Avaliação comparativa entre R1, R2 e R

Com o objetivo de tentar elucidar as relações entre os três reatores, durante todo o período operacional, foi realizada uma análise comparativa entre R1, R2 e R3.

A Figura 5.23 apresenta a produção de biogás por mg de DQO removida, para os três reatores durante todo o período experimental.

Figura 5.23 – Produção de biogás por mg de DQO removida para os reatores R1, R2 e R3

durante o período experimental.

O reator R3 obteve maior eficiência de remoção entre os três reatores (média 75±4%) e maior produção de biogás (média 0,3 L CH4 por mg DQO removida). Contudo,

a inspeção visual mostrou semelhança com R1 sendo inviável a continuação do estudo devido à floculação do lodo e obstrução do leito reacional. A produção teórica média de biogás esperada para o período total de experimento em R3 era de 0,42 L CH4 por mg

DQO removida. A produção teórica de biogás é estabelecida considerando que toda matéria orgânica degradada é convertida em biogás, o qual seria constituído por metano. Entretanto, sabe-se que parte dela é utilizada para a produção de material celular e que o biogás é constituído por metano e dióxido de carbono.

Em R2 a eficiência de remoção média de DQO foi de 68±4% e o valor médio de produção de biogás foi 0,2L CH4 por mg DQO removida. A produção de biogás teórica

esperada era de 0,32 L CH4 por mg DQO removida

Não foi observada para o reator R2 a colmatação por gordura e formação de camada de escuma na superfície. No entanto este foi o reator que apresentou maior perda de sedimentabilidade. A Tabela 5.8 apresenta os valores de sólidos para o lodo usado como inóculo dos reatores e após a finalização da operação em cada um dos reatores.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 5 10 15 20 25 30 35 CH 4 -D QO (m g/ L) Tempo (dias) R1 R2 R3

A avaliação do lodo biológico acumulado foi realizada com base na razão entre as concentrações de sólidos suspensos voláteis e sólidos suspensos totais (SSV/SST).

Tabela 5.8 – Variação de sólidos antes do início do experimento e após a finalização nos

reatores R1, R2 e R3. Sólidos Suspensos Totais (g/L) Sólidos Suspensos Fixos (g/L) Sólidos Suspensos Voláteis (g/L) Razão de SSV/SST % de Sólidos Suspensos Voláteis % de Cinzas INÓCULO 229 9 134 0,58 58 42 Reator 1 137 61 76 0,55 55 45 Reator 2 108 41 66 0,61 61 39 Reator 3 170 92 78 0,46 46 54

No lodo de inóculo a porcentagem de sólidos suspensos voláteis foi de 58% representando o percentual da massa de microrganismos inoculados nos reatores.

De acordo com a Tabela 5.8 houve uma diminuição de SST para todos os reatores, mas é significativa a diminuição em R2 que ao final do experimento possuía 47% dos sólidos inicialmente inoculados. Esse dado corrobora com a informação da perda de sedimentabilidade observada no reator R2, após o choque de carga.

O reator R3 perdeu uma quantidade menor de biomassa (36%), entretanto, é notável o aumento dos SSF o que provavelmente indica a diminuição dos microrganismos vivos. Entretanto este reator, como já foi relatado, apresentou maior estabilidade frente ao acúmulo de AOV e maior produção de metano. O aumento do tempo de operação poderia dar respostas mais concretas sobre a estabilidade do reator.

No sistema anaeróbio a conversão de ácidos intermediários (acético, propiônico, butírico) em acetato é feita pelas bactérias sintróficas acetogênicas. A importância desses microrganismos se dá ao fato que cerca de 60 a 70% da degradação do substrato se transforma em acetato. Sendo o acetato um substrato adequado para as bactérias metanogênicas acetoclásticas, que por sua vez são responsáveis por cerca de 60 a 70% de

toda a produção de metano a partir do ácido acético. Possivelmente a elevação da concentração de ácido acético em R3 contribuiu para o aumento da produção de metano neste reator (AQUINO e CHERNICHARO, 2005).

A atividade metanogênica específica (AME) do lodo utilizado como inóculo dos três reatores foi de 0,113g CH4-DQO/gSSV/d. Atividade considerada baixa para tratabilidade

de efluentes industriais com grandes variações de cargas orgânicas. Amorim (2010) encontrou resultado semelhante (média 0,22g CH4-DQO/gSSV/d) para AME do lodo

proveniente da mesma estação de tratamento. Uma baixa AME pode ter contribuído para a adaptação dos microrganismos a água residuária de abatedouro estudada.

O sistema anaeróbio é caracterizado por ser um sistema robusto que consegue amortecer variações de cargas afluentes. Entretanto, deve ser levado em consideração o tipo de água residuária e a manutenção de condições propícias de crescimento e multiplicação de microrganismos como pH, temperatura, e atividade específica do lodo utilizado como inóculo dos reatores.

Del Nery et al. (2007) sugerem a avaliação do lodo, utilizados nos reatores, além da avaliação dos parâmetros físico-químicos utilizados rotineiramente na avaliação dos reatores anaeróbios

As concentrações obtidas para TOG são apresentadas na Figura 5.24. De acordo com essa figura a redução de óleos e graxas foi de 83,3±74%, 48±20%, 79±14% para R1, R2 e R3 respectivamente. No entanto, esses valores devem incluir as perdas por adsorção, que não foram quantificadas nesse trabalho.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 Ó le os e g ra xa s (m g/ L) Tempo (dias)

Figura 5.24 - Variação de óleos e graxas nos reatores R1, R2 e R3 (♦) afluente R1, (■) afluente R2, (▲) afluente R3, (×) efluente R1, (×) efluente R2 e (○) efluente R3, durante o período experimental.

Pontes (2009), tratando água residuária bruta, em reator contínuo, com TDH de 5h apresentou eficiência de remoção de óleos e graxas de 74%. Quando o TDH foi elevado para 6,7h a eficiência foi reduzida para 37%. No mesmo estudo também foi avaliada a água residuária após FAD que apresentou eficiência de remoção de 52% e 73% para TDH de 5 e 10 horas respectivamente.

Caso semelhante às concentrações de óleos e graxas ocorreu com as concentrações de lipídeos obtidas para os três reatores (Figura 5.25). A observação visual dos reatores mostrou que os lipídeos, que não estavam sendo quantificados no efluente do reator, estavam permanecendo no sistema, sendo este fenômeno mais significativo em R1. Isso pode provocar o intumescimento do lodo e levar o reator ao colapso.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 5 10 15 20 25 30 35 Li pí de os (m g/ L) Tempo (dias)

Figura 5.25 - Variação de lipídeos nos reatores R1, R2 e R3 (♦) afluente R1, (■) afluente R2, (▲) afluente R3, (×) efluente R1, (×) efluente R2 e (○) efluente R3, durante o período experimental.

Os valores médios relacionados a proteínas e carboidratos estão descritos na Tabela 5.8. Esse tipo de água residuária possui menores concentrações de carboidrato em relação a proteínas e lipídeos, por isso, os resultados apresentados na Tabela 5.9 relacionados a carboidrato estão na forma bruta. Os valores de carboidrato efluente filtrado muitas vezes se posicionaram abaixo da curva de calibração do método.

Tabela 5.9 - Variação média de proteína e carboidrato durante o tratamento anaeróbio.

Masse e Massé (2005) estudaram o efeito do choque de carga orgânica e hidráulica em reator em batelada seqüencial anaeróbio. O efluente do reator que sofreu choque de carga orgânica solúvel e o reator controle apresentaram concentrações de proteínas

Parâmetro Reator 1 Reator 2 Reator 3

Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente Proteína

filtrada (mg/L) 65 ± 14,5 27,3 ± 19 56,1± 15,5 23,3± 10,4 35,2± 17 20,4 ± 8

Carboidrato

solúveis similares entre si (103±47 mg/L e 80±48 mg/L, respectivamente), os autores concluíram que os microrganismos responsáveis pela hidrólise e acidificação de proteínas solúveis não são afetados pelo choque de carga orgânica.

No 19º dia de operação os três reatores sofreram choque de carga orgânica com aumento em torno de 139, 154 e 151% da DQO afluente para R1, R2 e R3 respectivamente. Após esse período, principalmente R1 e R2 demonstraram instabilidade no sistema com acúmulo de AOV, elevação da alcalinidade intermediária e redução da alcalinidade a bicarbonato no efluente, apresentando relação AI/AP maior que 0,3.

Em condições de choque de carga orgânica, as diferenças cinéticas entre microrganismos acidogênicos acetogênicos e metanogênicos podem resultar no desequilíbrio entre a produção e o consumo de produtos intermediários e, na acumulação de CO2, hidrogênio e ácido acético (AQUINO e CHERNICHARO, 2005).

A Tabela 5.10 apresenta dados comparativos referentes aos reatores R1, R2 e R3 em relação aos principais parâmetros analisados. Com o objetivo de sintetizar os fenômenos que ocorreram durante a operação dos três reatores.

Tabela 5.10 - Valores médios obtidos para os principais parâmetros nos reatores R1, R2 e

R3 durante o período experimental.

Parâmetro R1 R2 R3

Remoção DQO (%)bruta-filtrada 71,3 68,1 75,4

DQO (Afluente bruta) 2.066 1.810 2.359

DQO (Afluente filtrada) 801 909 1.098

DQO (Efluente bruta) 1.145 1.110 890

DQO (Efluente filtrada) 599 592 213

Geração de AOV Tit

(afluente-efluente) 17,5 79,4 223 Geração de AOV cromatográfico -1.163 555 3.773 Remoção Lipídeos (%) 95±3,4 37,2±13 84±10,3 CH4 -DQO teórica 0,36 0,32 0,42 CH4 – DQO real 0,1 0,2 0,3

De acordo com os dados apresentados na Tabela 5.10 é possível verificar as diferenças relevantes entre os dados de AOV titulométrico e cromatográfico, devido à análise titulométrica ser imprecisa e possuir interferentes. O valor negativo encontrado para o reator R1 se deve ao fato de ter ocorrido acumulação de AOV totais durante o período operacional. Em R3 houve o maior consumo de ácidos durante o período experimental, vale ressaltar que a carga afluente de ácidos neste reator foi 46% maior que em R1 e 22% maior que em R2.

De acordo com os dados referentes à remoção de lipídeos é perceptível que apesar do reator R1 ter apresentado a maior porcentagem de remoção (95%) não houve conversão dessa matéria orgânica em biogás onde a média teórica esperada para o período era de 0,36 L CH4 por mg de DQO removida. Possivelmente o fenômeno de adsorção foi maior neste

reator.

Em R2 é notado uma remoção menor de lipídeos (37%), contudo é relevante o fato deste reator ter recebido uma carga lipídica 49% menor que o reator R1. Em R2 houve também remoção de AOV principalmente antes do choque de carga orgânica. Após o 19º dia de operação o reator passou a acumular ácidos, mas manteve as concentrações de afluente e efluente praticamente iguais. Em R3 houve remoção significativa de lipídeos (84%) e de acordo com o valor real de produção de biogás (0,3 L CH4 por mg de DQO

removida) este reator conseguiu converter boa parte da matéria orgânica disponível. Contudo seria necessário maior tempo experimental para avaliar em profundidade as relações sintróficas entre os microrganismos e sua capacidade de adaptação. Já que os dados apresentados na Tabela 5.8 apontam para o aumento dos sólidos suspensos fixos em R3 indicando um possível aumento de morte celular.

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Esse trabalho constatou que o reator anaeróbio constitui uma forma de tratamento viável para águas residuárias provenientes de abatedouros de aves, desde que seja precedido por tratamento preliminar que remova parcialmente sólidos, óleos e graxas.

O reator R2 que utilizou como substrato água residuária após sistema FAD apresentou eficiência média de remoção de DQO, óleos e graxas e lipídeos de 68±4%, 48±20% e 37±13%, respectivamente;

O reator R3 que utilizou como substrato água residuária após hidrólise alcalina com NaOH 0,1% (m/v), apresentou eficiência média de remoção de DQO, óleos e graxas e lipídeos de 75±4%, 79±14% e 84±10%, respectivamente;

Após o choque de carga orgânica que ocorreu no 19º dia de operação o reator R2 mostrou instabilidade com aparente saída de biomassa do reator confirmada pela redução de 53% de sólidos suspensos totais ao final do experimento e aumento da DQO efluente bruta de 98% no 19º dia de operação em comparação ao período anterior. Entretanto um maior período experimental seria necessário, pois, este reator dava indícios que poderia se recuperar do choque de carga devido ao fato de não ter apresentado ineficiência na remoção de ácidos como o ácido acético e propiônico além do fato de apresentar aumento de sólidos suspensos voláteis (61%), mesmo possuindo 47% do sólido suspenso total inicialmente inoculado, indicando que houve multiplicação de microrganismos;

O reator R3 apresentou maior estabilidade após o choque de carga com aumento de 44% da DQO efluente bruta e remoção de ácidos orgânicos voláteis principalmente ácido acético (média 54%) e ácido propiônico (média 4,7%) e maior produção de biogás (média de 0,3 L CH4 por mg de DQO removida) durante todo o período experimental. Contudo foi observado flotação do lodo e formação de escuma na

parte superior do reator, além do fato do aumento de sólidos suspensos fixos ao final do período experimental. Por isso seria necessário um maior tempo experimental para avaliar o impacto da hidrólise alcalina (NaOH 0,1%) no lodo utilizado como inóculo e para avaliar a sua capacidade de adaptação.

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