Como já mencionado anteriormente (ver Capítulo 4), o balanço de massa em termos de DQO foi realizado baseado nas amostras compostas coletadas no esgoto bruto, efluente anaeróbio e efluente dos biofiltros. Dessa forma, em média, 36,3Kg de DQO entravam no reator UASB por dia e 13,9 saiam no efluente anaeróbio (correspondendo em uma remoção de 22,4Kg de DQO por dia, o que equivale a uma eficiência média de 62%)(Figura 5-15).
Considerando a DQO removida por dia no reator anaeróbio (22,4 Kg/d equivalente a 933,33g/h), podemos aplicar a Equação 5-3 e obter o volume de biogás capturado (em litros por hora), como a seguir:
(
)
[
0,823×ln 933,33]
=e Biogas
Como resultado, tem-se: 278
=
Biogas litros de biogás /hora
O que equivale a 6672 litros de biogás capturado por dia.
Em pesquisa recente, Matos (2001) monitorou o de biogás gerado no reator UASB da ETE-UFES e encontrou concentrações de metano variando entre 61% a 79%.
Considerando uma concentração de 70% de metano, tem-se um volume equivalente a 4670,4 litros de metano capturado por dia, que equivale a 208,5mlCH4/gDQO removida. Este valor representa 60% do valor teórico de 350mlCH4/gDQO removida (em condições normais de temperatura e pressão), equivalente a uma perda de 40%. Van Haandel & Lettinga (1994), relatam perdas em torno de 50% da produção teórica. Valores em torno de 170mlCH4/gDQOremovida, equivalente a uma perda de 51% em relação ao valor teórico de 350ml CH4/gDQOremovida, foram reportados por Gnanadipathy & Polprasert (1993). Valores similares foram obtidos por Chacon (1994), que citou uma produção de 190mlCH4/gDQO removida.
Field et al. (19__ ) sugerem fatores de conversão para a produção de metano considerando a variação de temperatura no reator. A fim de comparar estes valores, utilizamos os resultados do monitoramento da temperatura de cidade de Vitória
realizado pelo “canal do tempo” e divulgado diariamente na Internet (The weather channel, 2001). As temperaturas dos dias de campanha (ver ANEXO D), tiveram valores médios de 22o +1oC. Utilizando a média de 22oC, o fator de produção sugerido por Fiel et al (19??) é de 389mlCH4/gDQO removida.
Comparado com a taxa sugerida por Field et al. (19__), este trabalho apresenta perda um pouco maior (em torno de 46%). Mesmo assim, as perdas obtidas são semelhantes aos valores reportados pelos pesquisadores anteriormente mencionados.
Esta perda é justificada pela dificuldade de coleta do biogás bem como a fração de metano que sai dissolvida no efluente, contribuindo na DQO do efluente. Kennedy et al. (1997) apresentaram resultados do monitoramento da DQOCH4 dissolvida no efluente variando em torno de 0,44 a 9,58% em relação a DQOCH4 coletada.
Dessa forma, de acordo com as equações 4-8 e 4-9, apresentadas anteriormente (ver Capítulo 4), pode-se determinar a produção de 12,35 Kg de DOQ em termos de metano por dia (considerando uma temperatura de 22oC).
De acordo com o balanço apresentado (Figura 5-15), 55% da DQO removida no reator anaeróbio é recuperada como metano no efluente gasoso, valor elevado quando comparado com os resultados de pesquisas citados por Foresti et al. (1999), de 25% a 35%. Em estudo similar utilizando um reator UASB seguido de reatores aeróbios seqüenciais em batelada, Sousa & Foresti (1994) observaram uma perda de cerca de 25% da DQO afluente.
Comparando em relação à carga de DQO na entrada do reator, 34% foi recuperado na forma de metano. Este resultado foi próximo ao de Ruiz et al. (2000) que recuperaram cerca de 30% da DQO de entrada, operando um reator UASB a 20oC, obtendo eficiências de 80% em termos de DQO e 90% em termos de SST, mediante cargas aplicadas variando de 0,2 a 3,2 KgDQO/m3d.
A Figura 5-15 apresenta o balanço de massa do sistema UASB + BFs com base nos resultados obtidos nesta pesquisa. Os valores de DQO utilizados foram os resultados das amostras compostas (Figura 5-1).
MSxr = 1,3Kg
Fração de DQO no lodo aeróbio
Y= 0,2Kg ST/ KgDQO rem 1,44 Kg ST 0,94 Kg SV MStea = 13,9Kg Fração de DQO do efluente anaeróbio MSxv = 2,1Kg
Fração de DQO no lodo anaeróbio de descarte Y = 0,11Kg ST/ KgDQO rem 2,5 Kg ST 1,5 Kg SV (59% SV/ ST) 2,1 Kg DQO(1,42KgDQO/ KgSV) MSo= 5,9 Kg
Fração de DQO oxidada liberada para atmosfera
MSta = 36,3 Kg
DQO afluente
MSm = 12,35Kg
DQO metano coletado
MSd = 20,3 Kg
Fração de DQO digerida liberada para atmosfera
MStef = 6,7 Kg Fração de DQO efluente final UAS BF 35Kg DQO
Figura 5-15: balanço de massa em termos de DQO (Kg/dia)
Com relação ao balanço de DQO do sistema anaeróbio, 5,8% da DQO afluente ao reator foi convertida em lodo anaeróbio, 38,3% saiu como afluente ao reator e 55,9% foi convertido em biogás (sendo 34% efetivamente capturado em forma de metano). Esses valores foram semelhantes aos mencionados por Chacon (1994) de 10%, 36% e 54% respectivamente.
O resultados do balanço de massa (em porcentagem) desta pesquisa foram relativamente próximos aos obtidos por outros pesquisadores em pesquisas associando UASB + reator aeróbio (Tabela 5-21).
Tabela 5-21: Comparação entre os resultado do balanço de massa em termos de DQO obtidos nesta pesquisa com resultados obtidos por outros pesquisadores.
DQO (%) Fonte
MSta MSd MSm MSxv MStea MSo MStef MSxr Sousa & Foresti (1994)55 100 82,5 57 3,8 13,7 8,3 4,7 0,7 Lacalle et al. (2000)56 100 68,25 58,15 15,35 - 14,5 1,9 - Coura & van Haandel (1999)57 100 32 - 24 - 23 17 - Van Haandel & Marais (1999)58 100 66 - 12 - 12 10 -
Resultados desta pesquisa 100 55,9 34 5,8 38,3 16,3 18,5 3,5
Fonte: valores calculados utilizando resultados descritos pelos autores acima descritos.
Por fim, os resultados obtidos nesta pesquisa indicam que o reator UASB além de possibilitar uma redução da matéria orgânica afluente aos biofiltros, preservando suas características básicas de eficiência e estabilidade no tratamento de esgoto, teve condições de receber o lodo aeróbio de descarte sem reflexo negativo no tratamento. Dessa forma, pode se afirmar que o emprego da associação de reatores UASB + Biofiltros aerados submersos, para tratamento de esgoto sanitário, é uma prática viável e muito interessante dos pontos vista econômico e operacional.
55 UASB+Reatores aeróbios seqüenciais em batelada (escala piloto) 56
UASB+ BF (escala piloto)
57 UASB+ Lodos ativados (Bardenpho) 58 UASB + Lodos ativados