5.1 – MONITORAMENTO DO REATOR UASB

Foram realizadas oito caracterizações do esgoto afluente e efluente ao Reator UASB, como podem ser vistas no apêndice A (tabelas A1 a A4).

O parâmetro AI/AP explicita a razão entre a alcalinidade intermediária e a alcalinidade parcial. Esse parâmetro é importante, pois expressa a alcalinidade proveniente dos ácidos orgânicos voláteis - alcalinidade intermediária - e a alcalinidade devida a bicarbonatos - alcalinidade parcial. Entende-se neste trabalho por alcalinidade intermediária: a diferença entre a alcalinidade total e a parcial.

Os sólidos dissolvidos totais foram calculados a partir da diferença entre os sólidos totais e os sólidos suspensos totais.

Quanto à remoção, os valores negativos expressam, para determinado parâmetro, valores maiores no efluente com relação ao afluente do reator.

A DQO da amostra filtrada foi incluída no estudo com o intuito de avaliar o parâmetro DQO sem a interferência de sólidos suspensos. Sendo assim, a DQO foi subdividida em: DQO dissolvida (filtrada) e DQO particulada, cuja soma destas parcelas representam a DQO total.

Os valores nulos para a alcalinidade total e parcial e razão AI/AP, ocorridos na segunda avaliação (apêndice – tabela A1), são conseqüência do pH no efluente do reator UASB (4,03). No dia da coleta do afluente e efluente, suspeita-se que foi lançado resíduo químico na rede de coleta de esgoto do campus, em razão do odor bastante forte na ETE. Devido a esse resultado díspar, esta avaliação foi descartada da discussão.

As médias dos parâmetros e respectivo desvio padrão das sete avaliações encontram- se na tabela 5.1.

Tabela 5.1 – Média e desvio padrão dos parâmetros analisados na caracterização do afluente e efluente do reator UASB (etapa de monitoramento).

Média (±DP)

Parâmetros Afluente Efluente

T (ºC) 20,8 (± 1,5) 20,1 (± 1,7) pH 6,91 (± 0,30) 7,03 (± 0.25) AT (mg CaCO3/L) 177,3 (± 76,8) 241,4 (± 40,5) AP (mg CaCO3/L) 97,7 (± 51,1) 142,9 (± 28,8) AI/AP 0,89 (± 0,39) 0,70 (± 0,10) DQO (mg/L) 829 (± 651) 335 (± 52) DQO filtrada (mg/L) 446 (± 535) 246 (± 42) DQO particulada (mg/L) 383 (± 498) 88 (± 20) ST (mg/L) 693 (± 481) 398 (± 130) SST (mg/L) 281 (± 291) 59 (± 20) SDT (mg/L) 412 (± 343) 340 (± 140)

Notas: T: temperatura; AT: alcalinidade total; AP: alcalinidade parcial; AI: alcalinidade intermediária; DP: desvio padrão; ST: sólidos totais; SST: sólidos suspensos totais; SDT: sólidos dissolvidos totais.

Na tabela 5.2, estão apresentados alguns valores típicos da composição de esgoto sanitário não tratado (METCALF; EDDY, 2003).

Tabela 5.2 – Características de esgoto sanitário.

Esgoto Sanitário

Parâmetros Fraco Médio Forte

DQO (mg/L) 250 430 800

ST (mg/L) 390 720 1230

SST (mg/L) 120 210 400

SDT (mg/L) 270 500 860

Notas: ST: sólidos totais; SST: sólidos suspensos totais; SDT: sólidos dissolvidos totais.

Ao se comparar os resultados das tabelas 5.1 e 5.2, verifica-se que em termos de DQO o afluente ao reator UASB tem característica de esgoto “forte”; as concentrações de sólidos totais e sólidos dissolvidos totais se apresentam entre “fraco” e “médio”; e com relação aos sólidos suspensos totais, estes possuem característica de “médio” a “forte”. Entretanto, deve- se relatar que o esgoto afluente ao reator UASB já havia passado pelo tratamento preliminar, onde ocorre retirada de sólidos principalmente de sólidos suspensos.

Em vista disso, o esgoto afluente ao reator UASB estudado tem características de “médio” para sólidos e de “forte” para a DQO, segundo classificação de Metcalf e Eddy (2003). Essas características corroboram com as encontradas por Passig (2005). Segundo este mesmo autor, isto decorre provavelmente o fato de a rede coletora receber contribuições dos laboratórios e restaurante da universidade, do comércio e indústrias (área próxima ao Campus).

Os valores de pH nas avaliações se mantiveram próximos à neutralidade, com pequenas variações do afluente para o efluente, dentro da faixa de crescimento ótimo para bactérias produtoras de metano (6,6 a 7,4) (CHERNICHARO, 1997; GRADY Jr et al., 1999).

A temperatura manteve-se praticamente constante, na faixa mesofílica (20 – 45 ºC). Com isso, mantém-se a termodinâmica de várias reações também estável, como por exemplo, o grau de dissociação de diversos compostos, evitando mudanças químicas bruscas no reator. Além do mais, neste intervalo de temperatura, predominam alguns gêneros de bactérias formadoras de metano (CHERNICHARO, 1997; GRADY et al., 1999).

A alcalinidade total não expressa a capacidade de tamponamento do sistema, visto que parte dela – alcalinidade intermediária - se remete à alcalinidade proveniente de ácidos orgânicos voláteis. Estes ácidos, em concentrações elevadas, podem acidificar o reator, com conseqüente queda da remoção de matéria orgânica (DQO) e da geração de gás metano (CHERNICHARO, 1997; GRADY Jr et al., 1999).

Assim, a fração dita parcial pode ser mais adequada para analisar reatores UASB; por isso, a importância dos valores de AI/AP. Na literatura, valores de AI/AP no efluente menores ou iguais a 0,30 podem indicar um bom funcionamento do reator UASB, porém há possibilidade de o processo manter a estabilidade para valores diferentes a 0,3 (CHERNICHARO, 1997). Entretanto, nos dados obtidos, nenhum dos resultados aproximou- se desse valor; sendo que o mais próximo foi de 0,46 para o afluente da avaliação 7 e 0,59 para o efluente da avaliação 6.

As remoções de DQO, DQO filtrada, DQO particulada, sólidos totais, sólidos suspensos totais e sólidos dissolvidos totais e a variação da razão AI/AP (diferença do afluente em relação ao efluente) estão apresentados na tabela 5.3.

Tabela 5.3 – Remoção de DQO, sólidos e variação de AI/AP no reator UASB.

Remoção (%) Variação

Avaliação DQO DQOfilt DQOpart ST SST SDT AI/AP

1 56 48 71 -14 82 -58 0,40 3 19 29 -29 -8 39 -25 -0,09 4 76 -53 93 63 91 -32 0,45 5 82 85 53 78 79 77 0,87 6 18 -29 55 10 70 -11 0,08 7 40 -3 69 32 67 2 -0,17 8 -1 -65 63 13 37 3 -0,24 Média (±DP) 41(± 31) 2(±55) 54(±39) 25(±35) 66(±21) -6(±42) -

Notas: AP: alcalinidade parcial; AI: alcalinidade intermediária; DQOfilt: DQO filtrada; ST: sólidos totais; SST:

sólidos suspensos totais; SDT: sólidos dissolvidos totais; DP: desvio padrão.

A remoção de sólidos suspensos no reator UASB foi de até 91%, com o efluente tendo, em média, menos de 60 mg.L-1. Chernicharo (1997) encontrou como resultados operacionais de quatro reatores, a faixa de concentração de 20 e 100 mg.L-1. A DQO apresentou remoção média de 41% e, de mesma forma, no intervalo de eficiência de remoção de DQO de cinco reatores: 40 a 75% (CHERNICHARO, 1997).

Mesmo assim, o reator UASB não manteve constante a remoção de todos os parâmetros, como se pode notar através dos elevados valores de desvio padrão. No entanto, esta eficiência variável pode estar relacionada à grande variabilidade das características do esgoto afluente.

Com exceção das avaliações 3 e 5, verificou-se remoção mais acentuada da DQO particulada, que de acordo com Aquino (2003), é a mais fácil de ser removida, em relação à DQO filtrada.

Observa-se também que nas avaliações 4, 6, 7 e 8 a DQO filtrada no efluente foi maior que no afluente. Nas avaliações 7 e 8, um possível aumento da concentração de ácidos orgânicos voláteis do sistema pôde implicar o resultado da variação de AI/AP negativa. Nas avaliações 4 e 6, a variação AI/AP foi positiva, o que vem sugerir que o aumento da DQO filtrada no efluente pode ser devido, não tanto a compostos intermediários como os ácidos orgânicos voláteis, mas a produtos microbianos solúveis (PMS) (AQUINO, 2003; GRADY Jr et al., 1999).

Os PMS seriam compostos orgânicos dissolvidos que causam DQO, surgindo no efluente, sem constar originalmente no afluente. Seriam resultantes principalmente da fase de respiração endógena, concomitantemente, em reatores operados com elevados tempos de retenção celular (TRC) (AQUINO, 2003; GRADY Jr et al., 1999).

As principais correlações encontradas entre os parâmetros analisados podem ser visualizadas nas figuras (5.1 a 5.3).

y = 68,775x + 28,549 R2 = 0,783 -20 0 20 40 60 80 100 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Variação (AI/AP) R emo ção d e D Q O ( % )

y = 38,843x + 59,154 R2 = 0,5598 0 20 40 60 80 100 -0,40 -0,20 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 Variação (AI/AP) R em oç ão de S S T ( % )

Figura 5.2 – Relação da variação AI/AP e remoção de SST.

y = 0,5697x + 42,826 R2 = 0,7275 0 20 40 60 80 100 -20 0 20 40 60 80 100 Remoção de DQO (%) R em o çã o de S S T ( % )

Figura 5.3 – Relação da remoção de DQO e da remoção de SST.

Todas as correlações entre os parâmetros monitorados, inclusive aquelas que apresentaram R² inferior a 0,5, estão apresentadas na tabela 5.4.

Tabela 5.4 – Correlações entre os parâmetros de monitoramento do reator UASB.

DQO DQOfilt DQOpart ST SST SDT

DQO - - - - - - DQOfilt 0,2421 - - - - - DQOpart 0,1681 0,1177 - - - - ST 0,468 0,0055 0,1854 - - - SST 0,7275 0,0484 0,4407 0,2525 - - SDT 0,0541 0,1218 0,0005 0,4726 0,001 - AI/AP 0,783 0,3474 0,0809 0,3668 0,5598 0,136

Notas: AP: alcalinidade parcial; AI: alcalinidade intermediária; DQOfilt: DQO filtrada; ST: sólidos totais; SST:

sólidos suspensos totais; SDT: sólidos dissolvidos totais.

Além de a razão – AI/AP - ser um parâmetro de controle para a operação de reatores anaeróbios, no caso estudado, mostrou-se também relacionada à remoção de material orgânico e de sólidos suspensos.

Para essa discussão, algumas reações do processo anaeróbio são mostradas na tabela 5.5.

Tabela 5.5: Algumas reações principais da digestão anaeróbia (adaptado de CAMPOS, 1999).

Processo Equação Propianato a acetato CH3CH2COO- + 3H2O  CH3COO- + H+ + HCO3- + 3H2

Butirato a acetato CH3CH2CH2COO- +2H2O  2CH3COO- + H+ + 2H2

Etanol a acetato CH3CH2OH + H2O  CH3COO- + H+ + 2H2

Lactato a acetato CH3CHOHCOO- + 2H2O  CH3COO- + HCO3- + H+ + 2H2

Acetato a metano CH3COO- + 2H2O  HCO3- + CH4

Bicarbonato a acetato 4HCO3- + 9H2  2CH3COO- + 8H2O

Bicarbonato a metano HCO3- + 4H2 + H+  CH4 + 3H2O

Verificam-se íons bicarbonato (HCO3-) em quase todas as reações expostas na tabela

5.5, ora sendo gerados, ora sendo consumidos nos processos bioquímicos. Ao mesmo tempo, pode-se associar qual fase da digestão anaeróbia é mais eminente no reator e, por conseguinte, relacionar à remoção de matéria orgânica.

É importante ressaltar que estudos de transferência de energia são por si só mais complexos devido a inúmeros produtos intermediários e finais em concentrações mais baixas, também estarem presentes na digestão anaeróbia (CAMPOS, 1999).