II-382 PARTIDA DE UM SISTEMA COMBINADO FILTRO ANAERÓBIO - BIOFILTRO AERADO SUBMERSO TRATANDO ESGOTO SANITÁRIO

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1 II-382 PARTIDA DE UM SISTEMA COMBINADO FILTRO ANAERÓBIO - BIOFILTRO AERADO SUBMERSO TRATANDO ESGOTO SANITÁRIO Lígia Maria Domingues (1) Tecnóloga em Saneamento pelo Centro Superior de Educação Tecnológica da Universidade Estadual de Campinas (CESET/UNICAMP). Mestre em Saneamento e Ambiente pela Faculdade de Eng. Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas (FEC/UNICAMP). Emanuele Lima Ventura Seco Graduanda da Faculdade de Eng. Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas (FEC/UNICAMP). Bolsista de iniciação científica PIBIC-CNPq/UNICAMP. Edson Aparecido Abdul Nour Professor Doutor da Faculdade de Eng. Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas (FEC/UNICAMP) na área de Saneamento e Ambiente. Endereço (1) : Av. Orozimbo Maia, 620 ap Centro - Campinas - SP - CEP: Brasil - Tel: (19) celestte@mpcnet.com.br RESUMO Neste trabalho foi realizado o estudo da partida de um sistema combinado de tratamento biológico de esgoto sanitário, composto de filtro anaeróbio (FA) seguido de biofiltro aerado submerso (BAS), em escala de laboratório. Com o objetivo de garantir as condições ambientais essenciais para a aclimatação e o crescimento da biomassa no interior dos reatores adotou-se a estratégia de submeter o sistema a baixas cargas orgânicas e elevados tempos de detenção hidráulica. Os valores destes parâmetros operacionais foram sendo alterados gradativamente até se alcançarem os valores esperados no projeto. O funcionamento do sistema foi monitorado com o auxílio de uma rotina de análises físicas e químicas, composta de parâmetros básicos e métodos de fácil execução. A avaliação conjunta de todos resultados assim obtidos indicou o momento ideal para cada incremento na vazão afluente, além de garantir a manutenção das condições ambientais desejáveis às biomassas anaeróbia e aeróbia. Com a estratégia utilizada o sistema levou 102 dias para atingir o tempo de detenção hidráulica de projeto (8 h).o monitoramento físico-químico demonstrou que, apesar de não terem ocorrido grandes oscilações no sistema tampão do filtro anaeróbio, este exigiu mais tempo para atingir a estabilidade (em torno de 54 dias) do que sistema FA-BAS como um todo (em torno de 28 dias). PALAVRAS-CHAVE: Partida, Sistema Combinado FA-BAS, Filtro Anaeróbio, Biofiltro Aerado Submerso, Esgoto Sanitário. INTRODUÇÃO A partida dos reatores biológicos pode ser definida como o período transiente inicial, marcado por instabilidades operacionais. O controle das condições ambientais nesta fase é fundamental para se garantir a seleção dos microrganismos, sua adaptação ao meio e acelerar a formação da biomassa ativa responsável pelo tratamento do esgoto. Por outro lado, a prevalência de condições desfavoráveis pode levar a danos irreparáveis, como a rápida perda de toda biomassa formada ao longo de semanas. Em sistemas combinados esta etapa requer uma atenção maior por exigir ao mesmo tempo o controle das condições ambientais em cada reator e a avaliação do sistema como um todo. Este trabalho teve por objetivo estudar a partida de um sistema combinado filtro anaeróbio - biofiltro aerado submerso filtro anaeróbio. Por meio de uma rotina de análises dos parâmetros físicos e químicos verificou-se o atendimento das condições ambientais desejáveis para cada reator e acompanhou-se a evolução de todo sistema. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 MATERIAL E MÉTODOS O sistema combinado de tratamento objeto do estudo é composto por um filtro anaeróbio (FA) seguido de um biofiltro aerado submerso (BAS), em escala de laboratório (Figura 1), instalado no Lab. de Saneamento da Fac. de Eng. Civil, Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP. O sistema operou tratando esgoto sanitário e os resultados obtidos durante 1 ano de monitoramento embasaram a elaboração de uma dissertação de mestrado. O material empregado para a confecção dos reatores foram 2 barriletes de PVC com volume total de 10 L cada. Após o preenchimento com o meio suporte os reatores apresentaram altura útil de 20 cm e volume útil de 8 L. Nas bases foram adaptados fundos falsos perfurados, para melhor distribuição do afluente. O BAS foi dotado de dispositivo para fornecimento de ar (dois aeradores de aquário conectados a dois difusores porosos) durante todo o tempo de operação. O meio suporte empregado foram anéis de polipropileno perfurados com 1,4 cm de diâmetro por 1,5 cm de altura. Os afluentes aos reatores foram bombeados por bomba peristáltica calibrada para as vazões correspondentes aos tempos de detenção hidráulica a serem estudados. Durante todo estudo o BAS foi operado sem nenhum procedimento de lavagem e o lodo de excesso acumulado no decantador secundário foi recirculado para a entrada do sistema, misturado ao esgoto bruto. COLUNA DE SUSTENTAÇÃO BIOFILTRO AERADO SUBMERSO FILTRO ANAERÓBIO CESTOS P/ AMOSTRAGEM ESGOTO BRUTO BOMBA PERISTÁLTICA BOMBA DE AR EFLUENTE TRATADO Figura 1: esquema representativo do sistema combinado FA-BAS A etapa de partida teve início no dia 14/08/2003 com a inoculação em ambos reatores de 1,5 L de lodo de esgoto, proveniente de filtro anaeróbio que operava em escala plena na cidade de Limeira (ETE Graminha). Inicialmente o sistema foi submetido a baixas cargas orgânicas, menores que aquelas esperadas quando o desempenho máximo fosse atingido. A medida em que o sistema respondia satisfatoriamente à carga aplicada, isto é, quando seu desempenho atingia a estabilidade e a eficiência pré-estabelecidas, uma carga mais alta era então aplicada. Na prática estas variações de carga foram geradas por meio de variações crescentes nas vazões afluentes ao sistema, correspondendo a valores decrescentes de TDH, até atingir-se os valores desejados para o estudo (TDH total = 8h). As condições ambientais desejáveis adotadas para garantir a aclimatação e a manutenção da biomassa anaeróbia basearam-se nas recomendações de Lettinga (1994) e Chernicaro (1997) e estão apresentadas na Tabela 1. Para verificar o atendimento de todas estas condições e determinar o momento ideal para cada alteração de vazão estabeleceu-se uma rotina de análises dos seguintes parâmetros: ph, série de sólidos, alcalinidade total e parcial, ácidos graxos voláteis, DQO e oxigênio dissolvido. As metodologias adotadas foram as da APHA (1998), exceto para alcalinidade parcial (Ripley, 1985) e ácidos graxos voláteis (DiLallo, 1961). Para garantir o desenvolvimento da biomassa aeróbia no BAS determinou-se que a concentração de oxigênio dissolvido (OD) no efluente final deveria ser sempre 2 mg/l. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Tabela 1: Condições ambientais desejáveis no FA durante a partida do sistema e respectivos parâmetros de controle empregados no monitoramento. Parâmetro de Controle Condição desejável no FA ph Preferencialmente entre 6,8 e 7,2. Alcalinidade parcial (AP) Suficiente para manutenção do ph e equilíbrio do sistema tampão. Ácidos graxos voláteis (AGV) Sempre abaixo de 200 mg HAc/L. Valores menores que 0,30 indicam estabilidade do (AI= alcalinidade intermediária; é a diferença sistema. Valores maiores são admissíveis na partida, entre as alcalinidades total e parcial) desde que as outras condições sejam atendidas. Demanda química de oxigênio (DQO) Elevar a vazão afluente ao atingir remoção em torno de 70% na DQO RESULTADOS E DISCUSSÕES São apresentados e discutidos os resultados obtidos ao longo de 102 dias de operação do sistema. As condições operacionais aplicadas neste período estão indicadas na Tabela 2. Nas Tabelas 3, 4 e 5 apresentamse as variações de valores observadas para os parâmetros analisados. Tabela 2: Fases da partida: condições operacionais e durações Características Fase da Partida I II III Vazão 20 ml/min 25 ml/min 30 ml/min TDH (em cada reator) 7,3 h 5,9 h 4,9 h Duração 32 dias 26 dias 44 dias Tabela 3: Variação dos parâmetros durante a fase I da partida Parâmetro Faixa de variação Afluente Efluente FA Efluente BAS ph 6,8 a 7,6 6,8 a 7,8 7,1 a 8,2 AGV ( mghac/l ) 66,7 a 175,7 72,7 a 181,8 30,3 a 54,5 AT ( mgcaco 3 /L ) 250,7 a 396,2 200,6 a 401,2 80,3 a 371,2 AP ( mgcaco 3 /L ) 180,7 a 300,9 145,5 a 300,9 65,2 a 326,0-0,23 a 0,41 - SST ( mg/l ) 243,8 a 588,9 37,8 a 76,6 11,0 a 46,4 SSV( mg/l ) 62,0 a 369,7 33,4 a 70,6 10,4 a 42,9 DQO ( mgo 2 /L ) 536 a a a 211 Tabela 4: Variação dos parâmetros durante a fase II da partida Parâmetro Faixa de variação Afluente FA Efluente FA Efluente BAS ph 7,3 a 7,7 6,9 a 7,6 7,4 a 7,9 AGV ( mghac/l ) 30,3 a 151,5 54,5 a 190,1 30,3 a 54,5 AT ( mgcaco 3 /L ) 210,7 a 376,2 220,7 a 426,3 180,6 a 321,0 AP ( mgcaco 3 /L ) 170,5 a 285,9 170,5 a 356,1 145,6 a 275,9-0,20 a 0,35 - SST ( mg/l ) 143,5 a 356,7 26,8 a 49,5 5,0 a 11,3 SSV( mg/l ) 111,0 a 268,6 24,3 a 45,6 4,8 a 10,7 DQO ( mgo 2 /L ) 324 a a a 92 ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Tabela 5: Variação dos parâmetros durante a fase III da partida Parâmetro Faixa de variação Afluente FA Efluente FA Efluente BAS ph 6,9 e 7,6 6,9 e 7,5 7,3 a 7,9 AGV ( mghac/l ) 66,7 a 115,1 36,4 a 97,0 24,2 a 60,6 AT ( mgcaco 3 /L ) 211,1 a 432,6 247,2 a 442,9 155,5 a 365,7 AP ( mgcaco 3 /L ) 154,5 a 350,3 190,6 a 381,4 125,4 a 319,3-0,14 e 0,38 - SST ( mg/l ) 304,0 a 646,6 26,2 a 123,1 4.6 a 37,3 SSV( mg/l ) 239,9 a 416,6 21,1 a 102,6 4,2 a 34,2 DQO ( mgo 2 /L ) 489 a a a 103 Nas Figuras 2, 3 e 4 estão apresentados graficamente os valores de ph, ácidos graxos voláteis e relação AI/AP, obtidos no monitoramento do filtro anaeróbio, permitindo uma melhor visualização do comportamento do sistema-tampão durante a partida. ph 8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 6,6 a ) dias de operação - fase I b ) 0,50 c ) AGV (mghac/l) 175,0 150,0 125,0 100,0 75,0 0,40 0,30 0,20 50,0 0,10 dias de operação - fase I dias de operação - fase I Afluente FA (esgoto bruto) Efluente FA Figura 2: Variação temporal do ph, ácidos graxos voláteis e relação AI/AP no filtro anaeróbio durante a fase I da partida Observa-se pela Figura 2 que no início da operação do sistema o sistema tampão não apresentou estabilidade, o que manteve o ph no interior do FA fora da faixa ideal durante maior parte do período, além das oscilações das concentrações dos ácidos graxos e da relação AI/AP. Esta resposta já era esperada, considerando que biofilme encontrava-se em formação e a biomassa retida no reator devia ainda ser pequena. Após o 36º dia (início da fase 2) os valores do ph no efluente do FA se mantiveram predominantemente dentro da faixa ideal, condição essencial para a estabilidade da metanogênese. Ainda houve oscilação entre a produção e o consumo de ácidos graxos, mas os valores da relação AI/AP foram predominantemente menores que os da fase I, atingindo a faixa ideal por volta do 47º dia e mantendo-se dentro dela. Estas condições indicavam que o sistema-tampão estava se estabilizando. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 ph 8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 6,6 a ) dias de operação - fase II AgV (mghac/l) 170,0 140,0 110,0 80,0 50,0 b ) 0,50 0,40 0,30 0,20 c ) 20,0 0,10 dias de operação - fase II dias de operação - fase II Afluente FA (esgoto bruto) Efluente FA Figura 3: Variação temporal do ph, ácidos graxos voláteis e relação AI/AP no filtro anaeróbio durante a fase II da partida ph 8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 6,6 a ) dias de operação - fase III AGV (mghac/l) 170,0 140,0 110,0 80,0 50,0 b) 0,50 0,40 0,30 0,20 c ) 20,0 0,10 dias de operação - fase III dias de operação - fase III Afluente FA (esgoto bruto) Efluente FA Figura 4: Variação temporal do ph, ácidos graxos voláteis e relação AI/AP no filtro anaeróbio durante a fase III da partida ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Ao longo de toda fase III (Figura 4 e Tabela 5), houve consumo de ácidos graxos e consumo de alcalinidade, indicando que o sistema tampão alcançou a estabilidade. O pico observado para o valor da relação AI/AP no 85º dia e seu rápido retorno à faixa ideal demonstraram a capacidade do sistema em assimilar oscilações na geração de ácidos, sendo mais um indicativo da sua estabilidade. A concentração de OD na superfície do BAS se manteve acima de 2 mg/l durante toda a etapa da partida, garantindo a condição favorável ao desenvolvimento da biomassa aeróbia no reator. A eficiência de remoção de sólidos suspensos totais no sistema manteve-se acima de 90% durante toda partida. Para os sólidos suspensos voláteis o resultado foi semelhante, com pequena instabilidade nos 11º dia (82,6 %) e 81º dia (88,8 %), mas retornando prontamente aos valores anteriores. Em relação à remoção de DQO, os resultados apresentados pelo sistema também podem ser considerados muito bons. Observando-se a Figura 5 verifica-se que a eficiência alcançou 80 % logo no início da fase I e manteve-se acima deste valor durante todo período avaliado. Importante destacar que as instabilidades apresentadas coincidiram com os mesmos períodos em que o FA apresentou arraste de sólidos, por excesso de lodo, que foi assimilado pelo BAS sem comprometer a eficiência global do sistema. AFLUENTE EFLUENTE FA EFLUENTE BAS REM OÇÃO SISTEM A REMOÇÃO FA DQO(mgO2/L) 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 100,0 0,0 dias de operação FASE I dias de operação dias de operação FASE II FASE III % REMOÇÃO Figura 5: Representação gráfica dos valores de DQO no sistema FA-BAS e de sua remoção, em termos percentuais, durante a etapa da partida. Os resultados indicaram também que recirculação do lodo de excesso do BAS (retido no decantador secundário) para o afluente do FA não afetou o desempenho do sistema. Este comportamento reforçou a validade desta recomendação, indicada por Gonçalves et al. (2001) na operação de sistemas combinados UASB - BAS. CONCLUSÕES No sistema combinado estudado o reator anaeróbio (FA) exigiu mais atenção durante a fase de partida que o reator aerado (BAS). O sistema tampão do FA não apresentou grandes oscilações no período avaliado e atingiu estabilidade por volta do 54º dia de operação, resultado considerado bom. O sistema FA-BAS como um todo apresentou maior estabilidade em relação ao comportamento das variáveis estudadas durante o período de estudo, 102 dias. Desta forma o sistema combinado proposto apresentou uma etapa de partida com maior facilidade operacional. Assim, utilizando os valores da eficiência de remoção de ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 DQO, a finalização desta etapa ocorreu, tendo como referência o desempenho do FA, no 54º dia; porém, se tomarmos como referência o desempenho global do sistema, a etapa foi finalizada por volta do 28º dia. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. CHERNICHARO, C.A.L. (1997). Reatores anaeróbios. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Belo Horizonte. 246p UFMG. 2. DILALLO, R.; ALBERTSON, O.E. Volatile acids by direct titration. J. Water Pollution Control Fed., v. 33, n. 4, p , GONÇALVES, R.F.; CHERNICARO, C.A.L.; ANDRADE NETO, C.O.; ALÉM SOBRINHO,P.; KATO, M.T.; COSTA, R.H.R.; AISSE, M.M.; ZAIAT, M. Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios por reatores com biofilme. in: CHERNICARO, C.A.L. (Coord.). Pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios. Belo Horizonte: Projeto PROSAB, Cap.4. p RIPLEY, L.E.; BOYLE,W.C.; CONVERSE, J.C. Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-stregth wastes. J. Water Pollution Control Fed., v. 58, n. 5, p , VAN HAANDEL, A.C.; LETTINGA, G. (1994) Anaerobic sewage treatment - A pratical guide for regions with a hot climate. John Wiley and Sons Ltd - England - 226p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7