4. MATERIAL E MÉTODOS
4.4. Preenchimento dos Reatores Anaeróbios com
Após o término da amostragem e caracterização dos resíduos sólidos urbanos, procedeu-se, então, em cada reator, à inserção de 200 litros de chorume proveniente da célula AC-05 do aterro sanitário de Belo Horizonte. O aterro municipal da BR-040 teve suas operações iniciadas em 1972 e, desde 1996, vem se praticando a recirculação do chorume produzido, objetivando-se o tratamento dos resíduos sólidos confinados.
Figura 4.15: Frente de aterramento do lixo urbano na célula AC-05 (maio/2001).
Figura 4.16: Impermeabilização da área ainda não ocupada pela célula AC-05 (maio/2001).
A célula AC-05 é a mais recente do aterro sanitário municipal, tendo sua operação iniciada em dezembro de 2000 e, portanto, quando da amostragem do chorume, os resíduos sólidos urbanos encontravam-se confinados há apenas 6 meses, ou seja, em fase inicial de degradação. Ademais, a célula AC-05 corresponde à última frente de aterramento do lixo urbano do aterro municipal da BR-040, uma vez que o encerramento de sua operação está previsto para o final de 2004.
A idéia inicial era de se coletar os líquidos lixiviados e drenados em células antigas do aterro, nas quais a estabilização da fração biodegradável do lixo urbano encontrar-se-ia em estágio avançado, com a presença de uma comunidade microbiana já bem adaptada à toxicidade e às outras condições ambientais adversas e, conseqüentemente, capaz de utilizar prontamente o substrato disponível na síntese celular. Adicionalmente, tal idéia estaria em conformidade com os preceitos da técnica de recirculação do chorume, segundo a qual uma célula recente, ainda com baixo teor de umidade, recebe o chorume de uma região mais antiga do aterro, por vezes saturada, com a acumulação do lixiviado em “bolsões” e afloramento da manta líquida.
Entretanto, a escolha pela amostragem do chorume em uma célula nova do aterro se impôs pela razão de que as demais células do aterro sanitário municipal já haviam recebido chorume inoculado, seja pelo bombeamento de parte dos líquidos drenados das diversas células e acumulados em tanques, seja pela possibilidade de infiltração sub-superficial da manta líquida entre células adjacentes. Tal fato se tornou um empecilho devido à impossibilidade de total conhecimento das características físico-químicas do inóculo adicionado ao chorume recirculado. Este inóculo utilizado é um “segredo comercial” da empresa contratada pela Prefeitura Municipal, co-responsável pelo gerenciamento das operações de tratamento e disposição final do lixo urbano de Belo Horizonte.
Assim, em maio de 2001, realizou-se a coleta do chorume da célula AC-05 através do bombeamento de aproximadamente 1800 litros do poço piezométrico PLQ-5 (Figura 4.17). O chorume bombeado era coletado em um recipiente de “boca larga” e, então, transferido com auxílio de um funil para uma bombona plástica de 50 litros (Figuras 4.18 e 4.19).
Figura 4.17: Poço PLQ-5. Figura 4.18: Coleta do chorume bombeado do poço PLQ-5.
Após o preenchimento das 20 bombonas disponíveis, as mesmas foram transportadas até o local do experimento por um caminhão tipo “carroceria” cedido pelo Departamento de Serviços Gerais da UFMG (Figura 4.20). Este procedimento repetiu-se por mais uma vez, na semana seguinte. O chorume amostrado foi inserido até saturação de toda a massa de resíduos confinados nos reatores experimentais.
Figura 4.19: Transferência do chorume para bombonas
Figura 4.20: Transporte das bombonas plásticas de 50 litros em caminhão tipo “carroceria”.
4.5. Preparação das amostras dos RSU para as análises laboratoriais
Após a identificação e pesagem das diversas categorias listadas na Tabela 4.1, determinando-se a composição gravimétrica do lixo urbano amostrado, aquelas pertencentes ao Grupo III, ou seja, correspondentes à fração inerte ou pouco biodegradável, eram descartadas.
Por sua vez, os materiais denominados “excluídos” eram segregados da massa de resíduos já durante o preenchimento dos tambores e, eventualmente, na determinação da composição gravimétrica, caso algum fosse encontrado por mera inspeção visual, sem nenhum registro da quantidade ou peso dos mesmos.
O restante da massa de resíduos, já identificados, segregados e pesados, correspondentes àqueles classificados como “material particulado não identificável”, “rapidamente biodegradável” (Grupo I) ou “lentamente biodegradável” (Grupo II), eram encaminhados para uma nova série de procedimentos de quarteamento e homogeneização consecutivos, até a obtenção de uma amostra de aproximadamente 2 kg para determinação de parâmetros físico-químicos.
Esta amostra era, então, dividida em duas outras, dispostas em duas bandejas de alumínio.
Posteriormente, ainda ao final dos dias de preenchimento, colocavam-se as bandejas de alumínio com as amostras já devidamente pesadas no interior de uma estufa (Estufa FANEM Modelo 315/2), deixando-as por um período inicial de 24 horas (65oC) e, por fim, mais 4 horas de desidratação (105oC).
Uma vez já secas, as amostras foram, primeiramente, trituradas em um moinho de faca pertencente ao Laboratório de Operações Unitárias do Departamento de Engenharia Química da UFMG (Figura 4.21), e em seguida, conservadas à baixa temperatura, em sacos plásticos hermeticamente vedados, no interior de um refrigerador (Figura 4.22).
Figura 4.21: Vista do moinho de faca. Figura 4.22: Amostras secas e trituradas em sacos plásticos hermeticamente vedados.
Entretanto, observou-se que o processo de moagem no moinho de faca não foi suficiente para obtenção de uma amostra com granulometria máxima inferior a 100 mesh, ideal para sua utilização na determinação do teor de metais. Sendo assim, as amostras sofreram novamente uma moagem, desta vez, num moinho de bolas do DESA/UFMG (Figura 4.23).
A cada ciclo de trituração, os grãos das amostras eram segregados em um conjunto de peneiras vibratórias (Pavitest Contenco), retornando-se ao moinho de bolas (Pulverisette 5 Fritsch) aqueles de granulometria superior a 100 mesh (Figuras 4.24).
Finalmente, após a obtenção de uma granulometria máxima inferior ao limite estabelecido, preservou-se as amostras, conservando-as em tubos de ensaio, à baixa temperatura.
Figura 4.23: Vista do moinho de bola. Figura 4.24: Vista da peneira vibratória.
4.6. Caracterização físico-química dos resíduos sólidos urbanos 4.6.1. Determinação da composição gravimétrica
A determinação da composição gravimétrica do lixo urbano de Belo Horizonte se deu segundo a classificação apresentada na Tabela 4.1 (item 4.1.3), durante os nove dias de amostragem dos resíduos para preenchimento dos reatores anaeróbios, simulando células de um aterro sanitário.
Simultaneamente ao preenchimento, foram caracterizados aproximadamente 100 kg de lixo, dos 460 kg amostrados diariamente, determinando-se, após a segregação manual e pesagem dos mesmos em balança de prato digital (Figuras 4.25 e 4.26), a porcentagem em peso úmido de seus diversos componentes.
Figura 4.25: Segregação manual dos diversos componentes do lixo pela equipe ASMARE.
Figura 4.26: Pesagem dos tambores ao chegarem ao galpão para triagem e segregação
4.6.2. Determinação do teor de umidade
Como descrito anteriormente, ao final de cada um dos dias de amostragem e preenchimento, obtinham-se 2 amostras representativas (aproximadamente 1 kg cada) do conjunto daqueles materiais considerados “potencialmente biodegradáveis”, ou seja, “material particulado” e dos Grupos I e II.
Estas amostras eram dispostas em bandejas de alumínio, pesadas e, por fim, mantidas no interior de uma estufa por um período de 24 horas à temperatura de 65oC. Durante este tempo, as amostras eram reviradas, buscando-se uma desidratação por igual em toda a amostra.
Seguia-se, então, a 1a determinação do peso seco, um novo período de desidratação (105oC, 4 horas) e, finalmente, a última pesagem. A Figura 4.27 ilustra os procedimentos descritos.
Figura 4.27: Esquema de determinação do teor de umidade nas amostras de RSU.
4.6.3. Determinação do teor de metais
As amostras já devidamente preparadas – desidratadas, trituradas, peneiradas e conservadas à baixa temperatura – foram digeridas através do ataque com ácidos nítrico e sulfúrico concentrado (3030 G), com aquecimento em banho-maria, no interior de uma capela para exaustão de gases tóxicos. Em seguida, os teores de metais pesados foram determinados por espectrofotometria de absorção atômica, através da técnica da emissão por chama (método 3111 B), descrito no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (AWWA/APHA/WEF,1998).
Após a digestão, as soluções eram filtradas em papel de filtro e recolhidas em um balão volumétrico. Finalmente, para a determinação de alguns “analitos”, faziam-se diluições da solução inicial de forma que, como observado em estudo preliminar (OSÓRIO NETO et al., 2001), era possível determinar suas concentrações na faixa ideal de leitura do aparelho (Perkin-Elmer 3300).
Figura 4.28: Frascos plásticos contendo soluções diluídas e concentradas de amostras já digeridas e filtradas.
Figura 4.29: Detalhe do espectrofotômetro de absorção atômica.
4.6.4. Determinação dos teores de carbono, hidrogênio e nitrogênio
Na impossibilidade da realização destas análises no DESA/UFMG, as mesmas amostras utilizadas na determinação do teor de metais foram encaminhadas à Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais (CETEC) para determinação das concentrações de carbono, nitrogênio e hidrogênio, através da análise instrumental.
Semelhantemente ao realizado nas análises de metais, foram investigadas as amostras correspondentes a cada um dos dias de amostragem e mais outras quatro correspondentes à mistura de todos estes dias.
4.6.5. Determinação do teor de sólidos voláteis
As amostras já preparadas, utilizadas na determinação do teor de umidade, metais pesados e na análise instrumental das concentrações de carbono, hidrogênio e nitrogênio, foram submetidas à calcinação em mufla (550oC, 2h, cadinhos destampados) e resfriamento em dessecador (60 min). Deve-se ressaltar que as amostras não foram pré-calcinadas (bico de gás, 10 a 15 minutos, 550oC) como recomendado por EGREJA (1996), o qual relata a importância da pré-calcinação e aponta discrepância nos teores de sólidos voláteis obtidos em experiências com e sem este procedimento.
4.7. Aparato Experimental
Primeiramente, deve-se destacar que, como mencionado anteriormente, este estudo compõe um projeto de pesquisa maior, que objetiva avaliar a influência da recirculação do chorume, inoculado ou não, na degradação dos resíduos sólidos urbanos.
Neste projeto maior, foram instalados 9 reatores experimentais no Laboratório de Instalações Piloto (LIP) do DESA/UFMG (Figura 4.30), subdivididos em três conjuntos, com três reatores por conjunto – experimento em triplicata, buscando-se reduzir a interferência devido à heterogeneidade dos resíduos sólidos urbanos – correspondentes a condições de operação distintas:
linha 1 (vermelha): aterramento convencional dos resíduos, sem recirculação de chorume;
linha 2 (verde): aterramento dos resíduos com recirculação de chorume não inoculado;
linha 3 (azul): aterramento dos resíduos com recirculação de chorume inoculado.
Desta forma, somente as linhas de operação 1 e 3, correspondentes ao tratamento convencional e ao “sistema integrado” de tratamento do chorume e dos RSU, respectivamente, serão de interesse desta dissertação.
Figura 4.30: Vista geral do aparato experimental utilizado na pesquisa.
Cada reator foi composto por uma coluna de fibra de vidro de 2,50 m de altura útil e diâmetro interno de 60 cm, perfazendo um volume de aproximadamente 700 litros. Os reatores são equipados com 2 piezômetros correspondentes a mangueiras plásticas tipo cristal, dispositivos de coleta dos líquidos e gases, recirculação e distribuição do chorume no seu topo, conforme observado na Figura 4.31. Ao final de seu preenchimento, as células foram hermeticamente fechadas com a colocação do flange superior e vedação com anel de borracha, garantido-se a condição de anaerobiose no interior destes reatores.
Figura 4.31: Esquema dos reatores experimentais de digestão dos resíduos sólidos urbanos.
O dispositivo de coleta do chorume foi basicamente composto por um dreno de brita de gnaisse no fundo dos reatores, seguido de registro e tubos de PVC. No trecho de tubo vertical foram introduzidas as mangueiras de sucção das bombas peristálticas, responsáveis pela recirculação do chorume e alimentação do reator UASB. Neste tubo vertical, conectou-se um registro para amostragem do chorume drenado em ambas as linhas operacionais (Figura 4.32).
Figura 4.32: Dispositivos de amostragem do chorume drenado nos reatores de RSU
Figura 4.33: Vista do topo dos reatores de RSU. Detalhe do sifão e do dispositivo de coleta do biogás.
Na linha 3, o efluente do reator UASB, após passar pela caixa de mistura e distribuição, retornava por gravidade aos digestores, passando primeiramente por um sifão que não permite a perda do biogás através do conduto de recirculação. O chorume recirculado, era lançado em uma camada superior de brita, objetivando-se uma melhor distribuição do fluxo pelo digestor.
Por sua vez, os gases gerados nos reatores de RSU e reator UASB eram coletados em mangueiras plásticas tipo cristal de ½” (Figura 4.33), e conduzidos até seus respectivos frascos lavadores. Após vencida a coluna d’água no interior dos mesmos, os volumes de biogás são armazenados e periodicamente determinados em gasômetros (Figura 4.34).
Figura 4.34: Sistema de coleta, amostragem e medição do biogás, e bombas peristálticas para recirculação do chorume.
Na linha de operação com recirculação de chorume inoculado (linha 3), objetivando-se a produção de inóculo a partir do próprio sistema, sem a introdução de nenhum fator externo, substância exógena, implantou-se um reator UASB (Figuras 4.35 a 4.37), confeccionado em tubos de PVC e com volume útil de aproximadamente 30 litros, inoculado inicialmente com lodo biológico granulado de outro reator UASB tratando águas residuárias.
Figura 4.35: Configuração geral do reator UASB. Figura 4.36: Dispositivo de entrada do reator UASB.
A configuração da câmara de digestão, composta de dois trechos consecutivos de mesmo comprimento mas com diferentes diâmetros – 54,6 mm (tubo de PVC DN 50) e 100 mm (tubo de PVC DN 100), respectivamente – permitiu atender simultaneamente os requisitos operacionais relativos ao tempo de detenção hidráulica (TDH) e velocidade ascensional do fluxo, dentro das limitações de espaço físico existentes no laboratório.
Considerando-se a pequena vazão afluente na partida do reator UASB, caso fosse adotada a menor bitola em toda sua extensão, a altura necessária para atendimento de um TDH mínimo – TDH > 4,8 horas, usualmente 8 < TDH < 10 horas no tratamento de esgotos domésticos, a 20oC (CHERNICHARO, 1997) – seria incompatível com o pé direito disponível. Por outro lado, se a câmara de digestão fosse projetada como um trecho contínuo de bitola maior, a velocidade ascensional do fluxo seria muito menor que os valores preconizados na literatura – 0,5 < U < 0,7 m/h para 5 < COV < 6 kgDQO/m3.dia (CHERNICHARO, 1997) – e,
conseqüentemente, não propiciaria um mistura adequada entre a biomassa em suspensão (manta de lodo) e o substrato orgânico afluente.
Desta forma, projetou-se a câmara de digestão do reator UASB com um trecho inicial de menor diâmetro, propiciando-se um maior grau de mistura na entrada do reator, região na qual, devido à existência de uma atividade biológica mais intensa, grande parte da matéria orgânica afluente é prontamente consumida (CALLADO et al., 1997). O trecho consecutivo, de maior diâmetro, serviria basicamente para abrigar a biomassa “reserva”, responsável por conferir ao reator uma maior resistência à inibição (LEWANDOUSKI, 1986 apud CALLADO et al., 1997), não sendo necessário, então, o mesmo grau de mistura anterior.
Procurou-se desenvolver, no interior do reator UASB, uma biomassa apta à degradação ativa do substrato orgânico presente no efluente dos digestores (reatores de RSU). Caso não houvesse o descarte periódico do lodo biológico excedente produzido, as células bacterianas se perderiam no efluente tratado do reator UASB, implicando em uma inoculação “não controlada” da digestão dos reatores de RSU. Entretanto, se fosse adotado o procedimento de inoculação “controlada”, a caixa de mistura e distribuição do efluente tratado do reator UASB (Figura 4.38) serviria, também, para a adição do inóculo.
Figura 4.37: Vista do compartimento de decantação do reator UASB, bomba de dosagem de solução tampão, e caixa de distribuição do chorume tratado.
Figura 4.38: Detalhe da caixa de distribuição e mistura do chorume tratado em reator UASB.
Ademais, em vista da necessidade de correção do pH do chorume afluente ao reator UASB, favorecendo-se a atividade metanogênica e, conseqüentemente, evitando-se o acúmulo de ácidos orgânicos voláteis e o “azedamento” do sistema, instalou-se uma linha de dosagem de solução tampão de hidróxido de sódio junto à linha de alimentação do reator UASB, controlada por uma bomba peristáltica de baixa rotação (Figura 4.37).
Finalmente, a Figura 4.39 apresenta um fluxograma completo do experimento, com a recirculação contínua do chorume entre os reatores anaeróbios de resíduos sólidos urbanos e o reator UASB (linha 3), e a coleta, medição e descarte do biogás (linhas 1 e 3).
Figura 4.39: Fluxograma das duas linhas operacionais do experimento contempladas neste estudo.
4.8. Operação do sistema
Na linha de tratamento convencional dos resíduos sólidos urbanos (linha 1), à exceção do reator experimental R3, que não recebeu nenhum chorume da célula AC-05 do aterro sanitário de Belo Horizonte (item 4.4), os procedimentos operacionais se restringiram à amostragem semanal do chorume e do biogás através dispositivos de coleta próprios (Figuras 4.32 e 4.34).
A opção de não preencher o reator R3 com chorume se deu pela consideração de que seria interessante e necessário avaliar a digestão anaeróbia dos RSU sob tais condições, ou seja, sem nenhuma inoculação. O reator R3 poderia receber, posteriormente, volumes de água de chuva correspondentes aos dados estatísticos de precipitação pluviométrica no município de Belo Horizonte, reproduzindo-se as condições reais de campo.
Por sua vez, a operação da linha de tratamento integrado dos RSU e do chorume (linha 1) foi mais complexa, envolvendo a manutenção periódica dos equipamentos e dispositivos de recirculação do chorume, bem como o acompanhamento constante e intervenções periódicas nas condições hidráulicas de operação do reator UASB.
Além disto, devido ao baixo pH do chorume, após os 100 primeiros dias de monitoramento, deu-se início aos procedimentos de correção do pH afluente ao reator UASB, através da injeção de solução de hidróxido de sódio na linha alimentação do reator UASB, controlada por uma bomba peristáltica de baixa rotação (Figura 4.37). A dosagem requerida para correção do pH do chorume – fornecimento de alcalinidade bicarbonato – foi determinada num experimento de bancada, adicionando-se volumes de solução de NaOH com concentração conhecida, até a elevação do pH em valores adequados à metanogênese (entre 6,5 e 7,5).
Assim, considerando a vazão de recirculação aplicada aos reatores de RSU e os procedimentos de correção do pH do chorume afluente ao reator UASB, pode-se identificar 4 fases de operação na linha 3. A Tabela 4.4 lista estas diferentes fases de operação do sistema integrado, apresentando os principais parâmetros operacionais.
Tabela 4.4: Identificação das fases de operação do sistema integrado (linha 3).
Fase Período Duração Vazão de
recirculação(1) DQOCHORUME
(2) Vazão de adição solução NaOH
Concentração solução NaOH
(dias) (L/d) (gDQO/L) (L/d) (gNaOH/L)
1
12/7/2001 a 20/10/2001
100 3 41,75 - -
2
21/10/2001 a 10/11/2001
20 3 48,58 0,3 0,02
3
11/11/2001 a 31/11/2001
20 6 31,13 0,3 0,04
4
1/12/2001 a 20/12/2001
20 36 8,52 - -
Total 160
(1) – Vazão conjunta dos reatores R7,R8 e R9, afluente ao reator UASB
(2) – Concentração de DQO filtrada média, nos respectivos períodos de operação (item 5.2.1)
Por sua vez, o reator UASB também foi submetido a diferentes condições de operação, as quais podem ser caracterizadas pelos parâmetros hidráulicos listados na Tabela 4.5.
Tabela 4.5: Parâmetros hidráulicos de operação do reator UASB.
Fase Período Duração U(1) COV(2) CB(3) TDH(1) (dias) (m/h) (gDQO/m3.d ) (gDQO/gSTV.d) (h)
1
12/7/2001 a 20/10/2001
100
0,053 0,016 0,005
4,35 0,08 43,2 145,6
41,6 2
21/10/2001 a 10/11/2001
20
0,107 0,032 0,010
5,06 0,11 43,2 145,6
41,6 3
11/11/2001 a 31/11/2001
20
0,107 0,032 0,010
6,48 0,15 21,6 72,8 20,8 4
1/12/2001 a 20/12/2001
20
0,641 0,191 0,058
10,65 0,23 3,6 12,3
3,5 Total 160
(1) – Valores relativos à câmara de digestão (1o e 2o trechos) e ao compartimento de decantação (2) – Carga orgânica volumétrica calculada considerando-se a DQO filtrada média (Tabela 4.4) (3) – Carga biológica calculada a partir das concentrações STV no perfil de sólidos (item 5.4)
4.9. Monitoramento do sistema
O monitoramento do sistema se deu através da analise conjunta de parâmetros físico-químicos de interesse, determinados no chorume drenado dos 6 reatores de RSU (afluente ao reator UASB na linha 3), efluente tratado do reator UASB (chorume recirculado para os reatores de RSU), lodo biológico do reator UASB, e no biogás produzido nos 6 reatores de RSU (3 em cada linha) e no reator UASB.
Os valores determinados serviram para a avaliação comparativa da evolução da digestão anaeróbia dos resíduos sólidos urbanos confinados nos reatores experimentais – redução da carga orgânica, produção de sólidos, produção de biogás – e observação das condições ambientais internas ao experimento em ambas as linhas de operação: sistema ácido/base, nutrientes e toxicidade.
4.9.1. Inferências analíticas
Em diversas das análises listadas na Tabela 4.6, fez-se necessário algum tipo de modificação ou cuidado especial, seja através de adaptações de metodologias constantes do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (AWWA/APHA/WEF,1998), seja pela adoção de outros métodos mais adequados à realização destas análises. Estas preocupações e os procedimentos de preparação das amostras e de análise adotados são descritos mais detalhadamente no item 4.9.2.
Tabela 4.6: Relação dos parâmetros físico-químicos de interesse, freqüência das análises, e dos respectivos métodos de preparação de amostras e de determinação de seus valores.
Método(1)
Parâmetro Freqüência
Preparação Determinação Chorume drenado nos reatores de RSU
pH semanal 4500-H+ B 4500-H+ B
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO5) (2) semanal 5210 B 4500-O B Demanda Química de Oxigênio (DQOtotal e filtrada) semanal 5220 C 5220 C Alcalinidade bicarbornato (AB) (2) semanal
Alcalinidade de ácidos voláteis (AAV) (2) semanal Alcalinidade total (AT) (2) semanal Ácidos graxos voláteis (AGV) (2) semanal
método de Buchauer (1998)
Sólidos Totais, Fixos e Voláteis semanal 2540 B e E 2540 B e E Sólidos Suspensos, Fixos e Voláteis semanal 2540 D e E 2540 D e E Nitrogênio Orgânico (2) semanal 4500-Norg B 4500-NH3 C Nitrogênio Amoniacal semanal 4500-NH3 C 4500-NH3 C Fósforo total (2) quinzenal 4500-P B.4 4500-P C Sulfeto (2) quinzenal 4500-S2- B e C 4500-S2- F Cloreto semanal 4500-Cl- C 4500-Cl- C
Lodo Biológico do reator UASB
Sólidos Totais, Fixos e Voláteis mensal 2540 B e E 2540 B e E (1) – AWWA/APHA/WEF (1998).
(2) – Análise especial, com alguma modificação, ou que não consta da AWWA/APHA/WEF (1998).
4.9.2. Metodologias modificadas
4.9.2.1. Demanda Bioquímica de Oxigênio
Entre os diversos fatores interferentes da análise de DBO de efluentes anaeróbios, talvez o mais importante e, na maioria das vezes, pouco observado pelos laboratoristas e pesquisadores, seja a inexistência de uma biomassa aeróbia ativa, capaz de degradar o substrato orgânico disponível, utilizando o oxigênio dissolvido em seu metabolismo celular.
Esta foi uma das preocupações quando da realização das análises do chorume drenado dos reatores experimentais, sendo necessário um estudo preliminar, objetivando-se a obtenção de um inóculo para o teste da DBO.
O inóculo foi obtido conforme proposto no item 5210B.4d. pela AWWA/APHA/WEF (1998), e pela FEEMA (1983), através da aeração contínua da mistura de esgoto doméstico com uma proporção crescente de chorume (Figura 4.40). Os procedimentos para obtenção deste inóculo, adaptado ao substrato orgânico e à presença de compostos em concentrações tóxicas no chorume analisado, são detalhadamente descritos por CINTRA et al. (2001a).
Figura 4.40: Recipiente contendo o inóculo para análise de DBO. Aeração contínua do chorume por um soprador.
4.9.2.2. Alcalinidade e ácidos voláteis
A determinação da alcalinidade total, bicarbonato e de ácidos voláteis (negativa), bem como a concentração total de ácidos graxos voláteis, se deu segundo o método Kapp (BUCHAUER, 1998). O método Kapp consiste da titulação acidimétrica das amostras até 3 valores específicos de pH e, através da determinação dos volumes correspondentes titulados, obtêm-se, por meio de equações derivadas de procedimentos interativos, os valores de alcalinidade (AT, AAV, AB) e ácidos graxos voláteis (AGV).
CAVALCANTI & VAN HAANDEL (2001) fizeram uma comparação entre os métodos titulométricos de Dilallo, Dilallo Modificado e Kapp, recomendando, por fim, a utilização do método Kapp para as análises de rotina de controle de processos de digestão anaeróbia e caracterização de efluentes. Os autores justificaram sua opção pelos seguintes aspectos:
equivalência entre os métodos investigados; capacidade de recuperação significativamente maior, quando da determinação dos ácidos voláteis; e pela sua maior simplicidade de execução (sem fervura prévia da amostras).
4.9.2.3. Nitrogênio Kjeldahl
Segundo AWWA/APHA/WEF (1998) os métodos Kjeldahl – macro e semi-micro-kjeldahl – determinam o nitrogênio no seu estado de valência (–3). A escolha por um dos métodos consiste basicamente na concentração de nitrogênio orgânico da amostra.
Em função do aparato de destilação disponível – Destilador Büchi K-314 (Figura 4.41) – e da elevada concentração de nitrogênio orgânico no chorume, bem superior à concentração limite do método macro-Kjeldahl (100 mg/L), procedeu-se à diluição prévia da amostra na razão 1:5. Tal procedimento permitiu a determinação do nitrogênio orgânico segundo o método macro-Kjeldahl, sem problemas com a formação de espumas no frasco de destilação.
Figura 4.41: Destilador para análise do nitrogênio amoniacal e orgânico segundo método macro-Kjeldahl.
4.9.2.4. Fósforo
Na determinação do fósforo, realizada através do método colorimétrico do ácido vanadomolibdofosfórico, fez-se necessário alguns cuidados especiais quanto à preparação das amostras. Primeiramente, devido à elevada concentração de material orgânico no chorume, procedeu-se uma diluição da amostra de 10 vezes. O diluído foi submetido à digestão com ácido sulfúrico e fosfórico, redução do volume (aquecimento em chapa), resfriamento e,
então, neutralização com adição de NaOH até coloração rosa-claro (indicador fenolftaleína), todos procedimentos constantes do item 4500-P B.4c. (AWWA/APHA/WEF, 1998).
A modificação do método se deu após tais procedimentos, com a adição de carvão ativado e agitação por 5 minutos, eliminando-se, assim, a interferência da cor das amostras de chorume.
A preparação das amostras foi concluída com a filtração para remoção do material particulado, adição de molibdato ao filtrado e, por fim, nova diluição.
4.9.2.5. Sulfeto
Conforme apresentado na Tabela 4.6, após o pré-tratamento para remoção de interferências, determinou-se a concentração do sulfeto através do método iodométrico. A modificação neste procedimento refere-se à substituição do reagente bi-iodato, de difícil aquisição, pelo dicromato de potássio (1/60 N), na preparação da solução padrão de Na2S2O3 (4500-O.C.2e.), semelhante à utilizada na titulação de amostras para determinação do oxigênio dissolvido.
4.9.3. Análise Instrumental
Tabela 4.7: Relação dos parâmetros físico-químicos de interesse, freqüência das análises, e dos respectivos métodos de preparação de amostras, utilizando-se técnicas de instrumentação por cromatografia líquida, gasosa e espectrofotometria de absorção atômica.
Método
Parâmetro Freqüência
Preparação Determinação(1) Chorume drenado nos reatores de RSU
Ácidos graxos voláteis (2) semanal MORAES et al. Cromatografía gasosa Metais pesados (3) semanal OSÓRIO NETO et al. Espectrofometria
de Absorção Atômica Lodo Biológico do reator UASB
Metais pesados (3) 2 vezes OSÓRIO NETO et al. Espectrofometria de Absorção Atômica Biogás
Metano e dióxido de carbono quinzenal - Cromatografía gasosa (1) – AWWA/APHA/WEF (1998)
(2) – Ácido acético, butírico, isobutírico, propiônico, valérico e isovalérico.
(3) – Fe, Ca, Mg, Mn, Al, Zn, Ni, Cu, Pb, Cd e Cr.
4.9.3.1. Ácidos Graxos Voláteis
Além da determinação da concentração total de ácidos graxos voláteis no chorume drenado dos reatores de RSU, pelo método titulométrico de Kapp (item 4.9.2.2), foram também quantificadas, por cromatografia gasosa, as concentrações específicas para algumas espécies:
ácido acético, butírico, isobutírico, propiônico, valérico e isovalérico.
Adotou-se o método da microdestilação proposto por MORAES et al. (2001), que alertaram para a perda de sensibilidade das análises cromatográficas quando da análise de chorume rico em ácidos húmicos, devido ao comprometimento do injetor e detector pela impregnação de material não volátil. A metodologia proposta por MORAES et al. (2001) consiste na análise cromatográfica de destilados diluídos de soluções artificiais de chorume, extraídos com éter e contendo ácido crotônico como padrão interno. A destilação das amostras é realizada em um microdestilador de vidro idealizado por MORAES (Figuras 4.42 e 4.43), para volumes entre 100 mL e 1000mL, posteriormente diluídos para 10,00 mL.
Figura 4.42: Microdestilador de vidro idealizado por MORAES et al. (2001).
Figura 4.43: Microdestilação dos ácidos graxos voláteis (MORAES et al., 2001).