Etapas Operacionais

Após a etapa preliminar, foram estabelecidas etapas operacionais para verificar o desempenho do reator piloto e estenderam-se durante o período de outubro/2004 até junho/2006, conforme segue:

• Etapa A: realizada de outubro/2004 a março/2005 (143 dias de operação), com total de 143 ciclos ao longo do período. Durante este período, obteve-se o monitoramento de 12 ciclos.

• Etapa B: O período de duração foi de março/2005 a setembro/2005, com 200 dias de operação. Durante este período, foram coletadas e analisadas amostras de 15 ciclos. • Etapa C: Realizada de 21/10/05 a 02/12/05 com duração de 43 dias. Obteve-se o monitoramento de cinco ciclos.

• Etapa D: O período de duração desta etapa foi de 45 dias de 03/12/05 a 16/01/06. Realizou-se o monitoramento de nove ciclos.

• Etapa E: Após análises das etapas anteriores foram propostos ciclos de aproximadamente 12h, acrescidos de uma fase de decantação (10 min), com a finalidade de manter no lodo recirculante as bactérias nitrificantes e desnitrificantes.

• Etapa F: Com os resultados obtidos da etapa E, resolveu-se acrescentar carga de amônio e de DQO, com o objetivo de melhorar a fixação dos microrganismos no material suporte e verificar o comportamento do reator piloto quanto à remoção da matéria orgânica e nitrogenada. Aumentou-se em 50% a concentração de amônio e de DQO e, conseqüentemente, a quantidade de bicarbonato. Foram calculadas a partir da média das concentrações da DQOT e amônio, dos ciclos anteriores. Esta etapa foi realizada de 07/04/06 a 10/05/06. Foram realizados monitoramentos em seis ciclos e algumas coletas intermediárias no início e final da batelada.

• Etapa G: Aumentou-se mais 25% da carga de amônio e de DQO em relação à Etapa F, ou seja, 75%. Esta etapa teve início no dia 11/05/06 e término em 18/05/06 (totalizando oito dias), com ciclos de aproximadamente 24h. Foi realizado o monitoramento de um ciclo e algumas coletas intermediárias no início e final da batelada.

• Etapa H: Aumentou-se mais 25% da carga de amônio e de DQO em relação à etapa G, totalizando 100% de aumento de carga. A duração desta etapa foi de 13 dias (de 19/05/06 a 31/05/06), com ciclos de 24h. Foram realizados os monitoramentos de dois ciclos.

• Etapa I: Manteve-se a mesma carga de amônio e de DQO da etapa H e retirou-se todo o lodo que havia formado durante as etapas de F a H. Também foi eliminado o período de decantação. A duração desta etapa foi de 22 dias (de 01/06/06 a 22/06/06) e os ciclos também de aproximadamente 24h. Foram realizados os monitoramentos de dois ciclos.

A Tabela 4.1 apresenta uma síntese das condições operacionais estabelecidas para cada etapa testada. Verifica-se que o tempo de reação anóxica (TDN) foi o mesmo (4 horas) em todas as etapas assim como o volume de enchimento do reator (46 L). A concentração de material suporte (PVC) foi de 226 g/L durante todos os experimentos.

Tabela 4.1- Síntese das Etapas Operacionais Etapas Tempo de ensaio (dias) Tciclo (horas) Nº ciclos TE (min) TDN (h) TA (h) TRE (min) TD (min) VE (L) TRH (dia) COV kgDQO/m3d Qar (L/h) QRec. (L/s) Observações

A 143 24 143 3 4 19h50min 7 - 46 2,89 0,143 60-80 0,6-0,7 Esgoto natural com adição de

bicarbonato

B 206 12 400 3 4 8 7 - 46 1,44 0,374 60-80 0,5-0,7 Esgoto natural com adição de

bicarbonato

C 43 24 43 3 4 19h50min 7 - 46 2,89 0,155 90-100 0,8-1,0 Esgoto natural com adição de

bicarbonato

D 45 12 90 3 4 8 7 - 46 1,44 0,228 90-100 0,6-0,85 Esgoto natural com adição de

bicarbonato

E 64 12 122 1 4 8 3 10 46 1,44 0,203 90-100 0,48-0,9

Esgoto natural com adição de bicarbonato, inclui-se fase de decantação

F 34 24 34 1 4 19h50min 3 10 46 2,89 0,113 90 0,48-0,9 Aumento de 50% da carga de

amônio e DQO

G 8 24 8 1 4 19h50min 3 10 46 2,89 0,170 90 0,5-0,8 Aumento de 75% da carga de

amônio e DQO

H 13 24 13 1 4 19h50min 3 10 46 2,89 0,151 90 0,8-1,0 Aumento de 100% da carga de

amônio e DQO

I 22 24 22 1 4 19h50min 3 10 46 2,89 0,203 90 0,9-1,0 Aumento de 100% da carga de

amônio e DQO

∑ Tempo = 578 dias

Simbologia:

TE = tempo de enchimento; TDN = tempo de desnitrificação; TA = tempo de aeração; TRE = tempo de retirada; TD = tempo de decantação

A proposta de se trabalhar, no início do experimento, apenas com as fases anóxica e aeróbia, tinha por finalidade conhecer o comportamento do reator piloto mediante estas fases. Posteriormente, se intercalaria as fases sem aeração e com aeração em intervalos de tempo menores. Com esse processo bem definido, o estudo passaria então, no sentido de otimização do sistema (com tempo total de ciclo de 8h, 6h e 4h). Dessa maneira, se buscaria atingir a remoção completa de nitrogênio.

Tendo em vista as dificuldades encontradas ao longo do estudo, que teve início na etapa preliminar e estendeu-se durante as etapas operacionais, preferiu-se estudar o fenômeno que estava ocorrendo nas duas formas de operação do reator, ou seja, nos ciclos de 12h e 24h.

As dificuldades encontradas foram: • esgoto diluído;

• retirada (várias vezes) do material suporte do reator para desentupimento da parte inferior do mesmo;

• freqüentes reparos no sistema de automação;

• aumento da temperatura no reator causada pela bomba de recirculação e, • manutenção regular das bombas (recirculação e de entrada de esgoto). Estas dificuldades contribuíram para a desestabilização do processo.

4.2.5 Testes de Inibição da Nitrificação pelo Substrato

Os testes de inibição foram realizados após a etapa preliminar com o objetivo de verificar se o esgoto inibia a remoção de amônio (item 4.2.3). Foram realizados cinco testes utilizando soluções de macronutrientes e micronutrientes, preparadas conforme as concentrações mostradas, respectivamente, nas Tabelas 4.2 e 4.3.

Tabela 4.2 - Composição da solução de macronutrientes (CAMPOS et al., 1999)

Componentes Concentração (g.L-1) KH2PO4 MgSO4 - 7H2O NaCl 0,250 0,123 1,000

Tabela 4.3 - Composição da solução de micronutrientes (CAMPOS et al., 1999), o pH foi ajustado em 6,0 com KOH.

Componentes Concentração (mg.L-1) EDTA (NH4)6 MO7 O24 MnCl2 ZnSO4 CaCl2 CoCl2 CuSO4 FeSO4 50000 1036 3220 12354 5540 880 1004 2728 Os testes foram realizados da seguinte maneira:

¾ Em um erlenmayer de 1L foi colocado inóculo (lodo concentrado nos testes de 1 a 4, e material suporte com biomassa aderida no teste 5), com quantidades diferentes de esgoto bruto (EB) e solução de macro+micronutrientes (conforme Tabela 4.4), com aeração e agitação constantes. Foram mantidas as condições médias do pH, oxigênio dissolvido (OD) e temperatura presentes no reator piloto, durante a etapa preliminar.

¾ Quando o OD atingiu a concentração do reator piloto (em torno de 6,0 mg/L), adicionou-se a concentração de 50 mg/L de NH4-N mantendo-se durante 30 segundos a agitação e aeração, a fim de misturar a amônia com o líquido que já estava no erlenmayer.

¾ Após a mistura, coletou-se 100 mL de amostra (considerando tempo t =0) para análises das concentrações de amônio (NH4-N), nitrito (NO2-N), nitrato (NO3-N) e DQO.

¾ Iniciou-se o registro dos valores de pH, temperatura e OD e, de hora em hora, eram coletadas 100 mL de amostra para posterior análise de NH4-N, NO2-N, NO3-N e DQO.

O tempo total de cada teste foi de aproximadamente 12 h, tempo superior ao da fase aeróbia do reator piloto, durante o teste preliminar.

Tabela 4.4 - Quantidades de inóculo, EB e macro+micronutrientes nos testes. Testes EB (mL) Macro+micronutrientes (mL) Inóculo (mL) 1 800 - 80 2 - 800 80 3 120 680 80 4 240 560 80 5 120 680 80

Ambos os inóculos (lodo concentrado e o material suporte), foram retirados do reator piloto.