C APÍTULO 6 – M ETODOLOGIA
6.3. Reatores UASB para tratamento de chorume
Esta parte da pesquisa foi dividida em duas etapas, a se destacar:
1- Construção do reator UASB em escala experimental; 2- Testes hidráulicos nos reatores;
3- Partida e operação dos reatores.
6.3.1. Construção do reator UASB
Para a construção dos reatores fez-se necessário determinar inicialmente seu diâmetro e sua altura. Neste sentido a seguinte metodologia foi seguida:
(i)- A partir de dados da literatura foram fixados três tempos de detenção (10, 12 e
18 horas) para a simulação da vazão máxima do reator em função de dois diâmetros (5 e 10 cm) pré-estabelecidos em função de várias alturas (variação entre 10 a 100cm).
TDH h . R . π TDH Vr Q 2 = =
Onde: Q = vazão (m3/h); TDH= Tempo de detenção hidráulico (h); Vr = Volume do reator (m3).
(iii)- Gerou-se então uma matriz (Anexo 2) com os resultados de forma que se pode
simular o volume útil do reator (l), a quantidade de efluente gasta (l/d) por dia e por semana (l/semana) e as velocidades ascensionais (cm/h) do reator.
A partir da determinação do volume ótimo foi desenhado um reator anaeróbio do tipo UASB, contínuo, em escala de laboratório, com altura de 1 metro e diâmetro de 10 centímetros, confeccionado em acrílico, dividido em dois módulos flangeados, idealizado com duas entradas inferiores e válvulas em diversas alturas de forma a facilitar uma possível determinação de perfis de lodo. No Anexo 4 encontra-se um esquema do reator utilizado no trabalho. Um sistema de separação/coleta do biogás também foi desenhado de forma a facilitar a separação das fases sólido/líquido/gás dos grânulos de lodo que por ventura chegarem até o domo do reator.
Na Figura 6.7 apresenta-se três fases do reator a se destacar: fase inicial-construção, fase intermediária-testes hidráulicos e fase final-partida e operação.
Figura 6.7- Reator UASB logo após sua construção (A), durante os testes hidráulicos (B) e em operação contínua (C).
A B C
Dois reatores com as dimensões e características já descritas foram instalados na estação de tratamento de esgotos da COMPESA localizada no bairro da Mangueira e situado na Região Metropolitana do Recife (PE).
Inicialmente os reatores ficaram por duas semanas operando apenas com água de forma que possíveis vazamentos ou problemas de instabilidade na bomba dosadora (JERCO, DL/LS-E) pudessem ser identificados. Nesta fase apenas as vazões eram medidas diariamente.
É importante destacar que antes da alimentação dos reatores com o inóculo anaeróbio, introduziu-se nos mesmos pequenos seixos de pequena granulometria (equivalentes ao volume de cerca de 390 ml) de forma a facilitar que o lodo anaeróbio não retornasse para as mangueiras de alimentação. Dessa forma o volume útil do reatores foi reduzido para cerca de 7,0 litros cada.
Na Tabela 6.2 encontram-se alguns parâmetros de projeto dos reatores UASB.
Tabela 6.2- Parâmetros de projeto dos reatores experimentais UASB.
Parâmetros Valores
Altura útil do reator (Hu) 90 cm
Diâmetro nominal (Dn) 10 cm
Volume útil do reator (Vu) 7,0 litros
Tempo de detenção hidráulico mínimo (TDH mínimo) * 7,0 horas
Carga hidráulica volumétrica máxima (CHV máxima)** 3,25 l/l.d
Velocidade ascensional máxima (vmáx) *** 12,7 cm/h
Carga orgânica volumétrica máxima estimada (COV máx estimada)**** 8,11 Kg.DQO/m3.d
* QMAX = 1 l/h; ** TDH mínimo; *** QMAX = 1 l/h; **** DQO máxima adotanda cálculo inicial = 2500mg/l.
6.3.2. Partida e operação dos reatores
Foi dada a partida e se operou dois reatores UASB em escala experimental inoculados com lodo granular obtido de um reator UASB em escala real usado no tratamento de efluentes de uma usina de açúcar.
O reator 1 teve por objetivo a avaliação da alteração do TDH e da carga orgânica volumétrica na eficiência do reator. A operação deste reator durou cerca de 115 dias. Na Tabela 6.2 destacam-se quatro fases distintas da operação do reator 1:
Tabela 6.3- Fases de operação do reator 1
Fase da operação
Condições de operação TDH Duração da fase
I Alimentação do reator com chorume diluído (50% em volume de chorume e 50% de água)
52,3 horas 12 dias
II Alimentação com chorume bruto e manutenção do TDH
57,1 horas 21 dias
III Alimentação com chorume bruto e redução do THD 28,7 horas 50 dias
IV Alimentação com chorume bruto e redução do TDH 18,5 horas 32 dias
O reator 2 por sua vez teve o objetivo de verificar o efeito da manutenção de uma carga hidráulica mais baixa (da ordem de 1,5 kg DQO/ m3.d) utilizando chorume diluído
50% em volume com água, com um tempo de detenção hidráulico mais alto (da ordem de 63 horas) na eficiência do reator.
O afluente e o efluente do reator foram monitorados três vezes por semana. Os seguintes parâmetros foram medidos in-loco através de equipamentos: condutividade, salinidade, pH, temperatura e sólidos totais dissolvidos (TDS).
A determinação dos parâmetros físico-químicos: ácidos graxos voláteis (AGV), alcalinidade, turbidez e DQO bruta e filtrada seguiram o Standard Methods for the
Examination of Water and Wastewater (1995) e foram realizadas no Laboratório de
Saneamento Ambiental. Na DQO filtrada foi utilizado um papel filtro de 1,2 µm e 47 ± 0,5 mm (ME-28 da marca Scheucher e Schuell).
No início do experimento as mostras de chorume coletadas em bombonas plásticas eram levadas para a estação de tratamento de efluentes da COMPESA, sendo parte delas mantida sob refrigeração até que fosse necessário realimentar o reator. Devido ao pH do chorume estar em torno de 8, sempre que uma nova quantidade de chorume era alimentada na reator procedia-se sua neutralização a pH em torno de 6,5-7,0 com H2SO4 (1:1).
Foi realizado também para o reator 1 o acompanhamento da produção de metano (CH4) a partir do 28 dia de experimento através de um medidor de gás Alexander Wrigth
London, modelo NDB-3A. O biogás inicialmente gerado no reator e encaminhado para o domo do mesmo seguia através de uma mangueira trançada envolvida com fita isolante (para evitar reações fotoquímicas com o CH4) e era introduzido em uma kitassato com uma
solução de NaOH (30g/l) de forma que o CO2 gerado conjuntamente no processo anaeróbio