AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE UM SISTEMA UASB/FILTRO ANAERÓBIO OPERANDO EM REGIME HIDRÁULICO TRANSIENTE

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1 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE UM SISTEMA UASB/FILTRO ANAERÓBIO OPERANDO EM REGIME HIDRÁULICO TRANSIENTE Márcia Maria Silva Casseb (1) Graduada em Engenharia Civil pela PUC de Minas Gerais (1987), Especialista em Planejamento Territorial e Urbano pela PUC de Minas Gerais e Universidade de Bolonha, Itália (1990). Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pelo DESA- UFMG Escola de (1996). Atualmente integrante da equipe técnica da ECODINÂMICA e da COBRAPE. Carlos Augusto de Lemos Chernicharo Engenheiro Civil, Especialista e Mestre em Engenharia Sanitária pela UFMG, Doutor em Engenharia Ambiental pela Universidade de Newcastle upon Tyne (Inglaterra). Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFMG. Consultor na área de controle da poluição das águas. calemos@net.em.com.br. Endereço (1) : Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - Universidade Federal de Minas Gerais - Av. do Contorno, o andar - Centro - Belo Horizonte - MG - CEP: Tel: (031) casseb@bis.com.br. RESUMO O presente trabalho apresenta os resultados de um estudo exploratório do sistema de tratamento de esgotos UASB/Filtro Anaeróbio, em escala piloto, quando submetidos à variação da vazão afluente. Os estudos duraram 7 dias, tendo sido analisadas amostras compostas a partir de coletas horárias de amostras simples. Durante este período, foi simulado em laboratório um hidrograma típico de variação de vazão para os dois reatores. Os parâmetros monitorados foram DQO e SS. Submetido à variação de vazão, o sistema UASB/FA removeu DQO de forma satisfatória, reduzindo a concentração afluente a uma DQO efluente média de 110mg/L A eficiência global na remoção de DQO esteve sempre acima da eficiência obtida pelo reator UASB. A concentração de sólidos suspensos no efluente do sistema atingiu em média 21mg/L, resultado comparável a padrões. Observou-se que nos períodos em que o reator UASB apresentou maiores perdas de sólidos, o FA se comportou efetivamente como uma unidade de póstratamento, principalmente no amortecimento de cargas transientes. PALAVRAS-CHAVE: Filtro Anaeróbio, Tratamento Anaeróbio de Esgotos, Reator UASB, Pós-Tratamento. 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1009

2 INTRODUÇÃO Diante do inexpressivo quadro de tratamento de esgotos no Brasil (menos de 90% dos esgotos gerados) e em Minas Gerais (menos de 98% dos esgotos gerados), diversas pesquisas vêm sendo realizadas no âmbito do DESA/UFMG buscando o aperfeiçoamento de tecnologias atrativas de tratamento, de forma a possibilitar a concretização da recuperação das coleções hídricas de Minas Gerais e do país, já bastante comprometidas com sua utilização para a diluição de despejos sanitários. O Reator Anaeróbio de Manta de Lodo (UASB) pertence à classe de reatores denominados RAFA (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente), e consiste de um processo biológico de tratamento com crescimento disperso. Seu projeto é muito simples e não demanda a implantação de qualquer equipamento sofisticado ou de meios suporte para a retenção da biomassa. O processo foi desenvolvido inicialmente para o tratamento de esgotos concentrados e sua aplicação para o tratamento de esgotos de baixa concentração tem apresentado resultados bastante promissores. No entanto, ainda são importantes e necessárias as pesquisas em escala laboratorial e piloto, a fim de que o processo seja melhor avaliado e o seu projeto otimizado. O Filtro Anaeróbio, utilizado nesta pesquisa como polimento do efluente do reator UASB é também uma tecnologia simples e de baixo custo, com algumas vantagens quanto à operação e manutenção. O meio suporte utilizado no filtro piloto foi a escória de alto-forno, que é um material obtido na indústria siderúrgica no processo de redução do minério de ferro, sendo um rejeito siderúrgico abundante em Minas Gerais. Um fator importante ainda a ser explorado em pesquisas mais aprofundadas é o comportamento do reator UASB quando submetido à variação de vazão afluente. Em recente pesquisa coordenada pelo Eng o Andrade Neto (1994), que avaliou sistemas de baixo custo para tratamento de águas residuárias, foram feitas várias considerações à respeito do comportamento de reatores UASB operando em escala real no país, quando submetidos a variações de vazão. O relatório final aponta diversos problemas na operação desses reatores, como carreamento do lodo para fora do reator quando ocorrem altas velocidades e adensamento do lodo no fundo com a ocorrência de baixas velocidades. Ao mesmo tempo, o relatório aponta a inviabilidade econômica da utilização de tanques de equalização de vazão e problemas relacionados à insuficiência da calha Parshal no controle da vazão e da velocidade no desarenador. Ao desenvolver estudos exploratórios sobre o comportamento de um sistema UASB/FA operando em regime transiente, este trabalho busca enriquecer as discussões sobre o tema e contribuir para aprimorar o conhecimento científico e as reais possibilidades de submeter esses reatores à variação de vazão, sem o comprometimento do processo de tratamento. METODOLOGIA Alimentação de Esgotos 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1010

3 A pesquisa apresentada neste trabalho foi desenvolvida no LIP - Laboratório de Instalações Piloto do DESA. Conforme apresentado na figura 1, os esgotos brutos bombeados diretamente do interceptor da margem direita do ribeirão Arrudas, em Belo Horizonte, antes de alimentarem o reator, passavam por unidades de retenção de sólidos grosseiros e areia, sendo encaminhados em seguida para um tanque de acumulação/distribuição, equipado com eletrodos de controle de nível. Tais eletrodos permitiram a automação do sistema de bombeamento. Figura 1.- Desenho esquemático da alimentação de esgotos do LIP. 1 - INTERCEPTOR 2 - ELEVATORIA DE ESGOTO BRUTO (EQUIPADA COM BOMBA SUBMERSIVEL) 3 - TUBULACAO DE RECALQUE ( 1,1/2") 4 - CESTO COLETOR P/ MATERIAL GROSSEIRO 5 - DESARENADOR 6 - CALHA PARSHALL W"1" 7 - CAIXA DE DESTRIBUICAO / ACUMULACAO (EQUIPADA COM ELETRODOS DE CONTROLE DE NIVEL) 8 - REGULADOR DE VAZAO 9 - TUBULACAO DE ALIMENTACAO ( 3/4") 5 NAmax. 4 6 NAmin Reatores Piloto As principais características do sistema UASB/FA utilizados na pesquisa são apresentadas na Tabela 1, e os desenhos esquemáticos correspondentes são mostrados nas figuras 2 e 3. Tabela 1 - Caracterização dos reatores Piloto. Característica UASB FA Altura compartimento de entrada (m) 0,20 0,20 Altura corpo cilíndrico (m) 3,00 1,30 Diâmetro corpo cilíndrico(mm) Altura separador trifásico (m) 1,00 - Diâmetro separador trifásico(mm) Variável 300 a Altura meio suporte (m) - 1,00 Altura Total (m) 4,20 1,50 Volume útil (L) ,5 Volume total (L) ,4 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1011

4 Figura 2 - Desenho esquemático do Reator UASB. Saida do Biogas Efluente Pontos de Amostragem Afluente Figura 3 - Desenho esquemático do Filtro Anaeróbio. Biogás 30 NA Efluente Escória Alto Forno N o Pontos de Amostragem a cada 30 cm,? 1/2? Afluente 20 1 Placa Suporte Perfurada Fundo Falso 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1012

5 Características do Experimento O experimento foi desenvolvido durante um período de 7 dias, quando foram analisadas amostras compostas a partir de coletas horárias de amostras simples, sendo que as mesmas foram coletadas no intervalo de 8 às 22 horas. Foram estabelecidas vazões médias para os dois reatores, através da fixação dos TDH nos quais eles seriam operados: 8 horas para o UASB e 4 horas para o FA. Os reatores eram operados inicialmente com a vazão média (Qméd.), passando gradualmente a uma vazão máxima (Qmáx.), e posteriormente a uma vazão mínima (Qmín.). O objetivo foi simular no laboratório um hidrograma típico de variação horária de vazão de esgotos domésticos e verificar o comportamento dos reatores piloto diante dessa condição imposta. Para a coleta de amostras simples foram utilizados amostradores programáveis (ISCO 3700 Sampler e ISCO 2900 Sampler). Os parâmetros avaliados foram DQO e Sólidos Suspensos, e as análises realizadas no Laboratório de Análises Físico-químicas do DESA, de acordo com o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. A figura 4 mostra o gráfico de variação de vazão para o reator UASB. Figura 4 - Variação de vazão no reator UASB Vazão (l/h) Vazão média (l/h) 60 Vazão (l/s) Período de amostragem o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1013

6 CONCLUSÃO Os principais resultados obtidos na pesquisa são apresentados na tabela 2. Tabela 2 - Resultados do monitoramento do sistema UASB/FA. DIA DE OPERAÇÃO DQO (mg/l) SÓLIDOS SUSPENSOS (mg/l) BRUTA EFICIÊNCIA (%) AFL. EFL. EFL. UASB FA GLOBAL AFL EFL. EFL. FA UASB FA UA SB Média Submetido à variação de vazão, o sistema UASB/FA removeu DQO de forma satisfatória, reduzindo a concentração afluente a uma DQO efluente média de 110 mg/l, resultado bastante positivo para a situação apresentada, isso é, sob o efeito de vazão não equalizada, estando muito próximo do padrão estabelecido pelo COPAM - Conselho de Política Ambiental do Estado de Minas Gerias, que é de 90 mg/l. A eficiência global na remoção de DQO esteve sempre acima da eficiência obtida pelo reator UASB, podendo-se verificar uma remoção média de 78%. Observou-se uma queda da eficiência no reator UASB a partir do 5 o dia de testes, devido à perda de sólidos no efluente, sem comprometer no entanto a eficiência do conjunto UASB/FA (figura 5). Figura 5 - Resultados de DQO bruta no sistema UASB/FA Afluente Efluente UASB Efluente FA 500 DQOb (mg/l) Dia de operação 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1014

7 A concentração de sólidos suspensos no efluente do sistema atingiu em média 21mg/L, resultado comparável a padrões internacionais, e bastante inferior ao preconizado pela legislação ambiental estadual (60 mg/l). Observa-se através da análise dos dados apresentados na Tabela 2 que a partir do 5 o dia de testes o reator UASB apresenta uma perda bastante significativa de sólidos (figura 6). No entanto, a concentração de sólidos no efluente final permaneceu baixa, mostrando a importância do FA como unidade de pós-tratamento, principalmente no amortecimento de cargas transientes. Figura 6 - Resultados de Sólidos Suspensos no Sistema UASB/FA Afluente Efl. UASB Efl. FA SS (mg/l) Dia de operaçào Apesar de se tratar de teste exploratório, de curta duração, o trabalho desenvolvido busca aprofundar as discussões sobre o comportamento dos reatores quando submetidos a variação de vazão, e quanto à utilização do FA como unidade de pós-tratamento, objetivando a remoção complementar de DQO e sólidos suspensos. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de expressar seus agradecimentos às seguintes instituições e agências de fomento pelo apoio prestado durante o desenvolvimento dos trabalhos de pesquisa:? Companhia de Saneamento de Minas Gerais (COPASA-MG)? Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (DESA/UFMG)? Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq 19 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1015

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ANDRADE NETO, C.O. Pesquisa referente à experiência brasileira relativa a sistemas de baixo custo para tratamento de águas residuárias. Relatório Final, Volume 1. Caixa Econômica Federal, CASSEB, M.M.S. Avaliação do Desempenho de um Reator Aaneróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo, em escala piloto, tratando esgotos sanitários da cidade de Belo Horizonte. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Sanitaria e Ambiental, Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, CHERNICHARO, C.A.L., CAMPOS, C.M.M.. Apostila de Tratamento anaeróbio de Esgotos, DESA-UFMG, PINTO, J.S. Tratamento de esgotos sanitários através de filtro anaeróbio ascendente utilizando escórias de alto forno como meio suporte. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Sanitaria e Ambiental, Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 1016