I OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE EFLUENTES, EM ENVOLTÓRIOS NATURAIS, BASEADO NO REATOR SEQÜENCIAL EM BATELADA
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- Ayrton Carvalhal Franco
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1 I-6 - OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE EFLUENTES, EM ENVOLTÓRIOS NATURAIS, BASEADO NO REATOR SEQÜENCIAL EM BATELADA Carmen Antoniolli (1) Engenheira Química pela PUC/RS. Mestranda em Recursos Hídricos e Saneamento pelo IPH/UFRGS. Luiz Olinto Monteggia Engenheiro Civil pela UFRGS. Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento pelo IPH/UFRGS. Doutor em Engenharia do Meio Ambiente pela Universidade de New Castle/Inglaterra. Professor Adjunto do IPH/UFRGS. Endereço (1) : Av. Luiz Moschetti, 13 - Partenon - Porto Alegre - RS - CEP: Brasil - Tel: (51) carmen.ez@terra.com.br RESUMO Esta pesquisa teve por objetivo avaliar a viabilidade do processo biológico de lodos ativados, baseado na variante operacional designada Seqüencial em Batelada, para tratar efluentes líquidos de indústria de envoltórios naturais (tripas de bovinos, suínos e ovinos). Foram realizados estudos para otimização do sistema de tratamento existente, constituído por uma unidade de flotação e uma lagoa aerada. As atividades experimentais, envolvendo o sistema de lodos ativados operando em batelada, foram desenvolvidas em escala de laboratório com a montagem de uma estação piloto na própria indústria. Esta estação piloto foi operada em três diferentes níveis de carga orgânica, mediante ajuste do tempo de detenção hidráulico nos valores de 15,,5 e 3,5 dias, respectivamente. As eficiências de remoção de DQO foram de 8,84% na primeira etapa, 85,22% na 2ª etapa e,48% na terceira etapa. As características de sedimentação dos biossólidos produzidos foram avaliadas em termos de Índice Volumétrico de Lodo, os quais foram referenciados aos regimes de carga orgânica aplicada. Os parâmetros de dimensionamento e critérios definidos nos estudos em escala de laboratório foram aplicados na modificação do sistema de tratamento, em escala real, de lagoa aerada para Seqüencial em Batelada. O sistema implantado, na escala real de tratamento, atingiu plenamente os padrões de emissão estabelecidos pelo órgão ambiental do estado do RGS, a FEPAM. PALAVRAS-CHAVE: Lodos Ativados, Coeficientes Cinéticos, Seqüencial em Batelada. INTRODUÇÃO Na região metropolitana de Porto Alegre, desenvolve-se elevada atividade industrial, especialmente, nos trechos inferiores das bacias hidrográficas dos rios formadores do lago Guaíba, nomeadamente dos rios dos Sinos, Caí e Gravataí. A bacia hidrográfica do Guaíba abrange uma área de quilômetros quadrados, equivalente a 3% da área total do estado, concentrando nela 2/3 da população, distribuída em 222 municípios. A bacia hidrográfica do Guaíba recebe os efluentes de cerca de 36 mil indústrias e os esgotos de 5,9 milhões de habitantes. Com isso, há inúmeros trechos críticos de poluição nos cursos d água que formam esta bacia. Esta concentração industrial resulta em severa alteração da qualidade das águas dos mananciais desta bacia, onde destaca-se o trecho inferior do Rio dos Sinos. Na presente pesquisa, foram desenvolvidos estudos de tratabilidade de efluentes líquidos gerado por uma indústria de beneficiamento de envoltórios naturais, situada no município de Portão-RS. O corpo receptor dos efluentes de referência indústria, o Arroio Portão, recebe os efluentes industriais e domésticos dos municípios de Estância Velha e Portão, indo contribuir ao Rio dos Sinos, o qual é um dos contribuintes do Rio Guaíba pela sua margem esquerda, o montante das principais captações de água do município de Porto Alegre. O sistema de tratamento era composto de peneiramento, tanque de equalização, unidade de flotação, lagoa aerada, seguida de lagoa de estabilização. Devido a problemas como acúmulo de lodo na lagoa de estabilização e a baixa eficiência para melhoria de rendimento da etapa de flotação e, em uma etapa posterior, pelo aperfeiçoamento da lagoa aerada, a qual englobou as ações principais desta pesquisa. ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
2 Os estudos experimentais conduzidos para a otimização da etapa inicial do tratamento, baseada na separação de partículas sólidas coloidais e em suspensão pelo processo de flotação, foram requeridos para disponibilizar as futuras condições operacionais, na etapa seguinte do tratamento, o processo de lodos ativados, no presente caso. Partindo das operações e processos já existentes na indústria, como a lagoa aerada com volume útil de 9m 3 e tempo de retenção hidráulico de 15 dias, já construída em tanque de concreto, foi estabelecido analisar a viabilidade do emprego do sistema de lodos ativados. Este sistema foi baseado na técnica operacional de Seqüencial em Batelada, por ser uma modalidade simples e eficiente com a vantagem adicional de grande facilidade de implantação no presente caso. MATERIAIS E MÉTODOS DESCRIÇÃO RESUMIDA DO PROCESSO A presente pesquisa foi desenvolvida em indústria de beneficiamento de envoltórios naturais, localizada no município de Portão-RS. O sistema atualmente empregado para o tratamento de seus efluentes está apresentado no fluxograma abaixo: Figura 1: Sistema atualmente empregado para o tratamento de seus efluentes. Devido à baixa eficiência obtida por este sistema de tratamento, principalmente na Lagoa Aerada, optou-se pelo estudo do processo de Lodos Ativados, operado em batelada (RSB), devido à possibilidade de implantação futura desta técnica operacional na unidade de Lagoa Aerada. Inicialmente, foi realizado um ajuste no flotador baseado na seleção de diferentes coagulantes e polieletrólitos para melhorar sua eficiência. Em seguida, partiu-se para o estudo do reator seqüencial em batelada (RSB) em escala de laboratório, o qual está inserido dentro do seguinte fluxograma: Figura 2: seqüencial em batelada (RSB). ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
3 O volume útil do reator experimental foi ajustado em 15 litros. A aeração foi realizada por insuflamento de ar e distribuído por pedra porosa junto à base do reator, um rotâmetro e misturador mecânico para promover a mistura da massa líquida. MONITORAMENTO DO SISTEMA Iniciou-se a operação do reator aeróbio em batelada com biomassa presente na lagoa aerada. O período de aeração do processo em batelada foi ajustado em 23 horas, seguido de um tempo pré-determinado de sedimentação (1 hora), para descarte de um determinado volume de efluente clarificado. Este volume foi estabelecido em função do tempo de detenção hidráulico a ser utilizado na unidade em escala real de tratamento. Na primeira fase renovou-se 1/15 do volume do reator na segunda fase renovou-se 2/15 e na terceira fase 3/15 de volume do reator. A seguir, é apresentado um desenho esquemático da simulação em escala de laboratório da pesquisa realizada. Figura 3: Operação do RBS - Escala de Laboratório. RESULTADOS Na Tabela 1 estão apresentados os valores médios dos parâmetros analisados durante a operação do sistema, obtidos para a 1ª, 2ª e 3ª fase. Tabela 1: Valores médios dos parâmetros analisados durante a operação do sistema. EFLUENTE DA EFLUENTE (RSB) PARÂMETROS UNIDADE DE FLOTAÇÃO 1ª Fase 2ª Fase 3ª Fase DBO5 (mg/l) DQO (mg/l) STV (mg/l) 3 85,5 116,62 14,55 SSVTA (mg/l) * 496,5 894, IVL (ml/g) * 486,65 433,25 314,5 A/M *,54,5,1 * Valores não determinados Na Figura 4 pode ser verificada a performance do reator em termos de DQO, durante o experimento. ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
4 Figura 4: Gráfico mostrando remoção e DQO no reator durante o experimento. DQO (mg2/l) /12/ /1/199 11/3/199 3/4/199 19/6/199 DATA DQO CONSUMIDA 8/8/199 % REMOÇÃO DE DQO 2/9/199 1, 9, 8,, 6, 5, 4, 3, 2, 1, - 16/11/199 % REMOÇÃO DQO Os coeficientes cinéticos Y e Kd para a fase DQO efluente foram determinados graficamente conforme apresentado na Figura 2, onde tomou-se como base a equação de Monod. Figura 5: Determinação dos coeficientes cinéticos Y e K d (coeficiente de produção celular e coeficiente de decaimento da biomassa devido à respiração endógena), respectivamente para a base DQO. X/V Xva,3,25,2,15,1,5 y =,1633 K d =,628 dia -1 r 2 =,9295,46,4,48,49,5,51,52,53,54,55,56 (So-Se) (dia -1 ) O parâmetro K (taxa de remoção de substrato) e os parâmetros a e b (relativos ao consumo de oxigênio foram obtidos graficamente conforme apresentado nas Figuras 3 e 4, respectivamente. Figura 6: Determinação do parâmetro K (taxa de remoção de substrato), para a base DQO. So-Se (dia -1 ),56,55,54,53,52,51,5,49,48,4,46 K=2x1-4 r 2 =, Se (mg/l) ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
5 Figura : Determinação dos parâmetros a e b (relativos ao consumo de oxigênio) para a base DQO.,5 (Rr) (dia -1 ) Xva,4,3,2,1 a'=1,5 b'=,149 dia -1 r 2 =,9553,46,4,48,49,5,51,52,53,54,55,56 (So-Se) (dia -1 ) CONCLUSÕES A dosagem mais adequada de coagulante é 1 mg/l e de polímero situa-se na faixa de 2,5 a 3, mg/l. É possível melhorar a qualidade do efluente na unidade de flotação com a adição de alcalinizante. Os resultados obtidos pelos estudos em escala de laboratório demonstraram excelente desempenho do processo de lodos ativados operado em batelada (RSB), comparativamente ao sistema de Lagoas Aeradas para tratamento a nível secundário de efluente de envoltórios naturais. A excelente eficiência obtida no reator seqüencial em batelada é função da maior concentração de biomassa ativa mantida no processo biológico aeróbio, o que justifica amplamente a sua aplicação. A viabilidade econômica extremamente favorável no caso da referida indústria, devido ao fato de que a unidade de lagoa aerada existente, executada em tanque retangular com paredes de concreto, requer investimentos reduzidos para adaptação como reator seqüencial em batelada, fazendo-se necessário apenas a implantação e reforço do sistema de aeração existente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. RAMALHO, R.S. 19. Introduction to Wastewater treatment processes. New York, Academia Press. 49.p. 2. METCALF & EDDY, INC Wastewater Engineering Treatment, Disposal, and Reuse. New York: Mc Graw Hill Book, 1334 p. 3. VALÊNCIA, Teoria, diseño y control de los procesos de clarificacion del água. Lima, Cepis. 4. GRAY, N. F Actived Sludge: Theory and practice. New York, 22 p. 5. ECKENFELDER, W. W., Jr Actived Sludge treatment of industrial Wastewater. Pennsylvania. U.S.A. 29p. 6. MONTEGIA, L.O The use of specific methanogenic activity, for controling anaerobic reactore. Newcastle: University of Newcastle upon tyne Doutorado, England.. RAMALHO, R.S. 19. Introduction to wasterwater treatment process. New York, Academic Press. 49p. 8. VALÊNCIA, Teoria diseño y control del los procesos de clarificacion del água. Lima, CEPIS, DE LUCA. S. J. FACCIN, M Avaliação preliminar de reator seqüencial em batelada. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 16, 1991, Goiânia. Anais. Rio de Janeiro: ABES, v. 2, t, 1, p CYBIS. L. F Na innovate approach to the control os sequencing batch reactors used for nitrification and denitrification. Leeds: University of Leeds. 24f. Tese (Doutorado). ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5
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