaram que as equações da literatura não se aplicam adequadamente às BHs do Paraná, podendo resultar em sub ou superdimensionamento das unidades de tratamento de lodo, levando a destinações inadequadas de lodo ou investimentos excessivos. As novas equações foram aplicadas em duas estações e os resultados foram comparados com medições in loco, a partir do balanço de massa na primeira estação e a partir do lodo desaguado na segunda, resultando em diferenças de 10,8% e -0,6%, respectivamente. Esses valores foram significativamente inferiores às diferenças obtidas entre as medições locais e as equações da literatura, que variaram de -71 a 22% na primeira ETA e de 28 a 65% na segunda ETA. A aplicação das novas equações em todas as estações do Paraná, aliada a mapas de qualidade da água, possibilitou a proposição de taxas atualizadas de produção de massa seca levando em consideração a fonte de água. Esta tese demonstrou a importância, relevância e vantagens de um modelo regionalizado para quantificação de lodo de ETAs. Essa abordagem é crucial para a gestão eficaz de resíduos nessas estações no Paraná e possui potencial de replicabilidade em outras regiões do Brasil e do mundo.

Abstract: Water treatment plants (WTPs) with conventional treatment produce large quantities of sludge, classified as solid waste in Brazil. Due to the environmental impacts and associated costs, adequate management of these sludges requires volume reduction, for which different treatment techniques are used, designed based on the amount of sludge produced at the WTP. The conventional approach to quantifying sludge production uses empirical equations from various countries, often replacing the total suspended solids (TSS) value with turbidity, multiplied by variable coefficients depending on water quality. Because the disparities in the characteristics of the water used for supply, the objective of this thesis was to evaluate the applicability of these equations in the state of Paraná, proposing new equations based on real correlations between turbidity and TSS, in each watershed, using statistical methods. Furthermore, the stoichiometry of the reagents used in the state's WTPs was evaluated to verify the coefficients that express their precipitates. The results indicated that the equations in the literature are not adequately apply to watershed in Paraná, which could result in under- or oversizing of sludge treatment units, leading to inadequate sludge disposal or excessive investments. The new equations were applied at two stations and the results were compared with on-site measurements, from the mass balance at the first station and from the dewatered sludge at the second, resulting in differences of 10.8% and -0.6%, respectively. These values were significantly lower than the differences obtained between local measurements and literature equations, which ranged from -71 to 22% in the first WTP and from 28 to 65% in the second WTP. The application of the new equations in all seasons of Paraná, combined with water quality maps, made it possible to propose updated dry mass production rates considering the water source. This thesis demonstrated the importance, relevance, and advantages of a regionalized model for quantifying WTP sludge. This approach is crucial for effective waste management at these stations in Paraná and has potential for replicability in other regions of Brazil and the world.