Procedimento experimental

4.4.1 Imobilização da Biomassa Anaeróbia

Para a configuração com biomassa imobilizada, o lodo foi imobilizado no suporte de espuma de poliuretano, conforme metodologia proposta por Zaiat et al. (1994). A espuma de poliuretano foi misturada com lodo até que estivesse completamente impregnada pela biomassa ativa. Este contato se deu por 2 horas. Decorrido este período, a espuma com a biomassa imobilizada foi colocada no reator. Em seguida, o reator foi alimentado com o mesmo meio utilizado nos experimentos para lavagem das células fracamente aderidas. O meio foi drenado e o inóculo estava pronto para o reator.

4.4.2 Estudo da influência da relação DQO/[SO42-] e da estratégia de alimentação sobre

a estabilidade do processo e a eficiência de remoção de matéria orgânica e de sulfato

A operação do biorreator foi realizada a temperatura de 30±1°C, utilizando-se um ciclo de operação de 8 horas (ou 480 minutos), ou seja, três ciclos por dia. A capacidade do reator foi de 4 litros e o volume tratado por ciclo foi de 2 litros, tal que o volume ocupado pela biomassa e a espuma de PU era de 0,5 litro e houve um volume residual de 1,5 litro de água residuária. A freqüência de agitação foi fixada em 400 rpm, realizada por um impelidor tipo hélice (inclinação das pás: 45°) em um “draft-tube”, valor este definido a partir do trabalho de Michelan (2006).

As fases de enchimento e reação dependeram da estratégia de operação utilizada: batelada ou batelada alimentada. Na operação em batelada, o enchimento ocorreu em 10 min e na operação em batelada alimentada, o enchimento ocorreu em 3 e 6 horas como, mostrado na Tabela 4.4. Após o esvaziamento do reator, foi estabelecido um intervalo de tempo de 1 min como segurança no sincronismo de operação das duas bombas usadas na alimentação e descarga, controladas por temporizadores, para então, o próximo ciclo ser iniciado.

Tabela 4.4 – Tempos de enchimento para as estratégias de alimentação propostas.

Estratégias de Alimentação Tempos de Alimentação Batelada (B) 10 min

Batelada Alimentada 1 (FB1) 180 min

A investigação da influência da relação DQO/[SO42-] sobre a eficiência e estabilidade

do processo foi executada através da operação do reator com uma concentração fixa de matéria orgânica da água residuária sintética de 500 mgDQO.L-1, conforme os trabalhos de Orra et al. (2004) e Sarti et al. (2005) visto que o período reacional foi de 8 horas, portanto compatível com a carga orgânica aplicada.

O projeto foi executado em 9 ensaios, submetidos às relações de DQO/[SO42-] iguais a

1,34, 0,67 e 0,34. Estes valores foram estipulados a partir da relação teórica estabelecida por Lens et al. (1998), para a qual o reator opera em condições estritamente sulfetogênicas (DQO/[SO42-] = 0,67). Um exemplo para o cálculo desta razão DQO/[SO42-] está apresentada

nas Equações 4.33 (sulfetogênese) e 4.34 (redução de O2).

3 SO42- + 2 CH3CH2OH HS- + 3 HCO3- + 3 H2O + CO2 (4.33)

3*96 2*46 CH3CH2OH/(SO42-) = 92/288

e

CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O (4.34)

46 3*32 DQO/CH3CH2OH = 96/46 = 2,09

Desta forma, para a oxidação de etanol, pode-se calcular a relação teórica entre DQO e SO42-, apresetntada na Equação 4.35:

DQO/[SO42-] = (92*2,09)/288 = 0,67

reator, a adaptação prévia da biomassa e a familiarização dos métodos analíticos a serem implementados. Nesta condição, o reator foi alimentado de maneira similar à descrita na condição Ia (batelada), ou seja, com um meio contendo sulfato na relação DQO/[SO42-] de

1,34.

Nos três primeiros ensaios (Ia à Ic, na Tabela 4.5) o reator operou nos três modos de alimentação propostos, tendo uma razão DQO/[SO42-] de 1,34. Estes ensaios tiveram como

finalidade comparar os resultados de operação quanto à eficiência (de remoção da matéria orgânica e de sulfato) e estabilidade nas diferentes estratégias de alimentação.

Os seis outros ensaios com razões DQO/[SO42-] de 0,67 (IIa a IIc na Tabela 4.5) e 0,34

(IIIa a IIIc na Tabela 4.5) se destinaram a obter dados para comparar o efeito da razão DQO/[SO42-] em cada modo de alimentação estudado, além de avaliar a estratégia de

alimentação mais eficiente.

Tabela 4.5 – Delineamento experimental da investigação da influência da relação

DQO/[SO42-] e da estratégia de alimentação sobre a eficiência e estabilidade do biorreator.

Estratégia de Alimentação Condições

Experimentais _{Batelada Bat. Alimentada 1 (FB1) Bat. Alimentada 2 (FB2)}

1,34 Ia (42 dias) Ib (30 dias) Ic (36 dias)

0,67 IIa (34 dias) IIb (22 dias) IIc (35 dias) Razão

DQO/[SO42-]

0,34 IIIa (27 dias) IIIb (27 dias) IIIc (22 dias)

Deste modo, foram iniciados os experimentos com 500 mgDQO.L-1_{, operando o}

biorreator pelo período proposto para cada ensaio, variando o tempo de enchimento de 10 minutos para 180 e finalmente para 360 minutos, sempre verificando o comportamento do sistema. Ressalta-se que a carga orgânica volumétrica resultante foi de 0,75 gDQO.(L.d)-1, valor este dentro do intervalo encontrado em literatura e adequado para ser tratado no período

reacional adotado.

O monitoramento do reator foi feito por amostras do afluente e do efluente, medindo- se as concentrações de substrato (medida como demanda química de oxigênio – DQO) e de sulfato, sulfeto, sulfito, de alcalinidade parcial (AP), de alcalinidade intermediária (AI), de alcalinidade total (AT), de alcalinidade a bicarbonato (AB), de ácidos voláteis (AV), de sólidos totais (ST), de sólidos voláteis totais (SVT), de sólidos suspensos totais (SST) e de sólidos suspensos voláteis (SSV), além das medidas de pH e do volume descarregado.

Depois de atingida a estabilidade operacional, foi realizado o perfil ao longo do ciclo de operação de algumas destas variáveis monitoradas. Este perfil foi obtido através da retirada de amostras ao longo das 8 horas de operação de um ciclo. As variáveis de interesse foram concentrações de substrato na forma filtrada (DQO), de sulfato, dos ácidos voláteis totais e intermediários, alcalinidade a bicarbonato, pH e potencial de oxi-redução, além da produção de metano, sulfeto e sulfito. Estes perfis possibilitaram uma melhor compreensão das rotas de degradação ao longo de um ciclo.

As amostras retiradas para obtenção do perfis anteriormente citado foram coletadas em intervalos de tempos de 30 a 60 min, conforme o tipo de variável medida, tendo-se a preocupação de que o volume total retirado por ciclo fosse no máximo de 400 mL, ou seja, 10% da capacidade do reator.

Após obtenção destes perfis, a condição de operação foi mudada, ou seja, o tempo de alimentação foi aumentado, no caso da operação em batelada, ou então foi mudada a relação DQO/[SO42-] do afluente, iniciando-se uma nova fase de operação. O tempo previsto para

realização de cada fase foi escolhido pela experiência nos trabalhos já realizados e em andamento nos Laboratórios de Engenharia Bioquímica da EEM-IMT e de Processos Biológicos da EESC-USP.