Caracterização e tratamento de biossólidos da depuração de efluentes urbanos para aplicações agronómicas

Abstract

The treatment of urban effluents in wastewater treatment plants (WWTP) produces large quantities of biosolids that require proper management strategies. The Directive 2008/98/CE and the circular economy programs encouraged the minimization of organic waste deposition on landfills. Thus, the application of biosolids in agricultural soils arises as an alternative to value both organic matter and nutrients (nitrogen and phosphorus) that are present in its composition. However, this management strategy presents some drawbacks as biosolids may contain undesirable quantities of potentially toxic metals, organic contaminants, and pathogenic microorganisms.This work aims to study the drying process of biosolids, regarding the kinetics and the H2S emissions, with and without the incorporation of an industrial residue (lime mud - LM from pulp and paper mills). Moreover, the influence of LM and drying were evaluated on the biosolids sanitation to ensure its agricultural applicability.Regarding the drying kinetics at 100 ºC, it was possible to conclude that all studied LM incorporations (0.05-0.25 g LM/gwb) increased the drying efficiency compared with the process without adjuvants. Fick’s second law and thin layer model adequately described the kinetic curves (R2 >0.994 and RMSE <0.02). Through a design of experiments, it was determined that the optimal drying conditions relative to drying rate and time (up to a moisture of 30%) were 130 ºC, 2.5 mm of biosolid thickness, and 0.15 g LM/gwb. The maximum H2S release was 168.27 µg H2S/g biosolid (after 410 min from the beginning of the drying process at 100 ºC). According to the microbiological assays, only one of the characterized samples fulfilled the requirements imposed by Decreto-Lei n. º 276/2009. Salmonella spp. was not detected on any of the studied samples. Lastly, both the addition of calcined lime mud (CLM) and the thermal treatment (from 100 ºC) were effective in reducing the E. coli concentration to levels below the limit imposed by the law.

O tratamento de efluentes urbanos em estações de tratamento de águas residuais (ETAR) origina grandes quantidades de biossólidos, para os quais é necessário encontrar soluções adequadas para a gestão deste resíduo. A Diretiva 2008/98/CE e os programas para a economia circular incentivaram a minimização da deposição de resíduos orgânicos em aterro, surgindo como alternativa a aplicação de biossólidos em solo agrícola de forma a valorizar a matéria orgânica e nutrientes (azoto e fósforo) presentes na sua constituição. No entanto, este método de gestão apresenta alguns problemas, uma vez que os biossólidos podem conter níveis inaceitáveis de metais pesados, contaminantes orgânicos e microrganismos patogénicos.O principal objetivo deste trabalho é estudar o processo de secagem de biossólidos do ponto de vista da cinética e das emissões de H2S, com e sem a incorporação de um resíduo industrial (lamas de cal-LM do fabrico de pasta de papel). Para além disso, é também avaliado o efeito de LM e da secagem na higienização dos biossólidos, tendo em vista a sua aplicação agronómica.Relativamente à cinética de secagem a 100 ºC, verificou-se que todas as incorporações de LM estudadas (0,05-0,25 g LM/gwb) conduziram a melhorias na eficiência de secagem relativamente ao processo sem qualquer adição de adjuvante. A 2º Lei de Fick e modelo da camada fina demonstraram ser adequados para descrever matematicamente as curvas cinéticas (R2 >0,994 e RMSE<0,02). Através de um desenho de experiências, determinou-se como condições ótimas de secagem 130 ºC, 2,5 mm de espessura da camada de biossólido e 0,15 g LM/gwb relativamente à taxa e tempo de secagem (até uma humidade de 30%). A libertação máxima de H2S, foi 168,27 µg H2S/g biossólido (após 410 min desde o início da secagem a 100 ºC). Das amostras caracterizadas microbiologicamente concluiu-se que apenas uma cumpre os requisitos impostos pelo Decreto-Lei n.º 276/2009. No entanto, não foi detetada Salmonella spp. em nenhuma das amostras em estudo. A adição de lamas de cal calcinadas (CLM) e o tratamento térmico (a partir de 100 ºC) demostraram ser eficazes na redução da concentração de E. coli para limites abaixo dos estipulados por lei.