Granulometria a Laser

Nas Figuras 5.10, 5.11 e 5.12 são apresentadas as curvas de distribuição de tamanho das partículas (em volume), obtidas com auxílio de laser, para os reatores R1, R2 e R3, respectivamente. Na Figuras 5.13, é apresentada a variação do diâmetro médio das partículas para os três reatores.

Optou-se por realizar ensaios de granulometria a laser e por peneiramento, visando validar a aplicabilidade deste método, posto que sua metodologia é pouco detalhada na literatura consultada.

O ensaio de granulometria a laser utilizou amostras passantes na peneira de abertura 2,0 mm, em razão do limite máximo de detecção do equipamento. Assim, é negligenciada parte considerável dos sólidos.

Figura 5.10. Variação da distribuição de tamanho de partículas para o reator R1

Fonte: Autoria própria

Figura 5.11. Variação da distribuição de tamanho de partículas para o reator R2

Fonte: Autoria própria

Figura 5.12. Variação da distribuição de tamanho de partículas para o reator R3

Fonte: Autoria própria

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,01 0,1 1 10 100 1000 V o lu me (% )

Diâmetro médio das partículas (µm)

16 30 51 75 114 170 212 240 275 308 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,01 0,1 1 10 100 1000 V o lu m e (% )

Diâmetro médio das partículas (µm)

16 30 51 75 114 170 212 240 275 308 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,01 0,1 1 10 100 1000 V o lu me (% )

Diâmetro médio das partículas (µm)

laser

Fonte: Autoria própria

É possível verificar que há uma translação das curvas de distribuição para a direita, indicando diâmetro com maior frequência crescente nas amostras, corroborando, portanto, os resultados obtidos anteriormente. Observa-se este aumento também na Figura 5.13, que apresenta o diâmetro médio das partículas ao longo do tempo. Como foi suprimida a parte mais granular das amostras, os valores de diâmetro médios são inferiores aqueles encontrados no ensaio de granulometria por peneiramento (Figura 5.7). Assim, o ensaio de granulometria a laser, apesar de mais simples operacionalmente, não traz resultados completos sobre o desenvolvimento do lodo granular aeróbio. Para tanto, seria necessário incorporar uma etapa de análise das partículas retidas na peneira de abertura 2,0 mm, por fotografia e análise computacional, por exemplo. É importante ressaltar, entretanto, que a metodologia permite verificar o comportamento das partículas com menores diâmetros (<0,045 mm), que não são monitoradas no ensaio de granulometria por peneiramento.

Na Figura 5.14 são apresentadas as porcentagens do lodo com diâmetro maiores que 2,0 mm, obtidas do ensaio de granulometria por peneiramento.

Verifica-se que grande parte do lodo é composto por partículas com diâmetro maior que 2,0 mm, principalmente no caso do reator R3. Assim, para a análise da formação e comportamento do lodo granular aeróbio, o ensaio de granulometria por peneiramento se mostra mais eficaz.

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 D iâ m et ro m éd io d as p art íc u la s (mm )

Tempo de Operação (dias)

Figura 5.14. Porcentagem de partículas com diâmetro maior que 2,0 mm

Fonte: Autoria própria

5.2.5 Fotografias

Nas Figuras 5.15 a 5.17 são apresentadas fotografias do lodo dos reatores R1, R2 e R3, respectivamente, ao longo do tempo de formação. A linha horizontal vermelha nas fotografias corresponde a um comprimento de 10 mm.

Observa-se, das figuras apresentadas para o reator R1, pouca variação na morfologia do lodo ao longo de todo o tempo de operação. O formato das partículas é bastante distinto de uma esfera, o que explica a falta de proporcionalidade entre o diâmetro médio e a velocidade de sedimentação.

É interessante notar que a formação destas partículas se deu de forma bastante rápida, já sendo verificados no reator após a aplicação do primeiro estágio de pressão de seleção. Com a aplicação do segundo estágio, parece haver a consolidação destas estruturas, e sua estabilidade, após, aproximadamente 120 dias de operação, quando não se notam mais variações significativas nas características físicas do lodo. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Pa rt íc u la s co m d iâ met ro > 2,0 mm (% )

Tempo de operação (dias)

Fonte: autoria própria

Tay, Liu e Liu (2001a) observaram a formação de lodo com características similares e chamaram as partículas de bioflocos. Estas estruturas ocorreram em reatores operados com taxa de aeração de 0,8 cm.s-1_{, enquanto, para uma taxa de} 2,5 cm.s-1_{, verificou-se a formação de grânulos com forma regular. Segundo os} autores, a atuação da força de cisalhamento, no caso da maior taxa de aeração, deve forçar os bioflocos a se modelarem como grânulos, já que estas estruturas esféricas têm energia superficial mínima.

Bioflocos também foram observados por Chen et al. (2007) ao estudar a formação de LGA para diferentes forças de cisalhamento. Para valores de taxa de aeração de 0,8 e 1,2 cm.s-1_{, formaram-se grandes grânulos filamentosos, instáveis e} com estrutura irregular, enquanto grânulos estáveis foram formados quando se utilizaram taxas de aeração de 2,4 e 3,2 cm.s-1_{. Segundo os autores, a taxa de} aeração tem papel importante na estabilidade dos grânulos.

Ao analisar a influência da concentração de OD na formação de LGA, Sturm e Irvine (2008) notaram a formação de bioflocos quando, mantendo a mesma taxa de aeração, limitaram a concentração de OD no liquor misto a 5 mg.L-1_{. Lodo} granular estável foi formado sem a limitação de OD. Os autores concluíram que a concentração de OD é mais importante que a força de cisalhamento na formação do LGA.

De Kreuk et al. (2010) verificaram a formação de bioflocos em reatores operados utilizando-se efluente com matéria orgânica particulada (amido) como substrato. De acordo com os autores, a formação dos bioflocos deve estar relacionada à hidrólise do amido ao longo da fase aeróbia, levando à disponibilidade de substrato solúvel durante o período.

Devlin et al., (2017) verificaram a formação de bioflocos ao aplicar alta carga orgânica em reator com baixa taxa de aeração (0,4 cm.s-1_{), enquanto lodo} granular estável foi formado ao se aplicar baixa carga orgânica.

Assim, a formação os bioflocos no reator R1 deve estar relacionada à baixa taxa de aeração aplicada (0,15 cm.s-1_{), posto que somente esta variável foi modificada} entre os três reatores estudados, mas também pode ter relação com a presença de DQO particulada no substrato, assim como observado por De Kreuk et al. (2010). Como outros autores verificaram ser possível a formação de lodo granular com taxas inferiores a utilizada em R1 (GAO, LIU e LIANG, 2013; LI et al., 2019) essa não deve ser a única variável que influencia na formação dos bioflocos.

Fonte: autoria própria

Observa-se, a partir da análise das figuras da biomassa do reator R2, que a morfologia do lodo é similar à verificada em R1, no início do processo de formação. Entretanto, a estrutura dos bioflocos não é estável como em R1. Há, a partir do dia 60, aproximadamente, a quebra destas estruturas, o que se evidencia pelas fotografias e pela diminuição do diâmetro médio, conforme Figura 5.7. Após a quebra dos bioflocos, formam-se novas partículas, ainda com diâmetro médio elevado

(~1 mm), que passam por um processo de arredondamento e aumento gradual do diâmetro.

É possível observar também que há pouca alteração no formato das partículas de lodo após 240 dias de operação, indicando a estabilização das características do lodo granular. A formação do lodo granular aeróbio em R2 se deu mesmo aplicando-se uma taxa de aeração de 0,30 cm.s-1_.

Figura 5.17. Fotografias da biomassa do reator R3 ao longo do tempo de operação

formação dos grânulos: no início da operação, havia poucas partículas densas, sendo que praticamente todo o lodo ainda era floculento. Isso pode ser verificado pela pouca diferença entre as curvas granulométricas do lodo entre os dias 8 e 63, a partir de quando começa a haver um crescimento do diâmetro médio das partículas (Figuras 5.6 e 5.7). Assim, não se verificou, para este reator, a formação inicial de bioflocos. As três últimas fotografias mostram poucas alterações morfológicas no lodo após o dia 283, corroborando aos dados apresentados nas Figuras 5.6, 5.7 e 5.9.