Uma das rotas de conversão da matéria orgânica no tratamento anaeróbio é a do crescimento bacteriano. Os sistemas anaeróbios se caracterizam por baixas taxas de crescimento bacteriano, o que resulta em uma baixa produção de lodo, configurando-se como uma das principais vantagens dos processos anaeróbios em relação aos aeróbios.
Em um sistema operando em condições estacionárias, a produção de lodo do sistema pode ser determinada pela soma da massa de sólidos descartados do reator como lodo em excesso e dos sólidos sedimentáveis descarregados junto com o efluente. A produção de lodo em sistemas anaeróbios foi estimada por Campos (1999) da ordem de 0,10 a 0,20 kgSST/kgDQOaplicada. Em reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo, a produção específica de lodo encontrada em algumas unidades avaliadas teve um valor em torno de 0,20 a 0,27 kgSST/kgDQOaplicada, dependendo do tempo de permanência: quanto mais curto o tempo de permanência, maior é a produção específica de lodo (van Haandel e Lettinga, 1994). Um lodo estável é caracterizado por apresentar alta atividade metanogênica e baixa fração de material biodegradável. A estabilidade do lodo também depende do tempo de permanência no reator: quanto mais curto for o tempo de permanência, mais alta a produção de metano por unidade de massa de SSV incubada.
A fase de formação do leito de lodo, no interior de um reator UASB, pode inicialmente ser caracterizada por uma remoção intensa de sólidos totais, suspensos e sedimentáveis. A formação do leito de lodo tem uma relação intrínseca com a quantidade de sólidos no esgoto (Melo et al., 2000).
A idade do lodo ou o tempo de permanência dos sólidos em um sistema de tratamento biológico é definido como a razão entre a massa de lodo no sistema e a produção diária de lodo sob condições estacionárias, determina o tempo médio de sólidos retidos no sistema. Quando o sistema está em equilíbrio, a massa de lodo no sistema não varia com o tempo, de modo que a taxa de produção de lodo se iguala à taxa de descarga intencional como lodo de excesso e como sólidos sedimentáveis no efluente.
Uma das rotinas operacionais mais importantes nas unidades de tratamento consiste em se determinar a quantidade e a atividade da biomassa presente no reator. Avaliando-se o perfil de sólidos e da massa de microrganismos presentes no reator e a atividade metanogênica específica da biomassa, pode-se identificar a altura e a concentração do leito de lodo no reator, possibilitando determinar os pontos e as rotinas de descarte mais indicadas (freqüência e quantidade). A massa de sólidos na manta de lodo é parâmetro de controle do tempo de residência celular e serve para a caracterização da atividade metanogênica do processo anaeróbio (Versiani et al., 2005).
Outra importante característica dos reatores anaeróbios de fluxo ascendente é o fenômeno da expansão da manta de lodo. Esta característica pode ser relacionada com a capacidade desses reatores de reter sólidos, tanto durante a operação em estado de equilíbrio com altas velocidades ascendentes, quanto durante uma sobrecarga hidráulica ou orgânica. Se o regime de vazões é conhecido, é possível conhecer a variação que ocorre na altura do leito de lodo e assim evitar o seu carreamento durante uma sobrecarga hidráulica.
Estudos realizados em instalação experimental por Leitão et al. (2005) indicaram ser desnecessário operar um reator UASB com longos tempos de detenção hidráulica (TDH) com objetivo de melhorar sua capacidade de suportar sobrecargas hidráulicas, pois, nesses casos, ocorre a formação de lodo mais expansível, facilmente carreado em altas velocidades ascendentes. Ao contrário, diminuindo-se o TDH ou aumentando as velocidades ascensionais, conduz-se a um decréscimo da expansibilidade da manta de lodo.
Experimentos conduzidos por Zhou et al. (2007) também avaliaram os efeitos no processo de formação dos grânulos na biomassa sob diferentes cargas orgânicas em reatores UASB em escala de bancada. Ao passo que eram aplicadas maiores cargas orgânicas nos reatores, observou-se que o processo de formação de grânulos era fortemente favorecido. Entretanto, a aplicação de altas taxas orgânicas a reatores anaeróbios de fluxo ascendente, sob determinadas condições operacionais, pode inibir de modo irreversível a atividade metanogênica e causar um desequilíbrio entre o substrato disponível e os requisitos nutricionais dos microrganismos.
A partida dos reatores anaeróbios de fluxo ascendente e manta de lodo é uma fase de extrema importância para o desenvolvimento de um lodo com características adequadas ao tratamento dos esgotos. O lodo no interior do reator UASB pode ter características floculentas ou granulares. Lodos com características granulares indicam um processo de partida adequado do reator, além de apresentar diversas vantagens em relação aos lodos de características floculentas. Lodos granulares se caracterizam por possuírem elevadas idades de lodo em virtude da sua excelente capacidade de sedimentação, o que proporciona uma densidade maior de microrganismos na manta de lodo, o que possibilita os reatores UASB que trabalham sob estas condições serem submetidos a maiores cargas hidráulicas em comparação aos reatores UASB que possuem lodos floculentos. A carga orgânica aplicada
e a produção específica de lodo é que determinarão a capacidade de conversão da matéria orgânica pelos microrganismos no interior do reator (Ghangrekar, 2005). A formação de um lodo de características granulares pode ser considerado como a melhor razão para o sucesso no emprego de reatores UASB no tratamento de efluentes industriais (Hulshoff Pol et al., 2004).
3.6.2. Influência do descarte de lodo no desempenho do reator anaeróbio de fluxo