II-059 COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DE REATORES TIPO EGSB AERÓBIO E ANAERÓBIO TRATANDO ESGOTOS DOMÉSTICOS

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1 II-59 COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DE REATORES TIPO EGSB AERÓBIO E ANAERÓBIO TRATANDO ESGOTOS DOMÉSTICOS Ricardo Frederico de Melo Arantes (1) Engenheiro Civil pela Universidade Federal de Pernambuco. Mestre em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos pela Universidade Federal de Pernambuco. Mario Takayuki Kato Eng. Civil formado pela UFPR. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC/USP. PhD em Tecnologia Ambiental pela Universidade Agrícola de Wageningen, Holanda. Chefe do Laboratório de Saneamento Ambiental da UFPE. Prof. Adjunto do Depto. Eng. Civil, Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE. Lourdinha Florencio Engª. Civil formada pela UFPE. Mestre em Hidráulica e Saneamento pela EESC/USP. PhD em Tecnologia Ambiental pela Universidade Agrícola de Wageningen, Holanda. Coordenadora da Área de Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos do Mestrado em Engenharia Civil (UFPE), Centro de Tecnologia e Geociências da UFPE. Endereço (1) : Av. Acadêmico Hélio Ramos, S/N Cidade Universitária Recife PE.Fone: (**81) / Fax: (**81) / arantes@npd.ufpe.br; kato@npd.ufpe.br. RESUMO A crescente necessidade do tratamento de esgotos sanitários exige da engenharia a procura por sistemas que venham a tornar viável a sua implementação. Os reatores tipo EGSB advém da necessidade de aperfeiçoar sistemas já consolidados, como os reatores tipo UASB. Diversas pesquisas comprovaram a viabilidade do uso do EGSB para efluentes industriais com uma fração preponderante de DQO solúvel. Com o objetivo de se avaliar o desempenho de reatores tipo EGSB para o tratamento de esgotos domésticos, foram operados em escala piloto, dois reatores piloto na estação de tratamento de esgoto da Mangueira durante 444 dias. O reator anaeróbio operou com TDH, de 8 e 4 horas. Com TDH de 8 horas obteve-se no efluente concentração de DQO bruta de 93 mg/l e para o TDH de 4 horas, 85 mg/l. A eficiência de remoção de DQO filtrada em ambas as fases esteve próxima de 75%, para COV máxima de 1,78 g DQO/L.d. A concentração de SST esteve sempre abaixo de 3 mg/l, com uma concentração de 15 mg/l na última fase. O reator aeróbio operou sempre com um TDH de 8 horas. A concentração de DQO no afluente foi de 25 mg/l na primeira fase, quando o reator apresentou no efluente, concentrações de DQO bruta de 78 mg/l e de DQO filtrada de 44,6 mg/l. A eficiência de remoção de DQO bruta foi de 69 % e de 82 % para a DQO filtrada, operando com uma COV de,64 g DQO/L.d. A concentração de SST foi de 27 mg/l no efluente. A nitrificação resultou em concentrações de nitrato da ordem de 3 mg/l, porém ocorreu por um curto período, inviabilizando a posterior remoção completa de nitrogênio, em reator anaeróbio seqüencial, devido a problemas operacionais PALAVRAS-CHAVE: Esgotos Domésticos, Reatores EGSB, Remoção de DQO, Remoção de Nitrogênio. INTRODUÇÃO A necessidade de implantação de sistemas de coleta e tratamento de esgotos é básica, tanto em países desenvolvidos, como em países subdesenvolvidos. Estes últimos, devido aos poucos recursos que são destinados ao saneamento básico e da relativa deficiência de profissionais habilitados na área, tornam viáveis apenas a implantação de sistemas com baixo custo de implantação e operação e que apresentem resultados satisfatórios relativos à eficiência de remoção de poluentes. Alguns sistemas, quer sejam aeróbios ou anaeróbios, necessitam de um pós-tratamento para se adequarem às legislações ambientais vigentes no local de lançamento. A exigência dos órgãos que fiscalizam as ações causadas pelo homem sobre o meio ambiente, não se referem apenas à diminuição nos níveis de lançamento de matéria orgânica, mas de nitrogênio e fósforo (que causam problemas como a eutrofização) e de organismos patogênicos. A demanda por sistemas compactos de tratamento, que minimizem os custos e ofereçam resultados favoráveis é também cada vez maior. ABES Trabalhos Técnicos 1

2 A difusão dos modernos reatores anaeróbios deve-se à alta eficiência, ao baixo custo de implantação e operação, baixa geração de lodo, simplicidade operacional, resistência a choques de cargas hidráulicas e orgânicas, baixa demanda de área e à produção de metano, que é um gás combustível, que pode ser reaproveitável. Apesar da alta eficiência comprovada dos reatores UASB, alguns problemas operacionais ainda são encontrados, como é o caso da ocorrência de curto-circuitos hidráulicos, zonas mortas, entre outros. O reator EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) surgiu da necessidade contínua de aperfeiçoamento dos atuais sistemas existentes. A utilização de reatores tipo EGSB para o tratamento de águas residuárias, tem sido basicamente para esgotos solúveis e de concentrações baixas em termos de DQO. O EGSB foi desenvolvido a partir dos reatores UASB, com o objetivo principal de melhorar o contato esgoto-biomassa durante o tratamento, pela expansão da manta de lodo e intensidade de mistura hidráulica (KATO et al, 1994). Através de sua relação altura/diâmetro, que pode ser até maior que 2, obtêm-se uma maior velocidade ascensional, no qual provoca um maior contato entre a biomassa, que se desenvolve no reator em geral sob a forma de grânulos, e o substrato. Neste reator a biomassa cresce sem que se necessite a utilização de algum material suporte, como no caso de reatores de leito expandido ou fluidificado. Devido a estas características, consegue-se minimizar os efeitos de fluxos preferenciais, curto-circuitos e zonas mortas. Uma maior velocidade ascensional pode ser conseguida através da recirculação do efluente. Esta recirculação garante ainda a diluição de esgotos que eventualmente possuam compostos tóxicos em concentrações elevadas, e que possam ser perigosos para a atividade bacteriana (Zouthberg and Been, 1997). Suas condições hidrodinâmicas são mais favoráveis à utilização para esgotos predominantemente solúvel, porém diversos estudos foram desenvolvidos com a utilização de reatores EGSB para o tratamento de esgotos menos solúveis como é o caso de resíduos de um matadouro (Nunez and Martinez, 1999), que possuía uma fração solúvel entre 4 e 6% em termos de DQO. O presente trabalho tem por finalidade avaliar o desempenho de dois reatores do tipo EGSB, um anaeróbio e outro aeróbio, para o tratamento de esgotos domésticos, tendo uma maior ênfase para a remoção de DQO e de SS, e avaliar a sua possibilidade de usar ambos para o pós-tratamento, para a remoção de nitrogênio. MATERIAIS E MÉTODOS O aparato experimental utilizado foi instalado na Estação de Tratamento de Esgoto da Mangueira, situado no bairro de mesmo nome, na cidade do Recife. Esta estação é operada pela COMPESA Companhia Pernambucana de Saneamento. Neste experimento, foram utilizados dois reatores EGSB, sendo um anaeróbio e outro aeróbio para o tratamento de esgoto bruto. O esgoto era coletado após a caixa de areia da ETE e conduzido por gravidade até um container localizado na estação piloto. A câmara de digestão era composta por um tubo de PVC revestido externamente com fibra de vidro, de 2 mm de diâmetro interno e 5, m de altura, no qual foram dispostas 1 torneiras para coleta de amostras ao longo do reator. O volume reativo era de 157,5 L. O coletor do biogás era ligado a uma tubulação externa para permitir o escape de gás para a atmosfera ou medidor. No 334º dia foi trocado o decantador por outro modelo. Os reatores anaeróbio e aeróbio eram alimentados cada um através de uma bomba Flender ATB Loher RFT,6/2 71R. O suprimento de ar no reator aeróbio era assegurado por um compressor fabricado pela Metalúrgica SCHULZ MS 3,6/2C de,5 CV de 1 estágio. O ar era injetado na base do corpo do EGSB através de um difusor de aço sinterizado e atravessava o leito em fluxo ascendente, em sentido co-corrente com o esgoto. O controle da vazão de ar foi assegurado por um rotâmetro fabricado pela AGA, escala de leitura de 1 a 15 L/min. Durante os primeiros 246 dias de experimento, o reator aeróbio operou com esse rotâmetro que apresentava uma escala não apropriada para o estudo. A partir desse dia foi instalado um novo rotâmetro fabricado pela CONAUT, modelo MOD 42 com escala de leitura de 1 a 1 L/min. Esse novo rotâmetro foi instalado e acoplado em um balão de oxigênio hermeticamente fechado, com o intuito de armazenar o oxigênio proveniente do compressor, para que não ocorresse um maior número de disparos deste. 2 ABES Trabalhos Técnicos

3 Neste experimento, com o intuito de se avaliar a remoção de nitrogênio e matéria orgânica, o objetivo inicial seria a da utilização do reator anaeróbio para a desnitrificação e metanogênese simultânea e o aeróbio para a nitrificação. O esquema representativo do experimento é apresentado na Figura 1. Figura 1: Representação esquemática do experimento. MEDIDOR DE GÁS EFLUENTE EFLUENTE MEDIDOR DE GÁS NaOH 7,5 % 6, m BOMBA PERISTÁLTICA ESGOTO BRUTO BOMBA PERISTÁLTICA V = 2 L R. ANAERÓBIO R. AERÓBIO NITRIFICAÇÃO AFLUENTE Porém com problemas relacionados à taxa de aeração, não ocorreu a recirculação no experimento 2, e com isto não se verificou a remoção completa do nitrogênio. Desta forma, os reatores operaram com TDH de 8 horas e velocidade ascesnional (Vasc) de,64 m/h. O reator anaeróbio a partir do dia 16 de outubro de 2 operou com TDH de 4 horas e Vasc de 1,25 m/h. A avaliação dos resultados analíticos apresentados neste estudo foi realizada através das séries temporais dos parâmetros DQO, SST, N-NTK, N-NH + 4, N-NO - - 2, N-NO 3 e da remoção de DQO e SS em função das diversas condições aplicadas ao reator. As amostras eram coletadas 3 vezes na semana, de forma simples, às 8 horas da manhã. Após a lavagem dos frascos de 2 litros, eram levados para o laboratório do LSA Laboratório de Saneamento Ambiental, que se encontra no Campus da Universidade Federal de Pernambuco. O papel de filtro utilizado para a análise de SST tinha uma porosidade de,45m. Durante os primeiros 274 dias de experimento, a análise da DQO filtrada era com o papel de filtro de,45m, e após este dia com o filtro de 1,2m. As demais análises foram feitas de acordo com o Standard Methods (AWWA/APHA/WEF, 1995). ABES Trabalhos Técnicos 3

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados apresentados foram obtidos durante 445 dias de operação, os quais corresponderam diferentes épocas do ano ou a diferentes fases operacionais. As cargas orgânicas foram variáveis durante este período, sendo em parte devido às mudanças na concentração do afluente, ou à variação de vazão, em decorrência das condições hidrodinâmicas impostas aos reatores. A Tabela 1 apresenta os valores encontrados para os principais parâmetros do afluente aos reatores pilotos. Tabela 1 Principais parâmetros do afluente aos reatores pilotos Fase Parâmetros Média Máxima Mínima DP T (ºC) 29, ,6 ph - 6,6 7,9-1 DQO* SS* N-NTK* N-NH3* T (ºC) 3, , ph - 6,8 7,1-2 DQO* SS* N-NTK* N-NH3* Fase 1: Reator anaeróbio: TDH = 8 h e reator aeróbio: TDH = 8 h Fase 2: Reator anaeróbio: TDH = 4 h e reator aeróbio: TDH = 8 h, após a perda de sólidos com o efluente * (mg/l) DP = Desvio padrão Nas duas fases, tanto no reator anaeróbio como no reator aeróbio, a temperatura média do afluente esteve numa faixa bastante elevada, com uma variação pequena entre os valores, como comprovado pelo baixo valor do desvio padrão. Apesar da cidade do Recife apresentar um índice de precipitação pluviométrico bastante alto durante o ano de pesquisa, a menor temperatura indicada foi de 25ºC. O ph esteve na faixa da neutralidade, com menor valor de 6,6 e maior de 7,91, o que demonstra que o esgoto afluente à estação é praticamente de origem exclusiva doméstica. A concentração média de DQO afluente aos reatores pilotos se encontram abaixo dos valores encontrados por FLORENCIO et al (2), que estudaram o desempenho do reator UASB da estação de tratamento de esgotos da Mangueira, que recebe o mesmo afluente utilizado nos reatores pilotos. O valor médio encontrado por FLORENCIO et al (2) para a DQO bruta foi 563 mg/l, enquanto que para os reatores, os valores encontrados foram de 25 e 22 mg/l para a 1ª e a 2ª fase, respectivamente. Os menores valores para a DQO bruta encontrado neste experimento, devem-se a perda de sólidos decorrentes do processo de canalização do esgoto bruto afluente da estação até o container de alimentação dos reatores. No próprio container, devido a baixa vazão de alimentação dos reatores (19,68 L/h e 39,375 L/h para os TDH de 8 e 4 horas, respectivamente), resultou em uma grande parte dos sólidos suspensos afluente se depositando no fundo do container, não sendo, portanto, encaminhado para os reatores. Com a perda dos sólidos suspensos, a concentração da DQO bruta afluente aos reatores pilotos se aproxima da DQO filtrada afluente ao reator UASB em escala real. Desta forma, os reatores piloto operaram com concentrações bastante baixas de DQO afluente. Devido aos valores do TDH de ambos os reatores, a carga orgânica volumétrica aplicada ao reator esteve bastante baixa, relacionado com valores conhecidos de COV aplicada a reatores do tipo EGSB. O reator aeróbio operou com uma COV média de,64 g DQO/ L.d e com um valor máximo de 1,78 g DQO/ L.d, o que é ainda um valor bastante discreto. Para o reator anaeróbio, durante a primeira fase, os valores encontrados para a COV média e máxima são os mesmos encontrados para o reator aeróbio, o que mostra que a máxima COV 2 ABES Trabalhos Técnicos

5 aplicada ao reator aeróbio aconteceu quando os dois reatores operavam com um mesmo TDH. Para a segunda fase de operação do reator anaeróbio, a COV média e máxima foram respectivamente, 1,26 e 2,51 g DQO/L.d. A concentração média de SST no afluente esteve abaixo da encontrada por FLORENCIO et al (2), o qual encontrou valor médio de 24 mg/l. A concentração média no afluente dos reatores piloto foram de 15 mg/l para a 1ª fase e 11 mg/l para a 2ª fase. A concentração de NTK no afluente variou de 6 a 834 mg N-NTK/L. As concentrações médias foram de 33 e 36 mg N-NTK/L para a 1ª e 2ª fase, respectivamente. DESEMPENHO DOS REATORES DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO Durante a partida do reator aeróbio, devido à alta carga de oxigênio ao qual o mesmo foi submetido, ocasionou-se uma grande perda de sólidos e consequentemente na lavagem do lodo adicionado. Esta perda é mostrada na Figura 2a, onde é apresentado o gráfico de DQO do esgoto afluente bruto e da DQO efluente bruta dos dois reatores. Uma perda de sólidos no 37º dia, causou a necessidade de uma nova partida no reator, sendo desta vez diminuído a vazão de ar na entrada do sistema. Esta perda de sólidos se deveu à utilização de um rotâmetro inadequado, que não apresentava uma escala apropriada para o experimento. Após a nova partida, o reator aeróbio entrou em fase estacionária a partir do 88º dia, quando apresentou concentrações efluentes de DQO bruta sem a ocorrência de perdas de sólidos em grande quantidade e com uma estabilidade considerável. No 246º dia, um novo rotâmetro foi instalado, o que representou um maior controle na aeração do reator. O reator aeróbio esteve operando com uma estabilidade bastante apreciável até o 338º dia, quando uma nova perda de sólidos ocasionou uma nova lavagem de lodo no reator. Durante esta fase, a DQO efluente bruta média foi de 78 mg/l, o que representa uma eficiência de remoção média de 68,7%. O reator anaeróbio operando com um TDH de 8 horas, não apresentou problemas com perda de sólidos, entrando em regime estacionário a partir do 51º dia. Durante esta fase, este reator apresentou uma concentração média de DQO bruta do efluente de 93 mg/l, o que representa uma eficiência média de remoção de DQO bruta de 63%. A velocidade ascensional utilizada neste período (,64 m/h) é característica de reatores UASB, tendo o mesmo funcionando praticamente como tal. Durante a 2ª fase de operação, o reator aeróbio operou com o mesmo TDH da 1ª fase, porém com a perda de sólidos ocorrida no 338º dia e com os diversos problemas operacionais que ocorreram posteriormente a esta data, o reator operou com uma certa instabilidade. A concentração média de DQO bruta no efluente, durante esta etapa foi de 17 mg/l, o que indicou uma eficiência média de 47 % na remoção de DQO bruta. O reator anaeróbio durante este último período operou com um TDH de 4 horas e não demonstrou um decréscimo significativo na eficiência de remoção de DQO bruta. Neste período, a concentração média de DQO bruta no efluente foi de 85 mg/l, apresentando uma eficiência de remoção de 58%. Apesar da diminuição numérica na eficiência de remoção da DQO bruta, a média da concentração efluente esteve menor que o da etapa anterior. Nesta última fase, o reator operou com uma velocidade ascensional de 1,25 m/h, que é uma velocidade acima da máxima citada por CHERNICHARO (1997), para reatores UASB. Isto demonstra que mesmo com a concentração afluente de DQO abaixo da primeira fase, com um aumento na mistura hidráulica dentro do reator EGSB, a degradação da matéria orgânica apresentou um valor maior que na primeira fase. ABES Trabalhos Técnicos 5

6 Figura 2 Concentração de DQO total e filtrada e eficiência de remoção de DQO Fase 1.1 ( a ) Fase 1.2 DQO(mg/L) DQO af total 135 DQO ef total R2 12 DQO ef total R ( b ) 1 8 Efic. DQO bruta R2 Efic. DQO bruta R3 Eficiência(%) ( c ) DQO af total DQO ef filtrada R2 DQO(mg/L) DQO ef filtrada R3 15 ( d ) 1 8 Eficiência(%) Efic. DQO filtrada R2 Efic. DQO filtrada R Na figura 2b, é apresentado a eficiência na remoção da DQO total. Nesta figura, é demonstrado que a eficiência do reator aeróbio apresentou valores altamente expressivos, principalmente nos últimos noventa dias 6 ABES Trabalhos Técnicos

7 antecedentes à perda de sólidos. Conseguiu-se remoção da ordem de 9% de DQO total, operando com o reator aeróbio. Para o reator anaeróbio, problema de mesmo vulto não ocorreu, devido à alta estabilidade apresentada. Apenas no 431º dia, devido a uma baixa concentração de DQO afluente (1 mg/l), o reator apresentou um efluente com uma concentração de 15 mg DQO/L. Este fato pode ser atribuído a erros analíticos e também ao fato de sendo a coleta de forma simples, nem sempre pode representar um valor significativo, principalmente pela alta variabilidade na concentração de esgotos domésticos afluentes às estações de tratamento de esgotos. A Figura 2c mostra o desempenho dos reatores EGSB, relacionado com a concentração de DQO filtrada. A remoção de DQO filtrada no reator aeróbio apresentou dois valores distintos nestas duas fases. No 1º período, o reator apresentou uma concentração média de DQO filtrada de 45 mg/l, o que representou uma eficiência média de remoção de DQO filtrada de 82%. Na 2ª etapa, a eficiência de remoção de DQO filtrada foi de 69%, apresentando uma concentração média de 62 mg/l. Devido à instabilidade operacional do reator, a remoção da DQO dissolvida sofreu uma diminuição significativa. O reator anaeróbio não apresentou variação significativa na eficiência de remoção da DQO filtrada. Enquanto esteve com um TDH de 8 horas, a concentração média de DQO filtrada foi 59 mg/l, representando 77 % de eficiência de remoção. Com a mudança do TDH para 4 horas, a eficiência média de remoção foi de 75 %, apresentando uma concentração média de DQO filtrada de 5 mg/l. Com esta diminuição do TDH e consequentemente melhora no contato entre a biomassa e o substrato orgânico, uma diminuição na concentração média da DQO filtrada foi notada. Devido à diminuição na concentração da DQO afluente, o valor da eficiência não sofreu alteração significativa, apresentando um valor médio bastante próximo ao da primeira fase. Este fato também pode ser atribuído à troca que ocorreu no decantador, quando ocorreu a mudança do TDH, o qual foi aperfeiçoado com o objetivo principal de conseguir uma maior retenção da biomassa ativa dentro do reator. A figura 2d apresenta a eficiência de remoção para a DQO filtrada. Para o reator aeróbio, é apresentado duas etapas bem distintas: na primeira fase, o reator apresenta uma alta eficiência de remoção da DQO filtrada, estando durante quase todo o tempo com valores acima do reator anaeróbio. Após a ocorrência da perda de sólidos, a eficiência do reator decai notadamente e apresenta valores abaixo dos demonstrados anteriormente. Porém durante praticamente quase todo o tempo de experimento, o reator aeróbio sempre apresentou valores de remoção da DQO filtrada acima de 6%. SÓLIDOS SUSPENSOS TOTAIS O reator anaeróbio apresentou uma alta viabilidade na remoção dos SST durante todo o tempo de experimento. Durante a primeira fase, operando com um TDH de 8 h, a concentração média de SST no efluente do reator anaeróbio foi de 24 mg/l. Com o aumento da carga orgânica, o reator ainda assim mostrou-se bastante eficiente na remoção dos SST, diminuindo a concentração no efluente para um valor de 15 mg/l. A diminuição do TDH, novamente comprovou a eficácia do reator EGSB no tratamento de esgotos de baixa concentração, como é o caso dos efluentes domésticos. Com a troca do decantador no 334º dia, o reator apresentou uma melhora relevante na remoção dos SST, fato este demonstrado pela diminuição significativa na concentração no efluente. A Figura 3a apresenta a concentração de SST nos dois reatores EGSB. A Figura 3b mostra o gráfico dos percentis em relação às concentrações de SST, durante a primeira fase do experimento. A alta estabilidade do reator anaeróbio é comprovada na verificação de que praticamente 75% das concentrações de SST estiveram abaixo de 3 mg/l, que é uma concentração aceita em locais de legislação mais rigorosa. Para a segunda fase, os resultados foram ainda melhores, obtendo um índice de 9% dos resultados abaixo da concentração de 3 mg/l (Figura 3c), e 1% dos resultados com concentrações abaixo de 4 mg/l. O reator aeróbio, mesmo apresentando diversas vezes uma concentração de SST abaixo das encontradas no reator anaeróbio, obteve como concentração média 27 mg/l na 1ª fase e 3 mg/l na fase posterior. Estes valores são resultados da maior instabilidade proporcionada pelo sistema, o qual é verificado na Figura 3a, onde picos de concentrações de SST são explicitados durante o tempo de experimento. No 34º dia, ocorreu a perda de sólidos, o que caracteriza o início da segunda fase para o reator aeróbio. Outros picos de SST no ABES Trabalhos Técnicos 7

8 efluente também são detectados durante a pesquisa. Um dos motivos que pode ser explicado para a ocorrência de tais fenômenos, é a utilização de bolhas de maior porte no reator (as bolhas eram injetadas diretamente na parte inferior do reator). Estas bolhas poderiam se agregar na biomassa suspensa e serem liberadas posteriormente de forma abrupta, provocando a lavagem do lodo. A menor susceptibilidade do reator aeróbio na remoção de SST em relação ao reator anaeróbio, pode ser comparado nas Figuras 3b e 3c. Apenas 55% das concentrações efluentes de SST estiveram abaixo de 3 mg/l, durante a 1ª fase de operação do reator aeróbio. Na segunda fase, um aumento para 65% dos valores, se conseguiu na operação, mesmo com a ocorrência do pico inicial. Figura 3 Concentração de SST nos reatores aeróbio e anaeróbio e percentis dos SS nas duas fases de operação. ( a ) SSefluente (mg/l 3 27 SST do R2 24 SST do R ( Tempo(d) b ) SST (mg/l) Reator Aeróbio Reator Anaeróbio Percentis (%) ( c ) SST (mg/l) Reator Aeróbio Reator Anaeróbio Percentis (%) NITRIFICAÇÃO Durante os primeiros 246 dias de experimento da 1 a fase, o reator aeróbio não apresentou nenhuma nitrificação. Nesta fase, nos primeiros 3 dias, apresentou perda significativa de biomassa, ocasionando uma nova partida do 8 ABES Trabalhos Técnicos

9 reator. Vários ensaios de medida de oxigênio dissolvido foram feitos durante o experimento, em determinados pontos do reator, sendo que a concentração era abaixo de,4 mg O 2 /L. Desta forma, devido à baixa concentração de OD no reator, não foi possível o início da nitrificação no reator, atribuindo-se todo o oxigênio como sendo consumido pelas bactérias heterotróficas para a degradação da matéria orgânica. Com a instalação do rotâmetro novo no 223º dia, com escalas para vazão de ar de 1 a 1 L/h, foi possível uma melhor aeração que resultou no processo de nitrificação no reator. Um aumento na concentração de nitrito, da ordem de 1 a 4 mgn/l, comprovou o início do processo. A Figura 4c apresenta o início do processo de nitrificação, relacionado com o aumento na concentração de nitrito no efluente do reator aeróbio. Figura 4 Concentração de amônia, nitrito e nitrato no reator EGSB aeróbio ( a ) 75 Afluente 6 Efluente mgn-nh3/l ( b ) mg N-NO 2 - /L Afluente Efluente ( c ) mgn-no3/l 3 Afluente 25 Efluente Tempo(d) Durante o início do processo de nitrificação, as bactérias Nitrosomonas apresentaram uma maior atividade, comprovada pelo aumento na concentração de nitrito como visto na Figura 4b, durante o 246º e 262º dia. Após ABES Trabalhos Técnicos 9

10 o 262º dia, elevou-se a concentração de nitrato devido ao crescimento das bactérias Nitrobacter, completando o processo de nitrificação no reator. Durante esta 2 a fase, as concentrações de DQO afluente ao reator piloto, foram excepcionalmente baixas, em virtude das constantes e fortes precipitações na região metropolitana do Recife (agosto/setembro 2). Em função disto, notou-se concentrações de nitrato de até 3 mgn/l. Atribui-se isso ao oxigênio dissolvido presente no reator que foi utilizado pelas bactérias nitrificantes sem maior competitividade com as bactérias heterotróficas, para a oxidação do nitrogênio amoniacal. A concentração de amônia no efluente do reator aeróbio, apresentou resultados bastante satisfatórios dentro deste período, comprovando a sua oxidação pelas bactérias nitrificantes. A Figura 4a apresenta a concentração de amônia durante o período do experimento. Desta forma, o reator EGSB torna possível que ocorra a remoção total do nitrogênio, se recirculado para o reator anaeróbio. A concentração de OD no efluente do reator aeróbio, após o controle de aeração, aumentou significantemente, obtendo-se em média um efluente com 4 mg O 2 /L. Assim, o reator EGSB mostrou-se passível também ao desenvolvimento, apesar dos poucos dados relativos a remoção de amônia. Com a perda de lodo ocorrida no 34º dia, com a possível perda de bactérias nitrificantes, o processo de nitrificação cessou e partir deste dia não mais ocorreu. Outros problemas que aconteceram posteriormente, como a queima do motor do compressor, fizeram com que o processo não ocorresse novamente. Isto é evidenciado pelo gráfico 4b. CONCLUSÕES Com base no trabalho realizado, concluiu-se que: As concentrações de DQO bruta e encontradas para o afluente foram 25 e 22 mg/l para as duas fases, o qual foram menores que os encontrados por FLORENCIO et al (2), estudando os esgotos da mesma estação, que foi de 563 mg/l. As concentrações de SST encontradas neste experimento foram de 15 e 11 mg/l, nas duas fases, enquanto FLORENCIO et al (2) encontrou um valor médio de 24 mg/l. Este fato, provavelmente deve-se a decantação que ocorreu no container de alimentação dos reatores. O reator aeróbio operou com uma alta carga de oxigênio na partida, que ocasionou a perda do lodo inicial. Após a nova partida o reator entrou na fase estacionária a partir do 88º dia, apresentando valores bastante aceitáveis até o 338º dia para DQO bruta e filtrada, sendo estes de 78 mg/l e 45 mg/l, respectivamente. Após este dia o reator operou novamente com uma certa instabilidade devido a problemas operacionais. Durante a primeira fase, obteve-se eficiência de remoção de DQO bruta e filtrada de 68,7% e 82,1%, respectivamente. O reator aeróbio apresentou na primeira fase, uma concentração de 27 mg/l para SST, comprovando a alta remoção de sólidos nos reatores EGSB. O reator anaeróbio entrou em fase estacionária a partir do 51º dia, apresentando um efluente com DQO bruta e filtrada de 93 e 59 mg/l para um TDH de 8 horas e 85 e 5 mg/l, respectivamente para um TDH de 4 horas. Durante esta fase o reator operou com velocidade ascensional de,64 m/h, o que praticamente funcionando como um reator UASB. A eficiência na remoção de DQO bruta foi de 63 e 58% para os TDH de 8 e 4, respectivamente. O reator anaeróbio apresentou eficiência próxima de 75% em remoção de DQO filtrada para os dois períodos de pesquisa. Na última fase, o reator operou com uma velocidade de 1,25 m/h, o qual se encontra acima da faixa para a máxima vazão para um reator UASB, segundo CHERNICHARO (1997). O reator anaeróbio apresentou uma alta capacidade na remoção dos SST durante todo o tempo de experimento. A concentração média esteve sempre abaixo de 3 mg/l, apresentando um efluente de até 15 mg SST/L para um TDH de 4h. Este resultado comprova a melhora decorrente do aumento da velocidade ascensional, que neste caso foi de,64 para 1,25 m/h. A nitrificação desenvolveu-se apenas após o 246º dia, mas devido a problemas operacionais no reator aeróbio, durou até o 34º dia. Concentrações próximas a 3 mg N-NO 3 - /L foram detectadas no efluente do reator anaeróbio. Devido a problemas operacionais não foi possível a remoção completa do nitrogênio, através da recirculação para o reator anaeróbio. 1 ABES Trabalhos Técnicos

11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. AWWA/APHA/WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater. 19th edition. Washington, CHERNICHARO, C. A. L. Reatores anaeróbios. Departamento de engenharia sanitária e ambiental da Universidade Federal de Pernambuco, DESA UFMG FLORENCIO, L.; KATO, M. T. e MORAIS, J. C. Domestic sewage treatment in Mangueira full-scale plant at Recife, VI OFICINA E SEMINÁRIO LATINO-AMERICANO DE DIGESTÃO ANAERÓBIA. 2. Anais. Recife PE, JEISON, D. e CHAMY, R. Comparison of the behaviour of expanded granular sludge bed (EGSB) and upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors in dilute and concentrated wastewater treatment. Water Science and Techonolgy, 4 (8), KATO, M. T.; FIELD, J. A.; VERSTEEG, P. e LETTINGA, G. Feasibility of expanded granular sludge bed reactors for the anaerobic treatment of low strenght soluble wastewaters. Biotechnology Bioengineering, 44, LETTINGA, G.; FIELD, J.; VAN LIER, J.; ZEEMAN, G. e HULSHOFF PLO, L. W. Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future. Water Science and Technology, 35 (1), ÑUNEZ, L. A. e MARTÍNEZ, B. Anaerobic treatment of slaughterhouse wastewater in an expanded granular sludge bed (EGSB) reactor. Water Science and Technology, 4 (8), ZOUTBERG, G. R. e DE BEEN, P. The Biobed (expanded granular sludge bed) system covers shortcomings of the upflow anaerobic sludge blanket reactor in the chemical industry. Water Science and Technology, 35 (1), ABES Trabalhos Técnicos 11