Amostragem da fase líquida e sólida

No monitoramento da fase líquida dos reatores UASB e da CD foi realizado análises de DQO, sólidos suspensos para verificação do funcionamento dos reatores UASB quanto ao tratamento do esgoto doméstico; e análises de sulfeto e metano dissolvidos e sulfato avaliar a

eficiência no controle dos gases a partir dos sistemas propostos nas quatro etapas experimentais desta pesquisa e para o cálculo do balanço de massa do enxofre. Além disso, leituras em campo foram realizadas a partir de sondas multiparamétricas (modelo HACH HQ40D) do pH, temperatura e oxigênio dissolvido; e dos sólidos sedimentáveis por meio do Cone de Imhoff.

Para a realização das análises da fase líquida foram coletadas amostras (pontuais) de pontos de amostragem afluente (esgoto bruto pós tratamento preliminar) e efluente aos reatores UASB e à CD, em que o afluente à CD era coletado em dois pontos diferentes, um ponto logo na saída do reator R3 (CDAf1) (ponto efluente ao reator R3) e o outro ponto na entrada da CD (CDAf2). Este monitoramento em dois pontos a montante da CD foi realizado devido ao desnível de 0,7 m entre a saída do efluente do reator UASB demonstração e a entrada na câmara de dessorção. A amostragem relativa às análises de sulfeto e metano dissolvidos eram coletadas separadamente, segundo recomendações estabelecidas no Standard Methods (APHA, 2012) e Souza et al. (2011), respectivamente, evitando-se turbulência, formação de bolhas e desprendimento destes gases presente na fase líquida.

Já a fase sólida dos reatores UASB foi monitorada a partir da análise de sólidos totais do perfil de lodo dos reatores, com frequência de uma vez ao mês, para verificação do acúmulo de lodo e necessidade de seu descarte, que também era realizado, normalmente, uma vez por mês.

4.6 Balanço de massa do enxofre e do metano

O balanço de massa do enxofre nos reatores UASB e na CD pode ser descrito como a carga de enxofre que entra e sai do reator, considerando-se suas principais formas possíveis, sulfato, tiossulfato, enxofre elementar e sulfeto de hidrogênio. Nos reatores UASB a maior parcela de enxofre que entra no reator é devido a presença de sulfato nos esgotos domésticos, assim, as porcentagens das demais formas do enxofre é bastante baixa. Já na CD é considerável a parcela sulfeto dissolvido na entrada da unidade, devido a sua presença no efluente dos reatores UASB resultante da redução do sulfato. Na quantificação do enxofre na saída do reator e da CD, deve-se considerar, além da parcela dissolvida na fase líquida, o H₂S gasoso e o S⁰ precipitado e acumulado no reator ou na CD. Entretanto, por dificuldades encontradas no decorrer da pesquisa quanto às análises de tiossulfato e enxofre elementar, e também de enxofre precipitado na forma de sulfetos metálicos e assimilado pelos microrganismos

presentes no sistema, no que se refere a precisão dos métodos de análises e manutenção dos equipamentos necessários, o balanço de massa na presente pesquisa levou em consideração apenas a carga de sulfato dissolvido e de sulfeto gasoso e dissolvido na entrada e saída dos reatores UASB e da CD, como mostra a Equação 4.1. Esta equação pode ser utilizada tanto para o desenvolvimento do balanço de massa dos reatores UASB como também da CD, considerando-se para cada sistema suas particularidades.

Qliq.C(e)SO42- + C(e)H2S = Qliq.C(s)SO42- + C(s)H2S + Q(gás).C(gás)H2S (4.1)

Em que, Q_liq é vazão de líquido do reator ou da CD; e representam as concentrações de sulfato dissolvido na entrada e na saída do sistema, respectivamente; e representam as concentrações de sulfeto dissolvido na entrada e na saída do sistema, respectivamente; é a vazão do biogás no caso dos reatores UASB e vazão do gás residual no caso da CD; e é a concentração de sulfeto gasoso presente no biogás ou no gás residual da CD. As vazões de líquido do reator e da CD foram verificadas a partir de medições em campo, do volume líquido de saída destas unidades por tempo. As cargas de sulfeto gasoso e dissolvido e sulfato foram calculadas em função do peso do enxofre (S), já que sua proporção é variável nestas moléculas.

O balanço de massa do metano foi desenvolvido apenas para a CD. Assim sendo, foi considerado como carga de entrada do metano no sistema, a vazão de líquido e a concentração de metano dissolvido afluente à CD; e como carga de saída, a vazão de líquido e a concentração de metano dissolvido no efluente da CD e a vazão do gás residual e a concentração do metano neste gás, como encontra-se descrito na Equação 4.2.

Q_CD.C_(e)CH4 = Q_CD.C_(s)CH4 + Q_{(gás res)}.C_(gás)CH4 (4.2)

Na qual QCD é vazão de líquido da CD; e representam as concentrações de metano dissolvido na entrada e na saída do sistema, respectivamente; é a vazão do gás residual gerado na CD; e é a concentração de metano gasoso presente no gás residual.

Para os cálculos do balanço de massa do sulfeto e do metano foram consideradas as variáveis expostas na Tabela 4.7, em que para a pressão do sistema considerou-se a pressão atmosférica

de Belo Horizonte e para as temperaturas do biogás e do gás residual considerou-se os dados dos monitoramentos através dos gasômetros (medidores de gás Ritter^® TG05) realizados na pesquisa.

Tabela 4.7- Variáveis independentes utilizadas nos cálculos de balanço de massa.

Variáveis Valor Referências

Pressão atmosférica (P) 0,907 atm INPE (2018) Constante dos gases (R) 0,082 atm.L.mol^-1.K^-1

Perry; Chilton (1973) Massa molar - CH4 16,04 g.mol^-1

Massa molar - H2S Massa molar - S Massa molar - SO4 2-34,08 g.mol^-1 32,07 g.mol^-1 96,06 g.mol^-1

Como mencionado, não foi considerado, nos cálculos de balanço de massa do enxofre, o tiossulfato e o enxofre elementar. No decorrer da pesquisa, para tentar mensurar o tiossulfato nos reatores e na CD foram realizadas diversas tentativas e ajustes no método disponível, o qual não se encontra no Standard Methods. Porém, a maior parte dos resultados obtidos era de valores negativos para o tiossulfato, assim, resultando em dados inconclusivos, que não foram considerados nesta pesquisa. Para a mensuração do enxofre elementar, análises preliminares e curvas foram desenvolvidas, entretanto, devido a constantes falhas no equipamento, não foi possível dar seguimento às análises das amostras relevantes para esta pesquisa.

4.7 Análises estatísticas

Para as análises estatísticas realizadas foram definidos grupos amostrais a fim de se avaliar a eficiência das tecnologias testadas na pesquisa. Na primeira e na segunda etapa, os grupos definidos foram dos resultados dos monitoramentos do reator UASB piloto R1, que operou em condição anaeróbia, como controle para comparação aos resultados do reator microaerado R2, já que estes dispunham de dimensões e condições operacionais bastante semelhantes. Na terceira e quarta etapa, os grupos definidos quanto a microaeração foram dos dados do mesmo reator UASB piloto R2 (etapa 3) e demonstração R3 (etapa 4) operando em condições microaeradas e em condições anaeróbias; já para a CD os grupos de dados foram os resultados dos monitoramentos afluente e efluente à unidade.

No tratamento dos dados, realizou-se inicialmente análises de estatísticas descritivas básicas, contendo: máximo, mínimo, mediana, média, desvio padrão, coeficiente de variação, percentis e número de dados. Estes valores foram apresentados na forma de tabelas, gráficos

Box-Whisker e/ou gráficos de séries temporais para auxiliar a visualização, a análise e a interpretação dos resultados.

Os testes estatísticos foram executados com o auxílio do software Statistica 8.0, como elemento adicional à discussão dos resultados no capítulo 4. Para definir quais testes de hipóteses seriam adotados aos conjuntos de dados gerados na pesquisa, foi realizado o teste de normalidade de Shapiro-Wilk. Dessa forma, foi identificado se os dados eram paramétricos ou não paramétricos.

A partir do resultado do teste de normalidade, que constatou-se que os dados gerados na presente pesquisa não apresentaram de distribuição normal (dados não-paramétricos), foram definidos os testes de hipóteses.

Para as amostras independentes foi realizado o teste de U de Mann-Whitney e para as amostras dependentes o teste de T de Wilcoxon, sendo ambos realizados com nível de confiança de 95%.