Diskusjon måleutstyr og metode

Tendo em vista a necessidade não apenas da nitrificação do esgoto, como também a redução biológica do nitrato. Entende-se que, nos dias atuais, as alternativas de pré-desnitrificação e de pós-desnitrificação, processos que podem ser associados aos sistemas de lodos ativados, são satisfatoriamente conhecidos. O reator possui uma zona anóxica seguida pela zona aeróbia. A nitrificação ocorre na zona aeróbia, conduzindo a formação de nitratos. Os nitratos são direcionados a zona anóxica por meio da recirculação interna, como se observa na Figura 2.6. Embora possa ser futuramente implantado nas ETEs em operação, o arranjo com pré- desnitrificação tem por principal aspecto desfavorável a necessidade de grandes vazões de recirculação de lodo da zona aerada para a zona anóxica (100 a 400%) da vazão afluente, dependendo da concentração de nitrato a ser obtida no efluente final, acarretando elevação significativa dos custos operacionais em função do consumo de energia elétrica por estas elevatórias adicionais (VON SPERLING, 2002; METCALF & EDDY, 2003).

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Figura 2.6: Representação esquemática de um sistema de lodo ativado com pré-desnitrificação.

Fonte: Adaptado de (VON SPERLING, 2002; METCALF & EDDY, 2003)

2.6.2 Sistema de lodo ativado com pós-desnitrificação

Como se observa na Figura 2.7, o sistema é composto por um reator com uma zona aeróbia seguida por uma zona anóxica e, opcionalmente, uma zona aeróbia final. A remoção de carbono e a produção de nitratos ocorrem na zona aeróbia. Os nitratos formados entram na zona anóxica, onde são reduzidos a nitrogênio gasoso. Desta forma, não há necessidade de recirculações internas como no sistema de pré-desnitrificação. A desvantagem é que a desnitrificação ocorre em condições endógenas, já que a maior parte do carbono orgânico é removido na zona aeróbia. Em decorrência a taxa de desnitrificação é mais lenta (0,015 a 0,045mgNO3-N.mgSSV.d-1)

(VON SPERLING, 2002) conforme se observa na Tabela 2.7 os valores típicos das taxas de desnitrificação por miligrama de sólidos ativos por dia, obtidas em sistemas de lodo ativado com pré-desnitrificação e pós-desnitrificação tendo como substrato esgoto bruto.

Uma possibilidade para se aumentar a taxa de desnitrificação na zona anóxica é adição artificial de carbono orgânico ou de se direcionar parte do esgoto bruto diretamente à zona anóxica. No entanto, o uso do esgoto pode acarretar problemas na zona anóxica, devido à introdução de amônia não nitrificada, deteriorando a qualidade do efluente final. Em relação à adição artificial de carbono orgânico, há uma elevação significativa dos custos operacionais no sistema. A zona aerada final (opcional) é operada com baixo TDH (em torno de 30 minutos). As principais finalidades são o desprendimento das bolhas de nitrogênio gasoso e a adição de oxigênio dissolvido antes da sedimentação (VON SPERLING, 2002; METCALF & EDDY, 2003).

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Figura 2.7: Representação esquemática de um sistema de lodo ativado com pós-desnitrificação.

Fonte: Adaptado de (VON SPERLING, 2002; METCALF & EDDY, 2003)

Tabela 2.7: Taxa de desnitrificação por miligrama de sólidos suspensos voláteis por dia, em

sistemas de lodo ativado com pré-desnitrificação e pós-desnitrificação

Taxa de desnitrificação específica

Tipo Posição da zona anóxica Taxa de desnitrificação _(mgNO 3--N.mgSSV.d-1)

Esgoto bruto Zona anóxica a montante da zona

aerada (Pré-D) 0,03 – 0,11

Metabolismo

endógeno Zona anóxica a jusante da zona aerada (Pós-D) 0,015 – 0,045

Fonte: apud SPERLING, 1997 (ECKENFELDER & ARGAMAN, 1978; ARCEIVALA, 1981; METCALF E EDDY, 1991 e EPA, 1993).

2.6.3 Sistema de lodo ativado Bardenpho

O processo Bardenpho de 3 estágios corresponde a uma combinação dos dois arranjos (Pré- desnitrificação e Pós-desnitrificação), além da zona de re-aeração final (opcional), como se observa na Figura 2.8. A eficiência de remoção de nitrogênio é bastante elevada, da ordem de 90% ou mais, já que os nitratos não removidos na primeira zona anóxica podem ser removidos na segunda zona anóxica. No entanto o TRS na zona aerada deve ser suficiente para ocorrência da nitrificação. A desvantagem desse sistema é a necessidade de reatores com volume total maior. Existem variantes desse sistema como o Bardenpho modificado de 3 estágios com o primeiro reator anaeróbio seguido de um anóxico e um aeróbio, e o Bardenpho modificado de 5 estágios (anaeróbio-anóxico-aeróbio-anóxico-aeróbio) que podem agregar a remoção biológica

34 de fósforo na zona anaeróbia do sistema. No entanto, há uma tendência de formação de lodo filamentoso e a desnitrificação pode ser incompleta devido à falta de matéria orgânica (VON SPERLING, 2002 e VAN HAANDEL e MARAIS, 1999).

Figura 2.8: Representação esquemática de um sistema de lodo ativado pelo processo

Bardenpho de 3 estágios. Fonte: Adaptado de (VON SPERLING, 2002; VAN HAANDEL e MARAIS, 1999)

2.6.4 Sistema de lodo ativado UCT (University of Cape Town)

Na Figura 2.9 apresenta-se o sistema UCT que é um sistema de lodo ativado composto de 4 reatores sendo o primeiro anaeróbio, o segundo e o quarto anóxicos e o terceiro aeróbio, podendo ou não apresentar um quinto reator, sendo este aeróbio. Após a série de reatores há um decantador secundário. O sistema UCT, proposto por RABINOWITZ e MARAIS (1980) apud (VAN HAANDEL e MARAIS, 1999), foi desenvolvido para que, simultaneamente, houvesse a remoção dos macronutrientes nitrogênio e fósforo. Para a remoção de fósforo nesse sistema, assim como para o sistema Bardenpho há necessidade da presença de uma zona anaeróbia e de material rapidamente biodegradável. No sistema UCT se evita a introdução de nitrato na zona anaeróbia (como ocorre no sistema Bardenpho modificado com 3 e/ou 5 reatores), introduzindo- se lodo da zona anóxica para a zona anaeróbia, recirculação “r”. Na zona anóxica a concentração de nitrato é mantida baixa através do controle da taxa de recirculação “a” (Figura 2.9), de tal maneira que o nitrato disponível para desnitrificação na zona anóxica se iguala à capacidade de desnitrificação nesta. O sistema UCT modificado foi desenvolvido para assegurar que não haja introdução de nitrato, mesmo quando a concentração de nitrato e da taxa de desnitrificação varia com o tempo. A zona anóxica do pré-desnitrificante está dividida em duas, descarregando-se o lodo de retorno do decantador na primeira parte e na segunda parte o lodo proveniente do reator aeróbio. Nessas condições, a remoção de nitrato na primeira parte será

35 completa, havendo total proteção da zona anaeróbia, favorecendo assim a remoção de fósforo. Porém, ao configurar as zonas anóxicas dessa maneira, o efluente pode apresentar maiores concentrações de nitrato, visto que não existe uma zona anóxica para pós-desnitrificação e pode acarretar problemas como flotação do lodo no decantador secundário.

Figura 2.9: Representação esquemática de um sistema de lodo ativado pelo processo UCT com

5 reatores sequenciais (anaeróbio-anóxico-aeróbio-anóxico-aeróbio). Fonte: Adaptado de (VAN HAANDEL e MARAIS, 1999)