Resumo
O desempenho de reatores UASB tratando esgoto sanitário está intimamente relacionado ao adequado dimensionamento da estrutura de separação trifásica. Os separadores trifásicos (STF) têm a função de separar as fases gasosa, sólida e líquida, de forma a garantir condições para: i) a sedimentação das partículas que se desprendem da manta de lodo; ii) a coleta dos gases formados durante a digestão anaeróbia da matéria orgânica; e iii) a coleta do efluente líquido tratado. No entanto, devido a ausência ou ineficiência de dispositivos de remoção de escuma no interior dos STF, pode ocorrer o espessamento e solidificação desse material. Nesse contexto, a camada de escuma pode bloquear a passagem de biogás, resultando na perda de potencial energético e, eventualmente, ocasionando a ruptura do STF e colapso do sistema. Dessa forma, o presente trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento de um STF que contribui para a solução de vários problemas operacionais de reatores UASB no Brasil, notadamente: i) o adequado gerenciamento da formação e remoção de escuma; ii) a coleta eficiente do biogás; iii) a adequada coleta do efluente líquido tratado, evitando o desprendimento de gases residuais e a ocorrência de curtos-circuitos hidráulicos.
Introdução
A tecnologia anaeróbia tem se consolidado como uma importante alternativa de tratamento de esgoto sanitário, sobretudo em países em desenvolvimento (CHERNICHARO et al., 2015). Nesse sentido, destacam-se os reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo – UASB, por sua simplicidade operacional associada ao bom desempenho para a remoção de matéria orgânica, baixa produção de lodo e possibilidade de aproveitamento energético do biogás formado durante o processo de tratamento.
Em projetos de reatores UASB, o adequado dimensionamento da estrutura de separação trifásica assume fundamental importância para o desempenho da estação de tratamento de esgoto (ETE). Este dispositivo é responsável pela separação de gases, sólidos e líquido, garantindo condições para: i) a sedimentação das partículas que se desprendem da manta de lodo, de forma que as mesmas retornem à câmara de digestão; ii) a coleta dos gases produzidos durante a digestão anaeróbia da matéria orgânica; e iii) a coleta do efluente líquido tratado.
As dimensões do separador trifásico (STF) devem permitir que o lodo que atinge o compartimento de decantação de reatores UASB possa retornar adequadamente para o compartimento de digestão. Tais dimensões devem ainda garantir a formação de uma interface líquido-gás suficiente para permitir a adequada liberação do gás para o compartimento interno (câmara de gases). Esta taxa de liberação de biogás deve ser elevada o suficiente para desagregar e vencer a camada de escuma que tende a se acumular na interface líquido-gás localizada no interior do STF, todavia não deve promover o arraste e a consequente acumulação de partículas de lodo na tubulação de coleta de biogás.
Especificamente quanto à escuma, esta se trata de um material flotante composto por óleos, graxas e resíduos não removidos na etapa de tratamento preliminar (p. ex.: cabelo e fragmentos plásticos). Logo, a remoção periódica da escuma requer o projeto de dispositivos que promovam a sua saída de forma eficiente, articulado com a presença de pontos de inspeção (herméticos) para acompanhamento visual ou desobstruções esporádicas. O acúmulo de escuma no interior do STF de reatores UASB pode bloquear a passagem de biogás e resultar em diversos problemas operacionais, notadamente: i) a perda excessiva de sólidos com o efluente líquido, em decorrência do escape de biogás para o compartimento de decantação; ii) a emissão para a atmosfera de gases odorantes (sulfeto de hidrogênio) e de efeito estufa (metano); iii) a perda de potencial energético e, eventualmente, iv) a ruptura do STF e colapso do sistema.
Diante do exposto, o desenvolvimento de um STF modular que incorpore, simultaneamente, unidades de controle de pressões exercidas pela fase gasosa e de remoção hidrostática de escuma contribui para a solução de importantes problemas operacionais verificados em reatores UASB no Brasil, quais sejam: i) o adequado gerenciamento da formação e remoção de escuma; ii) a coleta eficiente do biogás; iii) a adequada coleta do efluente líquido tratado, evitando o desprendimento de gases residuais e a ocorrência de curtos-circuitos hidráulicos (p. ex.: via desnivelamento de calhas). Adicionalmente, o projeto de novos reatores UASB poderia ser desenvolvido a partir das dimensões padronizadas do STF modular (BRESSANI-RIBEIRO et al., 2019). Atualmente, a ausência de padronização dimensional da estrutura de separação trifásica implica em dificuldades de especificação para a aquisição de uma peça pré-fabricada ou para a execução in loco, culminando nos problemas operacionais anteriormente relatados. O STF modular desenvolvido, ora apresentado neste trabalho, denomina-se Separador Trifásico Étsus 1000 (posteriormente caracterizado apenas como Separador Étsus-1000).
Autores: Thiago Bressani Ribeiro; Ayana Lemos Emrich; Juliana Mattos Bohrer Santos; Kasandra Isabella Helouise Mingoti Poague e Carlos Augusto de Lemos Chernicharo.
