BIODIGESTÃO DE LODO DE ESGOTO UTILIZANDO SISTEMA RAS (REATORES ANAERÓBIOS SEQÜENCIAIS) COM RECIRCULAÇÃO DE EFLUENTE: PARTIDA E AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO

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1 BIODIGESTÃO DE LODO DE ESGOTO UTILIZANDO SISTEMA RAS (REATORES ANAERÓBIOS SEQÜENCIAIS) COM RECIRCULAÇÃO DE EFLUENTE: PARTIDA E AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO Durval Rodrigues de Paula Jr (*) Faculdade de Engenharia Agrícola - FEAGRI/UNICAMP. Prof. Associado - FEAGRI/UNICAMP. Prof. convidado do Programa de Pós-Graduação da Escola de Engenharia de São Carlos-EESC/USP. Desenvolve atividade de Ensino e Pesquisa em graduação e pós-graduação nas áreas de Saneamento Rural, Tratamento de Águas Residuárias, Digestão Anaeróbia e Manejo de Resíduos Agroindustriais. Denis Miguel Roston Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI/UNICAMP Edson Aparecido Abdul Nour Faculdade de Engenharia Civil FEC/UNICAMP Luciana de Mattos Moraes Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI/UNICAMP Sandra Aparecida Rozon de Camargo Faculdade de Engenharia Agrícola FEAGRI/UNICAMP (*) Cidade Universitária Zeferino Vaz s/n - Caixa Postal Barão Geraldo - Campinas - SP Brasil - Tel.: 55 (19) Fax: 55 (19) durval@agr.unicamp.br RESUMO A avaliação de um sistema RAS (reatores anaeróbios seqüenciais) com recirculação do efluente para a estabilização de lodos gerados em estações de tratamento de esgotos constituiu o principal objetivo da pesquisa e foi realizada através do monitoramento semanal de parâmetros físico-químicos analisados em amostras de entrada e saída dos reatores do sistema durante cerca de 115 dias de operação. Resultados médios de remoção de sólidos totais de 95% e de remoção de sólidos voláteis de 95% foram obtidos no período mais estável de operação (Fase II), permitindo concluir que o sistema apresentou excelente desempenho na estabilização de lodos de esgoto. Palavras Chave: biodigestão anaeróbia, lodo de esgoto, reatores anaeróbios seqüenciais. INTRODUÇÃO O saneamento é sem dúvida uma das mais importantes ferramentas sócio-econômicas para ações preventivas eficientes, na relação custo-benefício, ligadas aos problemas de saúde pública e de preservação dos recursos naturais. Os dados referentes ao esgoto sanitário no Brasil são alarmantes, indicando índices de cobertura da população, por rede coletora, de apenas 3% e um percentual de comunidades que possuem tratamento inferior a 1% (CHERNICHARO, 1997). Isto demonstra que volumes exorbitantes de esgoto bruto são lançados diariamente em cursos d água, causando obviamente, graves problemas sanitários e ambientais. A necessária e premente ampliação da quantidade de esgotos tratados gerará um grande e inevitável crescimento da produção de lodo no Brasil. Embora exista uma tendência à aplicação de tecnologias que reflitam numa menor produção de lodo, não se pode descartar o emprego dos sistemas ditos convencionais que sabidamente geram quantidades apreciáveis de lodos. Os digestores anaeróbios têm sido largamente aplicados para o tratamento de resíduos sólidos, incluindo culturas agrícolas, dejetos de animais, lodos de Estações de Tratamento de Esgotos e lixo urbano (CHERNICHARO, 1997). É uma maneira eficiente de tratar quantidades consideráveis de resíduos, reduzindo o seu poder poluente e os riscos sanitários advindos dos mesmos (HILLS, 198). 1

2 Visando a otimização da digestão anaeróbia de lodos de esgoto, através do desenvolvimento tecnológico de Novas Concepções de sistemas, a avaliação de um sistema RAS (Reatores Anaeróbios Seqüenciais) com recirculação de efluente na estabilização de lodos, constituiu o principal objetivo deste trabalho. MATERIAL E MÉTODOS A instalação piloto de tratamento, localizada na ETE Carioba (Americana-São Paulo, Brasil), ilustrada nas Figuras 1 e 2, é constituída por uma caixa de equalização, com volume de 2.5 L, que alimenta o sistema de reatores anaeróbios. O sistema é constituído de cinco reatores anaeróbios seqüenciais (RAS) com volumes de 1.L cada um, com recirculação do sobrenadante do quinto para o primeiro reator. A caixa de equalização e os reatores do sistema foram montados utilizando-se caixas d água confeccionadas em fibra de vidro, disponíveis no mercado. A tubulação utilizada para as ligações entre a caixa de equalização e o sistema e entre os reatores do sistema, são de PVC, o mesmo material dos registros de controle de alimentação do sistema e para coleta de amostras. Uma bomba KSB do tipo submersa (KRT Drainer 15) recalca o lodo para a caixa de equalização; e uma bomba Netzsch do tipo dosadora (modelo 3.NU.6), de baixa vazão e adequadas a líquidos com grande concentração de sólidos é utilizada para alimentar o sistema. FIGURA 1. Esquema da Instalação Piloto. FIGURA 2. Vista Geral da Instalação Piloto. 2

3 A avaliação do sistema proposto neste estudo foi realizada através de parâmetros analisados nas amostras coletadas nos pontos de amostragem indicados na Figura 1. As determinações de Sólidos Totais (ST), Sólidos Voláteis (SV), Sólidos Fixos (SF) e ph foram realizadas de acordo com o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (AWWA,1998). A análise de Ácidos Voláteis (AV) foi efetuada utilizando metodologia proposta por DILLALO & ALBERTSON (1961) enquanto as de Alcalinidade Total (AT) e Alcalinidade Parcial (AP) foram efetuadas utilizando metodologia proposta por RIPLEY et al. (1986). O sistema foi operado por cerca de 115 dias, com Tempo de Detenção Hidráulica (TDH) de 3 dias, compreendendo a (Partida = 55 dias) e (Estabilização = 6 dias). Tempos de Detenção Hidráulica menores (2 e 1 dias), serão também avaliados na continuidade dos estudos. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores médios dos principais parâmetros avaliados, em amostras do afluente e efluente do sistema durante a (Partida) e (Estabilização), estão apresentados na Tabela 1. As Figuras 3, 4 e 5 apresentam a evolução temporal dos principais parâmetros avaliados em todos os pontos de amostragem do Sistema. As análises Box Plot (valores máximos e mínimos, a mediana e o intervalo interquartil) dos principais parâmetros avaliados, para a e, estão apresentados nas Figuras 6, 7 e 8. TABELA 1. Valores médios dos principais parâmetros avaliados durante a (Partida = 55 dias) e (Estabilização = 6 dias) de operação com TDH de 3 dias. AV AT AP F I A S E II Pontos de ST () Remoção de ST (%) SV () Remoção de SV (%) ph (mg Ac. Acético/L) (mg CaCO 3 /L) P1(afluente) , P6 (efluente) , P1(afluente) , P6 (efluente) , Como pode ser observado nas Figuras 4 e 5, a partir do 55 o dia de operação, os valores de ph indicaram um clara tendência à estabilização em valores próximos a 7 em amostras do efluente do sistema. Essa tendência de aumento de ph foi acompanhada pelo aumento da alcalinidade (Total e Parcial) e pela diminuição dos Ácidos Voláteis nas amostras do efluente em relação ao afluente. Esse comportamento dos sistemas permitiu identificar a mudança do período de partida () para o período de estabilização com TDH = 3 dias (). De uma forma geral, as curvas da Figura 3 indicam uma tendência de diminuição e estabilização dos ST e SV na saída do Sistema. Durante a, pode-se observar um aumento na remoção destes parâmetros (Figura 6). Como o sistema não possui misturadores mecânicos, as remoções médias de ST (74%) e SV (79%) obtidas na (Partida), podem ter ocorrido principalmente pelo mecanismo de sedimentação dos sólidos, devido ao alto TDH e conseqüentes baixos valores de vazão e velocidade ascensional. Até o 55 o dia, de forma geral, pode-se observar na Tabela 1 que, durante a (Partida), excetuando-se ST e SV, todos os demais parâmetros se mostraram pouco variáveis comparando a entrada e a saída do sistema. No entanto, os resultados obtidos durante a apresentam variação significativa nos valores médios dos principais parâmetros comparando a entrada e saída do sistema. Os valores médios de ST e SV apresentaram um aumento em relação à, indicando um incremento da atividade biológica na, conforme pode ser observado na Figura 6. 3

4 Sólidos Totais Sólidos Voláteis P1 P2 P3 P4 P5 P6 P1 P2 P3 P4 P5 P6 FIGURA 3. Evolução Temporal de Sólidos Totais e de Sólidos Voláteis. ph 9, 8, 7, 6, 5, 4, Ácidos Voláteis P1 P6 A1 A6 FIGURA 4. Evolução Temporal do ph e dos Ácidos Voláteis. Alcalinidade Total Alcalinidade Parcial P1 P6 P1 P6 FIGURA 5. Evolução Temporal da Alcalinidade Total e da Alcalinidade Parcial. 4

5 Sólidos Totais Sólidos Voláteis Pontos_de_ Pontos_de_ FIGURA 6. Análises Box Plot (valores máximos e mínimos, a mediana e o intervalo interquartil) de Sólidos Totais e Sólidos Voláteis, para a e. á í ph Ácidos Voláteis {Y} Pontos_de_ Pontos_de_ FIGURA 7. Análises Box Plot (valores máximos e mínimos, a mediana e o intervalo interquartil) de ph e Ácidos Voláteis, para a e. Alcalinidade Total Alcalinidade Parcial Pontos_de_ Pontos_de_ FIGURA 8. Análises Box Plot (valores máximos e mínimos, a mediana e o intervalo interquartil) de Alcalinidade Total e Alcalinidade Parcial, para a e. 5

6 Durante a, pode-se constatar através da Figura 7, um aumento nos valores de ph em amostras do efluente em relação ao afluente. Pode-se também observar, na Figura 8, um aumento nos valores de Alcalinidade Total, na saída do Sistema em relação à entrada, indicando a formação de tamponamento, o qual pode ser constatado claramente pelos valores de Alcalinidade Parcial na saída do Sistema. Os valores de Ácidos Voláteis (Figura 7) na saída do Sistema apresentaram redução em relação aos valores de entrada do Sistema, indicando, de forma geral, a estabilização do sistema que caracterizou a de operação. Os valores médios de Sólidos Totais, durante a de operação estável do sistema, resultaram para amostras do afluente e 2211 para amostras do efluente (cerca de 95% de remoção média de ST). Os valores médios de Sólidos Voláteis, durante a de operação estável do sistema, resultaram para amostras do afluente e 1264 para amostras do efluente (cerca de 95% de remoção média de SV). Comparando com os resultados reportados na literatura para digestores convencionais de lodo de esgoto (MIKI et al, 21 e FERNANDES, 2) o sistema apresentou altíssima eficiência na remoção de ST e SV. No entanto, a acumulação de sólidos nos reatores precisa-se ser considerada para uma avaliação mais conclusiva do sistema, por períodos maiores que o estudado. CONCLUSÕES A avaliação do Sistema RAS com recirculação de efluente operando durante cerca de 115 dias, permitiu concluir que o sistema apresentou excelente desempenho na estabilização de lodos de esgoto, alcançando em média, reduções da ordem de 95% de Sólidos Totais e 95% de Sólidos Voláteis. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao suporte financeiro da Financiadora de Estudos e Projetos FINEP e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq, obtido através do Programa de Pesquisa em Saneamento Básico PROSAB. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AWWA/APHA, WEF (1998) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 2 a edition. Washington. Chernicharo, C.A.L. (1997) Princípios do Tratamento Biológico de Águas Residuárias, Reatores Anaeróbios. Belo Horizonte. SEGRAC. 246p. Dillalo R. & Albertson O.E. (1961) Volatile acids by direct titration. Journal Water Pollution Control Federation, 33(4), Fernandes, F. (2) Estabilização e Higienização de Biossólidos, In: Betiol, W.; Camargo, O A (Editores) Impacto Ambiental do Uso Agrícola do Lodo de Esgoto, Jaguariúna, SP, p Hiils, D.J. (198) Methane gas production from dairy manure at high solids concentration. Transactions of the ASAE, v.23(1), p Miki, M.K.; Andrigueti, E.J. & Sobrinho, P.A. (21) Tratamento da Fase Sólida em Estações de Tratamento de Esgotos, In:Tsutiya, M.T. et all Biossólidos na Agricultura, São Paulo, SP, p Ripley L.E., Boyle W.C. & Converse J.C. (1986) Improved alkalimetric monitoring for anaerobic digestion of high-strength wastes. Journal Water Pollution Control Federation, 58(5),