As primeiras aplicações do tratamento anaeróbio surgiram no final do século XIX, sendo utilizado principalmente para digestão de lodos. Naquela época, a experiência acumulada com digestão anaeróbia de lodos mostrava que, mesmo com longos tempos para estabilização da matéria orgânica, somente 50% dos sólidos contidos no lodo podiam ser removidos por processo anaeróbio, o que levou os pesquisadores a perder o interesse na aplicação do processo para tratamento de resíduos líquidos (NDON & DAGUE, 1997).
O primeiro sistema anaeróbio de tratamento foi criado em 1882, na França, denominado de “Fossa Automática Mouras”, na qual consistia de uma câmara fechada ao ar que permitia que materiais em suspensão presentes no esgoto fossem “liquefeitos”. Com o passar do tempo, várias outras unidades baseadas na “Fossa Automática Mouras” foram sendo desenvolvidas, como o “Tanque Talbot” criado nos Estados Unidos, em 1894, o “Tanque Séptico” na Inglaterra, em 1895, ainda muito utilizado para a degradação de matéria orgânica particulada em áreas sem redes coletoras de esgotos, e o “Tanque Imhoff”, na Alemanha, em 1905. No entanto, esses sistemas não provinham de agitação, sendo operados basicamente como sedimentadores e apresentando baixa eficiência de remoção de matéria orgânica; os Tanques Imhoff apresentavam o tanque de digestão diretamente ligado ao tanque de sedimentação,
tornando sua construção complexa, uma vez que para tratar grandes volumes de lodo eram necessários grandes alturas para o tanque. Sendo assim, em 1927, foi desenvolvido, na Alemanha, o primeiro sistema de aquecimento e digestão de lodo em tanque separado, que atingiu eficiências superiores aquelas até então apresentadas pelos tanques únicos e, como isso, todo tratamento de sólidos em suspensão passou a ser realizado nesses sistemas.
Bach1 (1931) apud Ndon & Dague (1997) relatou que o tratamento anaeróbio poderia ser aplicado somente para digestão de lodo e não para tratamento de resíduos líquidos. Entretanto, Fullen2 (1953) apud Ndon & Dague (1997) obteve bons resultados no tratamento anaeróbio de resíduo líquido de fábrica de alimentos e, desde então, o processo anaeróbio passou também a ser utilizado para o tratamento de resíduos líquidos.
A partir da década de 50, a necessidade da manutenção de altas concentrações de microrganismos nos digestores, a qual não era possível nos processos convencionais de crescimento suspenso de biomassa, e a necessidade de um contanto mais eficiente entre a água residuária e a biomassa, de modo a compensar os vários problemas associados aos processos anaeróbios, como baixa velocidade de crescimento da biomassa, foi reconhecida, havendo assim um desenvolvimento mais significativo da tecnologia anaeróbia.
Um dos primeiros estudos sobre retenção de biomassa em reator anaeróbio foi realizado por Stander3 (1950) apud Ndon & Dague (1997). O pesquisador, tratando vários tipos de águas residuárias de indústrias de fermentação, verificou que a separação da biomassa do efluente e seu retorno para o reator foi útil na manutenção de elevada quantidade de microrganismos no interior do reator, aumentando consideravelmente a eficiência do processo.
Ao final da década de 60, Young e McCarty desenvolveram o sistema de tratamento conhecido como filtro anaeróbio ascendente, onde a biomassa ficava aderida a um suporte inerte, evitando assim sua lavagem para fora do reator enquanto o esgoto
1 BACH, H. (1931). The cardinal points in the art of sludge digestion: a compressed summary of a quarter
century of experience. Sewage Works Journal, 3, pp.562-569.
2 FULLEN, W. J. (1953) Anaerobic digestion of packing plant wastes. Sewage Industry Wastes, 25, pp.
era percolado ao longo do reator no sentido vertical. Este sistema de tratamento obteve grande sucesso na época, uma vez que promoveu a separação do tempo de detenção hidráulica (TDH) do tempo de residência celular (TRC), permitindo assim a manutenção de altas concentrações de biomassa no reator e, portanto, um maior contanto entre o esgoto e a biomassa, aumentando a eficiência de remoção de matéria orgânica.
Desde então, novas configurações de reatores foram constantemente propostas, sempre visando a máxima retenção de elevadas concentrações de biomassa no reator, podendo-se, assim, obter eficiências de remoção de matéria orgânica maiores com tempos de detenção hidráulica menores e, portanto, com menores volumes de reator. Estes reatores, capazes de desvincular o tempo de detenção hidráulica do tempo de residência celular, foram chamados de “reatores de alta taxa”.
O maior responsável pelo crescimento da aplicação dos reatores anaeróbios como unidade principal de tratamento foi o reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo. Esse reator foi consagrado no mundo todo como UASB (“Upflow Anaerobic Sludge Blanket”) e possui certa semelhança com o filtro anaeróbio, sendo a principal diferença o fato de não possuir material de enchimento para servir de suporte para a biomassa, além de apresentar um sistema interno de separação de gases e sólidos. Nesse sistema, a biomassa suspensa no reator sob a forma de flocos ou grânulos densos é separada e reciclada, permitindo assim a sua retenção no reator por longos períodos. Um decantador na parte superior do reator e um dispositivo de separação de gases e sólidos localizado abaixo desse decantador, garante as condições ótimas de sedimentação das partículas que se separam da manta de lodo, permitindo seu retorno à câmara de digestão.
As mais diversificadas configurações de reatores anaeróbios vêm sendo desenvolvidas e estudadas atualmente. Dentre estas configurações de reatores aplicados ao tratamento de águas residuárias, tem-se o reator anaeróbio operado em batelada seqüencial (ASBR), foco de estudo do presente trabalho.
3 STANDER, G. L. (1950). Effluents from fermentation industries. Part IV. A new method for increasing
and maintaining efficiency in the anaerobic digestion of fermentation effluent. Journal Institute Sewage Purification, 4, pp.438.