PRELIMINARES. Conversão biológica nos sistemas aeróbios e anaeróbios (CHERNICHARO, 1997)

Transcrição

1 REATORES ANAERÓBIOS

2 PRELIMINARES Conversão biológica nos sistemas aeróbios e anaeróbios (CHERNICHARO, 1997)

3 SISTEMAS ANAERÓBIOS DE TRATAMENTO Sistemas convencionais Digestores de lodo Tanque séptico Lagoas anaeróbias Sistemas de alta taxa (CHERNICHARO, 1997) Com crescimento aderido Com crescimento disperso Reatores de leito fixo Reatores de leito rotatório Reatores de leito expandido/fluidificado Reatores de dois estágios Reatores de chicanas Reatores de manta de lodo Reatores de leito granular expandido Reatores com recirculação interna

4 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO No Brasil, pelo menos quatro siglas têm sido de uso frequente: DAFA (Digestor Anaeróbio de fluxo ascendente) RAFA (Reator Anaeróbio de fluxo ascendente) RALF (Reator Anaeróbio de Leito Fluidizado); RAFAALL (Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente Através de Leito de Lodo)

5 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO Upflow Anaerobic Sludge Blanket UASB Reatores anaeróbios de fluxo ascendente (RAFA)

6 Reator UASB Principais vantagens e limitações quando comparados a sistemas aeróbios Principais vantagens Sistema compacto com baixa demanda de área Baixo custo de implantação e operação Baixa produção de lodo Baixo consumo de energia - quando necessário somente para a EE de esgotos Satisfatória eficiência de remoção de DQO e DBO da ordem de 65-75% Possibilidade de rápido reinício mesmo após longas paralisações Elevada concentração e boa desidratabilidade do lodo excedente Principais limitações Possibilidade de emanação de odores Baixa capacidade do sistema em tolerar cargas tóxicas Elevado intervalo de tempo necessário para a partida 4 a 6 meses sem inóculos, 2 a 3 semanas com inóculos Necessidade de uma etapa de póstratamento para atender os padrões de lançamento (CHERNICHARO, 1997)

7 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO CARACTERÍSTICAS Sistema anaeróbio de alta taxa Biomassa cresce dispersa no meio reator de manta de lodo Fluxo ascendente de esgotos através de um leito de lodo denso e de elevada atividade Biomassa é retida no sistema por meio de uma estrutura na parte superior do reator denominada separador trifásico, que possibilita: separação e coleta do efluente; separação e acúmulo de gás; e a separação e retorno dos sólidos

8 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO (CHERNICHARO, 1997)

9 Representação esquemática de um reator UASB circular (CHERNICHARO, 1997)

10 Representação esquemática de um reator tipo RALF (CHERNICHARO, 1997)

11 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO CARACTERÍSTICAS Necessidade de remoção periódica da biomassa (lodo) devido a seu crescimento contínuo, proporcionado pela entrada contínua de alimento no reator Lodo retirado do reator já sai digerido e adensado, necessitando de ser desaguado ou desidratado em leitos de secagem ou por meio de equipamentos mecânicos Desempenha, simultaneamente, o papel de um decantador primário, de um reator biológico propriamente dito, de um decantador secundário e de um digestor de lodo

12 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO LIMITAÇÕES Obstrução dos dispositivos de entrada e saída do reator Corrosão (gás sulfídrico - H 2 S) Geração de odores (H 2 S, amônia, amina e outros) Escuma (gordura, material de menor peso específico) Espuma (surfactantes princípio ativo dos detergentes) Emissão de metano (estabilização da MO; Biogás 70-80% de CH 4 )

13 Corrosão em um UASB

14 Escuma no decantador do UASB

15 Espuma

16 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO LIMITAÇÕES Todas estas limitações são controláveis, desde que se tenha: projetos bem elaborados + construção, operação e manutenção adequados A completa vedação do reator, incluindo a saída submersa do efluente, colabora para a diminuição destes riscos.

17 REATOR ANAERÓBIO DE MANTA DE LODO

18 Carga orgânica volumétrica Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Quantidade (massa) de M.O. aplicada diariamente no reator, por unidade de volume do mesmo. COV = kgdqo/m 3.d Q = vazão (m 3.d) S = conc. substrato ef (kgdqo/m 3 ) V = vol. total do reator (m 3 ) Efluentes industriais COV< 15 Kg DQO/m³.d Esgotos domésticos COV 2,5-3,5 Kg DQO/m³.d (CHERNICHARO, 2007)

19 Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Carga hidráulica volumétrica e TDH Equivale ao inverso do TDH no reator. Entendida como a quantidade (volume) de esgotos aplicados diariamente no reator. Esgotos domésticos (20 C) TDH= 8 a 10 horas para vazão média (CHERNICHARO, 2007)

20 Carga biológica (carga de lodo) Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Quantidade (massa) de M.O. aplicada ao reator por unidade de biomassa presente no mesmo. CB=Kg DQO/KgSVT.d Q= m³/d S= Kg DQO/m³ M lodo = massa de microorg. presentes no reator (Kg SVT/m³) CB durante a partida = 0,05 a 0,15 Kg DQO/Kg STV. d CB máxima depende da AME, que determinará o limite para a CB AME: Atividade Metanogênica Específica AME para esgotos domésticos = 0,1 a 0,4 Kg DQO/Kg STV. d

21 Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Velocidade superficial do fluxo Relação entre a vazão afluente e a área da seção transversal do reator VS máxima depende do tipo de lodo presente e das cargas aplicadas V= m/h Q= m³/h A= m² ou v = (Q x H) / V = H / TDH H = altura do reator (m) Velocidade recomendadas para projeto de UASB, tratando esgotos domésticos (CHERNICHARO, 2007)

22 Altura do reator Em função do tipo de lodo, das COV aplicadas e/ou CHV que definem as velocidades ascendentes impostas Esgotos domésticos desenvolve lodo do tipo predominantemente floculento Alturas (H) úteis: 4 e 5 m Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Altura do compartimento de decantação: 1,5 a 2 m Altura do compartimento de digestão: 2,5 a 3,5 m Altura mínima do compartimento de digestão = 2,5 m

23 Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Altura do reator Área do reator A V H V = Volume do reator (m 3) A = área da seção transversal do reator (m 2 ); H = altura do reator (m);

24 Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Sistema de distribuição do afluente Para garantir a eficiência do reator, o líquido deve ser distribuído uniformemente na parte inferior dos reatores. Desta forma, garantindo o íntimo contato entre biomassa e substrato Dispositivos Compartimento de distribuição Tubos de distribuição Número de distribuidores

25 ETE Onça BH (COPASA) Reator UASB Compartimento de distribuição do afluente ETE Rio Doce - IPATINGA (COPASA)

26 Reator UASB Tubos de distribuição do líquido afluente (CHERNICHARO, 2007) 26

27 Reator UASB Saídas dos tubos de distribuição do afluente (CHERNICHARO, 2007)

28 Separador trifásico Instalado na parte superior do reator Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Separador de gases, sólidos e líquidos é o que garante o retorno do lodo e a capacidade de retenção de grandes quantidades de biomassa de elevada atividade (Idade do lodo < 30 dias) Dispositivos Separação dos gases Separação dos sólidos

29 Reator UASB Separador trifásico 29

30 Reator UASB Coleta de biogás Diagrama de um sistema para reatores de pequeno porte (CHERNICHARO, 2007)

31 Sistema de coleta dos efluentes Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Canaletas com vertedores triangulares Tubos perfurados submersos

32 Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Produção de lodo Taxa de acúmulo de sólidos (biodegradáveis e inertes) dependente do tipo de efluente (concentração de SS). Características dos lodos de reatores UASB: Elevado grau de estabilização, devido ao elevado tempo de residência celular implicando na desidratação sem qualquer etapa prévia de tratamento Elevada concentração (3-5%) possibilitando o descarte de menores volumes de lodo Facilidade de desidratação Possibilidade de utilização do lodo seco como fertilizante

33 Amostragem do lodo Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Monitoramento do crescimento (ST) e qualidade (AME) da biomassa Registros instalados ao longo da altura do compartimento de digestão Registros instalados a cada 50 cm a partir do fundo e atingindo a parte inferior do defletor de gases Tubos de PVC ou ferro fundido (D=50 mm)

34 Descarte do lodo Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto Retirada periódica dos sólidos que crescem em excesso e dos sólidos inertes que acumulam no fundo do reator Tubulações instaladas em dois níveis ao longo da altura do reator: tubulação do fundo: retirada do lodo mais concentrado tubulação superior (1 a 1,5 m do fundo): retirada do lodo menos concentração e de menor atividade

35 Amostragem e descarte do lodo Reator UASB Critérios e parâmetros de projeto

36 Reator UASB Resumo dos principais critérios e parâmetros para projeto de reatores UASB, tratando esgotos domésticos (CHERNICHARO, 2007)

37 Reator UASB Resumo dos principais critérios e parâmetros para projeto de reatores UASB, tratando esgotos domésticos (CHERNICHARO, 2007)

38 Reator UASB Parâmetros e pontos de monitoramento

39 Reator UASB

40 Exemplo: Dimensionar um reator anaeróbio de manta de lodo, sendo conhecidos os seguintes elementos de projeto: População P: hab; Vazão afluente média Q méd : m 3 /d (125 m 3 /h); Vazão afluente máxima Q máx : m 3 /d (205 m 3 /h); DQO afluente (S 0 ): 600 mg/l DBO afluente (S 0 ): 350 mg/l Temperatura do esgoto T: 23 C (média do mês mais frio);

41 BIBLIOGRAFIA Carlos Augusto de Lemos Chernicharo. Reatores Anaeróbios Vol. 05. Belo Horizonte: DESA/UFMG José Roberto Campos (coord.) - Projeto PROSAB. Tratamento de esgotos sanitários pro processo anaeróbio e disposição controlada no solo. Rio de Janeiro: ABES, p.