REMOÇÃO BIOLÓGICA DE FÓSFORO EM REATORES SEQÜÊNCIAIS EM BATELADA

Transcrição

1 REMOÇÃO BIOLÓGICA DE FÓSFORO EM REATORES SEQÜÊNCIAIS EM BATELADA José Luiz Finger (1) Engenheiro Civil pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Mestrando em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da UFRGS. Professor Titular da disciplina de Sistemas Hidrossanitários da Faculdade de Arquitetura Ritter dos Reis (Porto Alegre). Luiz Fernando Cybis Professor, pesquisador, orientador e consultor do Programa de Pós- Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental do IPH/UFRGS. Doutor em Engenharia Sanitária Ambiental pela The University of Leeds, Inglaterra. Endereço (1) : Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) - Avenida Bento Gonçalves, 95 - Porto Alegre - RS - Caixa Postal CEP: Brasil - Tel: (51) Fax: (51) ifcybis@vortex.ufrgs.br RESUMO O presente trabalho relata alguns dos resultados de experimentos realizados como parte dos requisitos para obtenção do título de mestre do primeiro autor no curso de Pós Graduação do IPH-UFRGS. São apresentados resultados das pesquisas de laboratório relativas à remoção biológica de fósforo com a utilização de esgoto sintético, com acetato com única fonte de carbonos, em Reator Seqüencial em Batelada (RSB), em escala de bancada. Para tanto, quatro RSB foram operados em quatro experimentos recebendo esgoto sintético com concentração de 354 mg-dqo/l e 3,7/7,4/11,1/14,8 mg-p/l, respectivamente. No primeiro e no quarto experimentos, foram adotados um período inicial de aclimatização com uma rotina na qual a concentração de fósforo variou de 3,7 a 14,8 mg-p/l e a da fonte de carbono de 116 a 354 DQO mg/l; no segundo e terceiro experimentos, não houve período de aclimatização. O primeiro experimento teve uma duração de 1 dias, quando foi interrompido por problemas operacionais; o segundo e terceiro, de 6 dias sendo interrompidos por não se ter conseguido estabelecer o processo de remoção biológico satisfatoriamente; e o quarto experimento, foi interrompido aos 95 dias pelo término das pesquisas. Os resultados obtidos demonstram a potencialidade do processo de remoção biológica de fósforo em RSB. Por exemplo, no experimento 4, reator 2, em 7% do tempo foram obtidas eficiências na remoção de fósforo da ordem de 81%. PALAVRAS-CHAVE: Remoção Biológica de Fósforo, Reator Seqüencial em Batelada, Lodos Ativados, Tratamento de Esgoto, RSB. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 78

2 INTRODUÇÃO É cada vez maior a conscientização geral relativamente a preservação ambiental. Os efeitos causados pela atividade humana no desequilíbrio do meio ambiente, em especial nos mananciais de água, são comprovadamente conseqüência do excesso de resíduos lançados nos mesmos, em quantidades superiores a capacidade de recuperação. Dentro deste contexto, atenção deve ser dada ao excesso de nutrientes lançados, em especial ao montante de fósforo descartado, cujo a principal conseqüência diz respeito a eutrofização dos cursos d'água e os problemas correlatos. Esta crescente consciência ambiental tem propiciado, aos profissionais que trabalham na área de saneamento, novos desafios no desenvolvimento de tecnologias de tratamento das águas residuais. A situação atual com problemas crescentes e recursos escassos demonstra a necessidade de novas tecnologias que apresentem resultados eficientes a custos menores. Dentro desta gama de novas tecnologias está inserida a remoção biológica de fósforo em reatores seqüenciais em batelada. Observações de que certas espécies de microorganismos, quando submetidas a período de abundância seguido por outro de escassez de substrato, em condições anaeróbias e aeróbias, respectivamente, podem produzir um efluente decantado com concentração de fósforo muito baixa, representando um consumo muito além das necessidades celulares. Aliando essa constatação ao fato de estarmos produzindo um resíduo líquido doméstico com concentrações de fósforo mais elevadas devido a intensa utilização de detergentes sintéticos, o processo de remoção biológico de fósforo tem tido interesse crescente com o objetivo de uma aplicação econômica que possa competir e até substituir os processos químicos. A tecnologia dos reatores seqüenciais em batelada é uma variante da tecnologia dos lodos ativados. A seqüência de eventos que ocorre no processo de lodos ativados no espaço, ocorre no tempo no RSB. Somente um tanque é necessário, dentro do qual ocorrem seqüencialmente as diferentes condições ambientais necessárias para cada objetivo operacional, bem como a posterior separação sólido-líquido. Portanto, esta tecnologia é extremamente adequada para sediar o processo de remoção biológica de fósforo com todas as suas exigências. Neste trabalho serão relatados alguns dos resultados preliminares de quatro experimentos, cada um utilizando quatro reatores seqüenciais em batelada, em escala de laboratório, tratando esgoto sintético, de forma a promover a remoção biológica de fósforo. HISTÓRICO O histórico do desenvolvimento dos sistemas de remoção biológica de fósforo, observada inicialmente por volta de 1959 em estações de tratamento de águas residuais domésticas, evoluiu na seguinte seqüência (1) (Sedlak,1991): a) Observações em lodos de estações em escala real que tiveram significativa capacidade de remoção de fósforo; b) Reconhecimento da necessidade de uma zona de contato anaeróbia de lodo anterior a zona aeróbia; c) Necessidade de excluir condições anóxicas e aeróbias na zona anaeróbia; e d) Função e necessidade de um substrato simples na zona anaeróbia. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 781

3 Os modelos bioquímicos mais importantes no equacionamento do processo de remoção são: a) Comeau/Wentzel; b) Mino; e c) Mino/Wentzel. A relação molar teórica entre o consumo de acetato e liberação de fósforo, obtidas das equações estequiométricas dos três modelos são: 1:1 no modelo Comeau, 2:1 no modelo Mino e 1,5:1 no modelo Mino adaptado. O processo de remoção biológico de fósforo é extremamente complexo devido a maioria das reações serem intracelulares e é afetado por fatores ambientais (OD, Redox, temperatura e ph), parâmetros hidráulicos, disponibilidade de substrato e presença de nitratos. O controle de alguns fatores pode representar a predominância da população poly-p em detrimento das G-bactérias, com conseqüente alta performance na remoção de fósforo. O primeiro processo comercial de remoção biológica de fósforo foi desenvolvido a partir dos trabalhos de Levin e Shapiro e foi denominado de PHOSTRIP. Microorganismos que acumulam fosfatos Entre numerosas bactérias presentes nos lodos ativados, a Acinetobacter foi o primeiro gênero identificado como sendo responsável pela remoção de fósforo em processos de lodos ativados. Fuchs e Chen, 1975 apud Randall et al., 1992 (2), relataram esta identificação utilizando um substrato de ácidos graxos voláteis de cadeia curta, especialmente o acetato. Desde então diversos pesquisadores constataram uma diversidade de microorganismos que acumulam fosfato. A esta comunidade várias nomenclaturas foram dadas: polyp bactéria, biop bactéria e PP bactéria. Como exemplo podemos citar: Pseudomonas vesicularis (Suresh et al., 1985 apud Serrano et al., 1992), Klebsiella premoniae (Gersberg, 1985 apud Serrano et al., 1992), Micrococus (Ye et al., 1988 apud Serrano et al., 1992), Aeromonas hyraphila (Brodisch e Joynes, 1983 apud Serrano et al., 1992), Arthrobacter globiformes (Shoda et al., 198 apud Serrano et al., 1992), Moraxella spp e Enterobacter spp (Lotter e Meuphy, 1985 apud Serrano et al., 1992) (3). A competição entre as bactérias poly-p e não poly-p, com predominância de uma em relação a outra, é decorrência de um processo seletivo devido as condições ambientais, operacionais e da habilidade destes microorganismos utilizarem os diversos substratos no metabolismo. METODOLOGIA A metodologia empregada no trabalho compreende a utilização da hidráulica dos reatores seqüenciais em batelada com fase reativa composta de duas etapas: anaeróbia e aeróbia, com utilização de acetato como única fonte de carbono. Quatro reatores seqüenciais em batelada foram operados em quatro experimentos com a utilização de esgoto sintético e temperatura controlada em 25 o C. A temperatura foi controlada através de um sistema em banho maria composto por uma resistência elétrica e um cooler. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 782

4 O lodo utilizado foi obtido em uma estação de tratamento de águas residuais domésticas, operado pelo DMAE, Departamento Municipal de Água e Esgoto da cidade de Porto Alegre, sem habilidade comprovada na remoção biológica de fósforo. Cada reator cumpriu com dois ciclos diários com as seguintes etapas operativas: a) Alimentação instantânea: b) 2,5 horas de período reativo anaeróbio; c) 5 horas de período reativo aeróbio; d) 1 hora de sedimentação; e) dreno do efluente instantâneo e f) 7 horas de período de repouso entre os ciclos do dia e da noite. O esgoto sintético utilizado era composto de: a) fonte de carbono: 116 a 354 DBO mg/l de acetato de sódio em todos os reatores; b) fonte de fósforo: 3,7/7,4/11/14,8 mg-p/l de KH 2 PO 4 nos reatores 1 a 4, respectivamente; c)meio de sustentação:,6 g/l de MgSO 4.7H 2 O,,7 g/l de CaCl 2.2H 2 O, 5 a 2 mg/l de NH 4 Cl-N,,1 g/l de EDTA e 2, ml/l de traços de minerais. Cada reator tinha um volume de trabalho de 6,5 litros, sendo drenado, após cada ciclo, 4 litros de efluente. Os procedimentos de carregamento, descarte de lodo e dreno foram efetuados manualmente. Análises periódicas dos parâmetros OD, Redox, Turbidez, SS, SSV, PO 4 -P, ácido acético e ph foram realizadas. Esporadicamente, foram realizadas algumas análises de fósforo total, Alcalinidade total, DQO e perfis temporais de PO 4 e ácido acético. No primeiro e no quarto experimentos, foram adotados um período inicial de aclimatização com uma rotina na qual a concentração de fósforo variou de 3,7 a 14,8 mg- P/l e a da fonte de carbono de 116 a 354 DQO mg/l; no segundo e terceiro experimentos, não houve período de aclimatização. O primeiro experimento teve uma duração de 1 dias, quando foi interrompido por problemas operacionais; o segundo e terceiro, de 6 dias sendo interrompidos por não se ter conseguido estabelecer o processo de remoção biológico satisfatoriamente; e o quarto experimento, foi interrompido aos 95 dias pelo término das pesquisas. RESULTADOS Os resultados referentes aos experimentos de 1 a 3 já foram publicados anteriormente (Cybis, 1997) (4). Aqui serão relatados, alguns aspectos destes experimentos, e, os resultados referentes ao 4 o experimento. O primeiro experimento foi operado por 1 dias e apresentou períodos de boa remoção de fósforo associados à boa remoção de carbono e ao baixo índice volumétrico de lodo, alternados com períodos de baixa remoção de fósforo conectados com baixa remoção de carbono e péssima sedimentação. Nos perfis temporais apresentados nos gráficos 1 e 2, pode-se constatar as fases de liberação e consumo de fósforo ocorridas no primeiro experimento e verificar que o processo se estabeleceu com boa eficiência já no ciclo 17 (dia 9). 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 783

5 Gráficos 1 e 2 Perfis temporais de PO 4, NO 3 e NO Gráfico 1-1 o Experimento - Perfi Reator R1 Ciclo 17 5 Gráfico 2-1 o Experimento : Perfil Reator R2 Ciclo 134 Concentração mg/l 1 5 Anaerobio Aerobio Sedim Concentração mg/l Anaeróbio Aeróbio Sedim ,5 19 T (horas) 192,5 mg NO2-N/l mg NO3-N/l mg PO4-P/l T(horas) , ,5 mg NO2-N/l mg NO3-N/l mg PO4-P/l Os experimentos 2 e 3, que foram operados por 6 dias cada, não estabeleceram o processo de remoção biológico de fósforo satisfatoriamente. Nesses, não se adotou um período de aclimatização, o lodo utilizado era de difícil sedimentação. Esse lodo, ao longo do experimento, não melhorou as suas condições de sedimentação, constatando-se a proliferação de filamentosas. Tendo em vista o insucesso parcial do 1 o experimento e total no 2 o e 3 o experimentos, partiu-se para uma nova tentativa, utilizando-se um período de aclimatização, conforme já havia sido adotado no primeiro experimento. Além disso foram monitorados, em todos os ciclos, a concentração de ortofosfato e acetato de forma a possibilitar a realização de um balanço da concentração de fósforo. O lodo utilizado apresentou excelente sedimentação desde o início e se manteve assim até o fim do experimento. Essa característica foi confirmada pela baixa turbidez do efluente. No início desse experimento, durante 12 ciclos, somente foram utilizados 3 reatores, devido à quebra de um dos reatores quando o 3 o experimento foi encerrado. Após o concerto do quarto reator o lodo foi reunido, misturado e redistribuído, sendo operados por mais 176 ciclos. O período de aclimatização obedeceu a um carregamento variável conforme está descrito nas tabelas 1 e 2. A tabela 1 corresponde aos 4 litros de carregamento do ciclo e a tabela 2, à sua correção para o volume total do reator de 6,5 litros. Tabela 1 Carregamento do ciclo com 4 litros cada reator Etapa N Ac DQO P (mg/l) Ciclo (mg/l) (mg/l) (mg/l) R1 R2 R3 R4 Etapa Inicial 12 ciclos com 3 reatores 1 a 12 19,63 173,53 188, Etapa Final 176 ciclos com 4 reatores 1 a 7 19,63 173,53 188, a 31 13,8 173,53 188, a 34 9,81 173,53 188, a 44 6,54 173,53 188, a 51 6,54 26,29 282, a 72 13,8 26,29 282, ,8 347,6 376, a 97 13,8 347,6 376, a 15 13,8 433,82 47, a ,63 433,82 47, a ,63 52,59 564, Tabela 2 Correção para os 6,5 litros dos reatores Etapa N Ac DQO P (mg/l) Ciclo mg/l mg/l mg/l R1 R2 R3 R4 Etapa Inicial 12 ciclos com 3 reatores 1 a 12 12,8 16,79 115,84 3,69 3,69 3,69 3,69 Etapa Final 176 ciclos com 4 reatores 1 a 7 12,8 16,79 115,84 3,69 3,69 3,69 3,69 8 a 31 8,5 16,79 115,84 3,69 3,69 3,69 3,69 32 a 34 6,4 16,79 115,84 3,69 3,69 3,69 3,69 35 a 44 4,3 16,79 115,84 3,69 3,69 3,69 3,69 45 a 51 4,3 16,18 173,76 3,69 3,69 3,69 3,69 52 a 72 8,5 16,18 173,76 3,69 5,54 7,38 9, ,5 213,57 231,67 3,69 5,54 7,38 9,23 74 a 97 8,5 213,57 231,67 3,69 7,38 11,8 14,77 98 a 15 8,5 266,97 289,59 3,69 7,38 11,8 14,77 16 a ,8 266,97 289,59 3,69 7,38 11,8 14, a ,8 32,36 347,51 3,69 7,38 11,8 14,77 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 784

6 Após a análise estatística dos dados (tabela 3), pode-se constatar uma boa eficiência no processo de remoção de fósforo, apresentando, nos 176 ciclos, eficiências médias de 77,5/78,5/71,7/64,7 %, respectivamente para os reatores R1 a R4. Somente em 71 ciclos foram monitoradas as concentrações de ortofosfato no final da fase anaeróbia. As máximas concentrações de PO 4 -P (tabela 5) observadas foram de 94,73/1,67 /189,95/115,86 mg/l nos reatores R1/R2/R3/R4 respectivamente. Na tabela 3 pode-se verificar a freqüência do número de ciclos por faixa de eficiência. Conforme a tabela, o número de ciclos com eficiência negativa foi de 8/13/13/13 nos reatores R1/R2/R3/R4 respectivamente, mas em oito situações foram constatados problemas operacionais ( ciclos 26/3/33/95/127/13/131/151), principalmente, por causa da falta de energia, do não funcionamento da válvula de ar e da parada do motor. Tabela 3 4 o Experimento Estatistica da Eficiência do Processo Número de ciclos = 176 Sequência Eficiência % <, - 1 1,1-2 2,1-3 3,1-4 4,1-5 5,1-6 6,1-7 7,1-8 8,1-9 9,1-1 Reator 1 Numero de ciclos com rendimento negativo = 8 No intervalo Total Frequência 1 94,32 94,32 92,61 9,34 88,7 81,82 74,43 65,34 43,18 Reator 2 Numero de ciclos com rendimento negativo = 13 No intervalo Total Frequência 1 9,91 9,34 9,34 87,5 85,8 81,25 75,57 68,18 57,39 Reator 3 Numero de ciclos com rendimento negativo = 13 No intervalo Total Frequência 1 91,48 9,34 88,7 85,23 77,84 72,73 62,5 55,68 39,77 Reator 4 Numero de ciclos com rendimento negativo = 13 No intervalo Total Frequência 1 91,48 9,34 85,8 78,41 69,32 61,93 5, 4,34 27,27 Os ciclos 88, 9 e 91 do reator R3, que apresentaram uma maior concentração de PO 4 -P na fase anaeróbia, foram carregados com maior quantidade de acetato, 427, 268 e 268 mg/l de Ac. Através das análises de cromatografia iônica, verificou-se uma perda de eficiência desses ciclos. Nos gráficos 3,4,5 e 6, pode-se visualizar os resultados nos quatro reatores em seus 176 ciclos, no que se refere à eficiência de remoção, e às concentrações de ortofosfato no afluente, na mudança de fase anaeróbia/aeróbia e no decantado. Visualizando os gráficos, pode-se constatar que ocorreu um aumento progressivo da concentração de ortofosfato na mudança de fase do primeiro ao 72 o ciclo nos quatro reatores. No reator R1, após o ciclo 72 houve uma redução gradual até o ciclo 176, e nos demais reatores, um período de certa estabilidade até o ciclo 124, após o qual observou-se uma queda gradual até o ciclo 176. Essas observações parecem estar relacionadas com o aumento da carga afluente. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 785

7 Gráfico 3-4 o Experimento - Reator R Gráfico 4-4 o Experimento Reator R PO4-P (mg/l) 1 1, Eficiência% PO4-P (mg/l) 1 1, Eficiência % Ciclo, Inicio Meio Fim Eficiência %, Ciclo Início Fim Meio Eficiencia % 1 Gráfico 5-4 o Experimento Reator Gráfico 6-4 o Experimento Reator R PO4-P (mg/l) 1 1, Eficiência % PO4-P (mg/l) 1 1, Eficiência %, Ciclo Início Meio Fim Eficiencia %, Ciclo Início Meio Fim Eficiencia % Nesse experimento foram realizados quatro perfis temporais de ortofosfato e de acetato dos quatro reatores, para os ciclos 45 /116 / 139 e 167. No ciclo 45, perdeu-se o perfil de acetato e, no ciclo 167, os dados dos perfis de acetato e ortofosfato apresentam inconsistência, provável deficiência nas análises. Nos ciclos 116 e 139, gráficos 7 e 8 respectivamente, pode-se verificar que o acetato é totalmente absorvido pelas bactérias nos primeiros 5 minutos, o que coincide com o pico da concentração de ortofosfato. Outra observação importante é que mesmo aumentando a concentração de acetato de 267 para 32 mg/l, respectivamente nos ciclos 116 e 139, verificou-se que a liberação de ortofosfato foi menor no ciclo 139. Tendência essa que também pode ser observada nos gráficos 3,4,5 e 6 apresentados anteriormente. 25 Gráfico 7-4 o Experimento Ciclo Gráfico 8-4 o Experimento Ciclo 139 PO4-Pe HAc (mg/l) Tempo (min) PO4-P e HAc (mg/l) Tempo(min) R1 R2 R3 R4 Hac-R1 Hac-R2 Hac-R3 Hac-R R1 R2 R3 R4 HAc-R1 HAc-R2 HAc-R3 HAc-R4 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 786

8 A partir do ciclo 137 o oxigênio dissolvido (OD) foi monitorado em todos os ciclos. Constatou-se, na fase aeróbia, um período inicial de aproximadamente 1 hora em que o OD cresceu levemente, a princípio para depois aumentar rapidamente, alcançando a 6 mg/l. A partir do ciclo 124 foi monitorado o ph nos quatro reatores. Os perfis temporais mostram um aumento gradativo do ph do meio, variando de 7,45 a 8,6 no pico da fase anaeróbia (ver gráfico 1). O pico do ph está conectado com o consumo de acetato. Após o consumo total do acetato, o ph volta a baixar. Isso pode ser visto superpondo os gráficos 8 ao 9 do ciclo Grafico 9-4 o Experimento - Ciclo 139 ph 8,3 Gráfico 1 - Perfil ph - Reator R3 8,5 7,9 ph 8 7,5 7,5 7 Sedim Anaerobio Aerobio T (min) ph1 ph2 ph3 ph4 7,1 6,7 Tempo (min) R3-124 R3-126 R3-128 R3-138 R3-142 R3-144 R3-148 R3-157 R3-16 R3-166 R3-169 R3-17 R3-172 R3-174 R3-176 As concentrações de sólidos, nos reatores, variaram entre 4628 a 213 mg/l de SST, entre 348 a 123 mg/l de SSV, e entre 53,81 a 87,6 para um % de SSV em relação aos SST. O lodo utilizado possuía elevado percentual de sólidos fixos. Com o decorrer do experimento, aumentou o percentual de sólidos voláteis, sendo que no período de maior estabilidade na concentração de ortofosfato liberado ao meio na fase anaeróbia, entre os ciclos 73 a 124, apresentou as seguintes relações: 71 a 8 / 69 a 75 / 66 a 73 e 66 a 73% nos reatores R1/R2/R3/R4, respectivamente. O coeficiente médio de produção de biomassa foi de,155 /,16 /,136 e,147 mg/l de SSV / mg/l de Ac nos reatores R1/R2/R3/R4, respectivamente. A idade do lodo estima-se que tenha sido entre 2 e 3 dias. As avaliações dos sólidos foram efetuadas com amostras em 16 ciclos. No gráfico 11 e tabela 4 podemos visualizar essas observações para o reator R3. Sólidos (mg/l) o Experimento Reator R1,1 15 Ciclo, SSV SST SSV/Ac SST/Ac 1 Coef. Prod, mg/l / mg/l Tabela 4 Coeficiente Produção de Sólidos Reator R3 Ciclo SST SSV SST/Hac SSV/Hac (mg/l) (mg/l) Coef, Prod.(mg/l / mg/l) ,249, ,15, ,29 -, ,259, ,314 -, ,52, ,418, ,45, ,258, ,122, ,24, ,31 -, ,436, ,326, ,196,138 Média ,211,136 Máxima ,52,374 D. Padrão ,215,154 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 787

9 Na fase anaeróbia, a absorção de acetato necessária à liberação de ortofosfatos mostrou uma relação molar média de 2,82/2,15/1,83/ e 1,78 em 7 amostras analisadas, respectivamente para os reatores R1 a R4. Todavia, várias amostras resultaram em uma relação molar em torno de 1 o que permite aceitar o modelo previsto por Comeau/Wentzel, como pode ser visto na tabela 5, onde esta relação é de 1:1. O consumo de acetato mostrou uma relação média de 65,89 / 39,63 / 35,29 / 29,73 mg/l nos reatores R1/R2/R3/R4, respectivamente, para cada mg/l de PO 4 -P consumido. Para uma idade de lodo de 3 dias, Sedlak (1991) sugere na relação entre DBO 5 requerida e PO 4 -P removido, valores entre 26 e 36 para lodo com 6, a 4,5 % de PO 4 -P, respectivamente. Portanto, os valores obtidos são um pouco superiores, o que pode ser explicado pelos problemas operacionais ocorridos. Tabela 5 Resultados da liberação de fosforo na fase anaeróbia Número de amostras = 7 PO4-P (mg/l) no final da fase Anae PO4-P (mg/l) / Hac (mg/l) Relação Molar HAc /PO 4 -P Reator R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 Media 52,66 66,58 81,27 84,81,28,32,37,37 2,82 2,15 1,83 1,78 Minimo 13,12 7,33 2,55 2,27,6,1,11,9,89,88,83,81 Maximo 98,59 118,93 25,44 155,45,59,6,63,65 8,42 5,27 4,88 5,74 DP 18,95 26,52 35,69 33,93,14,13,15,15 1,98 1,3,98,98 Tabela 6 Resultados do consumo de HAc no ciclo Número de amostras = 176 PO4-P (mg/l) no início do ciclo PO4-P (mg/l) no fim do ciclo Consumo Ac(mg/l) / PO 4 -P (mg/l) Reator R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 R1 R2 R3 R4 Média 4,7 7,58 1,86 14,13 2,59 3,88 6,19 8,48 65,89 39,63 35,29 29,73 Mínimo 3,7 3,7 3,7 3,7,1,1,1,1 6,6 4,55 3,75 4, Máximo 35,63 48,16 57,18 62,37 83,3 16,1 119,88 123,76 228,56 469,64 257,11 16,65 DP 3,96 6,9 8,1 9,55 1,29 14,71 17,3 17,84 36,94 38,63 3,61 18,53 O melhor rendimento obtido em termos de remoção de fósforo em todo o experimento foi no reator 2 que apresentou, em 75,57 % do tempo, valor maior que 7%. Quanto à liberação de PO 4 -P e Ac consumido, conseguiu-se, no reator 4, uma relação de até,65 e valores médios variando de,28 a,37. As taxas de liberação e consumo de PO 4 -P variaram de,45 a 2,31 e,27 a,98 mg/l min, respectivamente, com taxas maiores sempre nos primeiros 15 minutos. As taxas específicas de liberação e consumo de PO 4 -P, levando em consideração a concentração de SSV, variaram de,16 a,93 e,12 a,38 (mg/l PO4-P/ min mg SSV/l ), respectivamente. DISCUSSÃO Quanto à eficiência dos experimentos já relatados anteriormente, podemos verificar um bom desempenho no quarto experimento, ressalvadas as falhas operacionais que o afetaram. Para corroborar, apresenta-se a seguir os gráficos 12 e 13 do reator R2 que apresentou a melhor eficiência. Considerando os 176 ciclos, a eficiência, em 7% do tempo, foi igual ou superior a 75%, com um efluente igual ou inferior a 1, mg/l de PO 4 - P, ocorrendo em 63,84 % do tempo. Se excluirmos as falhas operacionais e considerarmos 168 ciclos, a eficiência, em 7% do tempo, aumentará para 81% e, para o mesmo padrão de efluente, o tempo aumentará para 66,87%. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 788

10 Frequencia Simple % Gráfico 12-4 o Experimento - Reator R2 Eficiência x Frequência Simples 176-Ciclos 168-Ciclos Faixa de Eficiência % Frequencia Simples % Gráfico 13-4 o Experimento - Reator R2 Concentração do Efluente x Frequência Simples 168 Ciclos 176-Ciclos Faixa concentração do efluente PO 4 -P (mg/l) < Analisando o desempenho dos quatro experimentos constatou-se que no primeiro e no quarto onde se adotou uma rotina de aclimatização, o processo de remoção estabeleceu-se já no início. No 2 e 3, sem aclimatização, isto não ocorreu. Além disso, os resultados obtidos no quarto experimento mostram que choques de carga prejudicam a eficiência. Indica-se, portanto, como possível chave para o estabelecimento e ou retomada do processo de remoção biológica de fósforo, que a partida seja efetuada com baixas cargas de carbono e nitrogênio e com um período sem remoção de lodo. Vários estudos foram realizados para antecipar o estabelecimento do processo, tais com uso de compostos de Mn e inoculação, que são igualmente adequados e apropriados (Davelaar, 1989 (5) ). Com respeito a estabilidade do fenômeno, dúvidas ainda persistem. Aparentemente o processo é estável, sendo que a estabilidade dependerá de condições ambientais favoráveis e, de uma operação adequada (evitar sobrecargas, mau funcionamento dos sistemas de mistura e de aeração). Qualquer falha que possibilite a retirada do efluente após a fase anaeróbia, sem que a fase aeróbia correspondente tenha ocorrido, determinará um efluente com alta concentração de ortofosfatos. Isso poderia permitir um desequilibro celular, onde células carregadas de PHB e com pouco polifosfatos, teriam problemas no próximo ciclo. A dúvida restante se prende a evolução do ph, o qual demonstrou um elevação do pico na fase anaeróbia do primeiro ao último ciclo, além de que, durante o período de consumo de acetato, o ph também sofre uma elevação. Isso sugere que os microorganismos sofrem uma acidificação celular, logo quais seriam os efeitos desta crescente acidificação? Os experimentos 1 e 4 indicam uma perda de rendimento no final, que pode ser conseqüência dessa suposição ou do aumento de carga ou ainda da deficiência de algum nutriente que permita o crescimento celular. A elevação do ph no início da fase anaeróbia está ligado ao modo que o acetato é transportado para dentro das células, qual o mecanismo celular responsável? O monitoramento do ph, durante o ciclo, pode ser um valioso instrumento de permanente avaliação do processo e ser usado para monitorar o consumo de acetato (ver os gráficos 8 e 9), com isso permitindo redefinir permanentemente a fase anaeróbia. Os experimentos, de certa forma, sustentam os três modelos bioquímicos mencionados anteriormente, considerando as relações molares entre Ac/PO 4 obtidas. No entanto, 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 789

11 ressaltamos que relações molares em torno de 1:1 obtidas confirmam o modelo de Comeau/Wentzel, que indica a utilização do Ciclo TCA pela bactéria acinetobacter. Quanto às taxas de liberação e consumo de ortofosfatos, em relação aos SSV pode-se afirmar que as taxas encontradas na fase de liberação estão dentro dos resultados apresentados na bibliografia. Já as taxas de consumo medidas nos primeiros 6 minutos da fase aeróbia estão um pouco abaixo do apresentado na bibliografia. Deve-se ressaltar que muitas referências não apresentam em qual tempo foram avaliadas as referidas taxas. CONCLUSÕES Os experimentos comprovam a potencialidade da tecnologia dos reatores seqüenciais em batelada para sediar o processo de remoção biológica de fósforo, desde que adequadamente operados. Foram observadas remoções de fósforo da ordem de 81 % em 7 % do tempo durante o experimento 4, reator 2. A fenomenologia do processo de remoção biológica de fósforo é ainda pouco conhecida. Este trabalho contribui parcialmente na sua elucidação revelando uma relação existente entre o crescimento do ph do meio e o consumo de acetato. Isto permitirá um maior controle operacional do processo através do monitoramento do ph. Por outro lado, a variação do ph durante a fase anaeróbia, ao longo dos ciclos deste experimento, sugere a necessidade de controle do ph. Finalmente, o sistema é sensível a sobrecargas de matéria orgânica, especificamente na forma de acetato. Quando isso ocorre, a eficiência do processo diminui em função de uma aparente falta de potencialidade das bactérias de retomarem o fósforo liberado na fase anaeróbia precedente. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Sedlak, R.ed Phosphorus and nitrogen removal from municipal wastewater. New York: Lewis, 24 p. 2. Randall, C. W., et al. ed Design and retrofit of wastewater treatment plants for biological nutrient removal. Lancaster: Technomic Publishing Inc., 42 p. 3. Serrano, M.C.D., et al Biochemical models for phosphate accumulationg microorganisms. Water Science and Technology, Oxford, v.26, n.9/11, p Cybis, L. F. ; Finger, J. L. e Horan, N. J. Sequencing Batch Reach Operated for Enhanced Biological Phosphorus Removal. Proceding Internatinal Conference on Advanced Wastewater Treatment Processes, Leeds, Inglaterra, Davelaar, D Manganese: a necessary micronutrient to enhance biological phosphorus removal?. Water Science and Technology, Oxford, v.21, p Kavanaugh, R.G., et al Bacterial populations in a biological nutrient removal plant. Water Science and Technology, Oxford, v.29, n.7, p Mino, T., et al Metabolisms of diferent bacterial populations in enhanced biological phosphate removal processes. Water Science and Technology, Oxford, v.29, n.7, p Orhon, D., et al Substrate removal mechanism for sequencing batch reactors. Water Science and Technology, Oxford, v.18, p Horan, N. J Biological Wastewater Treatment Systems. Chichester: John Wiley, 31 p. 2 o Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 79