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Remoção de matéria orgânica e sólidos suspensos por nova configuração de biofiltro aeróbio submerso no pós-tratamento de efluente de reator UASB

Removal of organic matter and suspended solids by a new configuration of biological aerated filter in the post-treatment of UASB reactor effluent

Saulo Varela Della GiustinaI; Luis Alcides Schiavo MirandaII; Luiz Olinto MonteggiaIII

RESUMO

O pós-tratamento de efluentes de reatores anaeróbios é um processo necessário para o atendimento dos padrões de emissão. Os resultados aqui apresentados mostram a viabilidade de uso de uma nova configuração de biofiltro aeróbio submerso (BAS) no pós-tratamento desses efluentes. Os BAS multiestágio apresentam uma câmara anaeróbia (V=12,6L), seguido de uma câmara aeróbia (V=30L) e uma câmara anóxica (V=26,4L), todas em série (V total=70L). Neste estudo, foi analisada a remoção de sólidos suspensos (SS), DQO e DBO5. Foram utilizados três BAS multi-estágio preenchidos com três diferentes materiais-suporte: tampas e gargalos PET (165m2/m3), pedra britada n. 4 (50m2/m3) e anéis Pall 1,5” (135m2/m3). Os reatores foram operados com valores de tempos de detenção hidráulicas (TDH) de 4,1, 8,2 e 12,3 horas, e três taxas de aplicação superficial (TAS) (21, 12 e 8m3/m2.d). A associação dos reatores UASB+BAS possibilitou remoções de DQO total superiores a 90% para os BAS 1 e 3, e 85% para o BAS 2, sendo independente do TDH aplicado. A remoção de SS foi maior no BAS contendo anéis Pall, provavelmente devido ao maior índice de vazios desse material.

Palavras-chave: Pós-tratamento de efluente de reator UASB; BAS multi-estágio; remoção de DQO; remoção de SS.

ABSTRACT

The post-treatment of effluents from anaerobic reactors is normally a mandatory step to meet the emission standards. The results presented here show the feasibility of using a new configuration of biological aerated filter (BAF) in the post-treatment of UASB reactors. The multi-stage BAF presents an anaerobic chamber (V=12.6L), followed by an aerobic chamber (V=30L) and an anoxic chamber (V=26.4L), all in series (total V=70L). This study examined the removal of suspended solids (SS), COD and BOD5. Three multi-stage BAF filled with three different packing materials were used: lids and bottlenecks of PET bottles (165m2/m3), gravel n. 4 (50m2/m3) and Pall rings 1.5” (135m2/m3). The reactors were operated with the values of hydraulic detention time (HDT) of 4.1, 8.2 and 12.3 hours, and three superficial application rates (21, 12 and 8m3/m2.d). COD removal efficiencies of 90% for BAF 1 and 3, and 85% for BAF 2 were obtained, being the removal independent of the HDT applied to BAF. The removal of SS was higher in BAF containing Pall rings, probably due to the higher voidage of this material.

Keywords: Post-treatment of UASB reactor; BAS multi-stage; removal of COD; SS removal.

Introdução

O reator UASB é uma alternativa de viabilidade comprovada no tratamento de efluentes domésticos, sendo plenamente aplicável em regiões de clima quente e de interesse econômico para países em desenvolvimento (VIEIRA, 1988). No entanto, o efluente do reator UASB normalmente não alcança os padrões de lançamento exigidos pela legislação ambiental, fazendo-se necessária a implantação de uma etapa de tratamento complementar (GONÇALVES et al., 1997).

Os processos de crescimento aderido têm provado sua viabilidade em termos de tratamento a nível secundário de águas residuárias, tanto de origem industrial como doméstica. Dentre as modalidades existentes, os biofiltros aerados submersos (BAS) destacam-se pela pequena necessidade de área em planta e pelas cargas orgânicas aplicáveis muito superiores aos processos biológicos convencionais, alcançando elevada eficiência de remoção de compostos orgânicos e sólidos suspensos (SS) (AISSE & SOBRINHO, 2000; GÁLVEZ et al., 2003).

Gonçalves et al. (1997) citam os BAS como uma modalidade aeróbia de crescimento aderido em franco desenvolvimento, podendo constituir-se em uma excelente opção para o pós-tratamento de reatores UASB, devido à sua capacidade de remover os compostos solúveis e de reter as partículas em suspensão do efluente anaeróbio. A baixa produção de lodo e o reduzido consumo de energia no estágio secundário de tratamento, aliados às qualidades já mencionadas do reator UASB, são vantagens do sistema UASB+BAS.

A seleção do material-suporte é uma etapa crítica do projeto e da operação de um sistema envolvendo BAS, pois deve permitir a fixação dos micro-organismos e reter fisicamente os SS presentes no efluente.

Diversos materiais, que podem ser classificados basicamente em minerais ou sintéticos, têm sido empregados para esse fim. Dentre os materiais minerais, os mais largamente empregados são os grãos de argila calcinada ou xisto expandido, da família dos silicatos filitosos, empregados devido à grande quantidade de pesquisas realizadas a partir da década de 1980, quando foram realizadas as primeiras aplicações em escala real. Outros tipos de materiais-suporte minerais, como os arenosos, pozolana e carvão ativado, são utilizados mais raramente (CHERNICHARO, 1997).

Segundo Moore et al. (2001), as dimensões do material de empacotamento ditam, geralmente, a carga máxima que pode ser aplicada ao biofiltro. Isso pode ser justificado pelo fato de que materiais com dimensões menores apresentam uma maior área específica disponível para o desenvolvimento do biofilme, consequentemente minimizando o volume necessário de reator para o tratamento.

Segundo Gonçalves et al. (2001), a forma dos grãos não influencia significativamente no desempenho do processo, sendo mais importantes as características de superfície, como a área específica e a rugosidade, que facilitam a adesão da biomassa.

He et al. (2006) estudaram o uso de zeólita natural e argila expandida como material- suporte de BAS tratando efluente doméstico, quando sob o efeito de baixas temperaturas e de choques de carga de nitrogênio amoniacal. Ambos os materiais possibilitaram elevadas eficiências de remoção de DQO, SS e nitrogênio amoniacal (>85% para DQO e >93% para NH3-N). Por meio do estudo da biomassa heterotrófica e nitrificante, verificou-se, no entanto, que o melhor material-suporte no experimento em questão foi a zeólita, dada sua capacidade de trocar íons e, assim, maior capacidade de nitrificação, que possibilita a resistência a choques de carga.

Outros materiais alternativos, como conchas de ostras (LIU et al., 2010), esferas plásticas (LIU et al., 2010; XIEet al.; 2010), peças cerâmicas e rocha carbonatada (QIU et al., 2010), também foram avaliados no tratamento de efluentes domésticos em BAS, sendo relatados desempenhos satisfatórios (%Ef. DQO>85%; %Ef. NH3-N>90%) para todos os materiais. Em particular, materiais-suporte com a capacidade de suprir alcalinidade para o meio apresentaram vantagens em processos nos quais há a presença de valores de pH instáveis e/ou efluentes com elevadas cargas de nitrogênio amoniacal.

No presente estudo são apresentados os resultados obtidos no tratamento de efluente sanitário utilizando reator UASB e BAS multi-estágio associados, operados em condições de carregamento orgânico e hidráulico, com o objetivo de avaliar a eficiência de remoção de matéria orgânica e SS por meio da associação de câmara anaeróbia, aeróbia e anóxica em série. Também foi dada ênfase à avaliação de diferentes materiais para o empacotamento dos biofiltros, em termos de custos e características básicas, como superfície específica, índice de vazios e peso.

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