RESUMO

REATOR UASB + BIOFILTRO SUBMERSO AERADO. UM SISTEMA EFICIENTE,
MAS QUE REQUER CUIDADOS OPERACIONAIS
Rafael K.X. Bastos: Engenheiro Civil (UFJF), Especialização em Engenharia de
Saúde Pública (ENSP/FIOCRUZ), PhD em Engenharia Sanitária (University of
Leeds, UK), Professor Adjunto - Departamento de Engenharia Civil, Universidade
Federal de Viçosa (UFV), Chefe da Divisão de Água e Esgotos da UFV.
Universidade Federal de Viçosa, Departamento de Engenharia Civil. 36571-000,
Viçosa-MG. Fone/Fax: (0XX) 31-3899-2356; e-mail: [email protected]
Endrik Nardotto Rios: Engenheiro Civil (UFV), Mestrando em Saneamento
Ambiental - Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Viçosa
(UFV).
José Luiz Pereira Correa: Engenheiro Civil. Diretor Geral do SAAE – Viçosa
Daniel Vieira Minegatti de Oliveira: Graduando em Engenharia Ambiental (UFV)
RESUMO
De outubro de 2001 a maio de 2005 procedeu-se ao monitoramento de um sistema
UASB + BF. Durante este período foram implementadas variações de operação no
descarte de lodo do UASB e no intervalo entre retrolavagens do BF. O descarte de
lodo com base em 10% do volume útil do reator resultou em nítido ganho de
desempenho. Em relação a retrolavagem do BF, os resultados sugerem que a
unidade suporta intervalos relativamente prolongados entre duas operações
sucessivas.
O monitoramento do sistema UASB + BF confirma o potencial de bom desempenho
desta alternativa para o tratamento de esgotos sanitários. Por outro lado, indica
claramente a necessidade de otimização operacional a fim de se alcançar a máxima
eficiência e estabilidade. Particularmente, o BF tem revelado um desempenho
aquém do esperado.
Introdução
O emprego de sistemas reatores UASB + biofiltros aerados submersos (UASB+BF)
é nitidamente crescente no país, dentre outros, dados os seguintes atrativos: (i)
elevada eficiência de remoção de matéria orgânica; (ii) pequena demanda de área;
(iii) custos de implantação e operação relativamente baixos; (iv) relativa simplicidade
operacional (GONÇALVES et al, 2001).
O bom desempenho deste sistema depende ainda de um adequado controle
operacional, com destaque para as operações de descarte de lodo do UASB e de
retrolavagem do BF. O descarte de lodo do UASB deve ser realizado sempre que se
detectar o incremento de sólidos no efluente, em volumes correspondentes a 5 -10%
do volume útil do reator. Como recomendação adicional, devem-se manter os
seguintes valores de sólidos: leito do lodo - 40.000 a 100.000 mg ST / L (4% a 10
%); manta do lodo - 15.000 a 30.000 mg ST / L (1,5% a 3 %). A maioria dos BFs
com meio granular é dimensionada para operar durante períodos de tempo de 24 a
48 horas entre duas lavagens consecutivas; no caso do BF operar a jusante do
reator
UASB,
o
período
entre
duas
lavagens
pode
superar
sete
dias
(CHERNICHARO, 1997; GONÇALVES et al, 2001).
Vários serviços municipais têm adquirido sistemas pré-fabricados, sendo que os
fabricantes fornecem manuais de operação, entretanto, na maioria das vezes, por
demais genéricos para a pronta implementação. Portanto, torna-se necessário que
se busque a otimização operacional destes sistemas, de forma a alcançar o máximo
de eficiência que potencialmente apresentam.
Metodologia
De outubro de 2001 a maio de 2005 procedeu-se ao monitoramento da ETE Violeira,
situada no bairro de mesmo nome na cidade de Viçosa-MG e operada pelo Serviço
Autônomo de Água e Esgotos do município. Trata-se de um sistema UASB + BF,
pré-fabricado em aço, que recebe atualmente a contribuição de esgotos sanitários
cerca de 600 habitantes (o BF foi instalado em março de 2003). O sistema foi
monitorado (em freqüência oscilando entre semanal e quinzenal), no afluente e
efluente de cada unidade. As análises físico-químicas seguiram as prescrições do
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998).
Até agosto de 2004 o descarte de lodo do UASB era realizado unicamente com base
na concentração de SST no efluente do reator e em volume constante (em torno de
5% do volume útil do reator). A partir de então, em uma primeira tentativa, passou-se
a fazer o descarte em torno de 10% do volume útil, mantendo-se, entretanto, a
mesma proporção de volume de descarte nas diversas profundidades da zona de
lodo. Em maio de 2004, incluíram-se quatro pontos de amostragem de lodo,
compreendendo a manta e o leito de lodo (Figura 1), como um dos subsídios de
orientação para o descarte, passando-se também testar a variação dos volumes de
descarte nas diferentes profundidades. Até março de 2005 a operação de
retrolavagem dos filtros era realizada de forma um tanto empírica (diária), a partir de
quando se iniciaram testes variando os intervalos de retrolavagem, de dois a doze
dias.
Pelas razões expostas os resultados do monitoramento são apresentados em dois
períodos: período 1 - outubro 2001 agosto 2004; período 2 - agosto 2004 a maio
2005
Como as contribuições de esgoto são recalcadas ao UASB a partir de um poço de
sucção com comando automático, procedeu-se ao monitoramento das vazões nos
vertedores de entrada do reator, o que permitiu a determinação de uma vazão média
afluente de 1,9 L/s.
Figura 1 – Pontos de amostragem do lodo no UASB (medidas em centímetros).
Resultados e Discussão
As eficiências médias de remoção e variações de DBO e DQO ao longo dos
períodos de monitoramento, estão apresentadas na tabela 1 e figura 2,
respectivamente.
Tabela 1 – Eficiência média de remoção de DBO e DQO (%).
Período
Período 1
Período 2
UASB
DBO
DQO
71,4
60,3
82,9
72,3
BF
DBO
31,0
17,0
DQO
38,6
20,7
UASB + BF
DBO
DQO
75,5
68,4
86,5
78,5
Figura 2 – Variações de DBO e DQO ao longo dos períodos de monitoramento
Cumpre destacar que a DBO e a DQO do esgoto bruto apresentam variações
marcantes, sendo, por vezes, bastante diluídas por infiltrações em períodos de
chuvas (Figura 2). Nota-se que tanto a eficiência (Tabela 1) quanto a estabilidade do
UASB (menores variações) (Figura 2) melhoram no período 2, quando se passou a
fazer o descarte do lodo com base em 10% do volume útil do reator. Entretanto, o
ganho de eficiência do UASB vem em detrimento da eficiência do BF, uma vez que
este passa a receber material de mais difícil degradação; não obstante a eficiência
total do sistema (UASB + BF) permanece mais elevada no período 2 (Tabela 1).
Em relação aos resultados da série nitrogenada, foram observados, em média, os
seguintes valores para todo período de monitoramento: (i) N-NH3: (EB: 21,0 mg/L;
UASB: 40,9 mg/L; BF: 40,1 mg/L); (ii) N-NO3: (EB: 2,7 mg/L; UASB: 1,1 mg/L; BF:
0,9 mg/L).
Em resumo, o BF pouco acrescenta em termos de remoção de matéria orgânica
(algo mais destacado para a DQO) e nenhum efeito tem sobre a nitrificação.
A melhora destacável de desempenho do sistema, com a mudança do volume de
descarte de lodo para 10 % do volume útil do UASB, é nitidamente evidenciada
também pelos resultados de sólidos nos efluentes do UASB e do BF: maior
estabilidade, eliminação de picos de sólidos e intervalos mais prolongados entre
operações de descarte (Figura 3a). É importante destacar que aos picos de sólidos
no efluente do UASB, ou à minimização destes, correspondem, respectivamente,
quedas, ou maior estabilidade do reator na eficiência de remoção de DBO e DQO
(Figuras 3a e 3c).
O monitoramento detalhado permitiu a identificação e o acompanhamento de
“franjas de influência” das diversas zonas de lodo (do leito a manta). Valores de
concentração do lodo (g ST / m3) nos quatro pontos de amostragem variaram de
acordo com a figura 3 (b). Observam-se nitidamente os efeitos da elevação do teor
de sólidos nas sucessivas camadas e, por fim, no efluente do UASB (Figuras 3a e
3b). Observa-se ainda que a alteração do volume de descarte de lodo proporcionou
melhor atendimento aos limites recomendados de sólidos no leito e na manta de
lodo (100 g ST / L e 30 g ST / L) (Figura 3b).
Na figura 4 apresentam-se os resultados dos testes de variação dos intervalos entre
retrolavagens do BF. Salvo exceções pode-se perceber alguma correspondência
entre as eficiências de remoção de DQO e sólidos no BF. Em que pese a grande
instabilidade do BF, os resultados até então reunidos permitem inferir que o mesmo
suporta intervalos mais prolongados entre operações de retrolavagem.
Figura 3: a) SST efluente ao UASB e BF (as setas indicam a data e porcentagem do
volume de descarte); b) ST nas zonas 1 a 4 (as linhas horizontais representam os
limites propostos para as zonas 1 e 4); c) Eficiência na remoção de DBO e DQO do
UASB.
Figura 4: Eficiência (%) de remoção em DQO e SST no BF entre intervalos de
retrolavagens.
Considerações finais.
A determinação da vazão afluente ao UASB e seu respectivo monitoramento
permitiram atestar a plena adequação do sistema, durante todo o período analisado,
em termos de carga orgânica volumétrica (Kg DBO / m³.dia); carga biológica (Kg
DQO / Kg SVT.d); carga hidráulica volumétrica (m³ / m³.d). Dados de pH do efluente
do UASB (não incluídos) também sugerem condições adequadas de funcionamento.
A alteração do descarte de lodo do UASB, de 5 % para 10% do volume útil do reator
resultou em nítida melhora de desempenho. O acompanhamento das “franjas de
influência” (limite de 100 g ST / L e 30 g ST / L) e do teor de SST no efluente do
UASB têm então orientado os descartes subseqüentes. Dentre os parâmetros de
controle do UASB, tem-se testado ainda a variação dos volumes de descarte nas
diferentes profundidades (resultados não incluídos).
Entretanto, o BF, até então, tem revelado um desempenho aquém do esperado e
registrado por outros autores (BOF et al. 1999; GONÇALVES et al. 1997). Os
resultados, ainda que incipientes, sugerem que o mesmo suporta intervalos entre
operações de retrolavagem mais prolongados que os anteriormente praticados.
O monitoramento do sistema UASB + BF confirma o potencial de bom desempenho
desta alternativa para o tratamento de esgotos sanitários. Por outro lado, indica
claramente a necessidade de otimização operacional a fim de se alcançar a máxima
eficiência e estabilidade.
Referências Bibliográficas:
APHA, AWWA, WEF. Standard methods for the examination of water and
wastewater. 20.ed. Washington, DC: APHA, 1998.
BOF, VS; CASTRO, M. S. M.; GONÇALVES, R. F. ETE UASB + Biofiltro Aerado
Submerso: Desempenho operacional com retorno do lodo aeróbio para o UASB. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL, 20, Rio
de Janeiro, 1999. Anais... Rio de Janeiro: ABES, 1999, p. 487 – 497.
CHERNICHARO C. A. L. Reatores anaeróbios. Belo Horizonte: Departamento de
Engenharia Sanitária e Ambiental – UFMG,1997, 246 p. (Princípios do tratamento
biológico de águas residuárias, 5).
GONÇALVES, R. F; CHERNICHARO, C.A.L; ARAUJO, V. L. Tratamento Secundário
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GONÇALVES, R. F.; CHERICHARO, C.A.L.; ANDRADE NETO, C.O.; ALEM
SOBRINHO, P.; KATO, M.T.; COSTA, R.H.R.; AIISE, M.M.; ZAIAT, M. Póstratamento de efluentes de reatores anaeróbios por reatores com biofilme. In:
CHERNICHARO, C.A.L.(Coord.) Pós-tratamento de reatores anaeróbios. Belo
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