Estudo da Taxa de Consumo de Oxigênio em Sistemas de Lodos Ativados relacionado à Concentração de Sólidos Suspensos

Transcrição

1 Estudo da Taxa de Consumo de Oxigênio em Sistemas de Lodos Ativados relacionado à Concentração de Sólidos Suspensos Ricardo Nagamine Costanzi (1) Docente da Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Doutorando da Escola Politécnica de Universidade de São Paulo, Pesquisador do Centro Internacional de Referência de Reúso de Água/CIRRA. Ivanildo Hespanhol (2) Docente do Depto de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica/USP, Diretor do Centro Internacional de Referência em Reúso de Água/CIRRA, Prof Livre Docente pela Universidade de São Paulo/USP. Pesquisador do Centro Internacional de Referência de Reúso de Água/CIRRA. Luciano Matos Queiroz (3) - Mestrando em Hidráulica e Saneamento pelo Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Especialista em Gestão Integrada de Recursos Hídricos pela Universidade Federal da Bahia. Lucia Naomi Asada (4) - Mestranda em Hidráulica e Saneamento pelo Departamento de Engenharia Hidráulica e Sanitária da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Especialista em Engenharia de Controle da Poluição Ambiental pela Faculdade de Saúde Publica da Universidade de São Paulo. Endereço (1) : Av Prof Lucio Martins Rodrigues, 120, São Paulo, Sp, Brasil, CEP ricardocostanzi@gmail.com RESUMO A utilização de taxas de consumo de oxigênio é amplamente utilizada para relacionar tratamentos biológicos aeróbios com taxas de oxidação de material carbonáceo e nitrogenado. Porém, em sistemas biológicos aerados associados a membranas, ocorre uma concentração de sólidos suspensos voláteis no licor misto, acarretando em dificuldades na transferência de oxigênio para o meio líquido. Este trabalho teve como objetivo determinar as taxas de consumo de oxigênio relacionadas a variação de sólidos suspensos voláteis (SSV) de um sistema de lodos ativados associado a um sistema de membranas por ensaios de respirometria. Foram obtidas como principais conclusões deste trabalho uma variação da taxa de consumo de oxigênio específica de 15 a 30 mg/g/h para variação de SSV de 915 a mg/l para o sistema em estudo; e uma grande influência da concentração de SSV na transferência de oxigênio, sendo necessário considerá-la em sistemas com altas concentrações de SSV, tais como reatores biológicos aerados associados a sistemas de membranas. PALAVRAS-CHAVE : respirometria, taxa de consumo de oxigênio, lodos ativados. INTRODUÇÃO Em sistemas de tratamento biológico a avaliação sobre a atividade microbiana é de suma importância. Para sistemas aeróbios, especificamente lodos ativados, a respirometria é uma técnica amplamente utilizada para a caracterização da atividade microbiana. Desta forma, a Taxa de Consumo de Oxigênio (TCO) é um indicador importante do uso de oxigênio nas atividades metabólicas (BAILEY & OLLIS,1986) relacionadas a oxidação de material carbonáceo e nitrogenado. Porém, em sistemas biológicos aerados associados a membranas, ocorre uma concentração de sólidos suspensos voláteis no licor misto, acarretando em dificuldades na transferência de oxigênio para o meio líquido.

2 JUSTIFICATIVA Desta forma, as variáveis TCO específica e transferência de oxigênio provêm informações que podem ser utilizadas na definição de estratégias de controle visando otimizar o controle do sistema e ajustar as variáveis de controle para suprir as necessidades do sistema de tratamento biológico. OBJETIVO Este trabalho teve como objetivo determinar as taxas de consumo de oxigênio relacionadas a variação de sólidos suspensos voláteis (SSV) de um sistema de lodos ativados associado a um sistema de membranas por ensaios de respirometria, visando avaliar e analisar previamente as condições relacionadas a taxa de transferência e de consumo de oxigênio num sistema de bioreator com membrana. METODOLOGIA EMPREGADA Foram realizados ensaios de respirometria com várias concentrações de SSV, utilizando-se como material: provetas de vidro com volume de 1L; becker de 0,500 L; compressor de ar; rotâmetro; oxímetro frascos volumétricos de DBO microscópio com capacidade de aumento de 1000 vezes; agitador magnético cronômetro membrana de fibra de vidro de 47mm; cápsulas de porcelana Para a análise de sólidos foi utilizada metodologia descrita na APHA (1998). Previamente foi retirado licor misto de um sistema de lodos ativados acoplado a um sistema de membranas. Foram realizadas diluições e adensamento do lodo. Para cada amostra preparada de 1L foi realizado ensaio visando determinar a taxa de consumo de oxigênio e analise. Desta forma, inseriu-se ar na amostra com um compressor de ar conectado a proveta por mangueiras de silicone e pedra pomes. No momento em que a variação do aumento de oxigênio passou a ser nula ou insignificante, cessou-se a alimentação do ar e foi iniciada a contagem de tempo. Observou-se o decréscimo de oxigênio em intervalos de tempo regulares para cada ensaio, até valores de concentração de oxigênio dissolvido menores que 2,0 miligramas por litro. Foram traçadas curvas provenientes de cada ensaio. Posteriormente, foram calculadas as taxas de consumo de ar correlacionadas as concentrações de SSV de cada amostra. Foram, também, realizados ensaios de transferência de oxigênio para diferentes SSV com a utilização de rotâmetro para controle da vazão de ar pelo tempo. RESULTADOS OBTIDOS Com os dados obtidos de cada ensaio de respirometria foi traçada a curva da Figura 1. Cada ponto do gráfico representa um ensaio de TCO com correlações (r 2 ) do consumo de oxigênio (CO) pelo tempo variando de 0,9918 a 0,9999.

3 Apenas para a concentração de 5990 mg/l de SSV no licor misto foi observada uma correlação (r 2 ) de 0,9786. Assim, todas as TCO obtidas nos ensaios foram obtidas de curvas com correlações próximas de 1. TCO (mg/h/l) 180,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, SSV (mg/l) Figura 1 Variação da Taxa de Consumo de Oxigênio pela concentração de SSV. A curva de potência traçada possui a equação de TCO (mg/h/l) = 0,0155 x SSV 1,0319 (mg/l), com correlação (r 2 ) de 0,8831. A Tabela 1 apresenta valores de taxa de consumo de oxigênio relacionados com os SSV, as quais podem ser consideradas altas em relação a valores de literatura (HASAR & KINACI, 2004). Tabela 1 Taxa de consumo de oxigênio específica para diferentes valores de SSV. Taxa de Consumo de SSV (mg/l) oxigênio (mg/g/h) , , , , , , , , , , ,76 Foram realizados ensaios de transferência de oxigênio para as seguintes concentrações de SSV (mg/l): 1140, 2925, 4390, Confirmou-se uma diminuição da transferência de oxigênio conforme aumento dos SSV pela medição de oxigênio dissolvido (Figura 2).

4 OD (mg/l) 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00 4,00 8,00 12,00 Volume de ar introduzido (L) 1140 (mg/l) - 1L/min 2295 (mg/l) - 1L/min 4930 (mg/l) - 2 L/min 5990 (mg/l) - 2 L/min Figura 2 Variação da concentração de oxigênio dissolvido em relação ao volume de ar introduzido. Foram utilizados vazões de ar de 1, 2 e 3 L/min, devido ao aumento da dificuldade de transferência de oxigênio e do consumo pela biomassa. Pode-se observar a tendência de saturação de OD em concentrações menores conforme ocorre um aumento na concentração de SSV. Na Figura 3, foi observada a grande concentração celular derivada de sistemas de lodos ativados acoplados a sistemas de membranas. Figura 3 Foto de microscopia do licor misto de lodos ativados com concentração de mg/l de SSV (aumento de 200 vezes). CONCLUSÕES Foram obtidas como principais conclusões deste trabalho: - uma variação da taxa de consumo de oxigênio específica de 15 a 30 mg/g/h para variação de SSV de 915 a mg/l para o sistema em estudo;

5 - a grande influência da concentração de SSV na transferência de oxigênio, sendo necessário considerá-la em sistemas com altas concentrações de SSV, tais como reatores biológicos aerados associados a sistemas de membranas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA - AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION. Standard methods for examination of water and wastewater BAILEY, J.E. & OLLIS, D.F.. Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw-Hill, New York HASAR, H. & KINACI, C.. Empirical model representing microbial activity in a submerged MBR treating strength wastewater. Desalination 170, p MARSILI-LIBELLI, S. (1989). Modelling, identification and control of the activated sludge process. Adv. Biochemistry. Eng. Biotechnology. 38,