fase 4 da pesquisa
4.6 Fases da pesquisa
A pesquisa foi desenvolvida em 4 fases. Durante estas fases foram testadas diferentes vazões de ar, diferentes vazões de esgotos e, consequentemente, tempos de detenção hidráulica diferentes, e fonte externa de carbono.
54 O Quadro 4.3 apresenta um resumo das variáveis de controle aplicadas durante as quatro fases da pesquisa.
Quadro 4.3: Resumo das variáveis de controle aplicadas nas quatro fases da pesquisa
esgoto (mVazão de 3
/dia) Vazão de ar (m3/min.) Fonte de carbono (m3/dia)
TDH (hh:mm) Duração Número de coletas Fases AER 1 AER 2 AER 1 AER 2 AER 1 AER 2 Inicio Final
1 10 10 0,10 0,05 - 07:22 07:22 12/09/12 19/12/12 15 2 10 10 0,10 0,01 - 07:22 07:22 10/01/13 18/04/13 15 3 10 10 0,15 - - 07:22 07:22 02/05/13 21/11/13 17 4 10 11 0,15 - 1,00 07:22 06:42 14/08/14 11/12/14 18 Fonte: Autor (2015)
Aqui é importante mencionar que na transição da fase 3 para 4, o sistema ficou aproximadamente 9 meses sem funcionar devido á quebra dos compressores que alimentavam de oxigênio o sistema. Esta interrupção na aeração, aliado a elevada densidade de lodo, pode ter comprometido a hidrodinâmica do reator durante a fase 4.
4.7 Sistema de Aeração
Para iniciar a pesquisa foram adotadas as vazões de ar de 0,10 m3/min. no AER1 e 0,05 m3/min. no AER2, baseadas nas pesquisas de Bezerra Filho e Andrade Neto (2011) e Araújo et al. (2009).
Ao longo das fases da pesquisa estas vazões foram sendo alteradas a fim de imprimir melhor eficiência de conversão da amônia.
Os Quadros 4.5 e 4.6 apresentam as vazões de ar utilizadas em cada etapa, bem como a massa de oxigênio aplicada por metro cúbico de reator, nos filtros AER1 e AER2, respectivamente.
Nem todo oxigênio aplicado no AER1 era utilizado, desta forma, parte do OD remanescente era levado para o ARE2. Assim, é importante saber que o oxigênio disponível no AER2 era a soma do O2 aplicado pelo sistema de aeração mais o OD remanescente do AER1.
55 A ideia inicial era cortar a aeração do AER2 apenas na fase 4, entretanto, um dos rotâmetros foi danificado no final da fase 2, este fato impossibilitou que o AER2 continuasse sendo aerado.
Quadro 4.4: Vazões de ar e massa de oxigênio aplicada por metro cúbico de reator no filtro AER1
AER1 Vazão (m3/min) Vazão (m3/d) Massa de AR (kg/d) Massa de O2 (kg/d) Volume reator (m3) Massa de O2/m3 de reator (kg/d.m3) Fase 01 0,10 144,00 172,80 40,09 3,42 11,72 Fase 02 0,10 144,00 172,80 40,09 3,42 11,72 Fase 03 0,15 216,00 259,20 60,13 3,42 17,58 Fase 04 0,15 216,00 259,20 60,13 3,42 17,58 Fonte: Autor (2015)
Quadro 4.5: Vazões de ar e massa de oxigênio aplicada por metro cúbico de reator no filtro AER2
AER2 (mVazão 3/min) Vazão (m3/d) Massa de AR (kg/d)
Massa de O2 (kg/d) Volume reator (m3) Massa de O2/m3 de reator (kg/d.m3) Fase 01 0,05 72,00 86,40 20,04 3,42 5,86 Fase 02 0,01 14,40 17,28 4,01 3,42 1,17 Fase 03 0,00 - - - - - Fase 04 0,00 - - - - - Fonte: Autor (2015)
Para calcular a massa de oxigênio aplicada por metro cúbico de reator foi utilizada a massa específica do ar de 1,20 kg/m3 e o percentual de oxigênio no ar de 23,20%, apresentados por Jordão e Pessoa (2009).
O fornecimento de ar foi promovido por dois compressores trabalhando alternadamente da marca SCHULZ de 5 HP, com 140 libras de pressão e vazão máxima de ar de 566 L/min. cada. (Ver Figura 4.12). Estes já estavam disponíveis no campo experimental.
A saída de ar do compressor era ligada a um filtro regulador de pressão e de retenção de óleo. Neste equipamento era possível regular, além da pressão, a vazão de ar.
56 O controle da vazão era feito por dois rotâmetros fabricados pela “Contech” e apresentados na Figura 4.13. O da esquerda era responsável por regular a vazão do AER1 e sua escala de medição variava entre 0,1 e 1,0 m3/min. O da direta, com escala de medição variando entre 0,009 e 0,09 m3/min., regulava a vazão do AER2.
Ao chegar ao filtro biológico o ar era dividido igualmente por uma cruzeta em três mangueiras perfuradas com agulha que distribuiriam o ar no interior do filtro (Figura 4.14).
Esta forma de distribuição do ar se mostrou eficiente além de tornar o projeto mais barato.
As mangueiras de distribuição de ar foram introduzidas nos tubos de distribuição de esgoto no filtro AER1. Desta forma, o esgoto era aerado antes de entrar no reator. Esta solução permitiu que a aeração fosse mais eficiente, uma vez que no interior dos filtros, devido ao grande acúmulo de lodo, a penetração do oxigênio se tornava mais difícil. Inclusive, a formação de zonas em que o oxigênio não estivesse presente era um dos objetivos da pesquisa.
A fim de garantir que mangueiras ficariam fixas no cano de distribuição e todo o ar seria distribuído para o interior dos biofiltros, elas foram presas com o uso de arame nº18 recozido, comumente utilizado em construção civil para amarração de ferragens, no cano PVC onde a tubulação de distribuição é acoplada.
Além disso, as extremidades finais das mangueiras foram vedadas utilizando um parafuso, fita veda rosca, cola de PVC e abraçadeiras de metal.
57 Figura 4.12: Compressores utilizados no
suprimento de ar
Fonte: Autor (2015)
Figura 4.13: À esquerda o regulador de pressão e vazão e à direita os rotâmetros utilizados para aferir as vazões de ar dos filtros.
Fonte Autor (2015)
Figura 4.14: (A) Cruzeta que recebe a vazão de ar do compressor e divide em três mangueiras perfuradas. (B) Mangueira perfurada com agulha que distribui o ar no interior do filtro. (C) Distribuição das mangueiras no interior do filtro (D) Distribuição dos canos.
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4.7.1 Furometria das mangueiras
A furometria das mangueiras utilizadas foi determinada por Araújo (2009). O autor testou mangueiras lisas e trançadas com diâmetros de ½” e ¾”. Em testes preliminares com água não houve diferença de oxigenação entre as mangueiras lisas e transadas, tendo sido, portanto, as primeiras descartadas devido a sua maior flexibilidade, o que futuramente poderia causar interrupção do fornecimento de ar pelo estrangulamento da mangueira durante o funcionamento do sistema.
Quanto menor a bolha maior a superfície de contato e, consequentemente, melhor será a transferência de oxigênio (DEMOYER et al., 2003; GILLOT et al., 2005). Desta forma, buscou-se utilizar uma ferramenta que proporcionasse o menor furo possível. Utilizou-se agulha de coser, que depois de aquecida, perfurava a mangueira.
Experimentalmente as mangueiras foram perfuradas com distância de 5 cm entre os furos, e estes alternados perpendicularmente.
Para determinar a mangueira mais eficiente no tocante à transferência de oxigênio, elas foram submetidas a testes em condições operacionais semelhantes as que seriam aplicadas no experimento no que diz respeito à vazão de ar e esgoto. As mangueiras foram testadas sob duas vazões de ar (0,05m3/min e 0,10 m3/min). A vazão de esgoto aplicada foi 15 m3/dia.
Em seguida foram realizadas aferições de oxigênio dissolvido no meio líquido em intervalos de 30 minutos, iniciando-se às 8h 55min horas da manhã, indo até às 11h 55min horas, e das 13h 30min até às 16h 30min. No total foram coletados 14 amostras de OD.
Nas duas vazões de ar aplicadas a mangueira de ½” se mostrou mais eficiente, e, por este motivo, adotada na pesquisa.
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4.8 Fonte externa de carbono
Após passar por tratamento anaeróbio e por um biofiltro aerado, o afluente que chega ao AER2 já apresenta baixo nível de carbono assimilável, desta maneira o processo de desnitrificação poderia ficar comprometido.
Por esta razão, foi adicionada uma fonte externa de carbono a partir do esgoto bruto. A ideia é que este esgoto apresente alta carga de carbono prontamente assimilável e potencialize o processo de desnitrificação.
Este expediente foi utilizado durante a fase 4 , e a vazão média utilizada foi de 1 m3/dia, equivalente a 10% da vazão afluente.
O esgoto utilizado como fonte externa de carbono durante a fase 4 da pesquisa apresentava as características expostas no Quadro 4.6.
Quadro 4.6: Características do esgoto utilizado como fonte externa de carbono durante a fase 4 da pesquisa.
NTK Turbidez pH DQO SST
97 mg/L 137 UT 7,90 524 mg/L 148 mg/L
4.9 Cargas de N e C aplicadas
O Quadro 4.7 apresentam as cargas de nitrogênio e carbono aplicadas nos filtros AER1 e AER2 durante as quatro fases da pesquisa. A carga de carbono foi calculada com na DQO.
Quadro 4.7: Cargas de N e C aplicadas no biofiltros nas diferentes fases da pesquisa. Vazão (m3/d) Conc. N (mg/L) Carga N (g/d.m3 de reator) Conc. C (mg/L) Carga C (g/d.m3 de reator) AER1 Fase 1 10 103,3 335,4 111,6 362,4 Fase 2 10 85,2 276,7 145,6 472,8 Fase 3 10 83,4 270,8 159,9 519,0 Fase 4 10 84,8 275,3 190,1 617,1 AER2 Fase 1 10 51,7 167,8 67,1 217,9 Fase 2 10 48,1 156,1 79,9 259,3 Fase 3 10 44,5 144,5 72,4 235,0 Fase 4 10 60,6 196,8 61,9 201,1
60 O Quadro 4.8 apresenta as cargas de Nitrogênio e Carbono aplicadas no AER2, durante a fase 4 da pesquisa, e que serviu como fonte externa de carbono.
Quadro 4.8: Cargas de N e C da fonte externa de carbono aplicada no AER2 durante a fase 4 da pesquisa.
Vazão (m3/d) Conc. N (mg/L) Carga N (g/m3 de reator) Conc. C (mg/L) Carga N (g/m3 de reator) Fonte de Carbono 1,00 94,3 30,6 523,8 170,1
4.10 Procedimento de Partida no Sistema
Antes do início das coletas dos dados foi realizado o processo de partida dos reatores. No primeiro momento a partida foi dada com os dois filtros trabalhando anaerobiamente. Este procedimento foi adotado para que o biofilme pudesse se formar e aderir ao material suporte sem a interferência da agitação provocada pela aeração.
Uma semana após o início da partida o sistema de aeração foi ligado, contudo a vazão utilizada inicialmente foi equivalente a 50% da vazão que seria utilizada durante a operação. Esta configuração foi utilizada também durante uma semana. Após isto, a vazão de ar foi regulada para o valor utilizado durante a operação.
Este procedimento foi adotado antes da primeira e da quarta fase da pesquisa. Antes da primeira fase, pois, obviamente, era o início da pesquisa e da operação do sistema.
Foi necessário adotar o procedimento de partida antes da quarta fase da pesquisa, pois, ao final da terceira fase os compressores quebraram, e seu conserto demorou três meses. Durante este período o sistema operou anaerobiamente, e após os compressores voltarem a funcionar, a vazão de ar foi ligada lentamente, conforme descrito.
61 Após a regulação das vazões de ar esperou-se um tempo (6 semanas antes da fase 1 e 4 semanas antes da fase 4) para a aclimatação do lodo. Durante esta etapa eram realizadas duas coletas semanais (terças e quintas) para determinar o momento em que o sistema entraria em equilíbrio.
Este controle se deu através das mesmas variáveis que seriam utilizadas no decorrer da pesquisa. Admitiu-se que o sistema estava em equilíbrio quando as análises deixaram de apresentar grandes variações entre as coletas. Em seguida estes dados foram descartados e iniciou-se a coleta de dados das referidas fases.
4.11 Operação
O acompanhamento operacional do sistema era feito através das variáveis: vazão de ar, vazão do esgoto, perda de carga e vazão da fonte de carbono, alguns verificados semanalmente e outros diariamente.
Diariamente também, era promovida a limpeza dos filtros com retirada de sólidos, algas e materiais inertes trazidos pelo esgoto, para evitar a obstrução dos caminhos que esgoto teria que percorrer no interior do sistema e evitar interferências nas análises laboratoriais.
Nas primeiras semanas de operação observou-se um desenvolvimento constante de algas na superfície do filtro aerado, que frequentemente obstruía os orifícios das canaletas que distribuíam o esgoto no filtro. Com a finalidade de diminuir esta proliferação os biofiltros foram cobertos, eliminando parcialmente a fonte de luz necessária ao desenvolvimento das algas.
4.11.1 Perda de carga
Para Andrade Neto (2004), os filtros anaeróbios funcionam sem prejuízo com perdas de carga de 10 cm, e este valor foi adotado como limite da perda de carga para os biofiltros aerados estudados. Em vista disto, quando a perda de carga nos filtros superava este valor era feita uma descarga de parte de seu volume. Efetivamente, esta operação foi realizada três vezes ao longo da pesquisa.
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