Resumo

O objetivo desta pesquisa foi o estudo da granulação aeróbia em um reator em bateladas sequenciais (RBS) em escala piloto para o tratamento de esgoto sanitário. Utilizou-se um reator de coluna de bolhas com um volume útil médio de 690 L e que foi operado em ciclos de três estágios: alimentação de esgoto bruto e descarte de efluente tratado simultâneos, aeração e sedimentação. Também se buscou controlar a idade do lodo. Em todo o período de operação, que durou 300 dias, o tempo total de ciclo foi mantido em 3 horas. A operação do reator foi dividida em duas fases. Na fase I, a estratégia para granulação foi a progressiva redução do tempo de sedimentação, que variou de 30 a 10 minutos. Nessa fase, as idades do lodo desejadas variaram periodicamente, sendo adotados valores entre 6 e 10 dias, e se observou grânulos no lodo a partir do 70° dia de operação, antes do menor tempo de sedimentação de 10 minutos. Logo depois do 155° dia, houve a perda de lodo do reator, levando à necessidade de uma nova partida. Após a recuperação da biomassa, retomou-se os principais monitoramentos analíticos e o controle da idade do lodo. Nesse período (fase II), o tempo de sedimentação foi mantido em 10 minutos e as idades do lodo desejadas foram de 8 e 5 dias, sucessivamente. Durante toda a pesquisa, a biomassa permaneceu predominantemente floculada, mas se constatou a presença de agregados com tamanhos maiores que 200 µm, como é o caso dos grânulos, numa porcentagem que variou, majoritariamente, entre 44% e 72%. Ao longo do experimento, ocorreram muitas perdas de sólidos no efluente tratado, possivelmente pela expansão da manta de lodo ocasionada pela desnitrificação durante a alimentação, o que dificultou o controle da idade do lodo. Os resultados de sedimentabilidade se assemelharam aos de lodo ativado apenas floculado e não indicaram um efetivo processo de granulação. Na fase I, as eficiências médias de remoção de DQO, amônia, nitrogênio total e ortofosfato foram de 90%, 90%, 43% e 59%, respectivamente. Na fase II, essas porcentagens foram de 94%, 85%, 49% e 61% nessa mesma ordem. No entanto, houve acúmulo de nitrito no sistema, principalmente na fase I, e a necessidade de alcalinização artificial no reator em ambas as fases. Outro aspecto não desejável foi o baixo grau de mineralização do lodo. Por meio dos ensaios de sedimentabilidade e considerando o aspecto floculado do lodo durante toda a pesquisa, conclui-se que as estratégias operacionais adotadas não foram eficientes para a granulação aeróbia. No entanto, os resultados de eficiência de remoção de matéria orgânica e nutrientes se aproximaram de outros estudos com lodo granular aeróbio apesar das relativas elevadas cargas volumétricas aplicadas e da predominância da biomassa floculada. Desse modo, novas estratégias devem ser utilizadas para redução das perdas de sólidos no efluente tratado e aprimorar o processo de granulação, o que traria mais vantagens não alcançadas neste estudo, como reduzidas concentrações de fósforo e nitrito no efluente, maior biomassa de lodo no reator e sua melhor sedimentabilidade. Recomenda-se como novas estratégias, a operação do reator com menor relação alimento/microrganismo (A/M) e aumento do tempo total de ciclo. Além disso, a utilização de menores concentrações de oxigênio dissolvido (OD) e/ou a adoção de intermitência durante o período aerado são sugeridas para a obtenção de concentrações reduzidas de nitrito e nitrato no final desta etapa. Isso também seria favorável para assegurar uma alimentação anaeróbia, desejável para o desenvolvimento dos organismos acumuladores de fósforo.

Introdução

O lodo granular aeróbio (LGA) é uma promissora alternativa para o tratamento de águas residuárias municipais e industriais. Os benefícios dessa tecnologia relativamente recente incluem a alta retenção de biomassa, capacidade para remoção de nitrogênio e fósforo e maior tolerância à toxicidade e a cargas de choque em relação aos sistemas convencionais de lodo ativado.

Os grânulos aeróbios têm sido formados em reatores em bateladas sequenciais, sendo utilizada a redução gradual do tempo de sedimentação como uma das estratégias para a granulação. Em um único reator que opera em bateladas, há a possibilidade da ocorrência de uma série de processos, que incluem a remoção de matéria orgânica, nitrogênio e fósforo e a sedimentação do lodo. No caso de um RBS com lodo granular, é possível a operação com maior concentração de sólidos suspensos voláteis (SSV). Isso permite a redução do volume dos tanques em relação a um sistema com lodo ativado apenas floculado para uma mesma relação alimento/microrganismo e carga orgânica aplicadas. Desse modo, é possível a implantação de sistemas compactos e de reduzido custo de tratamento.

Apesar das vantagens desse processo, estudos utilizando esgoto sanitário destacaram dificuldades para alcançar estabilidade dos grânulos e completa remoção de nutrientes. Além disso, muitas pesquisas utilizaram um RBS sob volume variável, ou seja, com etapas separadas de alimentação do esgoto bruto e descarte do efluente tratado, o que não ocorre normalmente nas estações de tratamento de esgoto (ETEs) em escala real. Também não é comum nas pesquisas, a realização do descarte intencional do lodo. Esse procedimento está diretamente relacionado com a idade do lodo, parâmetro de fundamental importância para um sistema de lodo ativado, mas que usualmente não tem sido considerado para a formação do lodo granular. Também se deve considerar o volume e grau de mineralização do lodo descartado, aspecto importante nos estudos de alternativa para a implantação de uma ETE. Portanto, é oportuno o estudo da granulação aeróbia em um RBS operado em ciclo de três estágios e com controle da idade do lodo para o tratamento de esgoto sanitário. Buscou-se agregar conhecimento sobre o processo da granulação aeróbia e seus benefícios utilizando um sistema operacional e estratégia ainda pouco abordados nas pesquisas.

Autor: Andrei Rosental Buarque de Gusmão.