Digestão anaeróbia Prof. Dr. Peterson B. Moraes Departamento de Tecnologia em Saneamento Ambiental Centro Superior de Educação Tecnológica UNICAMP - Limeira
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.
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.)
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 )
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 4 2- + 2H + 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.
Digestão anaeróbia
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: 30-40 C, fase termofílica: 35-37 C. Verificar sinergismos, antagonismos e aclimatação. Evitar sobrecargas orgânica, hidráulica e tóxica. Limites: 8000 mg/l para metanog. Ee 40000 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
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.
Digestores anaeróbios
Digestores anaeróbios
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.
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%.
Digestores anaeróbios Classificação: Duplo estágio combinação de alta taxa seguido de convencional. Tanques idênticos com os mesmos dispositivos.
Critérios típicos de projeto
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
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
Problemas operacionais dos digestores anaeróbios