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Engenharia Ambiental - Espírito Santo do Pinhal, v. 4, n. 1, p. 005-023, jan/jun 2007

ANÁLISE DO DESEMPENHO DE REATORES ANAERÓBIOS DE FLUXO

ASCENDENTE E MANTA DE LODO NO TRATAMENTO DE EFLUENTES DA

SUINOCULTURA

Marlise Schoenhals 1, Laércio M. Frare 2, Luiz A. V. Sarmento 3

RESUMO A adoção de sistemas confinados de produção de suínos têm levado à um aumento considerável no uso de água nestas instalações e, conseqüentemente, a produção cada vez maior de efluentes. Diagnósticos têm mostrado um alto nível de contaminação dos recursos hídricos devido ao lançamento de dejetos no solo sem critérios e em cursos de água sem tratamento prévio. A utilização de processos anaeróbios para reduzir o poder poluente dos resíduos líquidos vem se destacando, pois além de reduzir a poluição ambiental, recupera o poder energético do resíduo na forma de fertilizante e biogás. Neste trabalho foi avaliado o desempenho de dois reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo (UASB) operando em escala real no tratamento de efluentes da suinocultura. Realizou-se a análise operacional do sistema, monitoramento de parâmetros físico-químicos de poluição e medição quantitativa de biogás. Os resultados permitiram constatar que as velocidades ascensionais do fluxo estavam acima do valor para o qual os reatores foram projetados e tempos de retenção hidráulica abaixo do valor de projeto, fatores estes que afetaram negativamente o tratamento tendo reflexo na baixa remoção de parâmetros físico-químicos e produção de biogás obtidas. As máximas eficiências de remoção atingidas para os parâmetros SST, DBO e DQO foram 72,5%, 34,7% e 40,0%, respectivamente. A taxa média de liberação de biogás registrada foi 0,011 m-³ m-².h-1. Palavras-chave: Efluentes da Suinocultura, Reator UASB, Biogás. PERFORMANCE ANALYSIS OF UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET REACTORS IN THE

TREATMENT OF SWINE WASTEWATER

ABSTRACT

The adoption of confined systems for swine production have been increased the use of water in these installations and, consequently, an each time greater production of wastewater. Diagnostics have been showed a high level of water pollution due the waste material release on lands without criterions and in waters without previous treatment. The utilization of anaerobic process to reduce the liquid residues pollutant power has been detaching because beyond reducing the environmental pollution they allow to recover the energetic potential as fertilizer and biogas. In this work the performance of two real scale upflow anaerobic sludge blanket reactors treating swine wastewater were evaluated through operational system analysis, physical-chemical parameters of pollution and biogas production measurement. The results permitted to verify upflow rate speeds above of the value for which these reactors were designed and hydraulic residence times under of the design value. These factors affected negatively the treatment and had reflected on the law removal of the physical-chemical parameters and biogas production. The maximum removal efficiencies reached for TSS, BOD and COD were 72,5%, 34,7% and 40,0%, respectively. The mean rate of biogas liberation was 0,011 m-³ m-².h-1.

Key words: Swine wastewater, UASB reactor, biogas.

Trabalho recebido em 30/01/2007 e aceito para publicação em 05/02/2007. 1 Tecnóloga Ambiental (UTFPR), Mestre em Engenharia Química (UFSC). Avenida João XXIII, n.2066 apt.22-Centro- Medianeira/PR/Brasil. CEP.85884000 e-mail: marlise_schoenhals@yahoo.com.br Telefone: 55 45 32641639. 2 Engenheiro Químico (UEM), Doutor em Engenharia Química (UEM), Docente da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Avenida Brasil, n.4232-Parque Independência-Medianeira/PR/Brasil. CEP.85884000 CP 271. e-mail: lfrare@utfpr.edu.br Telefone: 55 4532408000. 3 Engenheiro Químico (UEM), Mestre em Engenharia Química (UFSC), Docente da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Avenida Brasil, n.4232-Parque Independência-Medianeira/PR/Brasil. CEP 85884000 CP 271. e-mail: luizsarmento@utfpr.edu.br. Telefone: 55 4532408000.

Schoenhals, M.; Frare, L. M., Sarmento, L. A. V./Análise do desempenho de reatores anaeróbios de fluxo ascendente

Engenharia Ambiental - Espírito Santo do Pinhal, v. 4, n. 1, p. 005-023, jan/jun 2007

1. INTRODUÇÃO

A poluição ambiental por dejetos

suínos é um problema que vêm se

agravando na suinocultura moderna.

Diagnósticos recentes têm mostrado um

alto nível de contaminação dos recursos

hídricos que abastecem os meios rural e

urbano (DIESEL et al., 2002). Conforme

Dartora et al. (1998), a causa principal da

poluição nas regiões com altas

concentrações de suínos é que grande parte

dos dejetos é lançada no solo, sem

critérios, e em cursos d´água, sem um

tratamento prévio adequado.

O lançamento direto de efluentes da

suinocultura sem o devido tratamento nos

cursos de água acarreta desequilíbrios

ecológicos e poluição em função da

redução do teor de oxigênio dissolvido na

água, disseminação de patógenos e

contaminação das águas potáveis com

amônia, nitratos e outros elementos

tóxicos. A produção de suínos acarreta,

também, na poluição associada aos odores

desagradáveis dos dejetos, que ocorre

devido à evaporação de compostos

voláteis. A emissão de gases pode causar

graves prejuízos nas vias respiratórias do

homem e de animais, bem como, a

formação da chuva ácida através de

descargas de amônia na atmosfera, além de

contribuir para o aquecimento global da

terra (PERDOMO, 2001; BLEY, 2001;

DIESEL et al., 2002; LUDKE & LUDKE,

2003).

A capacidade poluente dos dejetos

suínos, em termos comparativos, é muito

superior à de outras espécies. Utilizando-se

o equivalente populacional um suíno, em

média, equivale a 3,5 pessoas (DIESEL et

al., 2002, OLIVEIRA, 1994). Porém, o

poder energético dos dejetos também

precisa ser considerado, pois 1m³ produz

em torno de 0,5 m³ de biogás (TOLEDO &

LUCAS JR., 1997).

Lima (2003), afirma que a

suinocultura passou por profundas

alterações tecnológicas nas últimas

décadas. A produtividade por animal e por

área aumentou consideravelmente,

passando a se produzir grandes

quantidades de dejetos em pequenas

extensões de terra.

De acordo com Ludke & Ludke

(2003), o manejo e destino adequado do

excesso de dejetos produzidos em um

número cada vez menor de unidades

produtoras com maior número de animais

alojados representa um desafio que tende a

se agravar. Para Pawlowski (1983), a

necessidade de se obter mais economia no

tratamento com a recuperação de resíduos

orgânicos e interesse na produção de

energia a partir de biomassa como fonte

renovável, motivam a avaliação e estudo

dos processos anaeróbios.

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Segundo Chernicharo (1997), os

sistemas anaeróbios de alta taxa se

caracterizam, basicamente, pela

capacidade em reter grandes quantidades

de biomassa de elevada atividade mesmo

com a aplicação de baixos tempos de

retenção hidráulica (TRH). Conforme

LORA (2000), o tipo de reator anaeróbio

de alta taxa mais difundido na indústria é o

UASB – Upflow Anaerobic Sludge Blanket

– anaeróbio de fluxo ascendente com

manta de lodo. Nestes reatores,

particularmente importante é a velocidade

ascensional do líquido que proporciona

uma constante pressão seletiva sobre os

microrganismos, que passam a aderirem-se

uns aos outros levando à formação de

grânulos que apresentam boa capacidade

de sedimentação (QUARMY & FOSTER,

1995; SCHMIDT & AHRING, 1996). As

vantagens são: os microrganismos se

apresentam densamente agrupados, a não

utilização de meios suportes inertes

propicia um aproveitamento máximo do

volume reacional do reator, a forma

esférica dos grânulos proporciona uma

relação máxima microrganismos/volume

(VAN HAANDEL & LETTINGA, 1994;

LETTINGA & HULSHOFF, 1991; LO et

al., 1994). Chernicharo (1997), afirma que

o reator UASB é capaz de suportar altas

taxas de carga orgânica tendo simplicidade

construtiva e baixos custos operacionais.

Segundo Jordão & Pêssoa (1995), estes

sistemas têm sido projetados com tempos

de permanência da ordem de cinco a seis

horas, com eficiências de remoção de

DQO da ordem de 70% no tratamento de

esgotos sanitários. Entretanto, valores

muito baixos de TRH podem prejudicar o

funcionamento do sistema em relação aos

seguintes aspectos: perda excessiva de

biomassa, redução do tempo de residência

celular (idade do lodo) e possibilidade de

falha do sistema, uma vez que o tempo de

permanência de biomassa no reator pode

ser inferior ao tempo de crescimento

(BEZERRA, 1998; MEDEIROS FILHO,

2000).

O presente trabalho consistiu em

avaliar o desempenho de dois reatores

UASB operando em escala real na redução

da carga poluidora de efluentes da

suinocultura. Para tanto foram analisados

parâmetros operacionais, físico-químicos e

produção quantitativa de biogás.

2. MATERIAL E MÉTODOS

A pesquisa foi realizada em uma

unidade produtora de leitões (UPL) com

2.500 matrizes, localizada no extremo

oeste do Estado do Paraná. A Figura 1

apresenta um desenho esquemático do

sistema de tratamento completo aplicado

no local, o qual é composto por etapas

preliminar, primária e secundária.

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Figura 1. Sistema de tratamento de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões

(UPL), no Estado do Paraná.

2.1. Etapas estudadas e pontos de

amostragem

Os reatores UASB são a primeira

etapa do tratamento secundário e operam

em paralelo, cada reator apresenta volume

de 27,5 m3, sendo 5,2 m de altura. A

velocidade ascensional (v) e o tempo de

retenção hidráulica (TRH) de projeto são

0,35 m h-1 e 15,71 h respectivamente. Na

Figura 2 pode-se observar os pontos

selecionados para a coleta das amostras.

Nos reatores UASBs o afluente é

alimentado pela extremidade inferior,

sendo o efluente coletado na extremidade

superior. Ao longo desse percurso uma

série de mecanismos contribui para a

purificação das águas residuárias. Estes

mecanismos ocorrem em cinco zonas:

câmara de digestão, zona de transição,

separador de fases, zona de sedimentação e

zona de acumulação de gás, conforme está

representado na Figura 3.

A Figura 4 mostra os reatores

UASB e a etapa de decantação primária da

UPL.

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Figura 2. Fluxograma das etapas do processo estudadas e pontos de amostragem de efluentes

(1 e 2).

Figura 3. Representação esquemática de um reator UASB (CHERNICHARO, 1997).

EFLUENTETANQUE DE EQUALIZAÇÃO

DECANTADOR

1

2

ADOR

UASB 1 UASB 2

Caixa distribuidora de vazão

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Figura 4. Decantação (decantador primário) e tratamento secundário (UASB1 e UASB2)

(foto superior). Vista superior do reator UASB1 (foto inferior). (Fotos tiradas por

Marlise Schoenhals em 26/05/03).

2.2 Metodologia para análise operacional

dos reatores

As medidas de vazão do sistema

foram realizadas em calha Parshall de 3´´

localizada a jusante do reator UASB2.

A determinação da velocidade

ascensional do fluxo foi calculada a partir

da relação entre a vazão afluente e a seção

transversal do reator, conforme

Chernicharo (1997):

v = Q/A (1)

Em que v é a velocidade ascensional do

fluxo (m.h-1); Q é a vazão (m3.h-1) e A é a

área da seção transversal do reator (m2).

2.3 Amostragem e metodologia utilizada

para o monitoramento dos parâmetros

físico-químicos

A amostragem e a análise dos

afluentes e efluentes aos reatores foram

realizadas diariamente no período de 25 de

maio a 30 de junho de 2003, perfazendo

DECANTADOR UASB1 UASB2

REATOR UASB

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cinco semanas. Foi utilizada a técnica de

amostragem composta, sendo as alíquotas

coletadas continuamente em intervalos de

tempo programados (SILVA, 1977).

As determinações dos parâmetros

físico-químicos foram realizadas de acordo

com o Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater

(APHA, 1995), os quais corresponderam a

demanda química de oxigênio (DQO),

demanda bioquímica de oxigênio (DBO),

sólidos suspensos totais (SST),

temperatura e pH.

2.4 Metodologia para medição quantitativa

de biogás

As medidas de vazão do biogás

foram realizadas no decorrer de 15 horas

diárias no período de uma semana através

de um medidor tipo bolhômetro, com

diâmetro interno de 1,91 cm e altura de 1,5

m. O medidor foi instalado entre o

reservatório de biogás e o queimador. O

volume de biogás produzido pelos reatores

foi determinado através da medida do

deslocamento vertical das bolhas geradas,

multiplicando-se pelo diâmetro interno do

medidor, conforme a equação 2.

Qg = Vg.3,1415.D2/4 (2)

Em que Qg é a vazão do biogás, Vg é o

volume de biogás e D é o diâmetro interno

do medidor tipo bolhômetro.

A ilustração do aparato

experimental pode ser visualizada na

Figura 5.

Figura 5. Queimador, bolhômetro e reservatório de gás.

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3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1. Monitoramento da vazão, TRH e

velocidades ascensionais do fluxo

A variação temporal da vazão

resultante das medidas realizadas no

sistema apresentou um diferencial

considerável em relação ao valor constante

do projeto (3,5 m3 h-1) conforme pode ser

visualizado na Figura 6. Este fato indicou

ineficiência da etapa de equalização,

submetendo o sistema de tratamento a

variações indesejáveis. Em função disso as

velocidades ascensionais do fluxo (v)

foram recalculadas e são apresentadas na

Figura 7.

Analisando a Figura 6 pode-se

observar que as vazões máximas

ocorreram no período das 10 às 15 horas

(11 m3 h-1), neste período as atividades na

UPL são intensas ocorrendo também a

lavagem dos galpões de produção.

Percebe-se ainda que na maior parte do

tempo as vazões registradas estão bem

acima do valor para o qual os reatores

UASB foram projetados.

A velocidade ascensional de projeto

(0,35 m h-1) foi verificada apenas em

quatro pontos, conforme pode ser

observado na Figura 7, nos demais pontos

(exceto dois deles) os valores se

mantiveram acima, tendo atingido 1,10 m

h-1 entre o período das 14:30 às 16:30

horas.

Os valores elevados de v aumentam

consideravelmente a velocidade do líquido

no reator, podendo desencadear distúrbios

na adesão dos microrganismos e

sedimentabilidade do lodo

(CHERNICHARO, 1997). A instabilidade

do processo em função das variações de

vazão também foi comprovada quando

foram confrontados os valores de TRH

reais com o TRH de projeto, conforme

pode ser visualizado na Figura 8.

No maior período de

monitoramento o TRH calculado

permaneceu abaixo do valor para o qual o

sistema foi projetado, o que não é

recomendado por sobrecarregar o sistema e

ocasionar a queda na eficiência do

tratamento, podendo não haver tempo

suficiente para a ação dos microrganismos

anaeróbios.

Recomenda-se um TRH na faixa de

14 a 16 horas em reatores UASBs tratando

esgotos domésticos (VAN HAANDEL &

LETTINGA, 1994). Considerando que os

efluentes da suinocultura possuem uma

carga poluidora maior – utilizando-se o

conceito de equivalente populacional um

suíno equivale em média a 3,5 pessoas

(DIESEL et al., 2002) – os baixos valores

de TRH obtidos comprometem a eficiência

do processo de tratamento.

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Figura 6. Vazão de projeto e vazões medidas no local no sistema de tratamento de resíduos

empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no Estado do Paraná.

Figura 7. Velocidade ascensional do líquido (v) de projeto e v médias obtidas em função das

variações de vazão registradas no sistema de tratamento de resíduos empregado

numa unidade produtora de leitões (UPL), no Estado do Paraná.

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Figura 8. TRH de projeto e calculados em função das vazões medidas no sistema de

tratamento de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no

Estado do Paraná.

3.2. Monitoramento de parâmetros físico-

químicos

Os valores médios dos parâmetros

físico-químicos obtidos nas cinco semanas

de monitoramento dos afluentes e efluentes

aos reatores UASBs encontram-se na

Tabela 1.

Não foram registradas grandes

oscilações de temperatura no período de

monitoramento (14°C a 23°C), a qual se

enquadra na faixa permissível para os

processos anaeróbios, porém é inferior ao

nível ótimo da biodigestão (30°C a 35°C)

(NOGUEIRA, 1986). As temperaturas

mais baixas foram registradas na primeira

e segunda semanas, alcançando 14 °C e 17

°C, respectivamente.

O pH manteve-se na faixa de 6,0 a

7,2, a qual é adequada e recomendada aos

processos de biodigestão anaeróbia.

Por se tratar de um processo

biológico de tratamento espera-se que a

remoção de DBO seja superior à DQO.

Conforme indicam os valores apresentados

na Tabela 1 (relação DQO/DBO) a

remoção de DBO pelo sistema foi superior

à DQO, exceção ocorreu na terceira

semana de monitoramento, onde a remoção

de DQO foi maior.

.

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Tabela 1. Resultados dos parâmetros físico-químicos monitorados no sistema de tratamento

de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no Estado do

Paraná.

Parâmetro 1° Semana 2°Semana 3°Semana 4° Semana 5°Semana

SST afluente (mg L-1) 1800,0 1840,0 1600,0 3330,0 2280,0

SST efluente (mg L-1) 1466,66 1320,0 960,0 1930,0 2120,0

DBO afluente (mg L-1) 3973,55 3733,33 4460,0 3428,5 8235,0

DBO efluente (mg L-1) 3500,0 3000,0 2940,0 3125,0 5380,0

DQO afluente (mg L-1) 7000,0 6750,0 8750,0 7970,0 13525,0

DQO efluente (mg L-1) 6800,0 5550,0 5250,0 7350,0 10400,00

DQO/DBO afluente 1,77 1,80 1,96 2,35 1,64

DQO/DBO efluente 1,94 1,85 1,78 2,32 1,93

Temperatura (°C) 14 20 17 21 23

pH 6,0 6,5 7,0 7,0 7,2

Na Figura 9 pode-se observar que

as concentrações de SST no efluente foram

sensivelmente menores em comparação

com os valores do afluente.

Nos reatores UASB, após a

separação dos gases, o líquido e as

partículas sólidas que deixam a manta de

lodo têm acesso ao compartimento de

decantação onde são necessárias condições

ideais de sedimentação, ou seja, baixas

velocidades ascensionais e TRH mínimo

de uma a duas horas (no decantador) para

que haja efetividade na clarificação do

efluente e retorno da biomassa ao sistema

(IMHOFF & IMHOFF, 1985). As

oscilações e valores elevados obtidos para

v resultaram em valores ainda elevados de

SST no efluente final.

Na Figura 10 são apresentados os

valores das concentrações de DBO nos

afluentes e efluentes aos reatores

A concentração de DBO no

afluente manteve-se numa faixa de valores

constantes até a quarta semana de

monitoramento, posteriormente registrou-

se uma significativa elevação (8.235 mg L-

1). A maior redução de concentração do

parâmetro no efluente em relação ao

afluente ocorreu na terceira e quinta

semanas, quando foi atingido 2.940 e

5.380 mg.L-1, respectivamente.

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Figura 9. Concentração de SST nos afluentes e efluentes aos reatores UASBs no sistema de

tratamento de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no

Estado do Paraná.

Figura 10. Concentração de DBO nos afluentes e efluentes aos reatores UASBs no sistema de

tratamento de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no

Estado do Paraná.

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Comportamento similar ao

observado para o parâmetro DBO ocorreu

quando se analisou a DQO onde a

concentração no afluente pode ser

considerada relativamente constante até a

quinta semana de monitoramento, quando

houve uma elevação significativa no seu

valor (13.525 mg L-1). As menores

concentrações desse parâmetro nos

efluentes, em relação aos afluentes,

também ocorreram na terceira e quinta

semanas, quando se atingiram 5.250 e

10.400 mg L-1, respectivamente, conforme

pode ser observado na Figura 11.

Na Figura 12 constam as

eficiências médias de remoção obtidas para

os parâmetros analisados.

As maiores eficiências de remoção

de SST obtidas neste trabalho foram 40%

(quinta semana) e 72,5% (quarta semana).

Henn et al. (2000), em seus

trabalhos com um reator UASB de 8 L

operado com temperaturas entre 25 °C e 30

°C e TRH de 36 horas, alcançou

eficiências de remoção de SST entre 50 e

70%.

Damasceno et al. (2000) estudou o

desempenho de um reator UASB com

volume de 12 L, operado à temperatura de

30 °C e TRH de 30 horas e obteve

resultados de eficiência média de remoção

de SST de 50%.

Desta forma, neste trabalho as

eficiências de remoção do parâmetro da

segunda, terceira e quarta semanas, os

quais corresponderam a 39,4%, 40,0% e

72,5%, respectivamente, podem ser

considerados razoáveis. Já as eficiências

obtidas na primeira e quinta semanas e que

alcançaram 22,7% e 7,0%,

respectivamente, foram insatisfatórias.

As baixas eficiências de remoção

de SST foram relacionadas às velocidades

elevadas nas aberturas para o decantador,

às taxas de aplicação do efluente e aos

baixos TRH (compartimentos de digestão e

decantação), ocasionando o carreamento

de sólidos com o efluente final.

As eficiências de remoção de DBO

oscilaram entre 9,7% (quarta semana) a

34,7% (quinta semana).

Mochizuki et al. (2000), na

avaliação do tratamento de dejetos suínos

sem tratamento prévio, empregaram um

reator UASB com volume de 11,75 L,

temperatura de operação de 30 °C e TRH

médio de 30 horas e observaram uma

eficiência de remoção de DBO de 83%.

Segundo Chernicharo (1997),

reatores UASB operando na faixa dos 25

°C atingem eficiências de remoção de

DBO de 40 a 75%, sendo

significativamente afetadas pelo TRH do

sistema.

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Figura 11. Concentração de DQO nos afluentes e efluentes aos reatores UASBs no sistema de

tratamento de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no

Estado do Paraná.

Figura 12. Eficiências de remoção de SST, DBO e DQO após o tratamento no sistema de

tratamento de resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no

Estado do Paraná.

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Portanto, as baixas eficiências de

redução de DBO obtidas neste trabalho

ocorreram devido à instabilidade do

processo. O reduzido TRH afetou a ação

dos microrganismos anaeróbios

responsáveis pela conversão da matéria

orgânica a CH4 (gás metano).

A menor eficiência de remoção de

DQO ocorreu na primeira semana de

monitoramento (2,9%) e a máxima na

terceira semana (40,0%).

Henn et al. (2000) em seus estudos

obtiveram 80% de remoção de DQO,

enquanto Mochizuki et al. (2002)

atingiram 79% de eficiência de remoção

para esse mesmo parâmetro químico.

As eficiências insatisfatórias

obtidas neste trabalho são ocasionadas

pelos mesmos fatores anteriormente

apontados para o parâmetro DBO, ou seja,

um TRH abaixo do valor projetado e

elevadas velocidades ascensionais do

líquido, o que reduziu o tempo de contato

substrato/biomassa e afetou a granulação e

sedimentação do lodo.

3.3. Monitoramento da produção de biogás

Os valores médios de produção de

biogás obtidos no monitoramento são

apresentados na Figura 13.

Através da Figura 13 é possível

analisar a variação da geração de gás em

relação ao período monitorado. No início

foi registrada a vazão mínima de todo o

período (6,4 L h-1). A vazão máxima

ocorreu no ponto 16 (62 L h-1). A geração

média no período foi de 36 dm3 h-1, o que

representou uma taxa média de liberação

de 0,011 m3 m-2 h-1.

Segundo Chernicharo (1997), taxas

de liberação de biogás inferiores a 1,0 m3

m-2 h-1 dificultam a liberação de biogás e

favorecem a formação de camadas densas

de escuma (ver Figura 4).

As baixas taxas de

produção/liberação de biogás obtidas

condizem com as baixas eficiências

atingidas na remoção de DBO e DQO, ou

seja, parcela significativa da matéria

orgânica deixa de ser convertida em

metano dentro do reator.

Na Figura 14 é estabelecida uma

relação entre a vazão de biogás medida e a

temperatura.

As temperaturas registradas no

período de monitoramento da produção de

biogás variaram na faixa dos 15°C aos

29°C. Conforme pode ser observado, entre

15°C e 20°C a produção manteve-se

estável, com vazão mínima de 18 L h-1

(15°C) à um máximo de 23,3 L h-1 (18°C).

Na temperatura de 21 °C foi

registrado o pico da produção (47,2 L h-1).

Schoenhals, M.; Frare, L. M., Sarmento, L. A. V./Análise do desempenho de reatores anaeróbios de fluxo ascendente

Engenharia Ambiental - Espírito Santo do Pinhal, v. 4, n. 1, p. 005-023, jan/jun 2007

Figura 13. Produção de biogás no período monitorado no sistema de tratamento de resíduos

empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no Estado do Paraná

Figura 14. Vazões de biogás medidas em função da temperatura no sistema de tratamento de

resíduos empregado numa unidade produtora de leitões (UPL), no Estado do

Paraná.

Schoenhals, M.; Frare, L. M., Sarmento, L. A. V./Análise do desempenho de reatores anaeróbios de fluxo ascendente

Engenharia Ambiental - Espírito Santo do Pinhal, v. 4, n. 1, p. 005-023, jan/jun 2007

Acima dessa temperatura houve um

decréscimo na produção de biogás para a

temperatura de 22 °C, todavia, observou-se

um ligeiro aumento na faixa de 25 °C a 29

°C, quando a produção de biogás variou de

41,8 L h-1 a 46,5 L h-1.

Descartando o pico registrado aos

21°C, o comportamento observado sugere

que houve uma relação direta entre a

produção de biogás e a temperatura,

principalmente entre 25 °C e 29°C, estando

esta faixa mais próxima ao nível ótimo da

biodigestão (30°C a 35°C) (NOGUEIRA,

1986).

Entretanto, embora elevadas

temperaturas sejam desejadas, o mais

importante é a manutenção de uma

temperatura uniforme dentro do reator,

uma vez que o processo anaeróbio é

considerado muito sensível à mudanças

bruscas de temperatura, podendo provocar

desequilíbrio entre as duas maiores

populações microbianas e

conseqüentemente falha do processo. O

limite usual é cerca de 2 oC por dia

(CHERNICHARO, 1997). Portanto,

considerando que o período de

monitoramento da vazão de biogás neste

trabalho foi de uma semana, a variação de

temperatura foi significativa, contribuindo

também este fator para uma menor

eficiência do processo de tratamento. Desta

forma, para garantir a estabilidade do

sistema e, conseqüentemente, uma maior

conversão da matéria orgânica em metano,

poderia ser implantado um dispositivo de

aquecimento do reator nos períodos em

que as temperaturas oscilam de forma mais

acentuada, de modo a garantir a eficiência

do processo de tratamento.

4. CONCLUSÕES

Os reatores UASBs, como sistemas

anaeróbios de alta taxa, representam um

importante avanço no tratamento de

efluentes com elevadas vazões e alta carga

orgânica, características dos efluentes da

suinocultura. A relação DQO/DBO

apresentada neste trabalho confirmou a

viabilidade do emprego de tratamento

biológico para o efluente avaliado. Porém,

apesar da simplicidade, economia e

eficiência comprovada em diversas

pesquisas, os sistemas anaeróbios

apresentam maior sensibilidade às

variáveis operacionais e climáticas quando

comparados aos sistemas aeróbios de

tratamento, motivo que justifica a

necessidade do monitoramento constante

do processo.

Neste trabalho foi averiguada a

instabilidade do processo em função das

variações da vazão temporal, que na maior

parte do monitoramento esteve acima do

valor para o qual os reatores foram

projetados. Conseqüentemente, observou-

se elevadas velocidades ascensionais do

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Engenharia Ambiental - Espírito Santo do Pinhal, v. 4, n. 1, p. 005-023, jan/jun 2007

líquido através dos reatores e baixos

tempos de residência hidráulica. As

eficiências máximas de remoção obtidas

para SST, DBO e DQO foram 72,5%,

34,7% e 40,0%, respectivamente. Os

resultados foram considerados

insatisfatórios quando comparados aos

obtidos em outros trabalhos. As elevadas

concentrações de SST nos efluentes dos

reatores tiveram como causa as altas

velocidades do fluxo e baixo TRH no

dispositivo de separação de fases (sólido,

líquido, gás), ocasionando carreamento de

sólidos com o líquido clarificado. As

eficiências de remoção de DQO e DBO

foram, principalmente, afetadas pela

redução do tempo de residência celular

(idade do lodo).

A produção de biogás registrada foi

pequena se consideradas as dimensões dos

reatores, o que representou uma taxa média

de liberação de 0,011 m3 m-2 h-1, gerando

camadas densas de escuma na superfície

dos reatores. Houve elevação da vazão de

biogás medida com o aumento da

temperatura. A faixa de variação da

temperatura oscilou demasiadamente no

período de monitoramento, fator

prejudicial para a biodigestão. Tal fato

sugeriu a importância de um sistema de

aquecimento para os reatores - podendo ser

empregado o próprio biogás produzido

(aplicação mais nobre que a atual que

consiste na queima)-nos períodos de maior

variação e onde são registradas as menores

temperaturas, de modo a garantir a

eficiência do processo de tratamento.

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