Operação do reator

Os resultados desta pesquisa se referem ao período de operação do reator compreendido entre os dias 15 de março de 2018 e 8 de janeiro de 2019, totalizando 300 dias. O início desse período ocorreu logo após o aumento da concentração de sólidos no reator e melhora na floculação do lodo, a partir de quando se decidiu recomeçar o processo de granulação. Posteriormente, o controle da idade do lodo foi iniciado, ocorrendo mudanças no método do descarte intencional de lodo, e também houve a necessidade de alcalinização artificial no sistema piloto.

Houve excessiva perda de sólidos logo após o dia 16 de agosto (155° dia de operação), sendo que o processo de granulação e o monitoramento analítico foi retomado no dia 18 de setembro, após a recuperação do lodo no reator. Assim, conforme mencionado, esta pesquisa foi dividida em duas fases: a fase I corresponde ao período entre os dias 15 de março e 16 de agosto de 2018 (1° ao 155° dia) e a fase II, entre os dias 18 de setembro de 2018 e 8 de janeiro de 2019 (188° ao 300° dia). Na Figura 16, um esquema ilustrativo dos aspectos operacionais do sistema piloto é apresentado.

Figura 16 - Esquema ilustrativo de operação do sistema piloto

Fonte: Autor (2020) 4.2.1 Fase I

A estratégia para a granulação nesta fase foi a progressiva redução do tempo de sedimentação, que teve por finalidade induzir à seleção de um lodo com melhores propriedades de sedimentação, como é o caso dos grânulos. O tempo de aeração foi progressivamente aumentado de modo a manter a duração total dos ciclos em 3 horas. As mudanças nesses períodos ocorreram conforme a melhora da sedimentabilidade do lodo. O tempo inicial de sedimentação foi de 30 minutos, posteriormente reduzido para 20, 15 e 10 minutos nos dias operacionais 28, 45 e 76, respectivamente.

Tabela 7 - Duração dos estágios das bateladas sequenciais - Fase I

Estágios (minutos) Período de

operação (dias) Alimentação/Descarte Aeração Sedimentação

1 - 27 43 107 30 28 - 29 43 117 20 30 - 44 41 119 20 45 - 75 41 124 15 76 - 155 41 129 10 Fonte: Autor (2019)

A vazão de ar foi mantida em 250 L.min-1 até o 36° dia e reduzida para 100 L.min-1 no dia seguinte. Notou-se, entretanto, que havia uma variação na vazão ao longo da aeração, sendo lidos valores entre 60 e 140 L.min-1 no rotâmetro. A diminuição da vazão foi decorrente da excessiva perda de sólidos pelo topo do reator na espuma formada durante a aeração. Também foi realizada para diminuição da concentração de OD no reator e operação de um sistema com menor gasto energético. Entretanto, essa diminuição não foi eficaz para a manutenção de valores baixos de OD na maior parte da aeração. Posteriormente, a tubulação de descarte do efluente tratado foi remontada para diminuição da altura útil de líquido no reator, o que auxiliou na redução da perda de sólidos. Considerando essa melhora e a necessidade de impor uma maior velocidade ascensional de ar para a granulação, a partir do 77º dia, a vazão de ar foi mantida em 200 L.min-1, que corresponde a uma velocidade ascensional de 1,80 cm.s-1.

Iniciou-se o controle da idade do lodo a partir do 23° dia. As idades do lodo desejadas variaram entre 6 e 10 dias em função das concentrações de sólidos no reator e das concentrações de nitrato e nitrito no efluente tratado, pois as idades do lodo desejadas foram aumentadas no final da fase I para a melhora da nitrificação. Também houve mudanças nos métodos de descarte intencional de lodo, conforme mostrado na Tabela 8.

Tabela 8 - Métodos de descarte intencional do lodo - Fase I

Período de

operação (dias) Estágio de descarte Ponto de descarte

23 - 68 aeração P2

69 - 114 início da sedimentação

P4

115 - 155 2ª metade da sedimentação Fonte: Autor (2020)

Procurou-se obter a estabilização no processo do lodo ativado por bateladas até o 68° dia de operação, não havendo a preocupação em se remover o lodo mais leve para a granulação. Nos dias seguintes, o descarte intencional de lodo ocorreu durante o início da sedimentação e numa porção mais alta do reator (ponto de amostragem P4) para retenção da biomassa mais

densa, como os grânulos aeróbios. A partir do 115° dia, iniciou-se o descarte de lodo cerca de 5 a 7 minutos após o início da sedimentação, dependendo do tempo de descarte nos recipientes graduados. O intuito era realizar a remoção do lodo o mais próximo do final da sedimentação sem ultrapassá-la.

Devido à baixa alcalinidade e reduzidos valores de pH no efluente tratado, no 154° dia de operação, iniciou-se a dosagem de alcalinizante no reator por meio da aplicação de uma solução de carbonato de sódio (Na2CO3) durante a aeração. Foi utilizada uma solução de 40

gNa2CO3.L-1 e uma vazão de 100 mL.min-1 por 30 minutos a partir da metade da aeração,

aproximadamente. Isso resultou numa aplicação de 120g de Na2CO3 por batelada,

correspondente a 171 mgNa2CO3.L-1 no reator. Esse procedimento não durou muito tempo, pois

logo depois houve a acentuada perda de sólidos do reator.

4.2.2 Recuperação de sólidos entre as fases I e II

No processo de recuperação de biomassa, buscou-se a manutenção de uma relação A/M em 0,65 kgDBO.kgSSV-1.d-1 para melhor floculação do lodo. Isso foi feito pela adoção de uma concentração média de DBO igual a 400 mgO2.L-1 e, conforme a concentração do lodo

crescia, a vazão da bomba era aumentada. Esta apresentou problemas para recalcar esgoto em rotações muito baixas com 41 minutos de alimentação. Por isso, foram adotados, posteriormente, menores períodos de alimentação e maiores vazões da bomba de modo a assegurar as vazões diárias desejadas. Nesse caso, os períodos de aeração foram aumentados de maneira a manter o tempo total de ciclo em 3 horas. A partir do 187º dia, as etapas de alimentação/descarte, aeração e sedimentação foram retomadas para 41, 129 e 10 minutos, respectivamente. Na Tabela 9, são mostrados os tempos dos estágios das bateladas adotados. Entre os dias 170 e 173, houve novamente a excessiva perda de sólidos do reator, ocasionada por uma falha na válvula solenoide de ar, que se manteve aberta durante todo o período de sedimentação até o início da alimentação. A partir desse evento, o processo de recuperação de biomassa foi novamente retomado da mesma maneira que o efetuado na primeira perda de lodo.

Tabela 9 - Duração dos estágios das bateladas sequenciais - período entre as fases I e II

Estágios (minutos) Período de

operação (dias) Alimentação/Descarte Aeração Sedimentação

156 - 162 41 129 10 163 - 165 41 124 15 166 - 175 41 129 10 176 - 181 13 157 10 182 - 184 33 137 10 Fonte: Autor (2020)

4.2.3 Fase II

Após a recuperação de sólidos no reator, o controle da idade do lodo e as análises laboratoriais foram retomadas a partir do 188° dia. As durações das etapas de alimentação/descarte, aeração e sedimentação foram mantidas em 41, 129 e 10 minutos, respectivamente. A vazão de ar apresentou o valor médio de 190 L.min-1 e a idade do lodo desejada inicial foi de 8 dias, sendo alterada para 5 dias a partir do 261º dia.

Durante os dias de operação 188 a 259, alguns descartes foram realizados durante a sedimentação e outros, na etapa aerada. Preferencialmente, o descarte era feito entre 5 e 7 minutos após o início da sedimentação, do mesmo modo que no final da fase I. Entretanto, devido à necessidade do crescimento de biomassa em dois novos reatores pilotos de lodo granular instalados no CTH, decidiu-se utilizar o lodo descartado na aeração para ser despejado nesses reatores. Posteriormente, a partir do 260° dia, o descarte intencional passou ser realizado exclusivamente na aeração por maior praticidade, melhor controle da idade do lodo e também pela efetividade na melhora da sedimentabilidade da biomassa, conforme detalhado no item 5.5.

Tabela 10 - Métodos de descarte intencional do lodo - Fase II

Período de

operação (dias) Estágio de descarte Ponto de descarte

188 – 259 2ª metade da sedimentação

ou aeração P4

260 - 300 aeração

Fonte: Autor (2020)

Ocorreu a interrupção do recalque do esgoto bruto para o CTH entre os dias 226 a 231 e 246 a 251 devido a falhas na bomba da elevatória do CRUSP. Houve novamente a dosagem de alcalinizante entre os dias de operação 191 e 212 e entre 252 e 268. No período compreendido entre os dias 213 e 251, não houve essa dosagem devido às interrupções do recalque de esgoto bruto e à falta de solução alcalinizante. Próximo ao 268° dia, o efluente tratado estava com muitos sólidos mesmo com concentrações baixas no reator (próximas a 2 kgSST.m-3_{) e se visualizou a presença de flocos dispersos sendo arrastados com o efluente. Por}

isso, a alcalinização artificial foi novamente interrompida, verificando-se significativa melhora do efluente nos dias seguintes.