DIGESTÃO ANAERÓBIA DE RESÍDUOS SÓLIDOS ORGÂNICOS INTEGRADA COM LODO DE TANQUE SÉPTICO ASSOCIADO AO TRATAMENTO DE LIXIVIADO EM REATOR UASB

Transcrição

1 DIGESTÃO ANAERÓBIA DE RESÍDUOS SÓLIDOS ORGÂNICOS INTEGRADA COM LODO DE TANQUE SÉPTICO ASSOCIADO AO TRATAMENTO DE LIXIVIADO EM REATOR UASB Paulo Belli Filho Fábio Rita Hugo Moreira Soares Nadja Rigoni Medeiros William Gerson Matias Armando Borges de Castilhos Jr. Rafael de Oliveira Pinto* Engenheiro de Alimentos pelo Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Santa Catarina UFSC, Mestre em Engenharia Química (UFSC, 1999); Doutorando em Engenharia Ambiental. Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental - UFSC. Endereço: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Campus Universitário UFSC- Trindade. Florianópolis, SC, Brasil.CEP Telefone:0 (XX) (48) FAX: 0 (XX) (48) rafaoliveira5@uol.com.br RESUMO O presente trabalho propõe a aplicação do processo de digestão anaeróbia para bioestabilizar resíduos sólidos orgânicos urbanos em conjunto com lodos de tanques sépticos em um reator de batelada em fase semi-sólida (RSO). O digestor RSO foi alimentado com resíduos sólidos orgânicos e lodo de tanque séptico na relação de 80:20 (v:v), sendo que o lixiviado produzido foi tratado separadamente em reator UASB. Os resultados indicaram para o reator RSO uma redução de 65 % de DQO, 86% de sólidos totais e 76% de sólidos voláteis no lixiviado após 4 meses de operação. O reator UASB funcionou em condições estáveis de processo até uma carga orgânica de 8 kg DQO/m 3.d, apresentando uma eficiência de remoção de DQO acima de 75% e produção média de metano em torno de 84,5%. Palavras-Chave: Tratamento anaeróbio, lodo de tanque séptico, resíduos sólidos orgânicos, lixiviado. INTRODUÇÃO Segundo informações fornecidas pela Pesquisa Nacional de Saneamento Básico 2000, são produzidos diariamente no Brasil toneladas de lixo e 63,6% dos municípios utilizam lixões como seu destino final, havendo o risco de contaminação de cursos de água pelo chorume gerado. Para que estes resíduos não causem danos ao meio ambiente é necessário que se desenvolva tecnologias, metodologias e orientações para o seu tratamento e posterior disposição final. 1

2 Entre as alternativas de tratamento da fração orgânica do lixo urbano encontra-se a digestão anaeróbia para resíduos sólidos e lodos. Diversos estudos foram realizados com resíduo sólido orgânico a ser tratado e misturado com lodo de esgoto sanitário tendo como objetivo a melhoria no processo de bioestabilização com diminuição no tempo necessário para o tratamento (BAERE et al.,1984; BRUMMELER et al., 1986). Os estudos referentes à proporção de lodo e lixo orgânico, mostraram que proporções entre 5 e 20% de lodo no lixo orgânico promoveram valores de fator de conversão de matéria orgânica em gás entre 40 e 50%, o que é bastante relevante quando se verifica que uma das intenções de se adicionar lodo de esgoto, como no caso de aterros, é o de incrementar a produção de biogás e diminuir o tempo para o início de sua produção (CRAVEIRO, 1982). Com relação ao lixiviado produzido, uma alternativa seria a recirculação de parte deste ao sistema de tratamento visando a aceleração do processo de biodigestão e o tratamento biológico da outra parte, visto que os métodos biológicos têm promovido boa eficiência para o tratamento do lixiviado proveniente dos aterros sanitários. Segundo LIN (2000), um sistema moderno de tratamento anaeróbio pode ter alta eficiência no tratamento e um baixo tempo de retenção hidráulica (TRH), como é o processo de um reator UASB (fluxo ascendente com manta de lodo). OBJETIVO O objetivo deste trabalho é apresentar um processo de digestão anaeróbia capaz de bioestabilizar os resíduos sólidos orgânicos urbanos integrados com lodos de tanques sépticos (digestor RSO). O lixiviado deste digestor é tratado em um reator UASB, cujo efluente é recirculado a unidade RSO. METODOLOGIA Análise fisico-químicas e biológicas O resíduo sólido orgânico foi analisado através de seus teores de nitrogênio total, umidade a 65 o C, matéria orgânica e resíduos minerais. Quanto ao lixiviado produzido, analisou-se sólidos totais, sólidos voláteis, alcalinidade total, ph, fósforo total, ácidos orgânicos voláteis, nitrogênio total, amônia e DQO. O reator UASB foi monitorado rotineiramente pelos parâmetros: ph, concentração de DQO, produção diária de biogás, e composição do biogás, nas condições estáveis de processo. As análises clássicas de amostras seguiram as recomendações indicadas no Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. A composição do biogás produzido pelos reatores e a concentração dos ácidos orgânicos voláteis foram determinadas por cromatografia gasosa seguindo metodologia descrita por MONTENEGRO (2001) e MORAES et al (2000). A determinação da atividade metanogênica específica foi feita com o objetivo de escolha do inoculo mais adequado à partida do reator UASB e seguindo a metodologia descrita por SOARES E HIRATA (1997). Descrição das unidades pilotos O digestor para resíduos sólidos orgânicos com lodo de tanque séptico (RSO) foi construído em fibra de vidro podendo ser dividido em 3 partes (Figura 1). Uma parte superior com volume aproximado de 150 L ocupado pelo gás produzido durante o processo de bioestabilização, uma outra parte cilíndrica de 360 L preenchida pela massa semi-sólida constituída da mistura de resíduo sólido orgânico e lodo de tanque séptico e uma parte cônica de 59 L destinada a receber o lixiviado formado. Uma parcela deste lixiviado é retirado na parte inferior do reator e realimentado por cima e a outra parcela segue para tratamento em um reator de fluxo ascendente (UASB) sendo, após o tratamento, retornado ao digestor. 2

3 A relação de resíduos sólidos orgânicos e lodo foi de 80:20 (v:v) sendo que a parcela referente ao lodo foi constituída por lodo de tanque séptico mais inóculo também em uma relação lodo tanque séptico/inóculo de 80:20 (v:v). Foi utilizado como inóculo o lodo granular de um reator UASB que trata esgoto doméstico e que pertence à Companhia de Saneamento de Santa Catarina (CASAN). Visando aumentar a área superficial de resíduo disponível para a ação dos microrganismos, trabalhou-se com uma granulometria inferior a 50 mm. Figura 1. Digestor de lodo séptico e resíduos sólidos orgânicos (RSO). O reator UASB utilizado para essa pesquisa é de acrílico com um volume útil de 9,5 litros, com seis pontos de coleta de amostra ao longo do seu corpo. O reator foi operado na faixa dos 25 a 27 C, através de aquecimento interno com banho termostatizado. A produção diária de gás foi medida usando-se um gasômetro de cúpula flutuante. Dois frascos, um com palha de aço e o segundo com sílica gel foram adaptados antes do gasômetro para que fossem retidos o H 2 S (proveniente da digestão anaeróbia) e a umidade do biogás (Figura 2). O reator foi inoculado também com lodo proveniente de reator UASB fornecido pela CASAN, e sua atividade anaeróbia foi verificada através da determinação da atividade metanogênica específica (AME). Figura 2. Detalhe do reator UASB. 3

4 RESULTADOS O processo de tratamento durou aproximadamente 4 meses. A Tabela 1 apresenta as características dos resíduos sólidos orgânicos no início e ao término da biodigestão. Observa-se que houve uma redução de matéria orgânica (11,03 % para 6,9%) e consequentemente a sua mineralização ( 2,58% para 17,58% de resíduos minerais). Tabela1- Características dos resíduos sólidos orgânicos no início e ao final do tratamento. Parâmetros (%) Início Final N total 0,03 0,35 P 2 O 5 total 0,09 0,09 Umidade 65 o C 86,00 75,50 Matéria orgânica 11,03 6,90 Resíduos minerais 2,58 17,58 O ph do lixiviado apresentava-se inicialmente em torno de 3,98 desta forma decidiu-se no 28 o dia de operação retirar do interior do reator de RSO todo o conteúdo de lixiviado (aproximadamente 87 L) e corrigir o ph para algo em torno de 6,50. Este volume de lixiviado foi posteriormente retornado ao reator de RSO. O objetivo desta correção no ph foi o de tentar garantir que o lixiviado recirculado não causasse qualquer tipo de inibição no crescimento microbiano, visto que as bactérias produtoras de metano possuem uma faixa de crescimento ótimo na faixa de ph entre 6,6 e 7,4 e as bactérias produtoras de ácidos têm esta faixa ótima de crescimento entre 5,0 e 6,0. No entanto, ao retirar o lixiviado do reator para fazer recirculação e tratamento no UASB, o ph quase sempre apresentava-se abaixo de 6,0, conforme apresentado na figura 3, tendo-se um valor médio de 5,66 o que parece indicar a predominância de uma fase acidogênica. Figura 3. Valores de ph do lixiviado retirado do reator RSO. Esta fase acidogênica pode ser notada na Figura 4 que apresenta as concentrações dos ácidos orgânicos voláteis (AOVs) formados. Em um primeiro momento, há um acúmulo de AOVs no reator mas após um certo período nota-se uma queda nos valores destes ácidos acompanhado de uma tendência a estabilização em suas concentrações. 4

5 Figura 4. Evolução das concentrações de AOVs do lixiviado. Quanto a evolução da DQO e do teor de sólidos no lixiviado, verificou-se inicialmente um aumento crescente nos valores destes, observados nas Figuras 5 e 6, alcançando-se valores máximos de mgo 2 /L para DQO e de 49,04 g/l e 36,13 g/l, respectivamente, para sólidos totais e voláteis. Após 4 meses obteve-se uma redução da DQO de 65% e nos sólidos totais e voláteis uma redução de 80% e 76%, respectivamente. Figura 5. Perfil de DQO do lixiviado Figura 6. Perfil de ST e SV do lixiviado 5

6 O reator UASB foi inoculado com um lodo cujo valor médio da AME máxima foi de 0,19 g DQO-CH 4 /g SV.dia. Após a operação do mesmo esta AME máxima aumentou para 0,40 g DQO-CH 4 /g SV.dia, representando um aumento significativo de 52,5%. Os resultados referentes ao período de adição do lixiviado no reator UASB são apresentados na Figura 7. A DQO do lixiviado para a alimentação do UASB variou de à mg DQO/L. O reator conferiu uma boa eficiência de remoção de DQO no primeiro mês de operação ficando ao redor de 90%. Figura 7. Evolução dos parâmetros de controle do reator UASB No 129 o dia de operação houve uma alteração na alimentação do reator onde a sua concentração de DQO subiu de para mg DQO/L, ocorrendo assim uma certa instabilidade no reator devido às altas concentrações de DQO aplicada no sistema. A alimentação direta do percolado no reator UASB sem qualquer tipo de diluição ou acerto de ph se iniciou a partir do 178 dia de operação onde se pode verificar uma queda acentuada do ph na alimentação do reator que após 20 dias de alimentação operando o reator desta forma, provocou uma instabilidade no processo influenciando assim todos os parâmetros de controle do mesmo. No 179 dia de operação houve uma queda na remoção da DQO, caindo de 82 para 45% de remoção, devido provavelmente ao aumento na carga orgânica volumétrica aplicada no reator. De forna geral, os resultados indicam que o reator UASB é eficiente para tratar o lixiviado proveniente do digestor RSO desde que mantenha o devido controle no ph e na carga orgânica volumétrica a ser aplicada ao sistema de tratamento cujo o aumento deve ser gradual para que haja a adaptação dos microrganismos ao substrato. O percentual de metano no biogás ficou em torno de 84,5%. 6

7 CONCLUSÕES O digestor RSO apresentou após 4 meses uma boa eficiência na redução da DQO e na concentração de sólidos no lixiviado bem como foi capaz de mineralizar os resíduos sólidos orgânicos (2,58% para 17,58% de resíduos minerais). Os resultados preliminares indicam que com qualidade operacional e com temperatura ambiente na ordem de 25 C o reator UASB é viável para o tratamento de lixiviado, haja vista que conseguiu-se obter em condições estáveis de processo uma eficiência de remoção acima de 75% para uma carga orgânica volumétrica de 8 KgDQO/m 3 dia. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APHA; AWWA; WPCF, (1995) Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19. Ed. Washington D.C. BAERE, L.; MEENEN, P.V.; DEBOOSERE, S.; VERSTRAETE, W. (1984) Anaerobic Fermentation of Refuse. Resources and Conservation.14: BRUMMELER, E.; KOSTER, I.W.; ZEEVALKINK, J.A. (1986) Biogas Production from the Organic Fraction of Municipal Solid Waste by Anaerobic Digestion. In: 3 th International Symposium MER3 Materials and Energy from Refuse. Belgica, CRAVEIRO, A.M. (1982) Influência da Proporção de Lixo e Lodo de Esgoto no Processo de Digestão Anaeróbia desses Resíduos. Dissertação de Mestrado apresentada à Escola Politécnica da USP, São Paulo. LIN, C. Y.; CHANG, F. Y.; CHANG, C. H. (2000) Co-digestion of leachate with septage using a UASB reactor. Biores. Technol., v. 73, p MONTENEGRO, M. A. P. (2001) Avaliação da performance de um reator anaeróbio híbrido (RAH) e da atividade das populações de microorganismos anaeróbios na ausência e na presença de pentaclorofenol (PCP). Tese (Doutorado). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. MORAES, E. M.; ADORNO, M. A. T., ZAIAT, M.; FORESTI, E.(2000) Determinação de ácidos voláteis por cromatografia gasosa em efluentes de reatores anaeróbios tratando resíduos líquidos e sólidos. Pernambuco. IN: IV OFICINA E SEMINÁRIO LATINO-AMERICANO DE DIGESTÃO ANAERÓBIA, Anais: v. 2, p ,. SOARES, H. M.; HIRATA, T. S.(1997) Práticas de laboratório. Florianópolis. In: III CURSO DE TRATAMENTO BIOLÓGICO DE RESÍDUOS. CBAB, MCT/CNPq, CPGEQ/UFSC, CDB, p