ESTUDO COMPARATIVO TÉCNICO E FINANCEIRO ENTRE TECNOLOGIAS DE DESAGUAMENTO DE LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA

Engenharias, Volume 27 - Edição 127/OUT 2023 / 27/10/2023

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10048170

Lucas do Ó Oliveira1
Sérgio Carlos Bernado Queiroz2

Resumo

A gestão de lodos gerados em Estações de Tratamento de Água (ETAs) no Brasil envolve desafios ambientais, sociais e financeiro. Nesse sentido, a redução do lodo trata-se de uma etapa primordial para torná-lo mais manejável e reduzir os custos associados à sua disposição final. Existem várias tecnologias disponíveis para a redução do volume do lodo, que podem utilizar processos naturais ou mecanizados, sendo que a seleção da tecnologia apropriada requer uma análise técnica e financeira abrangente dessas opções. Diante dessa problemática, este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo comparativo do ponto de vista técnico e financeiro de tecnologias de desaguamento de lodo de ETAs para as cidades de até 50 mil do estado do Tocantins. Nessa conjuntura, foram avaliadas alternativas como lagoa de lodo, leitos de drenagem, bag geotêxtil, centrífuga e filtro prensa para quatro grupos representativos das cidades estudadas, definidos por faixas populacionais. Para cada grupo, identificados como Grupos I, II, III e IV, foram pré-dimensionadas todas as tecnologias de lodo selecionadas e levantados os custos de implantação (CAPEX) e de operação (OPEX). Na análise realizada, a lagoa de lodo apresentou os menores custos ao longo de 20 anos, e em termos técnicos, destaca-se pela sua simplicidade operacional, tornando-a adequada para munícipios de pequeno porte do estado do Tocantins, assim como os leitos de drenagem. No entanto, a implantação dessas alternativas pode ser inviabilizada pela necessidade de grandes áreas. Quanto ao bag geotêxtil, entre as tecnologias naturais, foi a que apresentou o custo mais elevado, com destaque para os custos operacionais, devido à necessidade de rompê-los para a remoção do lodo, entretanto, seu uso independe das condições climáticas. Em relação à centrífuga, o CAPEX dessa tecnologia foi superior às demais tecnologias estudadas e a demanda significativa de energia elétrica eleva seus custos operacionais, o que pode impossibilitar sua implantação nas cidades consideradas no estudo, a sua utilização poderia ser justificada em ETAs com restrições de espaço e nas quais a aquisição de novas áreas seja dispendiosa. O filtro prensa, possui características semelhantes à centrífuga, apresentando custos ligeiramente superior. Por fim, a lagoa de lodo é a escolha recomendada para os Grupos I e II. No caso dos Grupos III e IV, onde se observa a densa urbanização das ETAs existentes, encarecendo a aquisição de áreas, recomenda-se, os leitos de drenagem, e dependendo das particularidades da área, os bags geotêxtil, pois oferecerem flexibilidade de dimensões, o que facilita sua implantação em diversas localidades.

Palavras-chaves: Estação de Tratamento de Água; Adensamento; Desaguamento; Desidratação; Lodo; CAPEX, OPEX.

1. INTRODUÇÃO

O aumento populacional e a evolução tecnológica possibilitam a modificação do espaço natural, a fim de suprir a demanda de bens e serviços à população em geral. Todavia, esta associação entre crescimento econômico e bem-estar social resulta em diversos problemas ambientais, dentre eles, o aumento da produção de resíduos sólidos (GOUVEIA, 2012).

Dentre a geração dos resíduos sólidos, destaca-se os “lodos” produzidos durante o processo de tratamento da água, constituídos majoritariamente de água, sólidos removidos e os produtos químicos utilizados na Estação de Tratamento de Água. Sendo que, na maioria das vezes, estes resíduos têm sido descartados diretamente nos corpos hídricos afetando-os negativamente (KATAYAMA, 2012; AHMAD, AHMAD, ALAM, 2017).

Os problemas relacionados à disposição inadequada dos resíduos sólidos gerados pelas ETAs não são recentes, verifica-se significativos prejuízos principalmente pelo lodo gerado nessas estações. A problemática gira em torno dos impactos ambientais ocasionados pelo descarte in natura desse resíduo, sendo considerado crime ambiental pela Lei 9.605/1998, devido aos efeitos diretos causados contra a fauna (BRASIL, 1998).

Diante deste cenário socioambiental, após 21 anos de tramitação, foi promulgada a Lei nº 12.305/2010, denominada de Política Nacional dos Resíduos Sólidos (PNRS), a qual visa a redução, reutilização e o tratamento de resíduos sólidos, assim como a disposição final, ambientalmente adequada dos rejeitos.

Os lodos de ETAs são classificados como resíduo sólido classe IIA, de acordo com a NBR 10.004/2004, os quais  devido às concentrações de metais pesados, como alumínio e ferro, à alta toxicidade aos organismos e ambientes aquáticos, a concentração de sólidos superior àquele permitido pela Resolução CONAMA nº 430/2011 restringe-se seu despejo em corpos hídricos sem tratamento adequado (PEREIRA, 2011; MACIEL; MACHADO, 2015).

Nesse contexto, Cordeiro (2001) afirma que um dos principais desafios no tratamento de resíduos sólidos em ETAs é a redução do volume de lodo produzido e a diminuição de resíduos para disposição final de forma de facilitar seu manuseio e gestão operacional.

De acordo Achon; Barroso e Cordeiro (2008) os métodos atualmente empregados para a tratamento dos lodos são divididos em categorias distintas: naturais, tais como leitos de secagem, lagoas de sedimentação e bags geotêxtil e mecânicos, incluindo o filtro à vácuo, filtro prensa e centrífugas. No contexto brasileiro, a aplicação de sistemas naturais de tratamento de resíduos provenientes de (ETAs) são promissoras, pois conforme exposto por Gonçalves; Luduvice e Von Sperling (2001), embora demandem espaços amplos para instalação e ocupem um volume significativo se destacam pela sua simplicidade operacional e menor custo.

Diante às alternativas de tratamento de lodo de estações de tratamento de água, é fundamental o desenvolvimento de estudos técnicos e subsequente estudo de viabilidade financeira a fim de subsidiar a tomada de decisão acerca do investimento a ser definido pelas concessionárias de saneamento quanto ao método mais adequado e viável.

Goffi et al. (2018) destacam a importância dos critérios econômicos na tomada de decisão, o que enfatiza a relevância de uma avaliação econômica criteriosa e aprofundada para identificar os principais aspectos do sistema, o que permite um planejamento estratégico mais robusto e amplia a capacidade de tomada de decisão dos gestores.

Nesse cenário complexo, onde o gerenciamento desses resíduos representa um grande desafio nas concessionárias de saneamento, este trabalho visa fornecer uma contribuição à área do saneamento a nível estadual no âmbito do Estado do Tocantins, com o estudo sobre as alternativas tecnológicas de desaguamento de lodo de ETA através de uma análise técnica e financeira, destacando os aspectos necessários para subsidiar o processo decisório.

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL

Avaliar técnica e financeiramente tecnologias de desaguamento de lodo para o desaguamento de lodo proveniente das Estações de Tratamento de Água das cidades do estado do Tocantins com até 50 mil habitantes.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

– Pré-dimensionar unidades de desaguamento de lodo, a partir de dados de uma ETA de referência e metodologias de cálculo recomendas pela literatura clássica e normas brasileiras.

– Estimar os custos de implantação (CAPEX) e de operação (OPEX).

– Realizar uma análise técnica e financeira, levando-se em consideração as características dos municípios do estado do Tocantins. 

– Apresentar formulações matemáticas que possibilitem realizar a estimativa de custos de alternativas de desaguamento de lodo para todas as cidades do Tocantins com população de até 50 mil habitantes.

3. METODOLOGIA

Para o desenvolvimento do estudo apresenta-se na Figura 1 as etapas metodológicas da pesquisa de forma sistemática, delineando de maneira visual todo o percurso realizado, destacando as diversas fases e procedimentos que compõem o seu processo.

Figura 1 – Etapas metodológicas da pesquisa

Fonte: Elaborado pelo autor (2023)

A condução deste estudo envolveu uma abordagem metodológica abrangente sendo realizada pesquisa bibliográfica envolvendo a revisão de literatura existente relacionada às tecnologias de desaguamento de lodo e questões técnicas e financeiras relacionadas, e pesquisa documental, com análise de documentos relevantes como cotações financeiras de equipamentos mecânicos para deságue do lodo. Ademais, foi realizado a levantamento sistemático de dados quantitativos sobre os aspectos técnicos e financeiros das tecnologias em estudo, conforme apresentado a seguir.

3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA EM ESTUDO

O Estado de Tocantins compreende um total de 139 municípios e, segundo a delimitação estabelecida pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), está subdividido em duas mesorregiões distintas: a mesorregião ocidental e a mesorregião oriental, além de ser subdividido em oito microrregiões (MEDEIROS; SANTOS; ANDRE, 2017).

A mesorregião ocidental é composta por cinco microrregiões, nomeadamente: Araguaína, Bico do Papagaio, Gurupi, Miracema do Tocantins e Rio Formoso. Por outro lado, a mesorregião oriental é constituída pelas microrregiões de Dianópolis, Jalapão e Porto Nacional. Tal divisão geográfica serve como base para uma análise mais aprofundada da estrutura e das dinâmicas regionais dentro do Estado de Tocantins (MEDEIROS; SANTOS; ANDRE, 2017).

Em relação ao abastecimento de água, ressalta-se que o estado do Tocantins apresentou um índice de atendimento total de água de 79,57% no ano de 2021, e quando se trata de atendimento urbano, esse índice tende a aumentar atingindo o percentual de 93,71%, conforme dados fornecidos pelo Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento (SNIS). A Tabela 1 apresenta os indicadores de água, dando um panorama geral do sistema de abastecimento de água no estado do Tocantins.

O atendimento urbano no estado do Tocantins, com um índice de 93,71%, supera tanto a média da região Norte, que registra 72,16%, quanto à média nacional, que alcança 93,46%. No entanto, ao analisar o índice de atendimento total, o Tocantins, com o percentual de 79,57%, está acima da média da região Norte, que é de 59,97%, mas fica ligeiramente abaixo da média nacional, que atinge 84,20% (BRASIL, 2021b).

Considerando os aspectos demográficos, o estado do Tocantins abriga uma população estimada em 1.511.459 indivíduos, distribuídos ao longo de 139 municípios, conforme dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) referentes ao ano de 2022, sendo o quarto Estado menos populoso do Brasil, e estima-se que em 2060 a população atinja 1.935.575 habitantes. Sua extensão territorial abrange um total de 277.423,627 km², tendo, portanto, uma densidade demográfica média do estado de 5,45 hab/km² (IBGE, 2022).

Nesse sentido, a fim de fornecer um panorama abrangente da dinâmica demográfica dos 139 municípios tocantinenses realizou-se uma análise populacional de cada município do estado, considerando a população urbana. Tal análise baseou-se nos dados dos censos demográficos realizados pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) referentes aos anos de 1991, 2000 e 2010 e 2022 e constituiu base fundamental para as análises subsequentes do presente estudo.

3.2 DEFINIÇÃO DOS GRUPOS POPULACIONAIS

Para a categorização dos grupos populacionais, baseou-se nos dados do censo demográfico do IBGE relativos ao ano de 2022. A partir desse levantamento, dividiu-se os municípios em seis grupos populacionais da seguinte forma:

– Grupo I: municípios com população inferior a 5.000 habitantes;

– Grupo II: municípios com população entre 5.001 e 10.000 habitantes;

– Grupo III: municípios com população entre 10.001 e 20.000 habitantes;

– Grupo IV: municípios com população entre 20.001 e 50.000 habitantes;

– Grupo V: municípios com população entre 50.001 e 100.000 habitantes;

– Grupo VI: municípios com população superior a 100.000 habitantes.

Nessa conjuntura, apresenta-se na Tabela 2 a seguir a categorização dos grupos populacionais, bem como a quantidade e percentual dos municípios pertencentes a cada grupo.

Conforme se observa na Tabela 2 a maioria dos municípios tocantinenses possuem população inferior à 5.000 habitantes, enquanto apenas cinco munícipios possuem população superior à 50.000 habitantes. Com o propósito de identificar a inclusão de municípios nos grupos populacionais determinados, a Tabela 3 a seguir delimita os municípios que se enquadram em cada grupo, proporcionando uma análise clara e estruturada da composição demográfica em relação aos critérios estabelecidos.

Tabela 3 – Identificação dos municípios por grupo populacional

GruposMunicípios
IOliveira de Fátima, Crixás do Tocantins, Chapada de Areia, Sucupira, Ipueiras, Lavandeira, Rio da Conceição, São Félix do Tocantins, Novo Alegre, Tupiratins, Tupirama, Cachoeirinha, Brasilândia, do Tocantins, Taipas do Tocantins, Centenário, Pugmil, Carmolândia, Santa Rita do Tocantins, Novo Jardim Juarina, Piraquê, São Salvador do Tocantins, Monte Santo do Tocantins, Itaporã do Tocantins, Santa Terezinha do Tocantins, Talismã, Abreulândia, Santa Maria do Tocantins, Luzinópolis, Rio dos Bois, Mateiros, Santa Tereza do Tocantins, Porto Alegre do Tocantins, Angico, Lizarda, Presidente Kennedy, Maurilândia do Tocantins, Chapada da Natividade, Carrasco Bonito, Jaú do Tocantins, Aurora do Tocantins, Lajeado, Nova Rosalândia, Muricilândia, Bandeirantes do Tocantins, Recursolândia, Tabocão, Fátima, Lagoa do Tocantins, Itapiratins, Sandolândia, Conceição do Tocantins, Riachinho, Novo Acordo, Cariri do Tocantins, Bom Jesus do Tocantins, Pau D’Arco, São Sebastião do Tocantins, Sampaio, Ponte Alta do Bom Jesus, Bernardo Sayão, Dueré, Araguanã, São Valério, Barra do Ouro, Pindorama do Tocantins, Aguiarnópolis, Nazaré, Marianópolis do Tocantins, Santa Rosa do Tocantins, Brejinho de Nazaré, Goianorte, Combinado, Palmeirante, Rio Sono, Barrolândia, Caseara, Aparecida do Rio Negro, Palmeiras do Tocantins, Pequizeiro
IISilvanópolis, Aliança do Tocantins, Itaguatins, Figueirópolis, Aragominas, Couto Magalhães, Arapoema, São Bento do Tocantins, Monte do Carmo, Darcinópolis, Araguacema, Dois Irmãos do Tocantins, Cristalândia, Almas, Itacajá, Palmeirópolis, Divinópolis do Tocantins, Pium, Santa Fé do Araguaia, Tocantínia, Esperantina, Ponte Alta do Tocantins, Filadélfia, Babaçulândia, Araguaçu, Campos Lindos, Natividade, Alvorada, Colméia, Praia Norte, Peixe
IIIAxixá do Tocantins, Arraias, Buriti do Tocantins, Ananás, Nova Olinda, Xambioá, Wanderlândia, Paranã, Sítio Novo do Tocantins, Goiatins, Miranorte, São Miguel do Tocantins, Taguatinga, Pedro Afonso, Lagoa da Confusão, Augustinópolis, Dianópolis, Miracema do Tocantins, Formoso do Araguaia
IVTocantinópolis, Guaraí, Araguatins, Colinas do Tocantins
VParaíso do Tocantins, Porto Nacional, Gurupi
VIAraguaína, Palmas

Fonte: Elaborado pelo autor (2023)

Ressalta-se que, que o escopo deste estudo se concentra exclusivamente nos municípios com uma população inferior a 50.000 habitantes. Essa delimitação foi estabelecida com o propósito de englobar a maioria dos municípios tocantinenses, permitindo uma análise abrangente das características demográficas e das tecnologias de lodo de estações de tratamento de água que atendem a essas áreas. Os municípios de grande porte, grupo V e VI, estão excluídos desta análise devido à necessidade de estudos mais específicos e abordagens diferenciadas por conta da complexidade e particularidades de suas demandas e infraestruturas.

3.3 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS UNIDADES DE DESAGUAMENTO DE LODOS DE ETAS

Apresenta-se a seguir os procedimentos para realizar o pré-dimensionamento das unidades de desaguamento de lodo em ETAs. O processo inicia-se com a determinação da produção de lodo diária. Posteriormente, prossegue-se com o dimensionamento das unidades, levando em consideração as tecnologias selecionadas, que incluem: lagoa de lodo, leito de drenagem, bag geotêxtil, centrífuga e filtro prensa. O dimensionamento dessas unidades implica na definição da área necessária, capacidade e parâmetros específicos de acordo com a tecnologia estudo, de modo a garantir a eficiência do processo de desaguamento.

3.3.1.1 Estimativa de Produção de Lodo

A produção de lodo diária em cada ETA depende da tecnologia utilizada no processo e das características da água captada. Para simplificar e facilitar o entendimento do estudo, considerou-se as características do lodo de uma determinada ETA, aqui denominada ETA A, para a quantificação da produção de lodo. Para a definição da produção de lodo, utilizou-se a formulação empírica (Equação 2) mais difundida e modelada por Cornwerll (1987).

3.3.2 Pré-Dimensionamento das Unidades

Como premissa para o dimensionamento das unidades, considerou-se que antes de seguir para o sistema de desaguamento de lodo, o lodo passará por adensadores projetados para alcançar um lodo efluente com densidade de 1%.

A partir das recomendações encontradas nos estudos de Di Bernardo; Dantas; Voltan (2012), Ferreira Filho (2017), foram realizados os dimensionamentos das unidades de desaguamento de lodo. A seguir apresenta-se as metodologias adotadas no dimensionamento das unidades para os grupos populacionais previamente definidos.

3.3.2.1 Lagoa de Lodo

Para o dimensionamento da lagoa de lodo, adotou-se a metodologia apresentada por Di Bernardo; Dantas e Voltan (2012), onde o dimensionamento ocorre através da determinação do volume necessário para acumulação do lodo em um determinado período, denominado tempo de ciclo. O procedimento de cálculo e as equações utilizadas são mostradas na sequência.

Determinação do volume necessário

3.3.2.2 Leito de Drenagem

O dimensionamento dos leitos de drenagem segue princípios similares aos aplicados no leito de secagem, no entanto, considerando critérios adequados a essa tecnologia. A eficiência de leitos de drenagem na desidratação de lodos depende de fatores climáticos, destacando-se os melhores resultados em regiões caracterizadas por temperaturas elevadas e baixa umidade do ar (MORTARA, 2011).

Como parâmetro de projeto para dimensionamento dessas unidades, foi utilizada a NBR 12.209/1992, que recomenda que carga de sólidos em suspensão não deve exceder a 15 kg/m². O dimensionamento do leito de secagem é então realizado, através da taxa de aplicação superficial adotado, conforme mostrado na Equação 4 seguir.

3.3.2.3 Bag geotêxtil

Para assegurar uma desidratação eficaz dos lodos nos bags, é imprescindível que o lodo bruto seja submetido a um processo de pré-condicionamento com o uso de polímero. O teor de sólidos no lodo desidratado por bags do tipo membrana filtrante depende de suas características físico-químicas, podendo variar de 20% a 30% nesse caso.

Para o dimensionamento dos bags foi utilizada a metodologia proposta por Ferreira Filho (2017). Sendo a massa de sólidos retida no bag por dia, determinada pela Equação 5, descrita a seguir. 

Cálculo da massa seca retida no bag diariamente

Cálculo do volume útil necessário

Desse modo, a determinação do volume o volume do bag se dar por meio da Equação 6 a seguir:

Vazão de polímero

Vazão do sistema de dosagem

3.3.2.4 Centrífuga

Para o dimensionamento da centrífuga é importante a avaliação dos seguintes parâmetros: vazão de água requisitada para limpeza, a vazão efetiva para variadas concentrações de SST no lodo e taxa de aplicação de SST por unidade de tempo (DI BERNARDO; SABOGAL PAZ, 2008). A correta especificação depende de consulta aos fabricantes, mas geralmente as informações requeridas são: a capacidade hidráulica, efetividade de funcionamento e taxa de aplicação de sólidos. Para o pré-dimensionamento utilizado neste estudo, seguiu-se as orientações de Di Bernardo; Dantas; Voltan (2012) conforme apresentado a seguir.

3.3.2.5 Filtro prensa de placas

A metodologia de dimensionamento do filtro prensa de placas seguiu a formulação proposta por Richter (2001), conforme apresentado na Equação 10 a seguir.

A partir da relação entre a área necessária e a superfície filtrante das placas foi determinado a quantidade de placas para o filtro prensa. Após o dimensionamento do filtro prensa, procedeu-se com a determinação das vazões de operação do sistema de dosagem da seguindo o mesmo método adotado para o bag.

3.4 ESTIMATIVA DOS CUSTOS DE IMPLANTAÇÃO

Para determinar o custo do investimento foi elaborado o orçamento das obras necessárias para a implantação e construção de cada unidade proposta. Os preços de referência para a precificação dos serviços foram obtidos a partir do Relatório de Composições do Sistema de Pesquisa de Custos e Índices da Construção Civil (SINAPI) e composições de preços disponibilizadas pela Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo (SABESP), assim como, custos de referências de uma concessionária de saneamento da região norte.

Na estimativa dos custos de implantação foram considerados diversos itens na composição de preços de cada tecnologia. Para os levantamentos dos custos também foram avaliados os custos históricos, assim como de projetos similares e valores disponíveis na literatura, além disso, para as tecnologias de sistemas mecanizados, foram realizadas cotações dos equipamentos e mão de obra para a instalação desses sistemas junto aos fornecedores.

3.5 ESTIMATIVA DOS CUSTOS OPERACIONAIS

Os custos operacionais a serem levantados consistem, em resumo, a custos relacionados a energia, operação e manutenção. A estimativa dos custos de energia foi realizada com base na potência dos equipamentos, tempo de operação diário e o custo médio do quilowatt-hora (kWh) no Brasil. A potência consumida foi adotada de acordo com as especificações indicadas pelos fabricantes ou em projetos similares disponíveis na literatura. 

Adicionalmente, foram considerados os consumos de insumos e produtos químicos essenciais para o correto funcionamento dos sistemas mecanizados. No que diz respeito aos custos de manutenção para os sistemas mecanizados foram estimados a partir das peças da manutenção periódica dos equipamentos e o custo do serviço. Avaliou-se também os custos relacionados a manutenções corretivas, sendo adotada uma taxa usual para projetos de saneamento. Quanto às tecnologias de desaguamento naturais, como é o caso dos leitos de secagem e bags, levantou-se os custos de manutenção do leito de drenagem, isso inclui a recomposição do material filtrante e substituição dos bags geotêxtil quando necessário.

3.6 ANÁLISE TÉCNICA-FINANCEIRA

O estudo financeiro trata-se de uma importante ferramenta para a tomada de decisão, sobre o investimento de um determinado projeto. Como critério de estudo comparativo dos sistemas de desaguamento de lodo de Estações de Tratamento de Água foi realizado uma comparação financeira das alternativas estudadas. Para essa análise, foi empregado o Valor Presente Líquido (VPL). Esse método foi aplicado considerando uma Taxa Mínima de Atratividade (TMA), que serve como referência para avaliar a viabilidade do projeto, levando em conta o retorno mínimo necessário para garantir a rentabilidade do investimento.

O VPL para os sistemas de desaguamento estudados foi calculado conforme mostra a Equação 11 a seguir, apresentada no estudo de Eick (2008).

De acordo com Silva e Fontes (2005) o projeto que apresenta o VPL maior que zero é economicamente viável, sendo considerado o melhor aquele que apresentar maior VPL.

Além da análise financeira, foi realizado análise técnica para verificar a viabilidade da implantação, manutenção e operação das alternativas de desaguamento de lodo estudadas. Nesse contexto, foram apresentados os requisitos técnicos que devem ser atendidos para que a implantação de cada alternativa seja considerada viável. Esses requisitos foram estabelecidos com base em estudos na literatura, informações de fornecedores de equipamentos.

4. RESULTADOS

Neste capítulo, são apresentados e discutidos os resultados obtidos na avaliação técnica e financeira das alternativas de desaguamento de lodo de Estação de Tratamento de Água para os municípios do Estado do Tocantins, agrupados em quatro grupos de acordo com a população.

4.1 LODO AFLUENTE ÀS UNIDADES DE DESAGUAMENTO

A partir dos grupos populacionais definidos, utilizou-se o limite superior desses grupos para calcular a vazão média de dimensionamento, com base em um consumo per capita médio de 150 L/s. Em seguida, foram adotados os valores inteiros mais aproximados.

No que diz respeito aos dados de tratamento da água, foram utilizados como referência os dados de SST (Sólidos Suspensos Totais) da água bruta e as dosagens de produtos químicos da ETA de referência, denominada ETA A, que emprega a tecnologia de ciclo completo com tempo de operação de 21 horas por dia. A partir desses dados, foi possível a determinação da produção de massa seca diária, conforme especifica a Tabela 4 a seguir.

No cálculo das vazões líquidas de lodo, considerou-se como premissa o pré-tratamento do lodo afluente às unidades de desaguamento, por meio de um adensador por gravidade para garantir uma concentração de 1% de sólidos e uma densidade de 1060 kg/m³.

4.2 PRÉ-DIMENSIONAMENTO DAS UNIDADES DE DESAGUAMENTO

O pré-dimensionamento de cada unidade de desaguamento foi fundamentado nas orientações de Di Bernardo, Dantas e Voltan (2012), Ferreira Filho (2017), Richter (2001) e normas técnicas brasileiras. A seguir são apresentados os resultados dos dimensionamentos para cada alternativa de desaguamento avaliada neste estudo.

4.2.1 Lagoa de lodo

A lagoa de lodo é uma técnica natural que reúne as etapas de clarificação, adensamento e desaguamento do lodo de ETAs, o que proporciona uma economia significativa na implantação de uma Estação de Tratamento de Lodo.

O dimensionamento foi realizado conforme recomendado por Di Bernardo; Dantas e Voltan (2012), ou seja, conforme o volume necessário para acumulação do lodo desaguado ao longo de um determinado período. Dessa forma, foi considerado um tempo de ciclo de 730 dias e que a concentração média de SST do lodo adensado seria de 100 kg/m³.

Conforme apresentado no Item 3.4.2.1 o processo de dimensionamento inicia-se com a determinação da carga de sólidos para o ciclo operacional adotado. A partir desse ponto, procede-se ao cálculo do volume necessário e a partir desse valor, adota-se valores para o comprimento da base inferior da lagoa. 

Em relação a profundidade foi adotada como característica construtiva da lagoa um talude interno teria a relação de 1(V): 1,5(H), com altura útil 1,3 m para o Grupo I e de 2,7 m para os demais Grupos, além disso, foi considerado uma folga de 0,3 m entre o nível máximo e o nível do terreno. Dessa forma, foi possível calcular as dimensões a nível de terreno dessa unidade. O resultado dos dimensionamentos para os grupos é apresentado na Tabela 6.

Com o objetivo de viabilizar o processo de secagem e limpeza das lagoas, foram consideradas duas unidades operando em paralelo. Vale ressaltar, que os cálculos foram realizados sem levar em conta a evaporação, um fenômeno que pode ter um impacto significativo no intervalo de tempo necessário para a manutenção das lagoas.

4.2.2 Leito de Drenagem

Para a realização do dimensionamento do leito de drenagem, seguiu-se o procedimento de cálculo estabelecido pela NBR 12.209/1992. Esse procedimento requer duas informações essenciais, a saber: carga máxima de sólidos suspensos totais (SST) por m² e o tempo de ciclo operacional das unidades. O tempo de secagem foi adotado em 15 dias conforme recomendado por Lustosa et al (2017), enquanto o tempo de limpeza foi fixado em 2 dias, totalizando um tempo de ciclo operacional de 17 dias.

No que diz respeito à carga máxima de SST foi adotada uma abordagem conservadora, selecionando um valor de 12,5 kg SST/m². Esse valor levou em consideração as diversas condições climáticas existentes no Brasil, mantendo-se, no entanto, em conformidade com as recomendações da NBR 12.209/1992 para o dimensionamento dos leitos.

Por fim, seguiu-se para o dimensionamento das unidades, calculando-se primeiramente a carga de sólidos a ser desaguada no leito no tempo de ciclo, com base nos dados fornecidos na Tabela 4 e Tabela 7. Em sequência, foi possível determinar a área mínima requerida para o leito de drenagem. O resumo do dimensionamento das unidades é apresentado na Tabela 8.

Para calcular as dimensões dos leitos, foi considerada a utilização de um único leito de secagem no dimensionamento. No entanto, é importante observar que a operação eficaz requer duas unidades, a fim de permitir a alternância entre os leitos para que ocorra a secagem natural do lodo. 

4.2.3 Bag Geotêxtil

A operação de um bag geotêxtil envolve o bombeamento do lodo bruto para elementos compostos por membranas filtrantes fechadas. Nesse processo, os sólidos são retidos no interior dos bags, enquanto o filtrado é drenado ao longo de sua área superficial externa. 

Para o dimensionamento do bag é necessário considerar que a literatura recomenda o uso de pelo menos 3 unidades para possibilitar o correto funcionamento do sistema. Além disso, os fornecedores recomendam considerar no dimensionamento um volume útil máximo de 80%.

De forma análoga às demais unidades, o procedimento inicial envolve a determinação da carga de sólidos requerida para o ciclo operacional. Em seguida, é calculado o volume útil necessário, sendo adotado uma altura útil de 1 m e quantidade mínima de 3 bags e a partir disso são determinadas as dimensões dos bags, as quais estão apresentadas na Tabela 10.

Vale ressaltar que as medidas reais dos bags podem variar de acordo com a disponibilidade dos fornecedores e as demandas específicas do projeto. No entanto, a flexibilidade na fabricação dessas estruturas é uma característica notável. Isso significa que, é possível fabricar bags sob medida, para atender aos requisitos dimensionais necessários.

4.2.4 Centrífuga e Filtro Prensa

Para o dimensionamento de centrífuga e filtro prensa uma das informações mais relevantes é a vazão de lodo afluente à essa unidade. Esse valor é obtido com base nos dados da Tabela 4 e adotando-se como premissa duas unidades e um tempo de funcionamento de 21 horas. O dimensionamento da centrífuga e filtro-prensa são apresentados na Tabela 11.

É importante ressaltar que um sistema que envolva equipamentos deve sempre possuir o dobro de unidades necessárias, de modo a assegurar a capacidade de operação, mesmo durante a realização de manutenções preventivas ou corretivas. Na prática, isso implica que o tempo de funcionamento de cada unidade será, em média, a metade do tempo originalmente previsto. Essa estratégia é fundamental para garantir a confiabilidade, a eficiência na manutenção, a continuidade operacional e o desempenho sustentado do sistema.

4.3 CARACTERÍSTIZAÇÃO DAS TECNOLOGIAS DE DESAGUAMENTO

Os materiais hidráulicos e civis empregados na concepção e construção das unidades de desaguamento podem abranger uma ampla variedade de itens. Diante dessa realidade, foi desenvolvido uma caracterização de cada tecnologia, com o objetivo de fundamentar a análise dos custos de implantação (CAPEX) e custos de operação (OPEX).

4.3.1 Lagoa de Lodo

A lagoa de lodo é uma tecnologia natural e simplificada para o desaguamento de lodo, eliminando a necessidade de estruturas complexas ou de difícil execução durante a sua implantação. Em termos gerais, as estruturas necessárias para a instalação da lagoa de lodo proposta neste estudo podem ser categorizadas da seguinte maneira:

– Tubulações e caixas de passagem, para conduzir o lodo adensado para as lagoas de lodo. Essa infraestrutura é fundamental para garantir o correto fluxo e distribuição do lodo no sistema de desaguamento.

– Caixa de distribuição com comportas, para permitir uma distribuição equitativa das vazões e alternância entre as unidades. 

– Lagoa de lodo, a unidade propriamente dita, é executada por meio de escavação no solo e delimitado por talude revestidos com manta de PEAD (polietileno de alta densidade).

Vale ressaltar que a lagoa é a única unidade que pode ser utilizada para adensamento, desaguamento, desidratação e destinação final do lodo, tornando desnecessária a utilização de uma unidade de adensamento. Essa característica favorece uma redução significativa nos custos de implantação e de operação. 

4.3.2 Leito de Drenagem

O leito de drenagem assim como a lagoa de lodo é uma tecnologia natural que demanda estruturas simples para sua implantação. As estruturas necessárias para a instalação do leito de drenagem proposto nesse estudo podem ser divididas da seguinte forma:

– Adensador por gravidade, pois o leito de drenagem requer um lodo previamente adensado para funcionar corretamente. 

– Tubulações e caixas de passagem, para conduzir o lodo adensado para os leitos de drenagem. 

– Caixa de distribuição com comportas, para permitir uma distribuição equitativa das vazões e possibilitar a alternância entre as unidades. 

– Leito de drenagem, a unidade propriamente dita, é executada por meio de escavação no solo e delimitado por talude revestidos com manta de PEAD (polietileno de alta densidade). O sistema de drenagem é composto por areia, uma manta de geotêxtil e blocos de concreto que servem como camada suporte para permitir o acesso dos operadores. 

4.3.3 Bag Geotêxtil

A principal diferença dessa unidade em relação aos leitos reside no fato de que, no bag o desaguamento é obtido por meio de uma capacidade de filtragem oferecida pelos próprios bags, enquanto no leito de drenagem, o processo de desidratação ocorre principalmente devido à evaporação natural. Portanto, o sistema de desaguamento com essa tecnologia deve incluir, no mínimo, os seguintes componentes:

– Adensador por gravidade, pois similarmente ao leito de drenagem, o bag também requer que o lodo seja previamente adensado para um funcionamento eficaz. 

– Estação elevatória de lodo e tubulações hidráulicas, a estação de bombeamento é composta por um conjunto de tubulações, conexões e válvulas, frequentemente combinando elementos rígidos e flexíveis, para direcionar o lodo até os bags. Além disso, esses sistemas permitem a alternância entre as unidades durante os procedimentos operacionais.

– Sistema de preparo e aplicação de produtos químicos, onde geralmente, é necessário um preparo prévio para a aplicação de produtos químicos, exigindo tanques com agitadores para a preparação e diluição desses produtos. Para a aplicação do polímero é necessário um sistema de bombeamento. A aplicação do polímero é normalmente feita diretamente na linha de recalque de alimentação dos bags. 

– Base de assentamento: Essa estrutura é responsável por suportar os bags e por coletar todo o líquido exsudado. A base é revestida por uma manta de PEAD (polietileno de alta densidade) e acima da manta é colocada uma camada de brita para facilitar a drenagem dos líquidos.

4.3.4 Centrífuga

O sistema necessário para operar uma centrífuga é mais diversificada, uma vez que envolve o uso de equipamentos mecanizados. Por esse motivo, é comum que essas unidades sejam fornecidas de forma conjunta, incluindo todos os equipamentos e ferramentas necessários para garantir o funcionamento eficaz do sistema de desaguamento. A seguir são apresentados a descrição das principais partes constituintes dessa tecnologia.

– Adensador por gravidade.

– Estação elevatória de lodo e tubulações hidráulicas.

– Sistema de preparo e aplicação de polímero.

– Centrífuga, composto pelo próprio equipamento, mas também contém acessórios essenciais fornecidos em conjunto pelos fabricantes, como o sistema de mistura de produto químico com o lodo, garantindo um desempenho otimizado.

– Abrigo para Equipamentos e Produtos Químicos, pois é necessário proteger todos os equipamentos e produtos químicos das intempéries. 

Um fator relevante nos custos associados às centrífugas são os gastos relacionados à infraestrutura elétrica. Devido ao fato de esses equipamentos possuírem elevada potência, eles geralmente contribuem de forma substancial para a demanda total de energia na estação de tratamento de água.

4.3.5 Filtro prensa

O conjunto de equipamentos requeridos para o funcionamento do filtro prensa apresenta semelhanças com a centrífuga. Ambos são fornecidos em conjunto com diversos componentes essenciais para o seu funcionamento.

A principal distinção reside na demanda de potência elétrica, pois os filtros prensa geralmente demandam significativamente menos energia para realizar tarefas similares e, em algumas situações, conseguem uma maior concentração de sólidos. Em resumo, para a instalação do filtro prensa, é necessário realizar:

– Adensador por gravidade;

– Sistema de alimentação de lodo;

– Filtro prensa e acessórios essenciais;

– Sistema de preparo e aplicação de polímero;

– Abrigo dos equipamentos e produtos químicos.

4.4 ESTIMATIVA E AVALIAÇÃO DE CUSTOS DE INVESTIMENTO (CAPEX)

Neste item apresenta-se o detalhadamente dos custos associados à implantação das alternativas tecnologias. A análise desses custos fornece uma visão completa dos recursos financeiros necessários, permitindo uma comparação entre as tecnologias e a identificação daquelas mais vantajosas para cada grupo considerado no estudo.

4.4.1 Lagoa de Lodo

A estimativa do custo de implantação das lagoas de lodo foi idealizada para ser estimada com base em outros orçamentos já existentes, utilizando-se como referência o volume para definição do custo unitário e a definição dos custos estimados das unidades, os resultados são apresentados na Tabela 12 a seguir.

As lagoas de lodo se destacam pela sua capacidade de dispensar a necessidade de um sistema de adensamento prévio, o que se traduz em uma considerável redução nos custos de investimento.

4.4.2 Leito de Drenagem

Devido à sua simplicidade construtiva a estimativa do leito de drenagem foi realizada com base em orçamentos detalhados de sua implantação, com estimativas pontuais para as variações de capacidade, conforme se mostrou necessário. O custo da alternativa com leito de drenagem é mostrado na Tabela 13 a seguir.

O custo do leito de drenagem é semelhante ao custo da lagoa de lodo, no entanto, para seu funcionamento adequado, é necessário a inclusão de um adensador por gravidade, o que acarreta um aumento considerável nos custos totais dessa unidade. Portanto, embora ambos os métodos sejam relativamente simples em termos de construção, o custo do leito de drenagem torna-se superior devido à inclusão do adensador por gravidade.

4.4.3 Bag geotêxtil

A estimativa de custos para o bag geotêxtil foi baseada em orçamentos de uma concessionária de saneamento da região Norte do Brasil, considerando suas peculiaridades e as variações de demanda referente à cada Grupo populacional. Desse modo, o custo da alternativa com filtração do lodo em geotêxtil é mostrado na Tabela 14 a seguir.

Semelhante ao leito de drenagem, o sistema de bag geotêxtil requer também o pré-adensamento do lodo para o seu adequado funcionamento. Essa necessidade eleva o custo total de implantação, tendo o adensador por gravidade destacando-se como o componente mais oneroso do sistema, conforme observado na Tabela 14.

4.4.4 Centrífuga

Para a estimativa dos custos associados à centrífuga, considerou-se a utilização de sistemas montados para a comercialização por parte dos fornecedores. Nesse contexto, a estimativa concentrou-se principalmente nos valores relacionados à instalação do abrigo desse sistema e nas demais instalações hidráulicas necessárias. Os custos referentes à alternativa que envolve a centrífuga estão detalhados na Tabela 15 a seguir.

O custo mais significativo está relacionado ao adensador por gravidade que é essencial para o pré-adensamento do lodo antes de ser submetido à centrífuga. Além disso, deve-se ressaltar que o custo de construção do galpão para abrigar o equipamento também representa uma parcela significativa desses custos, juntamente com a aquisição da própria centrífuga.

4.4.5 Filtro Prensa

De maneira similar à estimativa dos custos para a centrífuga, para o levantamento dos custos de implantação do filtro prensa, considerou-se a utilização de sistemas pré-montados disponíveis para comercialização junto aos fornecedores, as instalações hidráulicas e a instalação do abrigo desse sistema. Nesse sentido, apresenta-se na Tabela 16 a seguir o detalhamento do CAPEX referente ao filtro prensa.

É possível observar uma similaridade entre os custos do filtro prensa e da centrífuga, tendo valores aproximados de implantação. O custo mais significativo para a implantação do filtro prensa é referente ao adensador por gravidade, seguido do custo de construção do galpão destinado a abrigar o equipamento e o custo de compra do filtro prensa.

4.5 ESTIMATIVA E AVALIAÇÃO DOS CUSTOS OPERACIONAIS (OPEX)

Para avaliar os custos operacionais das diferentes tecnologias de desaguamento de lodo estudadas neste trabalho, é imprescindível não apenas prever os custos, mas também trazer os valores encontrados para todos os anos de operação, ajustando-os para valores presentes de acordo com a taxa média de atratividade (TMA) geralmente adotada em investimentos na área de saneamento, sendo utilizada, portanto, uma taxa de 12%.

4.5.1 Lagoa de Lodo

Para desenvolver a estimativa dos custos operacionais, realizou-se o cálculo do Valor Presente Líquido (VPL) para cada ano de operação, considerando-se para isso um período de projeto de 20 anos. No que diz respeito à lagoa de lodo, os custos operacionais estão essencialmente relacionados à remoção do lodo da lagoa, e esses resultados específicos estão detalhados na Tabela 17 a seguir.

Destaca-se que, os custos relacionados à energia elétrica não foram considerados para os leitos de drenagem. Embora haja um consumo mínimo de energia para iluminação, essa despesa é equiparada aos demais processos de desaguamento e, como tal, foi desconsiderada das análises apresentadas na presente pesquisa, o que é justificado pela uniformidade desses custos entre as unidades de desaguamento avaliadas, permitindo assim uma análise direcionada a fatores específicos que afetam diretamente o desempenho e a eficiência do processo de desaguamento de lodo relativo à cada tecnologia.

4.5.2 Leito de Drenagem

No que diz respeito ao leito de drenagem, os custos operacionais podem ser categorizados de maneira simplificada em dois principais grupos: os custos associados à remoção do lodo desidratado e os custos de manutenção da camada suporte do fundo dos leitos que se deteriora durante o processo de limpeza e de substituição da areia colmatada durante a operação do leito, conforme detalhado na Tabela 18 a seguir.

4.5.3 Bag Geotêxtil

Em relação à estimativa dos custos operacionais para a tecnologia das bags, destaca-se a necessidade de substituição periódica das bags, que são estruturas projetadas para serem rompidas após atingirem sua capacidade máxima de armazenamento de lodo. Após o rompimento do bag, é necessário acesso com máquinas pesadas para remoção do lodo, sendo que, esse procedimento pode resultar em danos à base de assentamento, o que implica na necessidade subsequente de realizar reparos na brita e na manta de PEAD, nesse sentido, para essa ocorrência foi considerado no VPL um custo anual de 4% do custo de implantação.

Além disso, considera-se os custos associados ao consumo de energia elétrica em decorrência das bombas da EE de Lodo, dos sistemas de preparo de polímero e das bombas dosadoras. As potências desses equipamentos foram estimadas pela vazão de acordo com valores verificados na prática, com o resumo das potências, energia consumida e custo, sendo estes valores apresentados na Tabela 19 a seguir.

Considera-se também o consumo de produto químico para o desaguamento do lodo, necessário para o correto funcionamento dessa tecnologia, sendo utilizado os polímeros que possuem a função de aumentar as dimensões das partículas do lodo, simplificando assim a sua retenção. A estimativa do consumo anual e custos são mostrados na Tabela 20 a seguir.

4.5.4 Centrífuga

Os custos operacionais de um sistema de desaguamento por centrífuga envolvem diversas variáveis, sendo as mais notáveis o consumo de produtos químicos similar às outras tecnologias de desaguamento (Tabela 20) e o gasto energético (Tabela 21.). Os produtos químicos têm como objetivo facilitar a separação entre o lodo e a água, além disso, a operação de uma centrífuga demanda um elevado consumo de energia elétrica, tendo em vista que, esses equipamentos precisam alcançar altas velocidades de rotação para separar o lodo da água.

A partir dessa composição, é possível determinar o custo total anual.  Ademais, nos custos operacionais considera-se à necessidade de manutenção periódica das centrífugas e a reposição de peças desgastadas ou danificadas, para representar esses custos considerou-se o percentual de 2% do valor de implantação. 

4.5.5 Filtro Prensa

A estimativa dos custos operacionais do filtro prensa de placas foi realizada de forma análoga à análise referente às centrífugas, considerando os custos relacionados a consumo de produtos químicos apresentados na Tabela 20 e aos gastos relativos à energia elétrica para funcionamento dos equipamentos que estão apresentados na Tabela 22.

Com as informações do custo anual com operação, energia elétrica e produto químico foi realizado o cálculo do VPL. Destaca-se que também foi incorporada uma taxa de 2% sobre o valor de implantação para representar os custos relacionados à manutenção contínua dos equipamentos. 

4.6 FORMULAÇÕES MATEMÁTICAS PARA ESTIMATIVA DE CUSTOS

Com base nos dados de implantação e operação das tecnologias de desaguamento de lodo de ETAs, apresentadas de forma simplificada na Tabela 23 foi possível estabelecer correlações e extrapolar os resultados para populações distintas, para tornar viável a estimativa de custos para todos os municípios de acordo com sua população, desde que estejam alinhadas com as considerações estabelecidas na presente pesquisa.

Para cada tecnologia de desaguamento de lodo de ETAs foi elaborada um gráfico de dispersão, representando a população no eixo horizontal e os custos de implantação e de operação no eixo vertical.

4.6.1 Lagoa de Lodo

Com base na relação entre a população e os custos de implantação, operação e custo total associados às lagoas de lodo elaborou-se o gráfico de dispersão apresentado na Figura 2 a seguir.

As tendências observadas na Figura 2 foram representadas por meio de equações polinomiais de segundo grau, que permitem estimar os custos totais com base na população de quaisquer outras cidades do Tocantins que se enquadrem nas faixas populacionais consideradas. As equações estão demonstradas a seguir.

Ressalta-se que existem variáveis que podem influenciar esses valores, tornando-os suscetíveis a alterações. No entanto, as equações são um suporte para a fase de concepção e, dessa forma, orientam as análises iniciais que com base em informações mais detalhadas podem ser ajustadas.

Equação para estimativa dos custos

4.6.2 Leito de drenagem

De maneira semelhante à abordagem adotada para as lagoas de lodo, elaborou-se o gráfico apresentado na Figura 3 para representar a evolução das tendências dos custos de implantação, operação e do custo total de acordo com a evolução da população.

A partir da elaboração do gráfico apresentado na Figura 3 elaborou-se as equações polinomiais de segundo grau para as estimar os custos específicos para as cidades do estado do Tocantins, as quais estão apresentadas a seguir.

Equação para estimativa dos custos

4.6.3 Bag Geotêxtil

Para o bag geotêxtil também foi elaborado o gráfico de dispersão, apresentado na Figura 4, representando a progressão dos custos em relação ao aumento populacional.

Nesse sentido, apresenta-se a seguir as equações polinomiais obtidas a partir das curvas de custos mostradas Figura 4.

Equação para estimativa dos custos de investimentos (CAPEX) para o bag geotêxtil

4.6.4 Centrífuga

Para as alternativas de centrífuga também foi elaborado o gráfico de dispersão, representando a progressão dos custos em relação ao aumento populacional. Apresenta-se na Figura 5 a seguir as curvas de CAPEX, OPEX e dos custos totais referentes à essa tecnologia.

Nessa conjuntura, apresenta-se as equações polinomiais derivadas das curvas de custos de implantação, operacional e total visualizadas na Figura 5, referentes à tecnologia de desaguamento de lodo por centrifugação.

Equação para estimativa dos custos de investimentos (CAPEX) para a centrífuga

4.6.5 Filtro Prensa

Assim como a centrífuga, o filtro prensa trata-se de uma tecnologia com aplicação mais comum em municípios com faixas de população mais elevadas. Apresenta- se na Figura 6 a seguir as curvas de tendência dos custos de implantação, operação e totais referentes ao filtro prensa.

Do mesmo modo, ao apresentado para as demais tecnologias, apresenta-se a seguir as formulações matemáticas relativas ao filtro prensa, para representação e estimativas de custos para determinadas populações.

Equação para estimativa dos custos de investimentos (CAPEX) para o filtro prensa

4.7 AVALIAÇÃO TÉCNICA E FINANCEIRA DAS TECNOLOGIAS PARA CADA GRUPO

A análise do Valor Presente Líquido tem destaque na tomada de decisões para projetos de saneamento exerce um papel fundamental na avaliação econômica e financeira desses projetos, e baseia o direcionamento dos investimentos de forma fundamentada e capaz de atender às necessidades das comunidades.

Nesse contexto, apresenta-se a seguir as análises financeiras que englobam o Valor Presente Líquido (VPL) das tecnologias de desaguamento de lodo em Estações de Tratamento de Água (ETAs), alinhadas à análise técnica dessas tecnologias. 

Paralelamente, são apresentadas as estimativas de custos totais relacionadas às tecnologias de desaguamento de lodo estudadas nesta pesquisa, contemplando todos os municípios do Grupo I ao Grupo IV previamente definidos.

4.7.1 Grupo I

O Grupo I abrange as cidades do Tocantins com população de até 5.000 habitantes, representando cerca 57,55% do total de municípios do estado. Este grupo é notadamente caracterizado pelo pequeno porte de suas cidades. Os resultados da análise financeira estão apresentados na Figura 7 a seguir.

Figura 7 – VPL das alternativas para o Grupo I

A alternativa mais vantajosa para o Grupo I é a lagoa de lodo, que apresentou um valor de investimento inicial (CAPEX) estimado de R$44.407,66 e R$14.899,28 de custos operacionais (OPEX). Esses valores somados representam todos os custos esperados para a unidade no período de 20 anos, somando um total de R$ 59.306,94. 

Essa tecnologia de desaguamento se destaca pela sua simplicidade operacional, como também pela sua capacidade de adaptação de maneira eficaz em qualquer núcleo populacional, pois é facilmente gerenciável, pois não exige uma mão de obra especializada. Além disso, é particularmente adequada para cidades de pequeno porte, onde a disponibilidade de grandes áreas a preços acessíveis é maior.

Entretanto, ressalta-se que é importante os estudos in loco para avaliar os índices de precipitação anual local e assegurar que o terreno de implantação da lagoa de lodo seja adequado para a construção da unidade e que a drenagem do local seja eficiente para evitar inundações e problemas de escoamento.

4.7.2 Grupo II

O Grupo II compreende os municípios do Tocantins que têm uma população situada na faixa de 5.001 a 10.000 habitantes, correspondendo cerca de 22,30 % do total dos municípios tocantinenses. Este grupo ainda pode ser caracterizado como cidades de pequeno a médio porte. Nesse sentido, apresenta-se na Figura 7 a seguir os resultados da análise financeira das tecnologias de desaguamento de lodo de ETAs referente ao Grupo II.

Para o Grupo II, a alternativa mais vantajosa continuou sendo a lagoa de lodo, demonstrando um investimento inicial (CAPEX) estimado de R$ 82.516,52 e custos operacionais (OPEX) na ordem de R$ 29.387,87. Quando somados, esses valores compõem o montante de custos projetados para a unidade durante um período de 20 anos, totalizando R$ 111.904,39.

É importante salientar, que embora a lagoa de lodo se destaque como a alternativa mais econômica e, portanto, recomendada para as cidades pertencente ao Grupo II, o leito de drenagem, classificado como a segunda opção de menor custo, também se mostra como alternativa recomenda e amplamente utilizada em municípios desse porte no estado do Tocantins. A preferência pela lagoa de lodo tende a diminuir devido à falta de áreas disponíveis dentro das Estações de Tratamento de Água (ETAs) já existentes ou devido à presença de áreas com declividades acentuadas que exigiriam uma considerável movimentação de terra.

4.7.3 Grupo III

O Grupo III engloba os municípios de Tocantins com uma população variando de 10.001 a 20.000 habitantes, representando aproximadamente 13,67% do total de municípios no estado. Essas localidades podem ser caracterizadas como centros urbanos de médio porte. Os resultados da análise financeira relacionados a este grupo estão apresentados na Figura 9 a seguir.

A análise das opções disponíveis revela que, mesmo para o Grupo III, as lagoas de lodo continuam sendo a alternativa de custo mais viável para o desaguamento de lodo de ETA, com um CAPEX de R$ 219.420,52, OPEX de R$ 58.823,35 totalizando um custo total de R$ 160.597,16. No entanto, é importante destacar que a disponibilidade de áreas necessárias para essa opção pode, em muitos casos, inviabilizar a sua utilização, sendo, portando, desconsiderada.

Embora o estudo não tenha considerado os custos de aquisição de áreas, é evidente que a necessidade de espaço representaria um investimento considerável, tanto para a implantação de lagoas de lodo quanto para a implantação de leitos de drenagem, que se destacou como a segunda alternativa mais vantajosa do ponto de vista financeiro para o Grupo III. Além disso, vale destacar que essas tecnologias, por se tratarem de métodos naturais, exigem um maior número de colaboradores envolvidos, o que naturalmente implica em custos adicionais relacionados à mão-de-obra e contratos para a remoção do lodo dessas unidades.

Nessa conjuntura, apesar da lagoa de lodo e leito de drenagem se apresentarem como alternativas vantajosas em termos de VPL, a possibilidade de utilizar outras tecnologias não é descartada, como por exemplo, o uso de bag geotêxtil, uma vez que é possível otimizá-lo para ocupar menos área e garantir melhor ganho financeiro.

4.7.4 Grupo IV

O Grupo IV corresponde às cidades tocantinenses com população entre 20.0001 e 50.000 habitantes, as quais representam 2,88% das cidades do estado. Essas localidades representam uma população significativa de 113.541 habitantes, destacando assim sua relevância na estrutura demográfica da região. Na Figura 10 são apresentados os custos de todas as tecnologias de desaguamento estudadas relativas ao Grupo IV.

Observa-se na Figura 10  que a opção com o menor custo total é a lagoa de lodo, devido principalmente à uma característica inerente dessa tecnologia, ela dispensa a necessidade de uma adensador por gravidade à montante, podendo receber diretamente a água de lavagem dos filtros, descarga de decantadores e floculadores. Entretanto, para este grupo, essa alternativa não se mostra viável, uma vez que requer uma área considerável, superior a 1.300 m², conforme dimensionamento realizado. Isso se torna um desafio, uma vez que a maioria das Estações de Tratamento de Água (ETA) já está localizada em áreas densamente povoadas, tornando complexa a aquisição de terrenos e a execução de obras de terraplanagem.

Dessa forma, a alternativa mais recomendada para esse grupo é a utilização do bag geotêxtil, que apresentou valor de CAPEX estimado de R$ 463.981,39 e custos operacionais (OPEX) de R$ 333.335,17. Esses valores, somados ao longo de 20 anos, totalizam R$ 797.316,56.

Em comparação com os resultados para o Grupo III, é possível denotar que tanto a área requerida quanto os custos operacionais aumentam consideravelmente com valores maiores de lodo efluente para tratamento. Essa tendência pode ser explicada pela característica intrínseca da tecnologia de bag geotêxtil, que envolve a desmontagem parcial da estrutura sempre que se faz necessário retirar o lodo desaguado, incluindo o rompimento do próprio geotêxtil.

No que diz respeito aos custos totais, nota-se que a discrepância entre as alternativas da centrífuga e do filtro prensa não é muito elevada. No entanto, no que tange aos custos operacionais, a diferença se torna notável. Vale destacar que a principal desvantagem da centrífuga é a geração de ruídos, que tem potencial para impactar negativamente as áreas adjacentes à estação de desaguamento de lodo.

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Diante das alternativas de tratamento de lodo em estações de tratamento de água, a realização de estudos técnicos e análises financeiras são necessários para direcionar a seleção do método mais apropriado e economicamente sustentável. Notavelmente, considerando a falta de sistemas de tratamento de lodo em muitas ETAs no estado do Tocantins, este estudo visou fornecer subsídios para apoiar os gestores da área de saneamento do estado no processo de tomada de decisão estratégica na gestão dos sistemas de tratamento de água. 

A escolha da alternativa de desaguamento depende de vários fatores, mas a análise dos custos de implantação (CAPEX) e custos operacionais (OPEX) são essenciais para garantir a realização de investimentos de forma eficiente. Dado que a maioria das cidades no Tocantins é de pequeno porte, a avaliação realizada neste trabalho envolveu os municípios com menos de 50 mil habitantes que abrangem cerca de 96,4% da população do estado do Tocantins.

No estudo de lodo foi utilizado dados de ETA A com dados de SST e dosagem de produtos químicos relativamente baixos, no entanto, não obstante a isso, verificou-se nos pré-dimensionamentos que as tecnologias naturais demandam uma grande área para a sua implantação mesmo para produções de lodo não muito elevadas.

Com base nas análises de custos, observou-se que para todas as alternativas a lagoa de lodo apresentou o menor CAPEX e OPEX ao longo de 20 anos. Isso ocorre devido a sua capacidade de adensamento do lodo, tornando desnecessário uma adensador por gravidade a montanteo, o que acarreta uma redução drástica nos custos de implantação. Avaliando em um âmbito mais técnico, a principal vantagem observada das lagoas de lodo foi a sua simplicidade operacional que não requer uma mão-de-obra especializada, possibilitando ser utilizada munícipios de pequeno porte do estado do Tocantins.

Os leitos de drenagem assim como as lagoas de lodo também são de operação simples e ocupam uma área diretamente relacionada à produção de lodo, o que, em muitos casos, pode inviabilizar essas alternativas. Além disso, deve-se levar em consideração também que essas tecnologias estão sujeitas a fatores climáticos, onde, no contexto do Tocantins, com períodos de precipitações elevadas, pode-se observar uma grande variabilidade na eficiência operacional dessas tecnologias ao longo do ano.

No que diz respeito ao bag geotêxtil foi a tecnologia natural que apresentou o custo mais elevado, destacando-se os custos operacionais, devido à necessidade de rompê-los para a remoção do lodo desaguado. Essa tecnologia de caracteriza por sua independência em relação às condições climáticas, e de facilidade de operação. Um outro fator que pode provocar incertezas nos custos operacionais desse sistema, seria o fato do preço dos bags está sujeito à cotação do dólar, tendo em vista que o tecido é importado. 

Em relação à centrífuga, essa alternativa demanda uma significativa quantidade de energia elétrica para seu funcionamento, além de apresentar (CAPEX) superior às demais tecnologias estudadas, tornando essa tecnologia possivelmente inviável para as cidades de pequeno porte do estado do Tocantins. A sua utilização poderia se justificar em ETAs com restrição de espaço e que possua um custo elevado na aquisição de novas áreas. O filtro prensa, tem características similares ao da centrífuga, possuindo um custo ligeiramente superior.

Como citado anteriormente, para os municípios tocantinenses inseridos nos grupos populacionais estudados, as lagoas apresentaram o menor custo total, seguido do leito de drenagem e do bag geotêxtil, sendo a lagoa de lodo a tecnologia recomendada para os Grupos I e II. Ademais, nas cidades com população superior a 10 mil habitantes o que se observa na prática é uma densa urbanização no entorno das ETAs existentes, encarecendo uma aquisição de área para a implantação de tecnologias naturais para o desaguamento de lodo. Dessa forma, recomenda-se para os Grupos III e IV, leitos de drenagem, já largamente utilizados no estado, e a depender das especificidades da área, recomenda-se os bags geotêxtil que possuem uma flexibilidade de dimensões, de forma a facilitar sua implantação em diversas localidades.

Salienta-se, por fim, que o custo das unidades está ligado diretamente a produção de lodo, e esta por sua vez é intrinsecamente relacionada à qualidade da água do manancial, sendo, portanto, um ponto de extrema importância a avaliação das condições locais de forma adequada e a verificação cuidadosa das premissas adotas neste trabalho, tendo em vista que pequenas variações da qualidade da água bruta podem acarretar valores destoantes daqueles encontrados nesse estudo.

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1Mestrando do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Tocantins

2Docente do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Tocantins. Doutor em Tecnologia Ambiental (UNAERP)