3 REVISÃO DA LITERATURA
3.5.5 Estudos desenvolvidos com a técnica de microaeração em reatores anaeróbios
A técnica de microaeração, como exposto nos itens anteriores, se mostra bastante promissora para o controle do H2S em sistemas anaeróbios. Alguns trabalhos vem sendo desenvolvidos nesta temática e corroboram com o potencial de uso da microaeração no controle do sulfeto em sistemas anaeróbios, apontando eficiências de remoção do sulfeto no biogás da ordem de 99% com a aplicação da microaeração em digestores anaeróbios (FDZ-POLANCO et al., 2009; JENICEK et al., 2010, 2017; DIAZ et al., 2010, 2011a; RAMOS; FDZ-POLANCO, 2014; RAMOS et al., 2014; NGHIEM et al., 2014).
Fdz-Polanco et al. (2009) avaliaram a eficiência de remoção do H2S no biogás e dissolvido no efluente em dois digestores anaeróbios de lodo através da introdução de oxigênio puro (0,013-0,024 LO2.L-1afluente.d-1) no fundo do reator. A mistura nos dois reatores de 200 L de volume útil, foi alcançada por meio da recirculação de lodo (50 L.h-1) e da recirculação de biogás (3,5 L.min-1). Os autores alcançaram eficiências acima de 99% para o H2S do biogás, porém apenas quando foi utilizada a recirculação do biogás como método de mistura, foi possível observar eficiências significativas (85-90%) de remoção do H2S dissolvido. A quantidade de oxigênio fornecida na microaeração não afetou o desempenho dos reatores em termos de produção de biogás, rendimento de metano e remoção de DQO. O sistema, então, permaneceu estável e semelhante ao comportamento anaeróbio.
Diaz et al. (2010) avaliaram a microaeração a partir da introdução de O2 puro e ar no
headspace, e nitrato junto à recirculação do lodo, como reagentes oxidantes para remoção H2S no biogás em um digestor de lodo. A pesquisa mostrou que a microaeração tanto com o O2 puro como com ar atmosférico possibilitou eficiências de remoção do H2S no biogás superiores a 97%. Entretanto, quando da utilização de ar, o efeito de diluição do biogás pela entrada de N2 foi observado. A diluição do biogás se apresenta como maior entrave desta aplicação, que é uma opção de custo mais baixo e maior simplicidade operacional quando comparada ao uso de O2 puro. Ao se testar a aplicação do nitrato, não foi observado remoção da concentração de sulfeto no biogás e dissolvido, visto que, por causa do excesso de matéria orgânica no efluente do reator, o nitrato foi utilizado pelas bactérias desnitrificantes.
Estudos desenvolvidos por Díaz et al. (2011) avaliaram o melhor ponto de aplicação da microaeração (headspace ou fase líquida) e melhor forma de mistura do sistema (recirculação do lodo ou do biogás) para favorecer a remoção de sulfeto de hidrogênio no biogás e
dissolvido no efluente em um digestor de lodo anaeróbio. Os resultados mostraram que em todas as configurações estudadas, a remoção do sulfeto de hidrogênio no biogás foi superior a 98%. Porém, como nos estudos de Fdz-Polanco et al. (2009), apenas a microaeração junto à recirculação de biogás se mostrou eficiente também na remoção do sulfeto dissolvido. A microaeração introduzida no headspace resultou em uma operação mais estável e o resultado da oxidação do H2S foi principalmente o enxofre elementar.
Outras pesquisas como a desenvolvida por Glória et al. (2015), mostrou que a introdução da microaeração com fluxo de ar (30 e 40 mL.min-1) na manta de lodo de um reator UASB (volume útil de 360 L), propiciou a minimização em torno de 95% de sulfeto de hidrogênio no biogás, possibilitando seu aproveitamento para fins energéticos. Constatou-se também que, a aplicação da microaeração não interferiu na eficiência de remoção de matéria orgânica e na formação de CH4. Porém, não houve redução do metano e sulfeto dissolvidos no efluente do reator UASB e resultou na diluição do biogás pela presença do nitrogênio.
O estudo desenvolvido por Castro (2017) também avaliou a remoção de H2S no biogás e de sulfeto dissolvido no efluente por meio da microaeração, com introdução de ar em vazões de 20 e 30 mL.min-1 em dois pontos de aplicação, 1,0 e 3,0 m do fundo de um reator UASB (volume útil de 360 L) tratando esgoto doméstico. Os resultados encontrados mostraram uma eficiência de remoção de H2S do biogás acima de 90% para todas as condições descritas, porém, como também relatado no trabalho de Glória et al. (2015), a introdução de ar propiciou a diluição do biogás e não foi observada remoção significativa do sulfeto dissolvido no efluente. Ressalta-se que somente o estudo desenvolvido Glória et al. (2015) avaliou o efeito da microaeração sobre o metano dissolvido.
Sousa et al. (2016) compararam a microaeração (ar atmosférico) com a absorção química tradicional (NaOH) na remoção do H2S presente no biogás de dois reatores UASB escala laboratorial (volume útil de 2,8 L) alimentados com esgoto sintético. As eficiências encontradas foram de 93% e 100%, respectivamente. Os autores também fizeram uma comparação dos custos de implantação das tecnologias estudadas, observou-se que, para a absorção química o custo calculado, referente a aquisição do reagente (NaOH) utilizado, foi de US$ 26.969,86. Para o sistema microaeróbio, o custo foi calculado considerando o consumo de energia do compressor utilizado na microaeração, funcionando 24 h por dia, já que não há custo para aquisição de reagente e o valor calculado foi de US$ 3.232,42. Ao se comparar os custos e as eficiências alcançadas com estas tecnologias, pode-se observar que o
custo da aplicação da microaeração é bastante inferior ao uso da absorção química e mesmo a microaeração apresentando eficiências menores, ainda são eficiências bastante satisfatórias para a remoção do H2S, o que evidência a microaeração como uma alternativa mais promissora para aplicação em sistemas anaeróbios de tratamento de esgoto.
A Tabela 3.4 resume as principais pesquisas já desenvolvidas no tocante da remoção do sulfeto de hidrogênio (biogás e dissolvido) a partir da microaeração. Percebe-se que a microaeração vem sendo amplamente estudada e aplicada em digestores anaeróbios em escala plena para substratos sólidos, enquanto que as pesquisas envolvendo a técnica de microaeração em reatores anaeróbios, como reatores UASB, para tratamento esgotos domésticos reais em maiores escalas, são bastante reduzidas ainda e muitas dessas não avaliaram o efeito da microaeração na redução do sulfeto e metano dissolvidos.
A técnica de microaeração se mostra como uma alternativa promissora no controle de H2S em sistemas anaeróbios, já que apresenta-se como uma tecnologia de baixo custo e simplicidade operacional, não necessita de instalação de novas unidades e consegue alcançar satisfatórias eficiências. No entanto, há necessidade de estudos, principalmente, no que tange a microaeração em reatores UASB tratando esgoto domésticos em maiores escala, para melhor entendimento do processo e desenvolvimento de melhorias para possibilitar não só boas eficiências de remoção do H2S no biogás como também do sulfeto e metano dissolvidos e para reduzir o efeito da diluição do biogás.
Tabela 3.4- Visão geral das principais pesquisas que utilizaram a técnica da microaeração em reatores anaeróbios. Reator (volume, L) Carga DQO (g.L-1.d-1) Substrato (razão DQO/S) Ar/O2 (ponto de aplicação) Eficiência de H2S (biogás) Eficiência de H2Sl + HS-l (líquido) Referências
Digestor n.a. Resíduos Agrícolas (-) Ar (headspace) 88% n.a. Schneider et al. (2002) UABS (11) 2,8-12 Efluente de fábrica de
celulose (45 – 60) Ar (líquido) - 20-30% Zhou et al. (2007)
FBR (1,7) 3,5 Efluente sintético de
vinhaça (144) Ar (líquido) > 82% > 52% van der Zee et al. (2007) Digestor (11) 3,5 Lodo (-) Ar (recirculação do lodo) 92% n.a. Jenicek et al. (2008)
Digestor (250) 1,9-4,5 Lodo (152-369) O2 (headspace ou
recirculação do lodo) > 99%
85-90% (recirculação do
biogás)
Fdz-Polanco et al. (2009)
Digestor (250) 1,9-4,0 Lodo (137-310) O2 e Ar (recirculação do
lodo) > 97,50% ≈ 0 Díaz et al. (2010)
Digestores
(1.500.000-2.100.000) 3,5 Lodo (-) Ar (recirculação do lodo) 99% n.a. Jenicek et al. (2010) EGSB (4) 0,5-3,1 Efluente sintético de
vinhaça (12) O2 (líquido) 72% 40%
Lopes (2010), Rodriguez et al. (2012)
Digestor (250) 1,8-3,4 Lodo (48-93) O2 (headspace) ≥ 98% 88% (recirculação
do biogás) Díaz et al. (2011a) Digestor (250) 2,4-4,7 Lodo (96-188) O2 (headspace ou
recirculação do lodo) ≥ 97% n.a. Díaz et al. (2011b) Digestor (10) 2,0 Lodo + adição de
sulfato (13,0) Ar (lodo) 70% ≈ 0 Jenicek et al. (2011)
Digestor (200) 180 Lodo + adição de
sulfato (27-80) O2 (headspace) > 98% ≈ 0 Diaz e Fdz-Polanco (2012)
EGSB (4) 15,8-17,6
Esgoto doméstico + adição de sulfato
(7,88-9,4)
Reator (volume, L) Carga DQO (g.L-1.d-1) Substrato (razão DQO/S) Ar/O2 (ponto de aplicação) Eficiência de H2S (biogás) Eficiência de H2Sl + HS-l (líquido) Referências EGSB (4) 15,8-17,6 Esgoto doméstico + adição de sulfato (7,88-9,4)
Ar (líquido) n.a. 58% Xu et al. (2012)
Digestor (265) n.a. Lodo (-) O2 (líquido) 0-90% n.a. Ramos et al. (2012)
Digestor (250) 1,4-2,9 Lodo (-) O2 (recirculação do lodo) 90% ≈ 0 Ramos e Fdz-Polanco (2013)
Digestor (10) 2 Lodo (40) Ar (líquido) ≥ 99% 68% Jenicek et al. (2014)
UABS (3) 8 Efluente sintético de
cervejaria (95) Ar (líquido) 73% 15 Krayzelova et al. (2014a,b)
Digestor (70) 2,3 Lodo (72) O2 (líquido) ≥ 99% n.a. Nghiem et al. (2014)
Digestor (7.000) 1,5-2,2 Lodo (-) 92-98% O2 (headspace
ou líquido) 99% ≈ 0 Ramos et al. (2014)
Digestor (250) 1,0-1,9 Lodo (-) O2 (líquido ou
recirculação do lodo) 99% n.a.
Ramos e Fdz-Polanco (2014)
UASB (360) 2,0 Esgoto doméstico Ar (líquido) > 95% ≈ 0 Glória et al. (2015)
UASB (2,8) 2,0 Esgoto sintético (6,7) Ar (headspace) 93% n.a. Sousa et al. (2016)
UASB (4) 0,77-1,5
Esgoto doméstico + adição de sulfato
(17,8-29,7)
Ar (líquido) n.a. 81% Lima et al. (2016)
Digestores (1.600 -
30.000 m3) n.a.
Lodo primário + lodo
ativados (-) Ar (recirculação do lodo) 74-99% n.a. Jenicek et al. (2017)
UASB (360) 2,4 Esgoto doméstico Ar (líquido) > 90% ≈ 0 Castro (2017)
UASB (2,8) 2,0 Esgoto sintético (7,1) Ar (headspace) 87-96% ≈ 0 Souza et al. (2018) UASB (2,8) 2,0 Esgoto sintético (7,1) Ar (manta de lodo) 66-80% ≈ 0 Souza et al. (2018) UASB: Reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo. EGSB: Reator anaeróbio de leito granular expandido. FBR: Reator de leito fluidizado. n.a.: não analisado.