Estabilização de lodo de sistemas aeróbios em reatores tipo UASB.

EM REATORES TIPO UASB"

JOSE DE ANCHIETA DA SILVA FILHO

CAMPINA GRANDE Margo de 2006

"ESTABILIZAQAO DE LODO DE SISTEMAS AEROBIOS EM

REATORES TIPO UASB"

Dissertagao apresentada ao curso de Mestrado

em Engenharia Civil da Universidade Federal

de Campina Grande - UFCG, em

cumprimento as exigencias para obtengao do

titulo de Mestre.

Area de concentragao: SANEAMENTO

Sub-area: ENGENHARIA SANITARIA

Orientadores: Prof. Adrianus C. van Haandel - M. Sc. PhD

Prof*3' Paula Frassinetti Feitosa Cavalcanti - M. Sc. PhD

Campina Grande - PB Margo de 2006

S586e Silva Filho, Jose de Anchieta da

2006 "Estabilizacao de lodo de sistemas aerobios em reatores tipo UASB'V Jose de

Anchieta da Silva Filho. — Campina Grande, 2006.

78f. il.

Referencias.

Dissertacao (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal de

Campina Grande, Centra de Ciencias e Tecnologia.

Orientadores: Adrianus C. van Haandel, Ph.D. e Paula Frassinetti Feitosa

Cavalcanti, Ph.D.

1— UASB 2— Estabilizacao de lodo I—Titulo

"ESTABILIZAQAO DE LODO DE SISTEMAS AEROBIOS EM

REATORES TIPO UASB"

Dissertacao a p r o v a d a e m : Z¥ I / o£ C O M I S S A 0 E X A M I N A D O R A Prof. A d f i a n u s c / v a n H a a n d e l - M. Sc. P h D Orientador pr of( a ) . pa u|a Frassinetti F e i t o s a C a v a l c a n t i - M. Sc. D r a O r i e n t a d o r a M o n i c a d e A m o r i m C o u r a - 1 M . Sc. Dra E x a m i n a d o r a Interna M a r i o T. K a t o - M . Sc. P h D D e p a r t a m e n t o d e E n g e n h a r i a Civil d a U F P E E x a m i n a d o r E x t e m o C a m p i n a G r a n d e - P B M a r c o d e 2 0 0 6

A D E U S .

A o s m e u s pais, A n c h i e t a e Maria d e L o u r d e s , por t e r e m possibilitado c h e g a r a o n d e c h e g u e i ;

A m i n h a e s p o s a , Daniela, pela participacao nas varias f a s e s d a m i n h a v i d a , s e m p r e c o n t r i b u i n d o d e m a n e i r a positiva; A o s m e u s irmaos, A r i m a t e i a e Priscila, q u e d e u m a f o r m a o u d e o u t r a t a m b e m c o n t r i b u i r a m d e f o r m a positiva neste t r a b a l h o ; E n f i m , a t o d o s d a m i n h a familia q u e e s t i v e r a m a o m e u lado d u r a n t e m a i s e s t a e t a p a i m p o r t a n t e d a m i n h a vida. iv

Gostaria t a m b e m d e agradecer:

A o p r o f e s s o r A d r i a n u s C. v a n H a a n d e l , pela o r i e n t a c a o , c o n f i a n c a e p r e s t a t i v i d a d e d u r a n t e a realizacao d e s t e t r a b a l h o ;

A professora Paula Frassinetti Feitosa C a v a l c a n t i , pela o r i e n t a c a o e m t o d a s as f a s e s d o t r a b a l h o , s e m p r e c o m b o m h u m o r , paciencia e receptividade, t o r n a n d o as t a r e f a s m a i s f a c e i s . Muito o b r i g a d o a v o c e s dois; A o s p r o f e s s o r e s d o curso d e P o s - G r a d u a c a o e m E n g e n h a r i a Civil/ A r e a d e E n g e n h a r i a Sanitaria d a U F C G , q u e c o m muita d e d i c a c a o c o n t r i b u e m p a r a a f o r m a c a o d e profissionais d e d e s t a q u e ; A o c o l e g a d e t r a b a l h o no P R O S A B P a u l o R o g e r i o d a Silva C o s e n t i n o , q u e t e v e participacao direta nos resultados obtidos neste t r a b a l h o ;

A o s bolsistas do P R O S A B G i l v a n , Nelia, E u d e s e L e a n d r o pelo a p o i o e a j u d a e m d e t e r m i n a d a s e t a p a s d a p e s q u i s a ;

A o s a m i g o s J o s e Claudio, Israel, R o m a r i o e E d u a r d o pelo c o m p a n h e i r i s m o ;

A o s f u n c i o n a r i o s d a U F C G , q u e c o l a b o r a r a m d e f o r m a direta e indireta p a r a a realizacao d e s t e trabalho;

A s instituicoes q u e t o r n a r a m o t r a b a l h o real d e v i d o ao a p o i o f i n a n c e i r o ( C A P E S , F I N E P , C N P q ) .

Este t r a b a l h o avaliou o d e s e m p e n h o d o reator U A S B q u a n d o utilizado c o m o u n i d a d e d e p r e - t r a t a m e n t o d e e s g o t o bruto e para a estabilizacao d e l o d o a e r o b i o ao m e s m o t e m p o . O fato d e entrar e m e s t a d o d e putrefagao p o u c o t e m p o d e p o i s d e interromper o f o r n e c i m e n t o d e oxigenio no d e s c a r t e , d e v i d o a alta q u a n t i d a d e d e m a t e r i a o r g a n i c a b i o d e g r a d a v e l , f a z c o m q u e o lodo a e r o b i o n e c e s s i t e ser estabilizado. A alternativa d e se utilizar o reator U A S B c o m u n i d a d e d e a d e n s a m e n t o e d i g e s t a o d o lodo a e r o b i o se t o r n a u m a alternativa a t r a e n t e , visto q u e os p r o c e s s o s atuais d e estabilizacao d e lodos s a o o n e r o s o s . F o r a m m o n i t o r a d o s 4 reatores U A S B ( R 1 , R 2 , R3 e R4) o p e r a d o s c o m u m t e m p o d e d e t e n c a o hidraulica ( T D H ) d e 6 horas e c a r g a o r g a n i c a especifica m e d i a d e 2,8 k g D Q O m "3d i a "1 o r i u n d a d o e s g o t o bruto m u n i c i p a l . O s reatores R 2 , R 3 e R4

r e c e b e r a m c a r g a s adicionais d e D Q O na f o r m a d e lodo a e r o b i o e n a s p r o p o r c o e s d e 2 0 , 4 0 e 6 0 % d a carga organica a d v i n d a d o e s g o t o bruto, r e s p e c t i v a m e n t e . O s resultados m o s t r a m q u e m e s m o para o reator q u e recebia a m a i o r c a r g a d e lodo a r e m o c a o d e D Q O d o e s g o t o foi superior a 7 0 % , o q u e g a r a n t e u m p r e - t r a t a m e n t o eficiente. A m o s t r a s d o lodo a n a e r o b i o d o s reatores U A S B , q u a n d o i n c u b a d o s d u r a n t e 4 0 d i a s , a p r e s e n t a r a m r e d u c a o d e solidos volateis m e d i a m e n o r e s q u e 1 7 % , f i c a n d o d e n t r o d o s limites r e c o m e n d a d o s pela E P A ( 1 9 9 2 ) , i n d i c a h d o u m lodo c o m u m b o m grau d e estabilidade. A c a p a c i d a d e m e t a b o l i c a d o lodo a n a e r o b i o , q u a n t i f i c a d a no teste de atividade m e t a n o g e n i c a e s p e c i f i c a ( A M E ) , a p r e s e n t o u u m a t e n d e n c i a d e a u m e n t o para os reatores q u e r e c e b i a m as m a i o r e s c a r g a s d e lodo aerobio. P r o p r i e d a d e s ffsicas i m p o r t a n t e s d o lodo, tais c o m o s e d i m e n t a b i l i d a d e e filtrabilidade, n a o f o r a m a f e t a d a s pelas a d i c o e s d e c a r g a s d e lodo a e r o b i o . Ja o lodo e x p u l s o j u n t o ao e f l u e n t e necessita d e c u i d a d o s e s p e c i a i s , visto q u e a r e d u c a o d e solidos volateis foi superior a 1 7 % , i n d i c a n d o q u e o m e s m o p o d e a i n d a n a o possuir u m g r a u d e estabilizacao c o m p a t i v e l c o m u m a d i s p o s i c a o final s e g u r a .

In this t h e s i s t h e p e r f o r m a n c e of a U A S B reactor is e v a l u a t e d , w h e n it is u s e d as a pre t r e a t m e n t reactor for raw s e w a g e digestion a n d at t h e s a m e t i m e as a unit for stabilization of a e r o b i c s l u d g e . A e r o b i c sludge e n t e r s in d e c o m p o s i t i o n after a short t i m e w i t h o u t p r e s e n c e of d i s s o l v e d .oxygen, d u e to t h e p r e s e n c e oft a high

c o n c e n t r a t i o n of b i o d e g r a d a b l e organic material, so that it m u s t b e s t a b i l i z e d . T h e alternative of using t h e U A S B reactor as a unit for digestion a n d t h i c k e n i n g o f aerobic s l u d g e is attractive b e c a u s e t h e c o n v e n t i o n a l p r o c e s s e s for s l u d g e t r e a t m e n t are costly. Four pilot scale U A S B reactors ( R 1 , R 2 , R3 e R4) w e r e o p e r a t e d at a retention t i m e of 6 h and an o r g a n i c loading rate of 2,8 k g C O D m "3d "1

f r o m raw m u n i c i p a l s e w a g e . In addition t h e reactors R 2 , R3 a n d R 4 r e c e i v e d additional C O D loads in t h e f o r m of a e r o b i c s l u d g e in p r o p o r t i o n s of 2 0 , 4 0 a n d 6 0 % respectively of t h e organic s e w a g e load. T h e results s h o w e d t h a t e v e n in t h e reactor with t h e largest additional load t h e C O D r e m o v a l efficiency o f t h e s e w a g e w a s m o r e t h a n 7 0 % , s o t h a t efficient pre t r e a t m e n t w a s g u a r a n t e e d . A n a e r o b i c s l u d g e s a m p l e s f r o m t h e U A S B reactors w h e n i n c u b a t e d during 4 0 d a y s s h o w e d a reduction of less t h a n 17 % of its volatile m a s s , w h i c h is within t h e limits s e t by E P A ( 1 9 9 2 ) , a n d h e n c e indicates s l u d g e s w i t h a fair stability. T h e m e t a b o l i c capacity of t h e a n a e r o b i c s l u d g e s , as quantified by their specific m e t h a n o g e n i c activity ( S M A ) i n c r e a s e d as t h e load of a e r o b i c s l u d g e o n t h e reactor i n c r e a s e d . Important m e c h a n i c properties of t h e s l u d g e s like settleability a n d filterability w e r e not affected by aerobic s l u d g e additions. T h e s l u d g e e x p e l l e d f r o m t h e U A S B reactors requires attention as it w a s o b s e r v e d t h a t in t h e s e s l u d g e s t h e reduction of volatile m a t t e r e x c e e d e d 1 7 % , w h i c h indicates that t h e s e s l u d g e m a y not yet h a v e t h e d e g r e e of stabilization that is c o m p a t i b l e w i t h a s e c u r e final d i s p o s a l .

R e s u m o vi A B S T R A C T vii L i S T A D E T A B E L A S .x L I S T A D E F I G U R A S xii 1 I N T R O D U C A O l 2 R E V I S A O B I B L I O G R A F I C A 4 2 . 1 T R A T A M E N T O D E E S G O T O D O M E S T I C O 4 2 . 1 . 1 C o n s i d e r a c o e s gerais 4 2 . 2 M E T A B O L I S M O B A C T E R I A N O 5 2 . 3 L O D O S A N I T A R I O : P R O D U C A O E C A R A C T E R I S T I C A S 7 2 . 4 T R A T A M E N T O E E S T A B I L I Z A C A O D E L O D O S D E E S G O T O S 9 2 . 4 . 1 Digestao a n a e r o b i a 1 2 2 . 4 . 2 A p l i c a c a o d a d i g e s t a o a n a e r o b i a na estabilizacao d e lodo sanitario... 1 4

2 . 4 . 3 R e a t o r a n a e r o b i o d e fluxo a s c e n d e n t e ( U A S B ) 1 5 2 . 4 . 4 Utilizacao d e reatores U A S B t r a t a n d o e s g o t o s sanitarios e e s t a b i l i z a n d o

lodos d e e s g o t o s d e s i s t e m a s aerobios 1 9 2 . 5 P R O P R I E D A D E S I M P O R T A N T E S D O L O D O E S T A B I L I Z A D O 2 0 3 M A T E R I A L S E M E T O D O S 2 3 3 . 1 S I S T E M A E X P E R I M E N T A L . . . . 2 3 3 . 1 . 1 S i s t e m a d e a l i m e n t a c a o d o s reatores 2 3 3 . 1 . 2 D e s c r i c a o d a c o n f i g u r a c a o e o p e r a c a o d o s reatores a n a e r o b i o s 2 6 3 . 1 . 3 I n o c u l a c a o , 2 8 3 . 1 . 4 U n i d a d e g e r a d o r a d e lodo a e r o b i o 2 8 3 . 1 . 5 U n i d a d e d e s e d i m e n t a c a o d e lodo a e r o b i o . , 2 9

3 . 1 . 6 A p l i c a c a o d a s c a r g a s o r g a n i c a s (esgoto bruto + lodo a e r o b i o ) 3 0

3 . 1 . 7 A c o m p a n h a m e n t o d o d e s e m p e n h o d o s s i s t e m a s 3 1

4 A P R E S E N T A C A O D O S R E S U L T A D O S 1 4 1

4 . 1 C A R A C T E R I Z A C A O D O I N O C U L O 4 1

4 . 3 . 1 C a r a c t e r i z a c a o d o efluente final 4 4 4 . 3 . 1 . 1 p H , alcalinidade total e acidos g r a x o s volateis 4 4

4 . 3 . 1 . 2 R e m o c a o d e materia o r g a n i c a e c o n c e n t r a c a o d e solidos s u s p e n s o s no e f l u e n t e 4 5 4 . 4 C A R A C T E R I S T I C A S D A M A N T A D E L O D O 4 9 4 . 5 G R A U D E E S T A B I L I D A D E . . . 5 2 4 . 6 A T I V I D A D E M E T A N O G E N I C A E S P E C I F I C A (AME) 5 5 4 . 7 S E D I M E N T A B I L I D A D E 5 5 4 . 8 F I L T R A B I L I D A D E 5 7 5 D I S C U S S A O . . 5 8 5 . 1 E S G O T O B R U T O A F L U E N T E A O S S I S T E M A S 5 8 5 . 2 A D I C A O D E L O D O A E R O B I O 5 9 5 . 3 M O N I T O R A M E N T O D O S R E A T O R E S U A S B 6 0 5 . 4 T E S T E S F I S I C O S E B I O L 6 G I C O S N O L O D O D O S R E A T O R E S U A S B 6 7 6 C O N C L U S O E S .: 7 2 7 R E F E R E N O A S B I B L I O G R A F I C A S • 7 4 ix

T a b e l a 2.1 - F r e q u e n c i a d e r e m o c a o e grau d e estabilizacao d o l o d o d e e x c e s s o d e a l g u n s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o biologicos d e e s g o t o s . ( a d a p t a d o d e V o n

Sperling e G o n c a l v e s (2001) 9

T a b e l a 2.2 - R e l a c a o S V / S T para lodo d e diferentes s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o .

A d a p t a d o d e V o n Sperling e G o n c a l v e s (2001) 11

T a b e l a 2.3 - Eficiencias o b t i d a s n u m s i s t e m a U A S B + B i o f i l t r o s A e r a d o s t r a t a n d o

e s g o t o d o m e s t i c o A d a p t a d o d e G o n c a l v e s et al (2001) 2 0

T a b e l a 2.4 - V a l o r e s t i p i c o s d a resistencia e s p e c i f i c a para d i f e r e n t e s t i p o s d e

lodos. A d a p t a d o d e G o n g a l v e s et al, (2001) 2 1

T a b e l a 3.1 - C a r g a s d e e s g o t o e lodo aplicadas nos reatores 30

T a b e l a 4.1 - C a r a c t e r i z a c a o d o lodo utilizado c o m o inoculo n o s reatores U A S B . 4 1

T a b e l a 4 . 2 - C a r a c t e r i z a c a o d o e s g o t o bruto utilizado d u r a n t e a i n v e s t i g a c a o n o

p e r i o d o d e s e t e m b r o de 2 0 0 4 a m a r c o d e 2 0 0 5 4 3

T a b e l a 4.3 - V a l o r e s m e d i o s s e m a n a i s d e p H , alcalinidade total e a c i d o s g r a x o s volateis no efluente final d o s quatro reatores. A T (ppm CaC03) e A G V (ppmHAc). ...45

T a b e l a 4 . 4 - C a r g a o r g a n i c a v o l u m e t r i c a m e d i a a p l i c a d a e m c a d a reator 4 6

T a b e l a 4.5 - C o n c e n t r a c a o d a D Q O bruta e d e c a n t a d a no e f l u e n t e d o s reatores

U A S B 4 7

T a b e l a 4 . 7 - M a s s a d e S S T m e d i a aplicada d i a r i a m e n t e e m c a d a reator 4 9

T a b e l a 4.8 - M a s s a d e lodo a c u m u l a d a , relacao S V / S T e idade d e lodo (Rs) nos

r e a t o r e s U A S B 50

T a b e l a 4.9 - R e s u l t a d o s d o s t e s t e s d e estabilidade c o m o lodo contido nos r e a t o r e s e o lodo e x p u l s o j u n t o a o efluente, b e m c o m o o t e m p o d e o p e r a c a o

c o r r e s p o n d e n t e 52

T a b e l a 4 . 1 0 - R e s u l t a d o s d o s t e s t e s d e A M E c o m o lodo interno d o s reatores e o

t e m p o d e o p e r a c a o ate a realizacao d o teste 55

T a b e l a 4 . 1 1 - R e s u l t a d o s d o s t e s t e s d e s e d i m e n t a b i l i d a d e c o m o l o d o interno dos

reatores e o t e m p o d e o p e r a c a o d o s reatores 56

T a b e l a 4 . 1 2 - R e s u l t a d o s d o s t e s t e s d e filtrabilidade realizados c o m o lodo interno

d o s r e a t o r e s 57

T a b e l a 5.1 - D e t a l h a m e n t o d o fluxo d e m a s s a nos reatores U A S B , e n f a t i z a n d o e n t r a d a , s a i d a e eficiencia d a d i g e s t a o , s u p o n d o a p r e s e n c a d a m e s m a

q u a n t i d a d e d e lodo a e r o b i o n o efluente para t o d o s 62

T a b e l a 5.2 - V a l o r e s m e d i o s obtidos nos d o i s t e s t e s de s e d i m e n t a b i l i d a d e 6 7

T a b e l a 5.3 - V a l o r e s m e d i o s obtidos nos dois t e s t e s d e filtrabilidade para a

resistencia e s p e c i f i c a d o lodo 6 8

Figura 2.1 - R e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d o m e t a b o l i s m o b a c t e r i a n o c o m a n a b o l i s m o , c a t a b o l i s m o e d e c a i m e n t o b a c t e r i a n o . A d a p t a d o d e v a n H a a n d e l e

Lettinga (1994) 6

Figura 2.2 - P r o p o r c a o entre a n a b o l i s m o e c a t a b o l i s m o d o material o r g a n i c o p a r a o m e t a b o l i s m o a e r o b i o (a) e a n a e r o b i o (b). A d a p t a d o d e v a n H a a n d e l e Lettinga ( 1 9 9 4 ) 7 Figura 2.3 - R e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d e u m reator U A S B , d e s t a c a n d o s e u s principals c o m p o n e n t e s 16 Figura 2.4 - Distribuicao e n u m e r o d e e s t a c o e s de t r a t a m e n t o d e e s g o t o s o p e r a d a s , p r o j e t a d a s e p l a n e j a d a s pela C O P A S A . A d a p t a d o d e C h e r n i c h a r o , 1997 18 Figura 3 . 1 - L a y o u t d o s i s t e m a e x p e r i m e n t a l , incluindo o e m i s s a r i o m u n i c i p a l (1), a caixa d e p a s s a g e m (2), o lodo ativado (3), o t a n q u e d e a r m a z e n a m e n t o (4), os

reatores U A S B (5) e as caixas d e coleta (6), (percurso d o e s g o t o ) 25

Figura 3.2 - R e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d e u m d o s reatores U A S B u s a d o s na i n v e s t i g a c a o e d e t a l h e s d e alguns dispositivos e s p e c i a i s . A d a p t a d o d e C a v a l c a n t i (2003) 26 Figura 3.3 - R e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d a m e d i c a o d e g a s no t e s t e d e A M E e e s t a b i l i d a d e 36 Figura 3 . 4 - P r o d u c a o d e m e t a n o d o lodo a n a e r o b i o e m f u n c a o d o t e m p o 36 x i i

Figura 3 . 6 - R e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d o teste d e filtrabilidade 39

Figura 4.1 - Estratificacao do lodo no reator R 1 . . „ 51

Figura 4 . 2 - Estratificacao d o lodo no reator R 2 51

Figura 4.3 - Estratificacao do lodo no reator R3 51

Figura 4 . 4 - Estratificacao d o lodo no reator R4 51

Figura 4 . 5 - P r o d u c a o a c u m u l a d a d e m e t a n o (ml) e m f u n c a o d o t e m p o p a r a o reator R 1 54 Figura 4 . 6 - P r o d u c a o a c u m u l a d a d e m e t a n o (ml) e m f u n c a o d o t e m p o p a r a o reator R 2 54 Figura 4.7 - P r o d u c a o a c u m u l a d a d e m e t a n o (ml) e m f u n c a o d o t e m p o para o reator R 3 . 54 Figura 4 . 8 - P r o d u c a o a c u m u l a d a d e m e t a n o (ml) e m f u n c a o d o t e m p o para o reator R4 54 Figura 4 . 9 - Log n e p e r i a n o d a v e l o c i d a d e d e s e d i m e n t a c a o e m f u n c a o da c o n c e n t r a c a o no reator 1 56 Figura 4 . 1 0 - Log n e p e r i a n o da v e l o c i d a d e d e s e d i m e n t a c a o e m f u n c a o d a c o n c e n t r a c a o no reator 2 56 x i i i

Figura 4 . 1 2 - Log n e p e r i a n o d a v e l o c i d a d e d e s e d i m e n t a c a o e m f u n c a o da

c o n c e n t r a c a o no reator 4 56

1 Introdugao

A a l t a eficiencia na r e m o c a o d e materia o r g a n i c a e nutrientes f a z c o m q u e os s i s t e m a s d e lodos a t i v a d o s s e j a m b a s t a n t e requisitados para o t r a t a m e n t o d e d e s p e j o s d o m e s t i c o s e industrials. Entretanto a g r a n d e q u a n t i d a d e d e lodo d e e x c e s s o d e q u a l i d a d e inferior, a e l e v a d a c o n c e n t r a c a o d e m i c r o o r g a n i s m o s no e f l u e n t e final e o alto c o n s u m o d e e n e r g i a p e s a m c o m o a s p e c t o s n e g a t i v o s na e s c o l h a d e s s e s s i s t e m a s para t r a t a m e n t o de d e s p e j o s .

O s s i s t e m a s a n a e r o b i o s v e e m g a n h a n d o c a d a v e z m a i s e s p a c o por c o n s e g u i r e m a u m baixo custo significativa r e m o c a o d e m a t e r i a o r g a n i c a e solidos e m s u s p e n s a o , a l e m d e p r o d u z i r e m q u a n t i d a d e s d e lodo d e e x c e s s o b e m inferior a o s s i s t e m a s d e lodos a t i v a d o s e c o m alto g r a u d e e s t a b i l i z a c a o .

N a v a n g u a r d a d o s s i s t e m a s a n a e r o b i o s m o d e r n o s e s t a o reator a n a e r o b i o d e fluxo a s c e n d e n t e ( U A S B ) . G r a n d e c a p a c i d a d e d e r e t e n c a o d e solidos (alta i d a d e d e lodo e e l e v a d a r e t e n c a o d e solidos e m s u s p e n s a o ) , c o n t a t o intimo e n t r e o material o r g a n i c o e as bacterias (elevada eficiencia na r e m o c a o d e materia o r g a n i c a ) e baixos t e m p o s d e d e t e n c a o hidraulica (5 a 1 2 horas) s a o as principals v a n t a g e n s q u e f a z e m c o m q u e e s s e s s i s t e m a s v e n h a m g a n h a n d o c a d a v e z m a i s e s p a g o c o m o u n i d a d e d e p r e - t r a t a m e n t o e m e s t a c o e s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o .

D e v i d o a o fato d e n a o existir u m s i s t e m a d e t r a t a m e n t o ideal, q u e c o n s i g a a u m baixo c u s t o u m a e l e v a d a r e m o c a o d o s constituintes indesejaveis d o e s g o t o , u s a - s e c a d a v e z m a i s s i s t e m a s h i b r i d o s .

A p o s s i b i l i d a d e d e s e utilizar o reator U A S B c o m o u n i d a d e q u e a n t e c e d e os s i s t e m a s d e lodo ativado para o p r e - t r a t a m e n t o d o e s g o t o afluente j a foi d e m o n s t r a d a viavel por varios a u t o r e s , resultando, esta c o m b i n a c a o , n u m efluente c o m b a i x a c a r g a p o l u e n t e a u m custo inferior d o q u e q u a n d o se utiliza a p e n a s o s i s t e m a a e r o b i o .

A l e m d a utilizacao d o reator U A S B c o m o u n i d a d e d e p r e - t r a t a m e n t o d e e s g o t o bruto, n o v a s linhas d e p e s q u i s a s e s t a o a g o r a d i r e c i o n a d a p a r a d e t e r m i n a r a v i a b i l i d a d e t e c n i c a d a estabilizacao d o lodo a e r o b i o de e x c e s s o d e s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o n o proprio reator U A S B , e v i t a n d o a s s i m g r a n d e s u n i d a d e s d i g e s t o r a s d e lodo na e s t a c a o d e t r a t a m e n t o . F i c a n d o d e m o n s t r a d a a viabilidade d e tal p r o c e d i m e n t o , os c u s t o s d e i m p l a n t a c a o e o p e r a c a o d e u m a E s t a c a o d e T r a t a m e n t o d e E s g o t o s ( E T E ) , p o d e r i a m ser reduzidos c o n s i d e r a v e l m e n t e , j a q u e o reator U A S B faria o p r e - t r a t a m e n t o e a estabilizacao d o lodo d e e x c e s s o .

L e v a n d o e m c o n t a tais a s p e c t o s , a i n v e s t i g a c a o e x p e r i m e n t a l descrita nesta d i s s e r t a c a o t e v e o s s e g u i n t e s objetivos:

O b j e t i v o g e r a l :

V e r i f i c a r a viabilidade t e c n i c a d e se estabilizar lodo d e e x c e s s o g e r a d o e m s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o a e r o b i o s e m reatores U A S B t r a t a n d o e s g o t o bruto.

O b j e t i v o s e s p e c i f i c o s :

Verificar a influencia d a a d i c a o a carga d e e s g o t o afluente d e diferentes c a r g a s d e lodo aerobio s o b r e o d e s e m p e n h o e estabilidade d o reator U A S B e m t e r m o s d e :

• eficiencia d e r e m o c a o d e D Q O , c o m p a r a n d o o d e s e m p e n h o d e u m reator U A S B t r a t a n d o a p e n a s e s g o t o bruto ao d o reator U A S B t r a t a n d o e s g o t o bruto + lodo;

• V a r i a c o e s significativas na alcalinidade e c o n s e q u e n t e m e n t e no p H d o s r e a t o r e s ;

• v a r i a c o e s d a s p r o p r i e d a d e s m e c a n i c a s d o lodo: filtrabilidade e s e d i m e n t a b i l i d a d e ;

• c a p a c i d a d e m e t a b o l i c a d o lodo a n a e r o b i o ; i

• D e t e r m i n a r o g r a u d e e s t a b i l i d a d e d o lodo d e s c a r t a d o d e d e n t r o d o reator U A S B ;

P a r a t a l , f o r a m o p e r a d o s 4 reatores U A S B , s e n d o 1 t r a t a n d o a p e n a s e s g o t o bruto e o s o u t r o s 3 restantes t r a t a n d o e s g o t o bruto e lodo aerobio, e m diferentes q u a n t i d a d e s . Para o reator R 2 e r a a p l i c a d a , a l e m d a carga o r g a n i c a a d v i n d a d o e s g o t o , u m a c a r g a o r g a n i c a adicional d e 2 0 % da carga o r g a n i c a ( e m t e r m o s d e D Q O ) a d v i n d a d o lodo. Nos reatores R3 e R4 as c a r g a s o r g a n i c a s e r a m r e s p e c t i v a m e n t e 4 0 % e 6 0 % .

2 R e v i s a o bibliografica

2.1 Tratamento de esgoto domestico

2.1.1 Consideracoes gerais

A a g u a c a p t a d a nos m a n a n c i a i s pelas c o n c e s s i o n a r i e s d e a b a s t e c i m e n t o d e a g u a e utilizada para suprir diversas finalidades (uso domiciliar, c o m e r c i a l e/ou industrial) e d e p o i s e d e v o l v i d a a rede coletora s o b a f o r m a d e e s g o t o . P a r a evitar p r o b l e m a s d e poluigao e c o n t a m i n a g a o do m e i o a m b i e n t e se f a z n e c e s s a r i o o t r a t a m e n t o d o e s g o t o a n t e s d e s u a disposigao final. E s g o t o d o m e s t i c o e c o m p o s t o por 9 9 , 9 % d e a g u a e 0 , 1 % d e i m p u r e z a s q u e c o n f e r e m a a g u a residuaria caracteristicas i n d e s e j a v e i s . T a i s c a r a c t e r i s t i c a s e s t a o r e l a c i o n a d a s c o m a materia o r g a n i c a b i o d e g r a d a v e l e n a o b i o d e g r a d a v e l , a o s solidos s u s p e n s o s , nutrientes e m i c r o o r g a n i s m o s p a t o g e n i c o s . O t r a t a m e n t o d e e s g o t o tern c o m o finalidade reduzir a c o n c e n t r a c a o d e s s a s i m p u r e z a s c o n f e r i n d o a o e s g o t o t r a t a d o q u a l i d a d e a d e q u a d a para s u a disposigao final s e m riscos d e c o n t a m i n a g a o e poluigao.

A legislagao e m vigor e s t a b e l e c e p a d r o e s d e q u a l i d a d e a s s o c i a d o s as c a r a c t e r i s t i c a s q u e d e v e m ser respeitadas no corpo receptor e p a d r o e s d e e m i s s a o relativos as caracteristicas d o s efluentes industrials o u e s g o t o s sanitarios t r a t a d o s , p a r a ser p o s s i v e l s e u l a n g a m e n t o e m u m corpo receptor. A s s i m s e n d o , q u a n d o se q u i s e r d e t e r m i n a r o nivel d e t r a t a m e n t o n e c e s s a r i o , d e v e - s e c o n h e c e r paralelarhente as caracteristicas d o c o r p o receptor e a c l a s s e ao q u a l p e r t e n c e ( A n d r a d e Neto e C a m p o s , 1999).

E m e s t a g o e s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o ( E T E ' s ) , os niveis d e t r a t a m e n t o sao classificados c o m o preliminar, primario, s e c u n d a r i o e terciario. O t r a t a m e n t o preliminar tern c o m o m e t a r e m o v e r material grosseiro e areia, e n q u a n t o o primario

r e m o v e r s o l i d o s s e d i m e n t a v e i s atraves d e clecantacao s i m p l e s . N o s t r a t a m e n t o s s e c u n d a r i o e terciario s a o a p l i c a d o s p r i n c i p a l m e n t e p r o c e s s o s biologicos p a r a a r e m o c a o d a m a t e r i a o r g a n i c a e nutrientes, r e s p e c t i v a m e n t e .

V o n Sperling e G o n c a l v e s (2001) citam c o m o principals s u b p r o d u t o s solidos g e r a d o s no t r a t a m e n t o d o s e s g o t o s o material g r a d e a d o , areia, e s c u m a , lodo p r i m a r i o , lodo s e c u n d a r i o e lodo q u l m i c o (caso haja e t a p a f i s i c o - q u i m i c a ) .

2.2 Metabolismo bacteriano

N o s p r o c e s s o s biologicos os principals o r g a n i s m o s e n v o l v i d o s no t r a t a m e n t o d o s e s g o t o s s a o as bacterias, p r o t o z o a r i o s , f u n g o s e a l g a s , s e n d o as b a c t e r i a s os o r g a n i s m o s m a i s i m p o r t a n t e s na estabilizacao d a m a t e r i a o r g a n i c a ( v o n S p e r l i n g , 1 9 9 6 b ) . S e g u n d o v a n H a a n d e l e Lettinga ( 1 9 9 4 ) , o m e c a n i s m o biologico m a i s i m p o r t a n t e para a r e m o c a o d e material o r g a n i c o e o m e t a b o l i s m o b a c t e r i a n o . A s bacterias utilizam a materia o r g a n i c a para gerar e n e r g i a n u m p r o c e s s o c h a m a d o c a t a b o l i s m o e sintetizar novas celulas n u m p r o c e s s o c h a m a d o a n a b o l i s m o (van H a a n d e l e Lettinga, 1 9 9 4 ; v o n S p e r l i n g , 1 9 9 6 b ) . E s s e s dois p r o c e s s o s o c o r r e m d e f o r m a i n t e r d e p e n d e n t e e s i m u l t a n e a e p o d e m ser o b s e r v a d o s t a n t o e m a m b i e n t e s a n a e r o b i o s q u a n t o a e r o b i o s (van H a a n d e l e M a r a i s , 1 9 9 9 ) . A l e m d o c a t a b o l i s m o e a n a b o l i s m o existe, a i n d a , o d e c a i m e n t o b a c t e r i a n o . F a t o r e s c o m o m o r t e e p r e d a c a o , a l e m d o m e t a b o l i s m o e n d o g e n o , c o n t r i b u e m para o d e e r e s c i m o d a m a s s a d e m i c r o r g a n i s m o s . T o d a s as f o r m a s d e d e c a i m e n t o b a c t e r i a n o s a o a g r u p a d a s a f i m d e representar o d e c a i m e n t o b a c t e r i a n o total. A Figura 2.1 m o s t r a , d e f o r m a geral, u m a r e p r e s e n t a c a o d o m e t a b o l i s m o bacteriano c o m a n a b o l i s m o , c a t a b o l i s m o e d e c a i m e n t o b a c t e r i a n o .

S e g u n d o v a n H a a n d e l e Lettinga (1994) e v a n H a a n d e l e M a r a i s ( 1 9 9 9 ) , existe u m a relacao d e p r o p o r c i o n a l i d a d e entre a m a s s a celular sintetizada e a

m a s s a d e m a t e r i a ! o r g a n i c o m e t a b o l i z a d o ( m e d i d a c o m o D Q O ) . Esta p r o p o r c i o n a l i d a d e e e x p r e s s a pela E q u a c a o 2 . 1 . M e t a b o l i s m o d o material o r g a n i c o do afluente C E L U L A S N O V A S A n a b o l i s m o C a t a b o l i s m o D e c a i m e n t o b a c t e r i a n o P R O D U T O S + E N E R G I A E n e r g i a p a r a o a m b i e n t e R e s f d u o e n d o g e n o Figura 2.1 - R e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d o m e t a b o l i s m o bacteriano c o m a n a b o l i s m o , c a t a b o l i s m o e d e c a i m e n t o b a c t e r i a n o . A d a p t a d o d e v a n H a a n d e l e Lettinga ( 1 9 9 4 ) . E q u a c a o 2.1 O n d e : • Y e o coeficiente d e r e n d i m e n t o ; • X v a c o n c e n t r a c a o d e solidos volateis e • S a c o n c e n t r a c a o d e material o r g a n i c o ( D Q O ) . O v a l o r d e Y d e p e n d e d a n a t u r e z a d a atividade c a t a b o l i c a e, para u m d e t e r m i n a d o s u b s t r a t a , p o d e ser c o n s i d e r a d o c o n s t a n t e . D e v i d o a o f a t o q u e no c a t a b o l i s m o f e r m e n t a t i v o a p r o d u c a o d e energia livre e m u i t o m e n o r q u e no c a t a b o l i s m o oxidativo, a p r o d u c a o celular' ou m a s s a b a c t e r i a n a p r o d u z i d a por u n i d a d e d e material o r g a n i c o m e t a b o l i z a d o (Y) e p e q u e n a (van H a a n d e l e Lettinga, 1 9 9 4 ) .

A Figura 2.2 m o s t r a u m a r e p r e s e n t a c a o e s q u e m a t i c a d o m e t a b o l i s m o b a c t e r i a n o oxidativo e f e r m e n t a t i v o . O b s e r v a - s e q u e e n q u a n t o no m e t a b o l i s m o oxidativo a p r o x i m a d a m e n t e 1/3 d o material o r g a n i c o e o x i d a d o e os 2/3 restantes e a n a b o l i z a d o , ou seja, 6 7 % d o material o r g a n i c o m e t a b o l i z a d o e t r a n s f o r m a d o e m n o v a m a s s a celular, no m e t a b o l i s m o f e r m e n t a t i v o a p r o d u c a o d e n o v a m a s s a celular e d e a p e n a s 3 % .

M e t a b o l i s m o M e t a b o l i s m o

a e r o b i o m e t a n o g e n i c o

C a t a b o l i s m o - 3 3 % A n a b o l i s m o - 6 7 % ( a ) ( b ) Figura 2.2 - P r o p o r c a o entre a n a b o l i s m o e c a t a b o l i s m o d o material o r g a n i c o para o m e t a b o l i s m o a e r o b i o (a) e a n a e r o b i o (b). A d a p t a d o d e v a n H a a n d e l e Lettinga (1994).

2.3 Lodo sanitario: producao e caracteristicas

I n e v i t a v e l m e n t e , t o d o s os s i s t e m a s biologicos d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o s p r o d u z e m l o d o na f o r m a d e u m a s u s p e n s a o b a c t e r i a n a . O lodo p r o d u z i d o no p r o c e s s o a n a e r o b i o e diferente d o lodo p r o d u z i d o no p r o c e s s o a e r o b i o , t a n t o nos a s p e c t o s qualitativos c o m o quantitativos.

E s t i m a - s e q u e s e j a m p r o d u z i d a s cerca d e 2 8 4 3 t o n e l a d a s / d i a d e lodo por a n o ( e x p r e s s o e m materia s e c a ) nas e s t a g o e s d e t r a t a m e n t o , d a s q u a i s a p e n a s

c e r c a d e 5 % s a o reutilizadas d e f o r m a a d e q u a d a . S e t o d o s os e s g o t o s f o s s e m c o l e t a d o s e t r a t a d o s , e s s e valor seria a t e 3 v e z e s m a i o r ( C a s s i n i , 2 0 0 3 ) . A p e s a r d o v o l u m e d e lodo p r o d u z i d o r e p r e s e n t a r cerca d e a p e n a s 1 a 2 % d o v o l u m e total d o e s g o t o t r a t a d o , s e u t r a t a m e n t o e disposigao final atinge ate 5 0 % d o s c u s t o s o p e r a c i o n a i s d a E T E , d e v e n d o , p o r t a n t o , r e c e b e r atengao e s p e c i a l ( N a s c i m e n t o et al., 2 0 0 1 ) .

E n q u a n t o a d i g e s t a o a n a e r o b i a p r o d u z c e r c a d e 0,12 a 0,18 g S V S / g D Q O , os p r o c e s s o s a e r o b i o s c h e g a m a produzir d e 0,60 a 0,80 g S V S / g D Q O a p l i c a d a no s i s t e m a ( V o n Sperling e G o n g a l v e s , 2 0 0 1 ) , o u seja, a p r o d u g a o d e lodo nos s i s t e m a s a e r o b i o s p o d e c h e g a r a ser 7 v e z e s m a i o r q u e nos s i s t e m a s a n a e r o b i o s . A l e m d o lodo p r o d u z i d o pelos s i s t e m a s a n a e r o b i o s ser b e m m e n o s q u e o lodo p r o d u z i d o p e l o s s i s t e m a s a e r o b i o s , e l e ainda a p r e s e n t a v a n t a g e n s q u a n d o s a o c o m p a r a d o s d o p o n t o d e vista d e q u a l i d a d e . V a n H a a n d e l e Lettinga, 1994 d e s t a c a m c o m principals:

• A l t o g r a u d e estabilizagao d e v i d o a e l e v a d a i d a d e d e lodo no reator biologico q u e p e r m i t e o s e u l a n g a m e n t o e m u n i d a d e s d e s e c a g e m s e m q u a l q u e r e t a p a previa d e t r a t a m e n t o ;

• Lenta t a x a d e d e c a i m e n t o q u e possibilita o s e u a r m a z e n a m e n t o por longos p e r i o d o s ;

• A l t a c o n c e n t r a g a o d e solidos (3 a 5 % ) , p e r m i t i n d o d e s c a r t e d e p e q u e n o s v o l u m e s ;

• F a c i l i d a d e d e d e s i d r a t a g a o .

E m E T E ' s , o lodo primario e o lodo s e c u n d a r i o g e r a d o e m s i s t e m a s a e r o b i o s p o s s u e m u m a g r a n d e q u a n t i d a d e d e materia o r g a n i c a b i o d e g r a d a v e l q u a n t i f i c a d a c o m o solidos s u s p e n s o s volateis ( S S V ) . N o t r a t a m e n t o d e lodo a r e d u g a o d a fragao o r g a n i c a o u estabilizagao d o lodo e d e s e j a v e l a n t e s d e s u a d i s p o s i g a o final, s e n d o utilizados p a r a a estabilizagao q u a s e e x c l u s i v a m e n t e m e t o d o s biologicos d e d i g e s t a o , p o d e n d o esta ser a n a e r o b i a o u a e r o b i a ( N a s c i m e n t o et al., 2 0 0 1 ) .

P a r a o b t e r caracteristicas sanitarias q u e p e r m i t a m s u a utilizacao nos m a i s d i v e r s o s f i n s , o lodo d e v e r a p a s s a r p o r p r o c e s s o s q u e r e d u z a m a fragao p u t r e s c i v e l (fragao organica) e a q u a n t i d a d e d e o r g a n i s m o s p a t o g e n i c o s . A r e m o g a o d e u m i d a d e t a m b e m e aplicada a o lodo, m a s tern m a i s f u n c a o e c o n o m i c a d o q u e higienica. N e s t e t r a b a l h o , s e r a d a d o e n f o q u e as p o s s i v e i s alternativas d e reduzir a f r a c a o o r g a n i c a d o lodo de s i s t e m a s a e r o b i o s , m a i s e s p e c i f i c a m e n t e s i s t e m a s d e lodos a t i v a d o s .

A T a b e l a 2.1 m o s t r a , para os principals s i s t e m a s de t r a t a m e n t o , a f r e q u e n c i a d e r e m o g a o d o lodo d e e x c e s s o e sua classificagao e m e s t a b i l i z a d o o u n a o . A f r e q u e n c i a d e r e m o c a o d e lodo indica a q u a n t i d a d e g e r a d a p e l o s i s t e m a e o g r a u d e e s t a b i l i z a g a o indica a f r a c a o d e material o r g a n i c o p r e s e n t e no lodo, s e n d o e s s e s d o i s p a r a m e t r o s d e f u n d a m e n t a l i m p o r t a n c i a p a r a a d i s p o s i g a o final d o lodo.

T a b e l a 2.1 - F r e q u e n c i a d e r e m o g a o e grau d e estabilizagao d o lodo d e e x c e s s o d e a l g u n s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o biologicos d e e s g o t o s . ( a d a p t a d o d e V o n Sperling e G o n g a l v e s ( 2 0 0 1 ) . S i s t e m a d e t r a t a m e n t o F r e q u e n c i a n a r e m o g a o de lodo G r a u d e e s t a b i l i z a g a o L a g o a facultativa A n o s Estabilizado L a g o a a e r a d a facultativa A n o s Estabilizado L a g o a a e r a d a d e m i s t u r a c o m p l e t a A n o s E s t a b i l i z a d o R e a t o r U A S B S e m a n a s , Estabilizado L o d o a t i v a d o c o n v e n c i o n a l - C o n t i n u o N e c e s s i t a estabilizagao R e a t o r e s a e r o b i o s c o m Biofilmes (alta c a r g a ) H o r a s Necessita estabilizagao

2.4 Tratamento e estabilizagao de lodos de esgotos

0 t r a t a m e n t o d o lodo e j u s t i f i c a d o por d i v e r s o s a s p e c t o s , seja pelo p r o b l e m a d e s a u d e publica, seja pela q u e s t a o e n e r g e t i c a , d e v i d o a o fato d o lodo biologico ter e m s u a c o m p o s i g a o d i v e r s o s constituintes d e g r a n d e i n t e r e s s e para a agricultura. A t r a g a o d e v e t o r e s , o d o r e s , e risco d e d o e n g a s s a o a l g u n s d o s p r o b l e m a s c a u s a d o s por u m lodo n a o estabilizado.

Q u a n d o s e p r o p o e u m p r o c e s s o d e estabilizagao d e lodo e i m p o r t a n t e c o n s i d e r a r a q u a n t i d a d e d e lodo a ser t r a t a d a , a integragao d o p r o c e s s o d e estabilizagao c o m outras u n i d a d e s d e t r a t a m e n t o e os objetivos d o p r o c e s s o d e e s t a b i l i z a g a o , c o m p a t i b i l i z a n d o a d e s t i n a g a o final d o lodo c o m n o r m a s e legislagao v i g e n t e s . B a s i c a m e n t e , tres a s p e c t o s d o lodo p r e c i s a m ser c o n s i d e r a d o s p a r a s u a d i s p o s i g a o s e g u r a (Cassini, 2 0 0 3 ) :

• o nivel d e estabilizagao d a materia o r g a n i c a , • a q u a n t i d a d e d e m e t a i s p e s a d o s e,

• o g r a u d e p a t o g e n i c i d a d e .

A r e m o g a o d e metais p e s a d o s e p a t o g e n o s e obtida e m m a i o r grau atraves d e p r o c e s s o s f i s i c o s ou q u i m i c o s , e n q u a n t o q u e a redugao d o s niveis d e materia o r g a n i c a p o d e ser c o n s e g u i d a atraves d e m e t o d o s biologicos.

A relagao e n t r e os solidos volateis e os solidos totais da u m a b o a indicagao d a fragao o r g a n i c a d o s solidos no lodo, b e m c o m o d o nivel d e d i g e s t a o d o lodo. E m lodos n a o digeridos a relagao e n t r e solidos s u s p e n s o s volateis e solidos s u s p e n s o s totais ( S S V / S S T ) esta entre 0,75 e 0,80, a o p a s s o q u e e m lodos d i g e r i d o s e s t e s v a l o r e s s i t u a m - s e e n t r e 0,60 e 0,65. O p r o c e s s o d e d i g e s t a o r e m o v e o s solidos o r g a n i c o s b i o d e g r a d a v e i s d o lodo. D e s t a f o r m a , p o d e - s e dizer q u e h o u v e u m a r e m o g a o o u destruigao d o s solidos volateis ( S S V ) . A T a b e l a 2.2 m o s t r a a relagao S S V / S S T para lodos g e r a d o s e m alguns s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o .

T a b e l a 2.2 - R e l a c a o S V / S T para iodo d e diferentes s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o . A d a p t a d o d e V o n Sperling e G o n c a l v e s ( 2 0 0 1 ) . T i p o d e lodo ( s e c u n d a r i o ) R e l a g a o S S V / S S T L o d o a n a e r o b i o 0,55-0,60 L o d o a e r o b i o ( L o d o ativado 0,75-0,80 c o n v e n c i o n a l ) 0,75-0,80 L o d o d e l a g o a s d e estabilizagao 0,35-0,55 P a r a ser c o n s i d e r a d o e s t a b i l i z a d o , o lodo d e e x c e s s o d e v e a p r e s e n t a r no m a x i m o u m a r e d u g a o d e S V inferior a 17 % , a p o s 4 0 dias d e d i g e s t a o , a 3 0 ° C , e m e s c a l a d e b a n c a d a ( E P A , 1992). C o m o m e n c i o n a d o a n t e r i o r m e n t e , s a o utilizados b a s i c a m e n t e p r o c e s s o s b i o l o g i c o s p a r a a estabilizagao d o lodo d e e s g o t o s , d e s t a c a n d o - s e p r i n c i p a l m e n t e m e t o d o s a e r o b i o s , a n a e r o b i o s e c o m p o s t a g e m . N o p r o c e s s o a e r o b i o o lodo e m a n t i d o s o b a e r a g a o e s e m a l i m e n t a g a o d e s u b s t r a t a o r g a n i c o , o c o r r e n d o d e s t a m a n e i r a , a redugao d a c o n c e n t r a g a o d e lodo a t r a v e s d a respiragao e n d o g e n a . Este p r o c e s s o requer u m alto c o n s u m o d e e n e r g i a d e v i d o a n e c e s s i d a d e d e a e r a g a o e agitagao, s e n d o e s t a a principal d e s v a n t a g e m .

A c o m p o s t a g e m e realizada atraves d e p r o c e s s o s biologicos d e d e g r a d a g a o a e r o b i a d e u m s u b s t r a t a o r g a n i c o h e t e r o g e n e o , no e s t a d o solido, c a r a c t e r i z a d a p e l a p r o d u g a o d e CO2, agua, liberagao de substancias minerais e formagao de m a t e r i a o r g a n i c a e s t a v e l . N a c o m p o s t a g e m o lodo e estabilizado m e d i a n t e agao d e m i c r o r g a n i s m o s m e s o f i l o s e termofilos q u e d e g r a d a m a m a t e r i a o r g a n i c a e p r o v o c a m a e l e v a g a o d a t e m p e r a t u r a e l i m i n a n d o o s o r g a n i s m o s p a t o g e n i c o s d o lodo. C o m o principals d e s v a n t a g e n s s a o citados a n e c e s s i d a d e d e s e d i s p o r d e g r a n d e s a r e a s , altos c u s t o s o p e r a c i o n a i s e a existencia potencial d e o d o r e s , e m b o r a f o r n e g a u m biossolido d e alta q u a l i d a d e para uso na agricultura.

A d i g e s t a o a n a e r o b i a e o p r o c e s s o m a i s utilizado a t u a l m e n t e , p r o d u z i n d o u m lodo r e l a t i v a m e n t e e s t a v e l a u m c u s t o m o d e r a d o , q u a n d o c o m p a r a d o c o m

o u t r o s p r o c e s s o s , e p r o d u z i n d o a o m e s m o t e m p o , e n e r g i a a p r o v e i t a v e l na f o r m a d e g a s m e t a n o . N a s c i m e n t o etal. ( 2 0 0 1 ) .

2.4.1 Digestao anaerobia

A d i g e s t a o a n a e r o b i a r e p r e s e n t a u m p r o c e s s o d e t r a t a m e n t o c o m g r a n d e s v a n t a g e n s c o m p a r a t i v a s , p r i n c i p a l m e n t e e m relagao a o s e u v a l o r e c o n o m i c o d e r i v a d o d a g e r a g a o d e m e t a n o , q u e p o d e ser utilizado c o m o c o m b u s t i v e l e p r o d u z i r u m lodo estabilizado c o m caracteristicas d e m e l h o r a m e n t o d o s o l o V i g u e r a s et a l . , ( 2 0 0 0 ) . S i s t e m a s a n a e r o b i o s s a o c o n h e c i d o s por a p r e s e n t a r e m , a u m baixo c u s t o e relativa s i m p l i c i d a d e o p e r a c i o n a l , u m a eficiencia c o n s i d e r a v e l na r e m o g a o de m a t e r i a o r g a n i c a e solidos e m s u s p e n s a o , a l e m d e p o s s u i r e m t a m b e m u m lodo d e e x c e s s o c o m e l e v a d o g r a u d e estabilizagao. i N o t r a t a m e n t o d e a g u a s residuarias os reatores a n a e r o b i o s g a n h a m c a d a v e z m a i s o e s p a g o a n t e s o c u p a d o p r e d o m i n a n t e m e n t e pelos reatores a e r o b i o s . Na v a n g u a r d a d o s p r o c e s s o s a n a e r o b i o s , v a n H a a n d e l e Lettinga ( 1 9 9 4 ) c i t a m o reator a n a e r o b i o d e fluxo a s c e n d e n t e ( U A S B ) c o m o u m s i s t e m a q u e , a u m baixo c u s t o d e c o n s t r u g a o e o p e r a g a o , a l e m d e o c u p a r p e q u e n a s a r e a s , p o s s u i u m a c o m p r o v a d a eficiencia na r e m o g a o d e materia o r g a n i c a d a s a g u a s residuarias d o m e s t i c a s e industriais.

i • 1

N a estabilizagao d a materia o r g a n i c a atraves d a d i g e s t a o a n a e r o b i a , p o d e -se distinguir q u a t r o e t a p a s diferentes: hidroli-se, a c i d o g e n e s e , a c e t o g e n e s e e m e t a n o g e n e s e (van H a a n d e l e Lettinga, 1994).

Na hidrolise o material o r g a n i c o afluente e c o n v e r t i d o e m c o m p o s t o s d i s s o l v i d o s d e m e n o r p e s o molecular, atraves d e e x o e n z i m a s e x c r e t a d a s pelas bacterias f e r m e n t a t i v a s . U m d o s f a t o r e s a m b i e n t a i s q u e limita a t a x a d e hidrolise e

a t e m p e r a t u r a , terido e m vista q u e t e m p e r a t u r a s inferiores a 2 0 ° C a c o n v e r s a o de lipidios s e t o m a m u i t o b a i x a .

N a a c i d o g e n e s e o s c o m p o s t o s d i s s o l v i d o s g e r a d o s no p r o c e s s o d e hidrolise s a o a b s o r v i d o s n a s celulas d a s bacterias f e r m e n t a t i v a s e, a p o s a a c i d o g e n e s e , e x c r e t a d a s c o m o s u b s t a n c i a s o r g a n i c a s s i m p l e s c o m o a c i d o s g r a x o s volateis ( A G V ) , a l c o o i s , a c i d o latico e c o m p o s t o s minerais c o m o CO2, H2, N H3, H2S , etc. A

m a i o r i a d a s b a c t e r i a s a c i d o g e n i c a s e a n a e r o b i a estrita, s e n d o a p e n a s c e r c a d e 1 % d a s b a c t e r i a s facultativas, ou s e j a , bacterias q u e p o d e m utilizar o o x i g e n i o d i s s o l v i d o n o m e i o p a r a oxidar a m a t e r i a o r g a n i c a . Isto e p a r t i c u l a r m e n t e i m p o r t a n t e d e v i d o a o fato q u e as bacterias a n a e r o b i a s estritas s a o p r o t e g i d a s c o n t r a a e x p o s i c a o a o o x i g e n i o e v e n t u a l m e n t e p r e s e n t e no m e i o .

A 3° f a s e d a d i g e s t a o a n a e r o b i a e c o n h e c i d a c o m o a c e t o q e n e s e . Nela as b a c t e r i a s a c e t o g e n i c a s s a o r e s p o n s a v e i s pela p r o d u c a o do s u b s t r a t a a p r o p r i a d o p a r a as b a c t e r i a s m e t a n o g e n i c a s . O s p r o d u t o s g e r a d o s pelas bacterias a c e t o g e n i c a s s a o o hidrogenio, 0 dioxido de carbono e 0 acetato.

A ultima e t a p a e c o n h e c i d a c o m o m e t a n o g e n e s e , o n d e ha d e g r a d a g a o a n a e r o b i a d e c o m p o s t o s o r g a n i c o s e m m e t a n o e dioxido d e c a r b o n o , e f e t u a d a p e l a s b a c t e r i a s m e t a n o g e n i c a s (van H a a n d e l e Lettinga, 1 9 9 4 ; C h e r n i c h a r o , 1 9 9 7 ) . A l e m d a s bacterias q u e a t u a m na a c i d o g e n e s e , a c e t o g e n e s e e m e t a n o g e n e s e p o d e m a i n d a se d e s e n v o l v e r c o m u n i d a d e s d e bacterias r e d u t o r a s d e s u l f a t e E s s a s bacterias c o m p e t e m c o m as bacterias m e t a n o g e n i c a s pelos p r o d u t o s d a f e r m e n t a c a o a c i d a , p r o d u z i n d o CO2 e gas sulfidrico ( H2S ) . E m

c o n d i c o e s e x t r e m a s , as bacterias redutoras d e sulfato p o d e m s u p l a n t a r as bacterias m e t a n o g e n i c a s inibindo por c o m p l e t o a p r o d u c a o d e m e t a n o ( L u d u v i c e , 2 0 0 1 ) .

2.4.2 Aplicacao da digestao anaerobia na estabilizacao de lodo

sanitario

A s principals v a n t a g e n s d a d i g e s t a o a n a e r o b i a s e g u n d o C a s s i n i ( 2 0 0 3 ) , v a n h a a n d e l e Lettinga (1994) e C h e r n i c h a r o (1997) s a o : • m e n o r c u s t o d e i m p l a n t a c a o , • m e n o r c u s t o d e o p e r a c a o , • p r o c e s s o g e r a d o r d e b i o g a s , p o d e n d o ser utilizado c o m o f o n t e d e e n e r g i a e, • m a i o r facilidade o p e r a c i o n a l . Q u a n d o o lodo d e e x c e s s o e m a n t i d o e m u m a m b i e n t e a n a e r o b i o e n t a o irao s e d e s e n v o l v e r p o p u l a g o e s d e bacterias a n a e r o b i a s , q u e utilizam o lodo d e e x c e s s o c o m o f o n t e d e material o r g a n i c o para p r o c e s s o s m e t a b o l i c o s f e r m e n t a t i v o s , t e n d o - s e p r o d u t o s finais estaveis, s e n d o o m e t a n o e d i o x i d o d e c a r b o n o os principals (van H a a n d e l e Marais, 1 9 9 9 ) . A i n d a s e g u n d o v a n H a a n d e l e M a r a i s , 1 9 9 9 , a d i g e s t a o a n a e r o b i a d e u m g r a m a d e lodo p r o d u z u m a a l c a l i n i d a d e d e 0,44 g C a C 03, d e v i d o a m i n e r a l i z a c a o d o nitrogenio o r g a n i c o . N a s c i m e n t o et a l . (2001) c i t a m c o m o principals d i g e s t o r e s d e lodo a n a e r o b i o os d i g e s t o r e s c o n v e n c i o n a i s norte a m e r i c a n o s , os d i g e s t o r e s e u r o p e u s o u a l e m a e s e os d i g e s t o r e s na f o r m a d e o v o , s e n d o e s t e ultimo tido c o m o o q u e a p r e s e n t a m a i o r eficiencia. D e n t r e os s i s t e m a s a n a e r o b i o s m o d e r n o s , o reator U A S B ( U p f l o w A n a e r o b i c S l u d g e Blanket) d e s p e r t a interesses por a p r e s e n t a r b o n s r e s u l t a d o s t r a t a n d o os m a i s d i v e r s o s e f l u e n t e s ( d o m e s t i c o s e industrials) s e m p r e c o m lodo d e e x c e s s o c o m e l e v a d o g r a u d e e s t a b i l i z a c a o .

D e n t r e as principals v a n t a g e n s d o uso d o reator U A S B no p r o c e s s o d e e s t a b i l i z a g a o a n a e r o b i a d e lodo sanitario N a s c i m e n t o et al. (2001) c i t a m q u e :

• n a o h a v e r a n e c e s s i d a d e d e u m a d e n s a d o r d e lodo p a r a c o n c e n t r a r o l o d o a ser d i g e r i d o ;

• a s e p a r a c a o d o s solidos d a f a s e liquida e a u t o m a t i c a e m a i s eficiente, o c o r r e n d o d e n t r o d o proprio reator, p r o d u z i n d o u m e f l u e n t e liquido s u b s t a n c i a l m e n t e isento d e solidos e lodo m a i s d i g e r i d o ;

• o g a s m e t a n o p o d e r a ser a p r o v e i t a d o na g e r a c a o d e e n e r g i a na propria E T E .

A p e s a r d a s m u i t a s v a n t a g e n s d a d i g e s t a o a n a e r o b i a na estabilizagao d e lodos d e s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o , os reatores atuais a i n d a r e q u e r e m altos c u s t o s d e i m p l e m e n t a c a o e o p e r a c a o . O lodo e t r a t a d o e m reatores a n a e r o b i o s d e c a m a r a unica q u e , c o m altos t e m p o s d e d e t e n g a o hidraulica, p r o m o v e m a estabilizagao e r e d u g a o d a materia o r g a n i c a . U s u a l m e n t e e s s a s u n i d a d e s s a o as m a i o r e s d e t o d a a e s t a g a o d e t r a t a m e n t o C a s s i n i ( 2 0 0 3 ) .

2.4.3 Reator anaerobio de fluxo ascendente (UASB)

O s d i g e s t o r e s a n a e r o b i o s tern sido l a r g a m e n t e a p l i c a d o s para o t r a t a m e n t o d e r e s i d u o s solidos, dejetos de a n i m a i s , lodos d e E T E ' s e lixo u r b a n o , e s t i m a n d o -se q u e m i l h o e s d e d i g e s t o r e s a n a e r o b i o s t e n h a m sido c o n s t r u i d o e m t o d o m u n d o c o m e s t e p r o p o s i t o . T a m b e m e m relagao ao t r a t a m e n t o d e e s g o t o s d o m e s t i c o s t e m - s e v e r i f i c a d o u m e n o r m e i n c r e m e n t o na utilizagao d a t e c n o l o g i a a n a e r o b i a , n o t a d a m e n t e a t r a v e s d o s reatores tipo U A S B ( C h e r n i c h a r o , 1997).

V a r i a s p e s q u i s a s tern d e m o n s t r a n d o a eficiencia d o reator U A S B no t r a t a m e n t o d e e s g o t o s d o m e s t i c o s e m clima t r o p i c a l . Ruiz et al. ( 2 0 0 0 ) , t r a t a n d o e s g o t o s d o m e s t i c o s utilizando u m reator U A S B , o b t e v e eficiencias e m t o r n o d e 8 0 % na r e m o g a o d e D Q O e 9 0 % na r e m o g a o d e s o l i d o s . Oliva et al. (1997), t r a t a n d o os e s g o t o s sanitarios do c a m p u s d a U n i v e r s i d a d e d e S a o Carlos, c o n s e g u i u atingir 7 9 , 2 % d e eficiencia na r e m o g a o d e D Q O .

0 dispositivo m a i s caracteristico do reator U A S B e o s e p a r a d o r d e f a s e s . Este dispositivo c o l o c a d o no reator o divide e m u m a parte inferior o u z o n a d e d i g e s t a o , o n d e ha u m ieito d e iodo r e s p o n s a v e l pela d i g e s t a o a n a e r o b i a , e u m a parte superior o u z o n a de s e d i m e n t a c a o . A a g u a residuaria entra n o reator e s e g u e u m a trajetoria a s c e n d e n t e , p a s s a n d o pela z o n a de d i g e s t a o , a t r a v e s s a n d o u m a a b e r t u r a e x i s t e n t e no s e p a r a d o r d e f a s e s e e n t r a n d o para a z o n a d e s e d i m e n t a g a o . Q u a n d o a a g u a residuaria entra no reator, ha mistura d o m a t e r i a l o r g a n i c o nela p r e s e n t e c o m o lodo a n a e r o b i o d a z o n a d e d i g e s t a o , h a v e n d o e n t a o d i g e s t a o a n a e r o b i a , o q u e resulta na p r o d u g a o d e b i o g a s e c r e s c i m e n t o d o lodo. A s b o l h a s d e b i o g a s f o r m a d a s s o b e m e sao c a p t a d a s pelo s e p a r a d o r d e f a s e s , e n q u a n t o q u e o liquido e c o l e t a d o e e n c a m i n h a d o a o u m p o s - t r a t a m e n t o o u s e g u e p a r a s u a d i s p o s i g a o final (van H a a n d e l e Lettinga, 1994). A Figura 2.3 m o s t r a u m a r e p r e s e n t a g a o e s q u e m a t i c a d o s e l e m e n t o s principais q u e c o n s t i t u e m u m reator U A S B . A S a i d a de b i o g a s E f l u e n t e C a m a d a de lodo a n a e r o b i o A f l u e n t e A Figura 2.3 - R e p r e s e n t a g a o e s q u e m a t i c a d e u m reator U A S B , d e s t a c a n d o s e u s principais c o m p o n e n t e s .

C h e r n i c h a r o (1997) e v a n H a a n d e l e Lettinga (1994) cita c o m o principais p a r a m e t r o s d e projeto d e reatores U A S B o t e m p o d e d e t e n c a o hidraulica ( T D H ) , a v e l o c i d a d e a s c e n s i o n a l d o e s g o t o e a carga o r g a n i c a v o l u m e t r i c a . O t e m p o d e d e t e n c a o hidraulica e definido c o m o s e n d o o t e m p o n e c e s s a r i o p a r a o e s g o t o a f l u e n t e f a z e r o p e r c u r s o d e n t r o d o reator d e s d e a sua e n t r a d a ate o p o n t o d e s a i d a d o e f l u e n t e . A v e l o c i d a d e a s c e n s i o n a l d o e s g o t o d e n t r o d o reator n a o p o d e ser e x c e s s i v a , para evitar a p e r d a d e lodo pelo arraste d a s p a r t i c u l a s s o l i d a s . Por o u t r o lado u m a v e l o c i d a d e alta a u m e n t a a t u r b u l e n c i a na z o n a d e e n t r a d a d o a f l u e n t e e c o n s e q u e n t e m e n t e h a v e r a u m contato m a i s intenso e n t r e o lodo e o m a t e r i a l o r g a n i c o afluente, o q u e e u m pre-requisito para u m b o m d e s e m p e n h o d o reator, d e v e n d o e n t a o ser d o s a d a e m u m m e i o t e r m o . U m valor usual para projetos seria 0,67 m/h. A c a r g a o r g a n i c a v o l u m e t r i c a e a q u a n t i d a d e d e materia o r g a n i c a a p l i c a d a a o s i s t e m a por u n i d a d e d e t e m p o . 0 t e m p o d e d e t e n c a o hidraulica, a v e l o c i d a d e a s c e n s i o n a l e a c a r g a o r g a n i c a v o l u m e t r i c a s a o c a l c u l a d o s p e l a s E q u a c a o 2.2, E q u a c a o 2.3 e E q u a c a o 2.4, r e s p e c t i v a m e n t e . rr V E q u a c a o 2.2

Q

H Equacao 2.3 v

TDH

cov=

Q*

D

Q°

E q u a c a o 2.4

V

O n d e : • V - v o l u m e d o reator (/ ou m3) ; • Q - v a z a o a f l u e n t e (l/h o u m3/ h ) ; • H - altura d o reator ( m e t r o s ) ;

• T D H - t e m p o d e d e t e n c a o hidraulica (horas o u dias); • Q - v a z a o a f l u e n t e (l/h o u m3/ h ) ;

• D Q O - c o n c e n t r a c a o d e material o r g a n i c o afluente ( k g D Q O / L o u k g D Q O / m3) ;

• V - v o l u m e d o reator (L o u m3) .

V a r i o s a u t o r e s t a m b e m tern d e m o n s t r a d o q u e o uso d e reatores U A S B a s s o c i a d o s a o u t r o s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o a u m e n t a mais a i n d a as v a n t a g e n s d o s e u u s o no t r a t a m e n t o d e e s g o t o s . S e g u n d o R e n n o ( 1 9 9 6 ) , citado por C h e r n i c h a r o ( 1 9 9 7 ) , p e l o m e n o s n o e s t a d o d e M i n a s G e r a i s , esta e a c o n f i g u r a c a o m a i s p r o j e t a d a e p l a n e j a d a , c o m o m o s t r a a Figura 2.4. P i m e n t a (2005) utilizando u m reator U A S B s e g u i d o d e u m filtro a n a e r o b i o o b t e v e eficiencias na r e m o g a o d e D Q O e m t o r n o d e 8 5 % . V a n H a a n d e l e M a r a i s (1999) t a m b e m c i t a m c o m o p o s s i v e l a a s s o c i a c a o d o U A S B a o s i s t e m a d e lodo a t i v a d o . Na primeira a s s o c i a g a o ( U A S B + lagoa) a r e d u g a o d a area d a lagoa e a justificativa principal, e n q u a n t o q u e na s e g u n d a o p g a o ( U A S B + lodo ativado) a justificativa se d a c o m relagao a e p o n o m i a d e e n e r g i a , j a q u e g r a n d e parte d a m a t e r i a o r g a n i c a foi r e m o v i d a e o s i s t e m a d e lodo ativado sera utilizado d a n d o m a i o r e n f a s e a o t r a t a m e n t o terciario. o -a o 18- 16-14. 1 2 1 0 8 6. 4 2< {nil L o c k j s 3ti v a d o s |i§gj U O O M | | Uft S B - M a g m a s E x i s t e n t e s P r o j e t a d a s P l a n e j a d a s Figura 2.4 - Distribuigao e n u m e r o d e e s t a g o e s d e t r a t a m e n t o d e e s g o t o s o p e r a d a s , projetadas e p l a n e j a d a s pela C O P A S A . A d a p t a d o d e C h e r n i c h a r o , 1 9 9 7 .

2.4.4 Utilizacao de reatores UASB tratando esgotos sanitarios e

estabilizando lodos de esgotos de sistemas aerobios

A p e s a r d o s u c e s s o o b t i d o para o t r a t a m e n t o d e e f l u e n t e s d o m e s t i c o s e industriais, a utilizacao d o reator U A S B e x c l u s i v a m e n t e d e s t i n a d o para a estabilizagao d e lodo p r o v i n d o d e s i s t e m a s a e r o b i o s a i n d a n e c e s s i d a d e d e m a i o r e s i n v e s t i g a g o e s .

A l g u n s p r o b l e m a s identificados por N a s c i m e n t o et al. ( 2 0 0 1 ) inviabilizam o p r o c e s s o c o m o u m t o d o , d e m o n s t r a n d o q u e aplicar s o m e n t e lodo c o m o afluente t o r n a o reator U A S B instavel. D e n t r e os principais p r o b l e m a s o b s e r v a d o s por eles, p o d e m ser c i t a d o s :

• P e r d a e x c e s s i v a d a m a s s a de lodo d o reator U A S B j u n t o c o m o efluente, f a z e n d o c o m o q u e reator n a o a p r e s e n t a s s e a eficiencia d e s e j a d a ;

• Baixo g r a u d e estabilizagao d o lodo d e e x c e s s o .

P o n t e s e C h e r n i c h a r o ( 2 0 0 5 ) , investigando o efeito s o b r e as c a r a c t e r i s t i c a s d a b i o m a s s a e m u m reator U A S B utilizado para tratar e s g o t o sanitario q u a n d o o lodo a e r o b i o d e e x c e s s o era introduzido no m e s m o , d e s c o b r i r a m u m a d i m i n u i g a o no d i a m e t r o d a s particulas d e n t r o d o reator U A S B . A l e m d a d i m i n u i g a o no t a m a n h o d a s p a r t i c u l a s , o b s e r v a r a m t a m b e m u m a d i m i n u i g a o no grau d e e s t a b i l i d a d e , q u e f i c o u e m t o r n o d e 27 a 3 2 % e a i n d a u m a atividade m e t a n o g e n i c a q u e n a o v a r i o u , f i c a n d o e m t r o n o d e 0,1 g D Q O / g S V T d i a . D i a n t e d a s n o v a s configuragoes d o s s i s t e m a s d e t r a t a m e n t o m o d e r n o ( o n d e u m s i s t e m a a n a e r o b i o - p r i n c i p a l m e n t e o reator U A S B - a n t e c e d e u m s i s t e m a a e r o b i o ) , v a n H a a n d e l e Lettinga, 1994 c i t a m a possibilidade digerir o lodo d e e x c e s s o d o s i s t e m a aerobio, m i s t u r a d o c o m o e s g o t o , no reator U A S B .

G o n g a l v e s et al. (2001) o b t i v e r a m b o n s resultados na q u a l i d a d e d o e f l u e n t e final d e u m reator U A S B ( T D H d e 8 horas) t r a t a n d o e s g o t o e e s t a b i l i z a n d o lodo a e r o b i o a d v i n d o d e u n i d a d e s d e p o s - t r a t a m e n t o f o r m a d a s por biofiltros a e r a d o s

s u b m e r s o s A c a r g a d e m a t e r i a organica a d v i n d a d o e s g o t o e r a d e 1 , 0 k g D Q O / m3* d i a e n q u a n t o a c a r g a a d v i n d a d o lodo era 0,30 k g S S T / m3* d i a , o u seja,

a p r o x i m a d a m e n t e 3 0 % d a c a r g a o r g a n i c a a d v i n d a d o e s g o t o na f o r m a d e lodo. O s r e s u l t a d o s o b t i d o s p o r eles na r e m o c a o d e S S T , D Q O e D B 05 no e f l u e n t e s a o a p r e s e n t a d o s na T a b e l a 2.3. T a b e l a 2.3 - Eficiencias o b t i d a s n u m s i s t e m a U A S B + B i o f i l t r o s A e r a d o s t r a t a n d o e s g o t o d o m e s t i c o A d a p t a d o d e G o n g a l v e s et al ( 2 0 0 1 ) . P a r a m e t r o U A S B ( r e m o c a o % ) U A S B + Biofiltros a e r a d o s ( r e m o c a o % ) S S T 6 2 84 D Q O 6 6 8 4 D B 05 70 8 6 A l e m d o s b o n s resultados o b t i d o s na q u a l i d a d e d o e f l u e n t e final, G o n c a l v e s et at ( 2 0 0 1 ) c o n s e g u i r a m u m a relagao S S V / S S T no lodo d e e x c e s s o d e 5 7 % d o reator U A S B e u m a c o n c e n t r a c a o d e 5 % d e S T , o q u e m o s t r a a v i a b i l i d a d e t e c n i c a e o p e r a c i o n a l d o uso d o reator U A S B c o m o u n i d a d e d e a d e n s a m e n t o e estabilizagao d e lodos a d v i n d o s d e s i s t e m a s a e r o b i o s .

2.5 Propriedades importantes do lodo estabilizado

O lodo estabilizado t a m b e m d e v e a p r e s e n t a r m e l h o r i a s e m a l g u m a s d a s s u a s p r o p r i e d a d e s f i s i c a s , tais c o m o s e d i m e n t a b i l i d a d e , filtrabilidade e o g r a u d e a d e n s a m e n t o e biologicas, atividade m e t a n o g e n i c a e s p e c i f i c a e g r a u de e s t a b i l i d a d e .

O u s o d o IVL e b a s t a n t e c o m u m para a d e t e r m i n a g a o d a s e d i m e n t a b i l i d a d e d e lodos a n a e r o b i o s , m a s g e r a c o n t r o v e r s i a s q u a n d o utilizado para d e t e r m i n a r a s e d i m e n t a b i l i d a d e d e lodos a e r o b i o s (Leitao 2 0 0 4 , Leitao et al. 2 0 0 5 ) . A i n d a s e g u n d o Leitao, 2 0 0 4 e Leitao et al. 2 0 0 5 o p r o e e d i m e n t o q u e m e l h o r se aplica a e s t e s l o d o s e o descrito por Vesilind (1968), b a s e a d o na v e l o c i d a d e de

s e d i m e n t a c a o e m z o n a ( V S Z ) p a r a u m a d e t e r m i n a d a c o n c e n t r a c a o d e lodo, e q u e a p e s a r d e b a s t a n t e d i f u n d i d o para lodos a e r o b i o s , nao existe relatos d e v a l o r e s o b t i d o s p a r a lodos d e s i s t e m a s a n a e r o b i o s (Leitao 2 0 0 4 ) . T e s t e s d e s e d i m e n t a b i l i d a d e d o lodo a n a e r o b i o realizados por Leitao (2004) i n d i c a m v a l o r e s m e d i o s p a r a V0 e k v a l o r e s d e - 0 , 1 3 (L/g) e 16 ( m / h ) , r e s p e c t i v a m e n t e .

A filtrabilidade da u m a indicagao d a g r a n d e z a d a s m a q u i n a s ( n o t a d a m e n t e p r e n s a s hidraulieas) q u e s e r a o utilizadas para r e m o v e r parte d a u m i d a d e d o lodo e o g r a u d e a d e n s a m e n t o indica o q u a n t a o lodo esta c o n c e n t r a d o , r e d u z i n d o os c u s t o s c o m u n i d a d e s posteriores d e a d e n s a m e n t o e e c o n o m i z a n d o c o m t r a n s p o r t e s ( G o n g a l v e s et al, 2 0 0 1 ) . O teste d e filtrabilidade c o n s i s t e na r e t e n c a o d o s s o l i d o s p r e s e n t e s no lodo ao forgar s u a p a s s a g e m a t r a v e s d e u m m e i o p o r o s o . A filtrabilidade d e lodos d e p e n d e d o t a m a n h o , d a f o r m a , d a d e n s i d a d e e d a s c a r g a s eletricas d e s u p e r f i c i e d a s particulas q u e o c o m p o e m . Q u a n t a m a i o r o t a m a n h o d a s p a r t i c u l a s , m a i o r e a t a x a d e filtragao e m e n o r o t e o r d e u m i d a d e na torta ( G o n g a l v e s et al, 2 0 0 1 ) . 0 grau d e a d e n s a m e n t o p o d e ser o b s e r v a d o nas a n a l i s e s d e s o l i d o s totais, realizadas na m a n t a d e lodo a o l o n g o d o s v a r i o s p o n t o s d e a m o s t r a g e m n o reator U A S B . V a l o r e s t i p i c o s para a filtrabilidade d e lodos e s t a o d e s c r i t o s na T a b e l a 2.4.

T a b e l a 2.4 - V a l o r e s t i p i c o s d a resistencia e s p e c i f i c a para d i f e r e n t e s t i p o s d e l o d o s . A d a p t a d o d e G o n g a l v e s et al, ( 2 0 0 1 ) .

T i p o d e lodo R e s i s t e n c i a e s p e c i f i c a a filtragao a 4 9 k N / m3 (m/kg)

L o d o bruto e lodo primario 1 01 3- 1 01 5

L o d o ativado 1 01 i !- 1 01 4

L o d o d i g e r i d o a n a e r o b i a m e n t e 1 01 2- 1 0 "

L o d o d i g e r i d o por via a e r o b i a 1 01 1- 1 01 2

L o d o q u i m i c o 1 01 1 - 1 01 2

A l e m d a s caracteristicas f i s i c a s , o lodo a n a e r o b i o a i n d a precisa a p r e s e n t a r b o a s c a r a c t e r i s t i c a s bioiogicas.

A t a x a e s p e c i f i c a d e r e m o g a o d e D Q O t a m b e m p o d e ser interpretada c o m o a a t i v i d a d e m e t a n o g e n i c a e s p e c i f i c a m e d i a de lodo sob c o n d i g o e s o p e r a c i o n a i s no s i s t e m a d e t r a t a m e n t o . O valor d e s s e p a r a m e t r o , q u e reflete a atividade m e t a n o g e n i c a "in situ" p o d e ser c o m p a r a d o c o m a atividade m e t a n o g e n i c a e s p e c i f i c a m a x i m a d e lodo q u e se d e s e n v o l v e n u m a m b i e n t e s e m limitagao d e s u b s t r a t a m e t a n o g e n i c o (van H a a n d e l e Lettinga, 1994).

A a v a l i a g a o d a atividade m e t a n o g e n i c a e s p e c i f i c a d e lodos a n a e r o b i o s tern se m o s t r a d o i m p o r t a n t e no sentido d e classificar o potencial d a b i o m a s s a na c o n v e r s a o d e s u b s t r a t e s soluveis e m m e t a n o e gas c a r b o n i c o , d e s t a c a n d o - s e c o m o principais a p l i c a g o e s d o teste p a r a d e t e r m i n a r a atividade m e t a n o g e n i c a de l o d o s os s e g u i n t e s tapicos C h e r n i c h a r o (1997): • A v a l i a r o c o m p o r t a m e n t o d e b i o m a s s a sob o efeito d e c o m p o s t o s p o t e n c i a l m e n t e inibidores; • D e t e r m i n a r a t o x i c i d a d e relativa d e c o m p o s t o s q u i m i c o s p r e s e n t e s e m e f l u e n t e s liquidos ou r e s i d u o s solidos; • E s t a b e l e c e r o g r a u d e d e g r a d a b i l i d a d e d e d i v e r s o s s u b s t r a t o s , n o t a d a m e n t e d e rejeitos industrials; • M o n i t o r a r as m u d a n g a s d e atividade d o lodo, d e v i d o a u m a p o s s i v e l a c u m u l a g a o d e materials inertes, a p o s longos p e r i o d o s d e o p e r a g a o d o s r e a t o r e s ;

• D e t e r m i n a r a carga ' o r g a n i c a m a x i m a q u e p o d e ser a p l i c a d a a u m d e t e r m i n a d o tipo d e lodo;

• A v a l i a r p a r a m e t r o s cineticos.

A d e t e r m i n a g a o d o grau d e estabilidade d e u m lodo a n a e r o b i o e u m teste d e laboratario. O m e t o d o e u m a m e d i g a o direta da fragao d e m a t e r i a l o r g a n i c o b i o d e g r a d a v e l q u e e s t a p r e s e n t e no lodo, atraves d e u m a m e d i g a o diaria d e m e t a n o ate o lodo alcangar a respiragao e n d o g e n a N a s c i m e n t o et al. ( 2 0 0 1 ) .