AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE REATOR UASB NO TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS DE SUINOCULTURA Rodrigues, L.S. *1 ; Silva, I.J. 2 ; Zocrato, M.C.O. 3 ; Papa, D.N. 4 ; Von Sperling, M. 5 ; Oliveira, P.R. 6 1 Engenheiro Agrícola, UFMG, Av. Antônio Carlos 6627, 30123-970, Belo Horizonte-MG Brasil, lsantosrodrigues@gmail.com 2 Professor Associado da UFMG, Av. Antônio Carlos 6627, 30123-970, Belo Horizonte-MG Brasil, israelvp@gmail.com 3 Mestranda da UFMG em Médica Veterinária, Av. Antônio Carlos 6627, 30123-970, Belo Horizonte- MG Brasil, manonvet@yahoo.com.br 4 Mestranda da UFMG em Médica Veterinária, Av. Antônio Carlos 6627, 30123-970, Belo Horizonte- MG Brasil, nunespapa@yahoo.com.br 5 Professor Associado, DESA-UFMG, Av. do Contorno 842, 7 andar, Centro, 30110-060, Belo Horizonte-MG Brasil, marcos@desa.ufmg.br 6 Professor Associado da UFMG, Av. Antônio Carlos 6627, 30123-970, Belo Horizonte-MG Brasil, pro@ufmg.br Resumo O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar um sistema de tratamento de águas residuárias de suinocultura constituído de decantador, seguido por reator anaeróbio de manta de lodo (reator UASB), em escala real. O reator UASB foi confeccionado em alvenaria e concreto armado, e suas tubulações de descarte e amostragem de lodo realizadas em PVC soldável. O sistema foi monitorado por meio de amostras coletadas nos afluentes e efluentes do decantador e reator UASB. Foram analisados os seguintes parâmetros: temperatura, ph, sólidos suspensos totais (SST), sólidos suspensos voláteis (SSV), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), demanda química de oxigênio (DQO). Os resultados médios de remoção total de DQO e de DBO foram de 95 e 97%, respectivamente. As concentrações médias de DQO, DBO e SST no efluente final foram de 790 mg/l, 1818 mg/l e 854 mg/l, respectivamente. A carga orgânica volumétrica (COV) no reator UASB variou de 1,1 a 17,5 kgdqo/m 3.d. Conclui-se que o sistema decantador-reator UASB apresenta-se como uma alternativa promissora para o tratamento de águas residuárias de suinocultura. Palavras-chave: resíduos animais, suínos, sistema decantador-uasb. 116
PERFORMANCE EVALUATION OF UASB REACTOR IN SWINE WASTEWATER TREATMENT Abstract The aim of this research was to develop and evaluate a treatment system of swine wastewaters composed of slat settler, followed by upflow anaerobic sludge blanket reactor (UASB reactor), on full scale. The UASB reactor was completely made of masonry and reinforced concrete, while the pipes were made of PVC. The treatment system was monitored through samples collected in the affluents and effluents from the settler and UASB reactor. The following parameters were analyzed: temperature, ph, suspended solids (TSS), volatile suspended solids (VSS), biochemical oxygen demand (BOD), chemical oxygen demand (COD). The average results of COD and BOD removal were 95 and 97%, respectively. The average concentrations of COD, BOD and TSS in the final effluent were 790 mg L -1, 1818 mg L -1 e 854 mg L -1, respectively. The volumetric organic load (VOL) in the UASB reactor ranged from 1.1 to 17.5 kgcod/m 3.d. The slat settler-uasb reactor system appeared to be a promising alternative for the treatment of swine wastewaters. Introdução A suinocultura brasileira passou por profundas alterações tecnológicas nas últimas décadas, visando principalmente o aumento de produtividade e redução dos custos de produção. A produtividade, por animal e por área, aumentou consideravelmente, passando-se a produzir grandes quantidades de dejetos em pequenas extensões de terra. Simultaneamente, iniciaram-se os problemas com o mau cheiro, e com o destino dos efluentes gerados. Pela alta complexidade e impacto ambiental dos dejetos de suínos, novas alternativas vem sendo estudadas envolvendo sistemas compactos de tratamento de dejetos. Estes sistemas permitem a estabilização dos dejetos baixando-se sobremaneira o tempo de detenção hidráulica (TDH), de meses para alguns dias. Entre as principais vantagens se destacam o maior controle do processo, com aumento de eficiência e a redução da área necessária para implementação das unidades de tratamento. O reator anaeróbio de manta de lodo (UASB) representa um grande avanço na aplicação da tecnologia anaeróbia para o tratamento direto de águas residuárias, sejam de natureza simples ou complexa, de baixa ou de alta concentração, solúveis ou com material particulado (Kato et al, 1999). A configuração do reator UASB consiste basicamente no regime hidráulico de fluxo ascendente e na incorporação de um dispositivo interno de separação sólido/gás/líquido, dispensando o uso de um meio suporte para crescimento da biomassa. Isto favorece o desenvolvimento e retenção de uma biomassa concentrada e altamente ativa na zona de digestão, na forma de flocos densos ou lodo granulado. Conseqüentemente, o reator opera com tempo de retenção celular (TRC) muito alto, mesmo quando submetido a um TDH muito baixo (Foresti e Oliveira, 1995). 117
Tendo em vista o grande impacto causado pelos dejetos de suínos, e sendo o reator UASB uma alternativa interessante para o tratamento deste tipo de resíduo, este trabalho objetivou avaliar o desempenho e aplicabilidade do reator UASB no tratamento de águas residuárias de suinocultura. Materiais e Métodos O trabalho foi realizado na suinocultura da Fazenda Experimental Professor Hélio Barbosa da Escola de Veterinária da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), localizada em Igarapé/MG. O sistema de tratamento em escala plena constituiu-se de um decantador, seguido por um reator UASB, com volumes de 7,4 m 3 e 11,5 m 3, respectivamente. A ETE em escala real foi projetada para atender os setores de creche, recria e terminação da suinocultura com capacidade para um plantel de 400 animais. A alimentação dos dejetos gerados foi realizada por gravidade através de canaletas. Nas Figuras 1 e 2 são mostrados os cortes esquemáticos do decantador e reator UASB. A partida do sistema foi realizada utilizando como inoculo, o lodo de uma lagoa anaeróbia empregada anteriormente no tratamento das águas residuárias da suinocultura. A carga biológica (CB) inicial foi da ordem 0,37 kg DQO/kgSTV.d. O monitoramento do processo foi realizado por meio de análise físicoquímicas e bacteriológicas dos dejetos brutos, efluentes do decantador e reator UASB. Os parâmetros avaliados foram: temperatura do ar e do líquido, ph, DBO, DQO, sólidos suspensos totais (SST), sólidos suspensos voláteis (SSV), conforme descrito no Standard Methods for Examination of Water and Wastewater (AWWA/APHA/WEF, 1998). As coletas das amostras foram realizadas no período da manhã, durante todo o período de higienização da suinocultura. Foram realizadas amostras compostas em frascos de vidro previamente identificados a partir das amostras simples coletadas a cada 15 minutos. Resultados e Discussão Na Tabela 1 são apresentados os valores médios dos parâmetros físicoquímicos obtidos durante o monitoramento dos afluentes e efluentes do decantador e reator UASB. A temperatura média ambiente observada durante o experimento foi de 20 C, sendo o seu máximo de 27 C e o mínimo de 12 C. Verificou-se que a temperatura no efluente do decantador e no reator UASB foi superior à do afluente, ficando sempre acima de 20 C, indicando que tanto o decantador como o reator UASB foram operados, predominantemente na faixa mesofílica (20 a 45 C), Oliveira et al. (1996 e 1997) estudaram o efeito da temperatura em reatores UASB tratando águas residuárias de suinocultura e verificaram que o aumento e controle da temperatura de operação, entre 25 C e 30 C, propiciaram melhoria do desempenho e estabilidade dos reatores UASB, no que diz respeito às eficiências de remoção de DQO, SST, produção de metano e acumulação de lodo. 118
As faixas de valores de ph do afluente ficaram entre 5,96 e 7,69, enquanto no decantador estes valores foram de 5,69 a 6,99, mostrando que houve uma redução deste parâmetro ao passar pelo decantador, evidenciando a ocorrência de acidificação da água residuária. No reator UASB os valores do ph se mantiveram acima de 7,00, mostrando que o reator UASB operou de forma estável durante todo período experimental. Nas Figuras 1 e 2 são apresentados os resultados para DBO e DQO, respectivamente. Observaram-se grandes variações da DBO e DQO no afluente e efluente do decantador e reator UASB, sendo mais pronunciadas no reator UASB. O reator UASB apresentou eficiências médias de remoção de DBO e DQO de 87% e 85%, respectivamente, para cargas orgânicas volumétricas (COV) aplicadas variando de 1,1 a 17,5 kgdqo/m 3.d e TDH variando de 1,7 a 4,1 dias, mostrando ótima performance no tratamento da água residuária da granja. Santana e Oliveira (2005) e Fernandes (2006) também operaram reatores UASB tratando águas residuárias de suinocultura, obtendo eficiências médias de remoção variando de 55 a 90%, com COV variando de 0,11 a 34,40 kgdqo/m 3.d e TDH de 0,75 a 2,25 dias. As eficiências médias de remoção de SST no decantador e reator UASB foram de 62,7% e 63,1%, respectivamente. Para SSV as eficiências médias de remoção foram de 55% para o decantador e 62% para o reator UASB. O desempenho do sistema de tratamento na remoção de SST e SSV foi de 88% e 85%, respectivamente. Observou-se ótimo desempenho do decantador na remoção de SST e SSV. O reator UASB apresentou eficiência similar ao decantador, porém, observou-se durante toda a fase experimental arraste de partículas sólidas da manta de lodo, as quais escaparam junto com o efluente final. Conclusões O sistema adotado apresentou alta eficiência em escala real, na remoção de matéria orgânica e sólidos, atingindo eficiências superiores a 90% para DQO e DBO, e 85% para SST e SSV, confirmando assim a sua viabilidade no tratamento de águas residuárias de suinocultura. Agradecimentos Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pela bolsa de doutorado concedida, e à Fundação de Amparo à Pesquisa de Minas Gerais (FAPEMIG) pelo apoio financeiro. Literatura Citada APHA/AWWA/WEF. Standard Methods for the Examination of water and wastewater, 20 ed. Washington, D. C. 1998. FERNANDES, G.F.R.; OLIVEIRA, R.A. de. Desempenho de processo anaeróbio em 119
dois estágios (reator compartimentado seguido de reator UASB) para tratamento de águas residuárias de suinocultura. Engenharia Agrícola, v. 26, n. 1, p. 243-256, 2006. FORESTI, E., OLIVEIRA, R.A. de. Anaerobic treatment of piggery wastewater in UASB reactors. In: INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON AGRICULTURAL AND FOOD PROCESSING WASTES.7, 1995. Chicago-USA. Proceedings... Chicago, 1995. p. 309-318. KATO, M.T.; ANDRADE NETO, C.O.; CHERNICHARO, C.A.L et al. Configurações de reatores anaeróbios. In: CAMPOS, J.R. Tratamento de esgotos sanitário por processos anaeróbios e disposição controlada no solo. Rio de Janeiro, ABES, 1999. Cap. 3. p. 53-99. (Projeto PROSAB). OLIVEIRA, R.A. de, FORESTI, E., LUCAS JR., J. de. Efeito da temperatura sobre o desempenho de reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB) tratando águas residuárias de suinocultura. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA, 25. 1996, Bauru. Anais... Bauru: SBEA/UNESP, 1996, p.10. OLIVEIRA, R.A. de; VAZOLLER, R.F.; FORESTI, E. Sludge bed characteristics of UASB reactors: growth, activity, microbial structure and chemical composition of granules. In.: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ANAEROBIC DIGESTION. 8. 1997, Sendai. Proceedings...Sendai: IAWQ/JSWE, 1997, p.524-31. SANTANA, A. M.; OLIVEIRA, R. A. Desempenho de reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo em dois estágios tratando águas residuárias de suinocultura. Engenharia Agrícola, v.25, n.3, p.817-830, 2005. Tabela 1. Valores médios dos parâmetros físico-químicos do afluente e efluentes do decantador e reator UASB durante o período experimental. Parâmetro Afluente Efluente Decantador Efluente reator UASB Temperatura ( C) 20 ± 3 22 ± 3 22 ± 3 ph 6,99 ± 0,32 6,53 ± 0,33 7,07 ± 0,24 DBO (mg/l) 11129 ± 4244 6447 ± 2211 790 ± 500 DQO (mg/l) 31334 ± 11143 14778 ± 7183 1818 ± 916 SST (mg/l) 8595 ± 4847 2729 ± 1431 854 ± 493 SSV (mg/l) 6487 ± 3967 2314 ± 1293 727 ± 411 120
DBO(mg/L) (m 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 0 50 100 150 200 250 300 Ano 2007 (d) Afluente Decantador UASB Lagoa Figura 1. Variações da DBO no afluente e efluentes do decantador e reator UASB durante o período experimental. DQO(mg/L)L) 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 2-mar 27-abr 22-jun 17-ago 12-out 7-dez Ano 2007 Afluente Decantador UASB Figura 2. Variações da DQO no afluente e efluente do decantador e reator UASB durante o período experimental. 121