Digestão anaeróbia. Prof. Dr. Peterson B. Moraes. Departamento de Tecnologia em Saneamento Ambiental Centro Superior de Educação Tecnológica

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Herman Santarém Ventura
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1 Digestão anaeróbia Prof. Dr. Peterson B. Moraes Departamento de Tecnologia em Saneamento Ambiental Centro Superior de Educação Tecnológica UNICAMP - Limeira

3 Digestão anaeróbia Etapa na qual ocorre a estabilização de substâncias instáveis e da matéria orgânica presente no lodo fresco. Finalidades: Destruir ou reduzir os microrganismos patogênicos; estabilizar total ou parcialmente as substâncias instáveis e matéria orgânica presentes no lodo fresco; reduzir o volume do lodo através dos fenômenos de liquefação, gaseificação e adensamento; dotar o lodo de características favoráveis à redução de umidade e permitir a sua utilização, quando estabilizado convenientemente, como fonte de húmus ou condicionador de solo para fins agrícolas. A estabilização também pode ser realizada através da adição de produtos químicos. Esse processo é denominado estabilização química do lodo.

volume do lodo através dos fenômenos de liquefação, gaseificação e adensamento; dotar o lodo de características favoráveis à redução de umidade e permitir a sua utilização, quando

4 Digestão anaeróbia Motivo: economia de energia Em comparação aos processos aeróbios: mais lento, produz mal cheiro (formação de H 2 S, CH 4, mercaptanas, escatóis). Fases: 1 Hidrólise (fermentação hidrolítica): realizada por enzimas exógenas. Conversão de particulados em dissolvidos. C 6 H 12 O 6 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH Fatores que influenciam a taxa e grau de hidrólise: Temperatura operacional, tempo de residência e composição do substrato, tamanho das partículas, ph, concentração de N- NH 4 e produtos da hidrólise (ácidos graxos voláteis, por ex.)

Conversão de particulados em dissolvidos.

5 Digestão anaeróbia Fases: 2 Acidogênese: metabolização e conversão em compostos mais simples no interior da célula. Principal subproduto: ácidos graxos. 2C 2 H 5 OH + 2H 2 O 2CH 3 COOH + 4H 2 3 Acetogênese: oxidação de subprodutos da fase acidogênica (hidrogênio e acetato) transformando-os em substratos apropriados para a próxima fase. 4 Metanogênese: transformação à gás carbônico e metano. Acetoclásticas: geram metano a partir do ácido acético (metanol) Hidrogenotróficas: geram metano a partir do CO 2 e H 2 2CH 3 COOH 2CH 4 + CO 2 (descarboxilação do acetato) CO 2 + 4H 2 CH 4 + H 2 O (redução do CO 2 )

apropriados para a próxima fase. 4 Metanogênese: transformação à gás carbônico e metano.

6 Digestão anaeróbia Fases: 5 Sulfetogênese: nem sempre ocorre e é indesejável. Ocorre na presença de enxofre por bactérias redutoras de sulfato (formação de sulfetos). A presença de sulfatos promove competição entre bactérias redutoras de sulfato e as acetogênicas e metanogênicas. CH 3 COOH + SO H + H 2 S + 2H 2 O + CO 2 Produção de sulfetos: H 2 S em fase gasosa é inibidor do metabolismo metanogênico DQO quando < 7 e ph dependente, além de causar mau odor e 2 SO4 corrosão. Também, causa elevada DQO e diminui a quantidade de CH 4 produzido.

A presença de sulfatos promove competição entre bactérias redutoras de sulfato e as acetogênicas e metanogênicas.

7 Digestão anaeróbia

8 Fatores que afetam a digestão anaeróbia Fator ou substância Alcalinidade Total Observações Problemas quando A ac volat > A CaCO3 Idade do lodo (θ c ) Se θ c < t duplic células poderá ocorrer lavagem dos microrganismos. Grau de agitação Excesso favorece bactérias acidogênicas e causa desequilíbrio Temperatura Nutrientes: N e P C/N 20 e C/P 100 Compostos tóxicos Acúmulo de ác. voláteis Cianetos Fenóis Impedir variações bruscas. Fase mesofílica: C, fase termofílica: C. Verificar sinergismos, antagonismos e aclimatação. Evitar sobrecargas orgânica, hidráulica e tóxica. Limites: 8000 mg/l para metanog. Ee acidogênicas. Ác. propiônico é mais tóxico. Tóxicos. Podem ter toxicidade reduzida pela formação de sulfetos insolúveis adicionando ferro. Limite: 700 mg/l com aclimatação. Utilizar carvão ativado

voláteis Cianetos Fenóis Impedir variações bruscas. Fase mesofílica: 30-40 C, fase termofílica: 35-37 C. Verificar sinergismos, antagonismos e aclimatação.

9 Fatores que afetam a digestão anaeróbia Fator ou substância Metais 1A e 2A EPT Observações Estimulam ou inibem, depende da concentração e da interação Cromo: mais problemático, inibe se > 2,5% dos ST. Calcular parâmetro k. Nitratos São convertidos a N 2 (desnitrificação). Inibição completa da metanogênese em 50 mg/l. N-NH 4 N-NH 4 : 1500 a 3000 mg/l: inibitório em alto ph. Se > 3000 mg/l inibitório em qualquer ph. Oxigênio Sulfetos e compostos de enxofre Surfactantes Inibidor às metanogênicas em 1300 mg O 2 /L. Sua toxicidade pode ser evita por arraste gasoso, adição de ferro. Inibição quando atingem 600 a 900 mg/l.

Inibição completa da metanogênese em 50 mg/l. N-NH 4 N-NH 4 : 1500 a 3000 mg/l: inibitório em alto ph. Se > 3000 mg/l inibitório em qualquer ph.

10 Digestores anaeróbios

11 Digestores anaeróbios

12 Digestores anaeróbios Classificação: Taxa convencional mais simples. Alimentação intermitente. Sem agitação. Sem mistura. Digestão: 50% do volume útil. (recomendado para pequenas instalações) Funções: digestão, espessamento e formação do sobrenadante.

13 Digestores anaeróbios Classificação: Simples estágio e alta taxa maior taxa de aplicação que o anterior, alimentação e descarga contínuas e de mesmo valor. Possui sistema de mistura (gás recirculação, bombeamento, difusores), e de aquecimento controlado. Não há formação de escuma e sobrenadante. Remoção de SV na ordem de 45 a 50%.

Possui sistema de mistura (gás recirculação, bombeamento, difusores), e de

14 Digestores anaeróbios Classificação: Duplo estágio combinação de alta taxa seguido de convencional. Tanques idênticos com os mesmos dispositivos.

15 Critérios típicos de projeto

16 Parâmetros para uma boa operação controlar as cargas orgânicas aplicadas minimizar a utilização de água quente controlar a temperatura controlar o tempo controlar a taxa de mistura reduzir a um mínimo a acumulação de espumas obter descargas de sobrenadantes com baixos teores de ST

temperatura controlar o tempo controlar a taxa de mistura reduzir a um

17 Parâmetros de monitoramento sólidos voláteis (SV) e alcalinidade total (AT) no digestor taxa de produção e composição do gás gerado valor do ph no interior do digestor redução de SV no lodo digerido em comparação com SV de alimentação vazões e correspondente carga de SV de alimentação vazões e correspondente carga de ST, SV e DBO do sobrenadante vazões e correspondente carga de SV de descarga do lodo teste visual da chama do biogás:chama amarelada com base azulada: normal; chama muito azulada: muito CO 2 ; chama alaranjada com muita fumaça: percentagens razoáveis de H 2 S teste de odor

correspondente carga de ST, SV e DBO do sobrenadante vazões e correspondente carga de SV de descarga do lodo teste visual da chama do biogás:chama

19 Problemas operacionais dos digestores anaeróbios

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