22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

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1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II-172 AVALIAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA BIOMASSA METANOGÊNICA DE LODO PROVENIENTE DE UASB DIGERINDO LODO AERÓBIO DE DESCARTE, ATRAVÉS DO TESTE DE ATIVIDADE METANOGÊNICA ESPECÍFICA Ana Lycia Barreira da Silva (1) Engenheira Civil graduada pela Universidade Federal de Ouro Preto (UFOP) 1999, Pós- Graduada em Eng. Sanitária e Ambiental pela Faculdade de Engenharia de Agrimensura de Minas Gerais (FEAMIG) 1999, Mestranda em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Maria Carolina Franco Emerich Andrade Bióloga pela Universidade Federal do Espírito Santo (2000), Mestranda em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Aline Gonçalves Louzada Bióloga pela Escola de Ensino Superior do Educandário Seráfico São Francisco de Assis (ESESFA) -2002, Mestranda em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Espírito Santo (UFES). Eloy Marlons M. dos Anjos Engenheiro Químico pela Universidade Regional de Blumenau (2001), Bolsista de Apoio Técnico de Nível Superior do PROSAB. Maria Letícia de Abreu Faria Rocha Engenheira Química pela Universidade Federal de Minas Gerais (1992), Mestre em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal do Espírito Santo (2000), Bolsista de Desenvolvimento Tecnológico Industrial do PROSAB.

2 Ricardo Franci Gonçalves Engenheiro Civil e Sanitarista UERJ (1984), Pós-graduado em Enga de Saúde Pública - ENSP/RJ (1985), DEA - Ciências do Meio Ambiente - Univ. Paris XII, ENGREF, ENPC, Paris (1990), Doutor em Engenharia do Tratamento e Depuração de Água INSA de Toulouse, França (1993), Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES. Sérvio Túlio Alves Cassini Biólogo pela Universidade Federal de Minas Gerais (1975). PhD Microbiologia pela Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU) EUA Pós-Doutorado em Microbiologia Ambiental na Universidade do Tennessee EUA Prof. Adjunto do DHS e do PMEA - UFES. Endereço (1): Departamento de Hidráulica e Saneamento Universidade Federal do Espírito Santo Agência FCAA Vitória ES CEP.: Brasil Tel.: (027) Fax: (027) RESUMO Durante as últimas décadas, problemas ambientais e a escassez de energia despertaram um crescente interesse pelos processos biológicos de tratamento de efluentes, em especial aos processos anaeróbios, que utilizam mecanismos naturais de biodegradação para transformar a parte mais putrescível do lodo. Pelo menos três diferentes grupos metabólicos de microrganismos estão envolvidos na digestão aneróbia: o das bactérias fermentativas, o das acetogênicas e o das metanogênicas. Sendo este último grupo considerado o mais sensível das populações bacterianas atuantes, podendo ser um grupo limitante do processo (PENNA, 1994). Nesse sentido, foram propostos diversos métodos para avaliar a atividade microbiana, a partir da caracterização da atividade metanogênica, que pode então ser definida, como um parâmetro que mede a taxa de conversão de substratos a metano, por microrganismos metanogênicos presentes nos lodos anaeróbios. Quando esta taxa se referir à quantidade de biomassa desses lodos, o parâmetro denominar-se-á atividade metanogênica específica (AM.E.). Enfim, a busca desse parâmetro que pudesse fornecer informações a respeito do desenvolvimento da população metanogênica do lodo, levou à proposição do Teste de

3 Atividade metanogênica Específica, um teste de laboratório em batelada, sob condições ambientais controladas. PALAVRAS-CHAVE: Atividade metanogênica, digestão anaeróbia, metano. INTRODUÇÃO O sucesso da aplicação de processos anaeróbios, especialmente os de alta taxa, em tratamento de efluentes está condicionado ao atendimento de uma série de requisitos. Um deles é a manutenção, dentro de reatores, de uma biomassa adaptada, com elevada atividade microbiológica, e resistente a choques. O grupo de bactérias metanogênicas, considerado o mais sensível e limitante do processo anaeróbio, tem despertado grande interesse por parte dos pesquisadores no sentido de padronizar os ensaios anaeróbios, bem como simplificar metodologias e aumentar a confiabilidade dos sistemas de monitoramento. A avaliação da Atividade Metanogênica Específica (AME), além de servir como um parâmetro de controle quanto a estabilidade do processo, determina as condições de partida de um reator, bem como a evolução e possíveis alterações na qualidade da biomassa do lodo. O teste de AME é um ensaio realizado em escala de bancada de laboratório, que mede a atividade metanogênica do lodo através da taxa máxima de conversão de substratos específicos a metano por unidade de biomassa presente no lodo anaeróbio. OBJETIVOS O presente trabalho tem como objetivos avaliar a biomassa metanogênica pela sua capacidade de produção de metano de três níveis de um reator UASB que opera como tratamento primário de biofiltros aerados submersos, através de testes de AME, apresentando ainda o princípio operacional do equipamento desenvolvido para medição de AME, designado "Respirômetro Anaeróbio Automatizado". MATERIAL E MÉTODOS Origem do lodo: O lodo utilizado nos ensaios de AME é proveniente da ETE Experimental da UFES (Figura 1), localizada no campus de Goiabeiras, em Vitória/ES. A ETE opera com uma vazão média de 1,0 l/s e é composta por uma estação elevatória, um reator UASB, 03 Biofiltros aerados submersos (BFs secundários trifásicos) funcionando em paralelo, 01 Filtro terciário bifásico em série com um dos BFs, um reator UV, além de um reservatório de efluente final e um leito de secagem de lodo. A alimentação do processo é realizada com esgoto bruto de características médias de: SST (135 mg/l); DQO (452 mgo2/l) e DBO (185 mgo2/l). O esgoto é proveniente do bairro adjacente Jardim da Penha, onde se localiza uma estação elevatória da Companhia Espírito-Santense de Saneamento (CESAN),

4 a qual bombeia o esgoto para a elevatória situada na área da ETE. Neste sistema o lodo aeróbio da lavagem é recirculado para o reator UASB. Respirômetro Automatizado: É um equipamento (Figura 2) desenvolvido para realização dos testes de (AME) constituído por: oito frascos de reação de tamanho variável, aquecimento com controle de temperatura a seco, agitação dos frascos de reação, sensores de pressão eletrônicos, válvulas de controle de duas vias do tipo liga/desliga, sistema microprocessado, sistema único de injeção de nitrogênio, led vermelho que indica possíveis problemas em qualquer frasco de reação, software que possibilita a entrada dos dados experimentais e leitura dos dados armazenados no sistema microprocessado, além de emitir situações de alarme e relatórios. Figura 1: ETE UFES Figura 2: Respirômetro Anaeróbio Automatizado Metodologia do teste AME: Nos frascos de reação coloca-se uma quantidade definida do lodo em função da biomassa (gsvt/l), solução de diluição (micronutrientes + macronutrientes + tampão) e acetato de sódio como substrato, a fim de manter uma concentração final da mistura em termos de gsvt/l desejada. É importante ressaltar que antes de adicionar o substrato, o lodo é aclimatado com a solução de diluição (micronutrientes + macronutrientes + tampão) nas condições do teste (temperatura a 300C e agitação contínua) por 12 horas. A solução de diluição é preparada segundo CHERNICHARO, A purga do oxigênio presente nos frascos de reação é feita através da passagem de um fluxo de N2 durante 5 min. O volume de biogás liberado é registrado a cada abertura de válvula. Esse biogás produzido é armazenado nos sacos de coleta de gás, e posteriormente analisado para determinar o teor de metano, a partir do qual calcula-se a taxa de produção de metano. A atividade metanogênica específica do lodo é calculada através da inclinacão máxima da curva de produção cumulativa de metano por unidade de biomassa desse lodo e é expressa em termos de gdqoch4/gsvt.d. Parâmetros de monitoramento: O monitoramento dos testes AME é realizado seguindo os parâmetros descritos na Tabela 1. As análises são realizadas segundo o Standard Methods, 19a edição (1995). Para a análise da fase líquida, as amostras são retiradas dos frascos de reação no início e no fim de cada ensaio, e em seguida são centrifugadas por 15 minutos a 4500 rpm.

5 Tabela 1: Parâmetros de monitoramento dos testes de atividade metanogênica específica RESULTADOS E DISCUSSÃO Realizaram-se dois testes nas mesmas condições experimentais. O lodo utilizado foi coletado na altura de 0,75 m do reator UASB. Para avaliar a biomassa metanogênica analisaram-se três relações alimento/microrganismo (So/Xo), tendo o acetato de sódio como alimento: 0,20; 0,33 e 0,80. A relação 0,33 foi obtida com diferentes valores de So e Xo (Tabela 2). A relação So/Xo de 0,20 demonstrou ser a mais adequada (Figura 3 e 4) para ambos os teste, possibilitou uma inclinação máxima da curva de produção de metano em menor tempo, obtendo um maior valor de AME, em média de 0,1142 gdqo/gsvt.d. TESTE 1 TESTE 2 Figura 3 e 4 - Produção cumulativa de metano de lodo coletado na altura 0,75m do Reator UASB, observando diferentes valores de So e Xo. Observa-se também que as produções de metano total medida (Tabela 3) de 613,2ml e 511ml ficaram próximas à teórica esperada de 700ml, esta foi calculada a partir da quantidade de substrato (So) adicionada no frasco reator em termos de gdqo/l. Tabela 2- Relações Substrato/Biomassa utilizadas nos reatores e seus respectivos valores de produção de metano e de Atividade Metanogênica Específica, calculada através da inclinação máxima das curvas da Figura 3 e 4 CONCLUSÕES

6 Os resultados apresentados, embora ainda incipientes, indicam que a AME é um parâmetro importante no sentido de classificar o potencial da biomassa na conversão de substratos específicos em metano e gás carbônico. A Atividade Metanogênica Específica atingida encontra-se fora da faixa de valores típicos, sendo mais baixa que a média registrada na literatura, porém, é importante lembrar que os valores de AME encontrados são para lodo dito misto, proveniente de um reator anaeróbio que recebe continuamente lodo aeróbio de descarte dos biofiltros aerados submersos e os valores da literatura são de sistemas de tratamento de esgoto com apenas Reatores anaeróbios. A capacidade máxima de produção de metano depende diretamente da concentração inicial de alimento-so (acetato de sódio) e de biomassa-xo (gsvt), concluindo que estes dois parâmetros estão inter-relacionados e exercem forte influência sobre a AME. A concentração inicial de alimento e de microrganismos respectivamente de 2,0 gdqo/l e 10 gsvt/l, garantiram valores de atividade máxima, resultando em menor tempo de duração do ensaio. A utilização do Respirômetro Anaeróbio Automatizado para a avaliação da AME demonstrou precisão nas medidas, padronização das condições de ensaio, redução de custos em relação a equipamentos semelhantes e alto nível de automação. Testes complementares estão sendo realizados, a fim de fazermos uma varrição, ou seja determinar a melhor relação So/Xo para diferentes níveis do Reator e conseqüentemente a máxima Atividade Metanogênica Específica. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHERNICHARO,C. A L. Reatores Anaeróbios - Princípio do Tratamento Biológico de Águas Residuárias - vol 5. 2a ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental UFMG, p. PENNA, J.A. - Estudo da metodologia do teste de atividade metanogênica específica. Tese de doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos USP, APHA, (1995). Standard Methods for the examination of water and wastewater, 19t edition. American Public Health Association, Washington, D.C.

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