TRATAMENTO AERÓBIO E ANAERÓBIO EM REATORES CONTÍNUOS
REATOR ANA
1- Hidrólise 2 Fermentação 3 Acetogênese 4 Metanogênese
Figura 5.3: Esquema simplificado da digestão anaeróbia.
Fonte: Adaptado de CHERNICHARO, 1997.
Segundo CHERNICHARO (1997), nos processos biológicos de tratamento as necessidades Material Orgânico Complexo
(carboidratos, proteínas, lipídios)
Moléculas Orgânicas Solúveis (açúcares, aminoácidos, peptídeos)
ÁCIDOS GRAXOS VOLÁTEIS ÁCIDO ACÉTICO H2O H2 CH4 + CO2 1 4 2 3 3 4 2 2
da composição química empírica das células microbianas. Na Tabela 5.4 é apresentada a composição química das arqueas metanogênicas.
Tabela 5.4: Composição química das arqueas bactérias.
Macronutrientes Micronutrientes elemento Concentração(g/kg SST) elemento Concentração (mg/kg SST)
Nitrogênio 65 Ferro 1.800 Fósforo 15 Níquel 100 Potássio 10 Cobalto 75 Enxofre 10 Molibdênio 60 Cálcio 4 Zinco 60 Magnésio 3 Manganês 20 Cobre 10
Fonte: LETTINGA et al., 1996, citado por CHERNICHARO, 1997.
Os microorganismos anaeróbios mostram uma grande capacidade de adaptação a muitos tipos de compostos orgânicos tóxicos, particularmente se estes são degradáveis anaerobicamente. A adaptação do lodo a uma água residuária tóxica requer uma operação cuidadosa do reator. Na partida do reator, o lodo deve ser exposto a concentrações subtóxicas da água residuária; uma vez que a adaptação tenha sido estabelecida, se aumenta gradualmente a concentração da água residuária, até que se alcance uma concentração limite ou a concentração da água residuária não diluída (ALVAREZ, et al., 1988).
Os processos anaeróbios de alta taxa dependem da manutenção, dentro dos reatores, de uma biomassa adaptada com elevada atividade microbiana e resistente a choques, o que torna importante os testes de atividade metanogênica específica, AME (CHERNICHARO, 1997). A técnica para avaliar a AME em lodos anaeróbios é de suma importância para o tratamento anaeróbio de águas residuárias. Permite, com base na atividade do lodo, estabelecer a biodegradabilidade de um efluente (LOPES e CAMPOS, 1996, citados por WENDT, et al., 1999). Testes de AME foram realizados para três tipos de lodos anaeróbios (Capítulo 4.0, item 4.5), onde um desses lodos foi usado para inocular o reator anaeróbio utilizado nessa parte da pesquisa.
5.2- Metodologia
Para que fosse possível avaliar o uso do tratamento biológico para os efluentes gerados em tanques de armazenamento de derivados de petróleo, foram utilizados dois reatores contínuos de bancada, sendo um aeróbio e outro anaeróbio. Ambos os reatores foram alimentados com o afluente do SAO, localizado na BR-Distribuidora. Ao resíduo não foram adicionados nutrientes e o pH era esporadicamente corrigido, para valores próximos a neutralidade.
A escolha dos reatores e do tipo de lodo utilizado para a inoculação dos mesmos foi determinada pela disponibilidade dos lodos no LSA. Após essa seleção foi feito o teste hidráulico nos reatores. Durante o teste os reatores ficaram por cerca de 10 dias operando apenas com água, para que possíveis vazamentos ou problemas de instabilidade nas bombas pudessem ser identificados.
A Figura 5.4 mostra os dois reatores na fase do teste hidráulico, o aeróbio e o anaeróbio, respectivamente.
Figura 5.4: Reator aeróbio (A) e anaeróbio (B), na fase do teste hidráulico.
A Tabela 5.5 fornece os dados construtivos de ambos os reatores, e a Tabela 5.6 indica a quantidade de lodo usada para a inoculação e a concentração de biomassa dentro de cada
Tabela 5.5: Dados construtivos dos reatores aeróbio e anaeróbio utilizados.
Reator Material Altura útil (cm) Diâmetro interno (cm) Volume (mL)
Aeróbio Vidro 13,0 3,90 154,0 (Vt1)
Anaeróbio Acrílico 11,0 4,25 172,0 (Vt2)
Tabela 5.6: Condições de inoculação dos reatores.
Reator Volume de lodo inoculado (mL) Origem do lodo g SSV/L de lodo Concentração de biomassa no reator (kg SSV/m3)
Aeróbio 52,0 (v1) Doméstico 25,0 (c1) 8,44
Anaeróbio 57,0 (v2) Refinação de
milho 65,0 (c2) 21,80
Os cálculos da concentração de biomassa em cada reator são descritos abaixo.
Concentração de biomassa no reator aeróbio (Cr1): M1 = c1v1 = 25 g SSV/L * 0,052 L = 1,300 g SSV
Cr1 = M1 / Vt1 = 0,00130 kg SSV / 0,000154 m3 = 8,44 kg SSV/m3
Concentração de biomassa no reator anaeróbio (Cr2): M2 = c2v2 = 65 g SSV/L * 0,057 L = 3,705 g SSV
Cr2 = M2 / Vt2 = 0,00375 kg SSV / 0,000172 m3 = 21,80 kg SSV/m3
Os dois reatores de bancada, aeróbio e anaeróbio, contínuos, operaram em condições similares, variando igualmente o tempo de detenção hidráulico (TDH), para os dois reatores. Durante a primeira fase o TDH foi de cerca de 30 horas, 20 horas na segunda fase, 10 horas na terceira e 5 horas na quarta fase. A medição de vazão afluente foi feita na entrada de cada um dos dois reatores, utilizando para isso um cronômetro digital e uma proveta graduada.
No Capítulo 3.0, as Tabelas 3.2 e 3.3, descrevem respectivamente, os equipamentos e os métodos utilizados durante a caracterização do resíduo, que foram os mesmos utilizados para o monitoramento dos reatores. Adicionalmente, foram utilizadas para a operação duas bombas dosadoras peristálticas, uma para cada reator, da marca GILSON Minipuls 3, um cronômetro digital e um aerador de aquário, com uma pedra difusora na base do reator aeróbio.
Para que fosse possível avaliar a estabilidade da operação dos reatores biológicos, foi necessário que alguns parâmetros fossem verificados periodicamente, como pH, alcalinidade, temperatura, remoção de matéria orgânica, entre outros, para que os mesmos fornecessem informações sobre o que estava ocorrendo dentro do reator (INCE et al, 1995). Em função disso, o afluente e o efluente dos dois reatores foram monitorados três vezes por semana. Os seguintes parâmetros foram medidos através de equipamentos: condutividade, salinidade, pH, temperatura, turbidez e TDS. Os parâmetros físico-químicos monitorados foram: DQO bruta e filtrada (papel filtro de 1,2 µm e 47 ± 0,5 mm ME-28 da marca Scheucher e Schuell), AGV titulométrico, alcalinidade, SST, SSF, SSV e cor aparente (colorímetro), onde estes 4 últimos só foram monitorados a partir da III fase. As análises foram realizadas no Laboratório de Saneamento Ambiental (LSA), e seguiram o Standard Methods (1995). Também foram calculados o tempo de detenção hidráulico, a velocidade ascensional, a carga orgânica volumétrica e a carga orgânica aplicada ao lodo. Os efluentes dos reatores foram acondicionados em um isopor contendo gelo, para que as amostras não tivessem as características significativamente alteradas. O afluente era trocado e agitado diariamente. A bambona de alimentação do afluente ficava localizada abaixo da bancada onde o aparato experimental foi montado.
A Figura 5.5 mostra o aparato experimental utilizado.