-1 Y gSVT.gDBOremovida -1 Y gST.gDBOaplicada -1 Y SVT.gDBOaplicada -1 Fase
reator efluente reator efluente reator efluente reator efluente
1 0,51 0,38 0,38 0,37 0,45 0,34 0,34 0,32
2 0,53 0,35 0,41 0,33 0,43 0,29 0,33 0,27
3 - - - -
4 1,57 0,33 1,14 0,31 1,32 0,27 0,95 0,26
Obs: Não foi realizada a medida de lodo descartado na fase 3 da pesquisa.
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A análise das Figuras 5.110 e 5.111 indica um aumento na porcentagem de DQO convertida em metano e uma diminuição da porcentagem de DQO no efluente, para os sistemas em escala piloto e em escala de demonstração operando com retorno de lodo, em relação aos mesmos sistemas operando sem retorno de lodo. Acredita-se que esse aumento possa ter ocorrido devido a uma maior hidrólise no reator UASB, possivelmente devido ao efeito do bombeamento semi-contínuo, que pode ter favorecido o melhor desempenho do reator em função de alterações hidrodinâmicas no compartimento de digestão. Estas alterações podem ter propiciado uma melhor mistura, além de uma diminuição no tamanho das partículas do lodo, com aumento da área superficial e da atividade metanogênica específica (FRANCO et al., 2002). A porcentagem de DQO no lodo apresentou um pequeno aumento no sistema em escala piloto e praticamente não se modificou no sistema em escala de demonstração, das fases sem retorno de lodo para as fases com retorno de lodo.
Para a determinação do grau de hidrólise do lodo aeróbio, foram utilizadas as equações 4.7 a 4.15. Através das equações 4.9 e 4.14, verificou-se o balanço de DQO para um grau de hidrólise de 100% para o esgoto bruto (Ho = 1), no sistema operando sem retorno de lodo. Ao se igualar a DQO filtrada removida com a DQO convertida em sólidos e metano, utilizando-se esse grau de hidrólise, foi observado que a DQO filtrada removida era superior às medições de DQO convertida em sólidos e em metano, indicando uma perda de 32% no sistema em escala piloto e de 20% no sistema em escala de demonstração, que pode ter ocorrido devido a deficiências na captura e medição de gás, bem como da não avaliação da produção de escuma.
Para as fases 2 e 4, em que o sistema operou com retorno de lodo, utilizou-se as equações 4.9 e 4.15 para determinação do grau de hidrólise do lodo de retorno (Hr), considerando-se a mesma perda observada no sistema sem retorno de lodo. Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 5.45 e no Anexo VIII.
Tabela 5.45 – Grau de hidrólise no esgoto bruto e no lodo de retorno
Sistema Ho Hr
Escala Piloto 0,9 0,65
Escala de demonstração 1,0 0,45
Para o sistema em escala de demonstração, foi obtido um grau de hidrólise de 45% para o lodo de retorno e, para o sistema em escala piloto, o grau de hidrólise foi de 65%, considerando-se as perdas iguais às do sistema em escala de demonstração uma vez que as perdas de primeira fase do sistema em escala piloto foram muito elevadas (devido a vazamentos no coletor de gases).
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Considerando-se que o grau de hidrólise seja equivalente ao grau de estabilização da DQO particulada ou dos sólidos voláteis presentes no lodo de retorno, foi possível observar um grau de estabilização de aproximadamente 40 a 60% dos sólidos voláteis presentes no lodo aeróbio na presente pesquisa. Esses valores são superiores aos apresentados por Gonçalves et al.(2001), que observou uma digestão de lodo aeróbio de 21% no interior do reator UASB. Possíveis explicações para essa diferença nos resultados seriam as diferentes condições operacionais da presente pesquisa e as diferentes considerações utilizadas para o balanço de DQO. Deve-se salientar que, para o sistema em escala piloto, que apresentou um grau de estabilização de 65% para o lodo aeróbio, considerou-se um grau de hidrólise de 90% para a DQO particulada no esgoto bruto, uma vez que o grau de estabilização de 100% resultaria em perdas muito elevadas de biogás e escuma para o reator UASB.
6 - CONCLUSÕES
O processo de tratamento combinado de esgoto sanitário e de lodo excedente de filtro biológico percolador, em reatores UASB, apresentou uma boa performance, sendo as eficiências de remoção de DQO, DBO, equivalentes àquelas observadas para o sistema operando sem retorno de lodo. Além do adensamento do lodo aeróbio, o reator UASB proporcionou um grau de estabilização de, aproximadamente, 40 a 60%, para os graus de hidrólise assumidos. Esses valores são próximos ao observado em digestores anaeróbios de lodo, indicando a eficiência do reator para o tratamento combinado de esgotos sanitários e lodo aeróbio.
Conclusões específicas sobre os diferentes parâmetros utilizados para se avaliar a eficiência do sistema de tratamento, a estabilidade do reator UASB, a caracterização da biomassa e a produção de biogás no reator anaeróbio são apresentadas a seguir:
6.1- Eficiência do sistema de tratamento
• As eficiências médias de remoção de DQO no sistema de tratamento operando com retorno de lodo foram de 81 %, para os sistemas em escala piloto e em escala de demonstração. Cerca de 90% dos resultados de DQO ficaram abaixo do padrão de 125 mg.L-1, estabelecido pela legislação européia, durante as fases em que o sistema operou com retorno de lodo, tanto para o sistema em escala piloto como para o sistema em escala de demonstração.
Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da UFMG 164 • Para o parâmetro DBO, durante as fases em que o sistema operou com retorno de lodo, as eficiências médias de remoção foram de 87 e 90 %, nos sistemas em escala piloto e em escala de demonstração, respectivamente, sendo que o percentual de atendimento ao padrão de lançamento de 60 mg.L-1, foi de 98 e 90 %, nos sistemas em escala piloto e em escala de demonstração, respectivamente. Já o teor de SST no efluente final do sistema de tratamento atendeu ao padrão de lançamento de 60 mg.L-1 durante todas as fases operacionais.
• A contribuição média de matéria orgânica específica (carboidratos, proteínas, lipídios e ácido acético) para a DQO total do esgoto bruto variou de 46 a 79%, durante as fases operacionais.
• A eficiência média de remoção de carboidratos não se modificou substancialmente durante as fases operacionais sem e com retorno de lodo, tendo sido obtidas eficiências médias de 86, 82, 75 e 74%, durante as fases 1, 2, 3 e 4, respectivamente.
• As proteínas foram os compostos predominantes no esgoto bruto e apresentaram eficiências médias de remoção de 41, 54, 51 e 51 % no sistema UASB/FBP, durante as fases 1, 2, 3 e 4, respectivamente. Ocorreu, ainda, um aumento na sua proporção nos efluentes do processo de tratamento, em relação ao esgoto bruto. Esse aumento se deve, provavelmente, à maior eficiência de remoção de carboidratos e lipídios do sistema de tratamento, à presença de SSV no efluente e à liberação de compostos protéicos pelos microrganismos durante o processo de tratamento.
• As eficiências médias de remoção de lipídios foram ligeiramente superiores durante as fases sem retorno de lodo, com eficiências médias de 81 e 88%, nos sistemas em escala piloto e em escala de demonstração, respectivamente. Para o sistema operando com retorno de lodo, as eficiências médias foram de 73 e 77%, para os sistemas em escala piloto e em escala de demonstração, respectivamente.
6.2- Estabilidade do reator UASB
• A cinética de primeira ordem foi a que melhor se ajustou ao decaimento de concentrações de carboidratos, proteínas, lipídios e DQO no reator UASB, sendo que os compostos com melhor ajuste à cinética de primeira ordem foram as proteínas e a DQO, durante a fase
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com retorno de lodo. Observou-se, ainda, a ocorrência de constantes aparentes de reação mais elevadas durante a fase com retorno de lodo.
• As concentrações de ácidos graxos voláteis no reator UASB foram muito baixas durante todo o período operacional, indicando a sua rápida conversão em gás metano. Ocorreu, ainda, um predomínio de formação de ácido acético em relação aos demais ácidos, sendo que o ácido butírico apresentou a segunda maior concentração no reator UASB e no esgoto bruto, entretanto, mesmo assim, sua formação foi muito baixa.
6.3- Caracterização da biomassa
• A porcentagem média de SVT no lodo do reator UASB operando com retorno de lodo foi de 64 e 60%, para os sistemas em escala piloto e em escala de demonstração, respectivamente, indicando que o retorno de lodo não provocou um aumento na concentração de sólidos voláteis no reator. Ocorreu, entretanto, um aumento na produção específica de sólidos em relação à DQO removida durante a fase com retorno de lodo, no sistema em escala piloto, tendo-se obtido valores de 0,17 gST.gDQOremovida-1 e 0,21
gST.gDQOremovida-1, para as fases sem e com retorno de lodo, respectivamente. Para o
sistema em escala de demonstração, o valor médio obtido para o sistema operando com retorno de lodo foi de 0,27 gST.gDQOremovida-1.
• A produção de sólidos no FBP no sistema em escala piloto foi de 0,66 gST.gDQOremovida-1
e 0,82 gST.gDQOremovida-1, para as fases sem e com retorno de lodo, respectivamente. Para
o sistema em escala de demonstração, o valor médio obtido para o sistema operando com retorno de lodo foi de 1,14 gST.gDQOremovida-1.
• Ocorreu um pequeno aumento na porcentagem média de partículas finas nos pontos mais elevados do reator UASB, durante as fases com retorno de lodo (sistema em escala piloto e em escala de demonstração). As modificações no tamanho das partículas podem estar associadas às modificações nas características do despejo, à presença e composição de polímeros extra-celulares (carboidratos e proteínas) e ao bombeamento semi-contínuo do lodo de retorno.
• Observou-se um aumento estatisticamente significativo na DQOequivalente de polímeros
extra-celulares do lodo coletado a 125 e 120 cm de altura, nos sistemas em escala piloto e em escala de demonstração, respectivamente. Para o sistema em escala piloto observou-
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se, ainda, um aumento estatisticamente significativo no teor de carboidratos e proteínas extra-celulares, para o sistema operando com retorno de lodo, no lodo coletado a 125 cm de altura.
• A presença de partículas mais finas no lodo nos pontos mais elevados do reator e a maior produção específica de sólidos, durante as fases com retorno de lodo, nos sistemas em escala piloto e de demonstração, tornaram necessária a realização de descartes mais freqüentes de lodo para evitar a deterioração da qualidade do efluente do reator anaeróbio, durante essas fases.
• Para o sistema em escala piloto, a biodegradabilidade residual média do lodo anaeróbio foi de 27 % durante as duas fases operacionais enquanto a atividade metanogênica específica (AME) média foi de 0,4 e 0,5 gDQOCH4.gSVT-1.d-1, para as fases sem e com
retorno de lodo, respectivamente. Para o sistema em escala de demonstração, os valores obtidos para a biodegradabilidade residual média foram de 27 e 32 %, para as fases sem e com retorno de lodo, respectivamente, e foi obtida uma atividade metanogênica específica média de 0,1 gDQOCH4.gSVT-1.d-1, durante as duas fases operacionais.
6.4- Produção de gás
• Observou-se um aumento na produção de biogás nas fases em que os sistemas operaram com retorno de lodo em relação às fases em que os sistemas foram operados sem retorno de lodo, .apesar das concentração médias de DQO estarem muito próximas, durante as fases operacionais com e sem retorno de lodo. Esse aumento de produção de gás pode estar relacionado ao retorno do lodo, à maior mistura no reator devido ao bombeamento semi-contínuo, à modificação no tamanho de partículas do lodo que favoreceram a ocorrência de uma maior área de contato com o susbtrato e uma maior produção de gás. Podem ter ocorrido, ainda, problemas de vazamento na linha de gases durante as fases sem retorno de lodo, contribuindo para as menores taxas de produção calculadas.
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7 - RECOMENDAÇÕES
Face aos resultados obtidos na presente pesquisa, recomenda-se:
• O estudo de diferentes rotinas de retorno de lodo, objetivando-se comparar o efeito do tipo de bombeamento utilizado para o lodo de retorno na conversão de substratos e nas características da biomassa no reator UASB.
• A continuidade das pesquisas de caracterização dos efluentes de processos de tratamento biológico para melhor conhecimento dos compostos responsáveis pela DQO residual, procurando-se subsidiar a escolha de sistemas de pós-tratamento, contribuir para maior compreensão dos processos biológicos e identificar maneiras de aumentar a eficiência dos mesmos.
• Um estudo mais detalhado sobre metodologias de determinação de IVL em lodos anaeróbios, uma vez que as metodologias existentes se referem a lodos aeróbios.
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