Higienização de lodo de esgoto em reator com aquecimento solar: inativação de coliformes totais e <i>Escherichia coli</i>

Fogolari, Odinei; Magri, Maria Elisa; Philippi, Luiz Sérgio

doi:10.1590/S1413-4152201875680

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 23 (01) • Jan-Feb 2018 • https://doi.org/10.1590/S1413-4152201875680 copiar

Higienização de lodo de esgoto em reator com aquecimento solar: inativação de coliformes totais e Escherichia coli

Sanitisation of sewage sludge in a solar heated reactor: inactivation of total coliforms and Escherichia coli

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

RESUMO

O uso de lodo de esgoto na agricultura se tornou prática corrente em diversos países, sendo atrativa em muitos aspectos, principalmente no fornecimento de matéria orgânica e nutrientes ao solo. Embora os benefícios ambientais e agrícolas do uso de lodo sejam consideráveis, tal prática deve ser realizada de forma sanitariamente segura. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de um processo de higienização térmica de lodo de esgoto utilizando energia solar. O lodo era aquecido através de um trocador de calor, construído com tubos de cobre e instalado dentro do reator, no qual circula água aquecida em coletores solares planos. Foram realizados 16 ensaios experimentais em diferentes condições de irradiação solar. A inativação térmica da Escherichia coli foi avaliada através do modelo cinético de primeira ordem em condições não isotérmicas. O processo mostrou-se eficiente em ensaios realizados com irradiação solar média do período acima de 500 W.h.m^-2, com redução de E. coli entre 4,2 e 7,1 log₁₀ e de coliformes totais entre 4,8 e 7,4 log₁₀. Os ensaios realizados em dias com menores índices de irradiação solar tiveram a eficiência de higienização comprometida, devido às baixas temperaturas atingidas pelo lodo.

Palavras-chave:
energia solar; resíduos de saneamento; destinação agrícola; biossólidos; cinética de inativação

Parâmetro	Método	Mínimo	Máximo	Média±DP
pH	Potenciométrico - Standard Methods 2320 B (APHA; AWWA; WEF, 1998AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). (1998) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20. ed. Washington, D.C.: APHA; AWWA; WEF. 1195 p.)	6,68	7,62	7,12±0,22
Alcalinidade (mg.L^-1)	Titulométrico de líquido sobrenadante (SILVA, 1977SILVA, M.O.S.A. (1977) Análises físico-químicas para construção de estações de tratamento de esgotos. São Paulo: CETESB. 225 p.)	24	511	236±177
DQO (mg.L^-1)	Digestão em refluxo fechado - método colorimétrico - Standard Methods 5220D (APHA; AWWA; WEF, 1998AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). (1998) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20. ed. Washington, D.C.: APHA; AWWA; WEF. 1195 p.)	2.300	26.175	14.253±8.014
Amônia (mg.L^-1)	Colorimétrico de Nessler (Vogel, 1981VOGEL, A.I. (1981) Análise inorgânica qualitativa. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara. 690 p.)	21,4	120,5	70,6±30,6
Nitrato (mg.L^-1)	Colorimétrico com brucina - Standard Methods (APHA; AWWA; WEF, 1998AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). (1998) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20. ed. Washington, D.C.: APHA; AWWA; WEF. 1195 p.)	0,5	5,3	1,4±1,2
Ortofosfato (mg.L^-1)	Método do Ácido Vanadomolibdato - Standard Methods (APHA; AWWA; WEF, 1998AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). (1998) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20. ed. Washington, D.C.: APHA; AWWA; WEF. 1195 p.)	6,8	67,3	40,5±15,7
Sólidos totais (mg.L^-1)	Gravimétrico - secagem a 105ºC (SILVA, 1977SILVA, M.O.S.A. (1977) Análises físico-químicas para construção de estações de tratamento de esgotos. São Paulo: CETESB. 225 p.)	2.067	9.819	4.465±1.961
Sólidos totais voláteis (mg.L^-1)	Método gravimétrico - calcinado a 550ºC (SILVA, 1977SILVA, M.O.S.A. (1977) Análises físico-químicas para construção de estações de tratamento de esgotos. São Paulo: CETESB. 225 p.)	879	4.930	2.035±1.013
Teor de sólidos totais voláteis (%)	Método gravimétrico - calcinado a 550ºC (SILVA, 1977SILVA, M.O.S.A. (1977) Análises físico-químicas para construção de estações de tratamento de esgotos. São Paulo: CETESB. 225 p.)	38,9	51,1	45,2±4,2
E. coli (NMP.100 mL^-1)	Substrato Definido Colilert^®	1,00E+04	1,26E+07	2,30E+06
Coliformes totais (NMP.100 mL^-1)	Substrato Definido Colilert^®	3,16E+05	2,51E+07	8,18E+06

Ensaio	Condição meteorológica	Irradiação (W.h.m^-2 )			Insolação (h)	T_ar média (ºC)
Ensaio	Condição meteorológica	Média do período	Máx.	Mín.
03/12/2009	A: céu aberto; irradiação solar média >700 W.h.m^-2	798	1055	227	10,1	30
07/12/2009		734	1060	186	8,7	29
20/12/2009		867	1086	506	11,9	29
20/02/2010		745	1005	322	10,7	30
30/01/2010	B: céu aberto; irradiação solar média entre 500 e 700 W.h.m^-2	574	923	221	8,7	30
13/03/2010		537	894	191	7,6	31
17/04/2010		512	761	170	8,3	25
01/05/2010		529	745	207	10,1	26
09/05/2010	C: céu aberto; irradiação solar média <500 W.h.m^-2	442	707	152	8,9	23
12/06/2010		253	498	93	4,8	21
03/07/2010		405	594	141	8,7	24
31/07/2010		415	631	89	7,4	25
16/01/2010	D: céu encoberto; irradiação solar média <500 W.h.m^-2	374	649	171	3,5	25
23/01/2010		472	744	107	2,8	25
27/03/2010		356	593	113	1,6	27
11/04/2010		474	671	137	5,9	23

Ensaio	Parâmetros
Ensaio	A_o	Erro	A_f	Erro	x_o	Erro	dx	Erro	R²
03/12/2009	297,54	0,72	335,67	0,24	163,82	3,12	72,71	2,52	0,998
07/12/2009	299,21	0,95	336,32	0,40	184,39	4,32	72,56	3,96	0,995
20/12/2009	295,17	1,01	344,72	0,44	177,02	3,56	77,72	3,35	0,997
20/02/2010	300,62	0,57	344,36	0,45	217,75	2,46	59,81	2,63	0,997
30/01/2010	296,20	0,62	328,62	0,38	203,85	3,44	63,93	3,58	0,994
13/03/2010	297,63	0,65	333,22	0,41	202,06	3,46	58,20	3,38	0,995
17/04/2010	297,95	0,65	332,04	0,41	205,59	3,48	64,11	3,57	0,994
01/05/2010	298,36	0,87	336,38	0,29	150,41	3,43	54,13	2,86	0,994
09/05/2010	294,02	0,65	324,00	0,33	187,46	3,76	63,80	3,65	0,994
12/06/2010	289,44	0,24	313,26	0,17	214,53	1,91	55,99	1,88	0,998
03/07/2010	291,98	0,65	329,88	0,36	194,49	3,09	66,61	3,06	0,996
31/07/2010	289,68	0,60	326,82	0,30	184,67	2,76	60,58	2,62	0,996
16/01/2010	295,23	0,67	313,17	0,31	173,18	6,23	74,71	6,10	0,992
23/01/2010	295,04	0,66	317,17	0,45	210,62	5,64	82,75	6,55	0,995
27/03/2010	299,14	0,37	317,03	0,26	209,15	3,86	88,28	4,76	0,998
11/04/2010	294,07	0,54	313,45	0,29	191,34	5,02	67,59	4,96	0,994

Ensaio	Tempo de tratamento (minutos)
Ensaio	0	60	120	180	240	300	360	420	480
03/12/2009	28,7	31,2	37,9	46,7	53,4	58,4	60,4	60,9	61,6
07/12/2009	27,5	31,1	38,1	43,9	50,5	56,4	60,7	61,8	61,0
20/12/2009	26,5	30,4	37,5	47,3	57,6	63,4	66,9	69,5	68,3
20/02/2010	28,0	30,9	35,2	42,8	53,1	62,2	67,9	69,4	69,2
30/01/2010	23,9	26,5	30,9	37,6	44,2	51,0	53,8	53,6	53,7
13/03/2010	24,5	27,2	31,5	39,1	45,3	55,0	58,9	59,4	59,3
17/04/2010	25,7	29,1	33,7	39,0	45,4	53,5	57,0	57,6	57,5
01/05/2010	25,3	31,8	39,7	47,8	57,5	61,6	62,6	61,6	61,3
09/05/2010	21,7	24,1	29,0	34,6	40,2	47,0	49,6	50,6	49,8
12/06/2010	17,0	17,7	20,8	24,0	30,7	35,7	37,6	39,8	39,8
03/07/2010	21,5	23,0	29,2	36,2	44,2	50,5	53,9	55,1	54,8
31/07/2010	18,3	21,1	26,5	33,8	42,2	50,7	51,7	52,5	52,3
16/01/2010	24,2	25,4	27,3	31,7	34,3	37,8	38,4	38,6	39,0
23/01/2010	23,4	25,7	27,9	31,3	35,2	38,6	41,7	43,7	43,2
27/03/2010	27,6	29,1	30,9	33,5	36,4	38,8	41,5	42,7	42,8
11/04/2010	22,5	24,1	26,2	29,2	34,6	37,6	38,6	39,7	39,5

Escherichia coli			Coliformes totais
Condições	Média±DP	Valor p	Condições	Média±DP	Valor p
A versus B	6,42±0,76 versus 5,67±1,11	ns	A versus B	5,93±1,08 versus 5,88±0,92	ns
A versus C	6,42±0,76 versus 1,31±0,88	p<0,05	A versus C	5,93±1,08 versus 2,30±1,40	p<0,05
A versus D	6,42±0,76 versus 0,55±0,24	p<0,01	A versus D	5,93±1,08 versus 0,83±0,31	p<0,01
B versus C	5,67±1,11 versus 1,31±0,88	ns	B versus C	5,88±0,92 versus 2,30±1,40	ns
B versus D	5,67±1,11 versus 0,55±0,24	p<0,05	B versus D	5,88±0,92 versus 0,83±0,31	p<0,01
C versus D	1,31±0,88 versus 0,55±0,24	ns	C versus D	2,30±1,40 versus 0,83±0,31	ns

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