Strategiprosess

3.5.1 Desenvolvimento

Em 1966 e 1970 Dague, McKinney e Pfeffer observaram que a biomassa anaeróbia floculava de forma análoga ao sistema aeróbio de lodos ativados e que a eficiência da floculação era afetada pela carga orgânica, particularmente pela razão substrato/microrganismos (F/M). Estes avanços no controle da biofloculação para melhorar a sedimentabilidade do lodo deram início ao desenvolvimento de vários tipos de reatores anaeróbios. De modo geral, pode-se diferenciar os vários tipos de reatores anaeróbios pela estratégia de alimentação (contínuo e descontínuo) e pela característica da biomassa (granulada, crescimento disperso e imobilizada). Entretanto, todos podem ser empregados no tratamento de águas residuárias industriais como, por exemplo, abatedouro de aves, cervejarias e laticínios, e também no tratamento de esgoto sanitário.

A aplicação de reatores em escala plena, com o objetivo da remoção de matéria orgânica, começou com o desenvolvimento do reator anaeróbio de fluxo ascendente e manta de lodo – UASB (LETTINGA et al., 1980). Outras configurações desenvolvidas mais recentemente são o reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais – AnSBR (DAGUE et al., 1992), o reator anaeróbio de leito expandido – EGSB (KATO et al., 1994), o reator anaeróbio horizontal de leito fixo – RAHLF (ZAIAT et al., 1994) e o reator anaeróbio de leito fixo operado em bateladas alimentadas seqüenciais – AnSBBR (RATUSZNEI et al., 2000).

O número de estudos sobre a aplicabilidade destes reatores na remoção de sulfeto é bem menor e a tecnologia ainda está em desenvolvimento. Mizuno et al. (1994) utilizaram no

estudo um reator UASB, Smul et al. (1997) pesquisaram sobre o reator EGSB, enquanto Silva et al. (2002) visaram investigar o desempenho do reator RAHLF na remoção de sulfato.

3.5.2 Reator Anaeróbio Operando em Bateladas Seqüenciais (ASBR)

No final da década de 80, Dague e outros pesquisadores da Universidade Estadual de Iowa (Estados Unidos) e um grupo de pesquisadores da Universidade de Ottawa (Canadá) desenvolveram o reator anaeróbio operado em bateladas seqüenciais para a remoção de matéria orgânica de águas residuárias, sendo o conceito do reator patenteado em 1993 pelo grupo americano. Os estudos, baseado nas descobertas sobre biofloculação no fim dos anos 60, mostraram que a operação do reator em batelada permite o tratamento de água residuária em um reator único, sem sistema adicional de decantação (DAGUE et al., 1992; NDON et al., 1997). Portanto, a operação do ASBR é muito simples e ocorre em quatro estágios que constituem um ciclo: enchimento, reação, sedimentação e esvaziamento. Dague et al. (1992), além de mostrarem os resultados de tratamento de substrato altamente solúvel (leite desnatado em pó) e esgoto de suínos, verificaram que o ASBR possui características únicas que permitem que o processo de tratamento atinja altas conversões do substrato em metano e dióxido de carbono. A alta razão entre substrato e microrganismos no começo do ciclo levou à uma elevada velocidade de conversão e a baixa razão de (F/M) trouxe o efeito desejado de floculação e sedimentação da biomassa. Os melhores resultados quanto à retenção de biomassa e estabilidade em remoção de DQO foram obtidos com relação inicial de F/M igual a 0,5.

modificando os parâmetros de operação. O reator tratando glicose com uma carga orgânica de 2,1 kgDQO.(m³.d)-1 _{foi submetido à uma carga de choque de 3,2 kgDQO.(m³.d)}-1_{. Foram}

examinadas cinco combinações diferentes de afluente, tempo de ciclo, e razão entre tempo de enchimento e tempo de ciclo (F/C). O estudo mostrou que uma alta razão de F/C diminuiu o acúmulo de ácidos no sistema, permitindo um pH mais alto. Este benefício se dá devido à dinâmica de produção e ao consumo de ácidos no reator. Tempo mais longo de enchimento, portanto, melhorou o desempenho do reator no tratamento de um substrato de rápida acidificação, como a glicose. Razões idênticas de F/C, com cargas orgânicas iguais, tempos mais curtos de ciclo e concentrações iniciais de substrato mais baixas também melhoraram a eficiência do ASBR.

Sarti et al. (2005) realizaram um estudo do tratamento de esgoto sanitário, utilizando AnSBR em quatro configurações diferentes para tratamento de 1,95 m³.d-1_{. Três unidades}

eram do tipo AnSBR convencional e a quarta, do tipo AnSBBR com suporte inerte (espuma de poliuretano). Os reatores foram inoculados e os ciclos operacionais tinham duração de oito horas. Os dois reatores AnSBR com recirculação de líquido não apresentaram desempenho satisfatório na remoção de matéria orgânica e sólidos suspensos totais (SST). Os melhores resultados mostraram o AnSBR com agitação mecânica com eficiência média de 60% e 85% em remoção de DQO e SST, e o AnSBBR com 65% e 75%, respectivamente.

Em uma continuação do trabalho anterior Sarti et al. (2006) investigaram o desempenho de dois AnSBR diferenciados pelo tipo de imobilização de biomassa. O primeiro reator foi operado com suporte inerte (espuma de poliuretano) e o segundo com biomassa granular. Ambas as unidades foram projetadas para tratar 2 m³.d-1 _{de água residuária de esgoto}

sanitário. A concepção da configuração AnSBBR, em escala piloto, baseou-se no trabalho de Ratusznei et al. (2000). Durante a fase experimental de 70 dias, observou-se uma rápida adaptação dos reatores e uma similaridade no desempenho dos mesmos.

3.5.3 Reatores Anaeróbios operando em Bateladas Seqüenciais com Biomassa Imobilizada (ASBBR)

O desenvolvimento de reatores com biomassa imobilizada em materiais inertes tornou possível a operação dos reatores com tempos de detenção hidráulica curtos e tempos de retenção celulares longos. Isso diminuiu significativamente volume reacional e os custos do reator.

Segundo Zaiat et al. (2001), a utilização de reatores contendo células imobilizadas em suporte inerte apresenta a vantagem de se eliminar as incertezas referentes à granulação do lodo. A utilização de suportes inertes também pode melhorar a retenção de biomassa em reatores com agitação mecânica e eliminar o passo de sedimentação, que leva a um menor tempo de operação. No entanto, devem ser empregados suportes adequados, que permitam boa adesão dos microrganismos envolvidos e que tenham custo acessível. Portanto, esta escolha deve ser criteriosa, baseada em ensaios de aderência celular e considerando o aspecto econômico. Os materiais mais usados são suportes de pedras, PVC, carvão ativado, espuma de poliuretano, polietileno ou cerâmica.

Um problema que surge no tratamento de esgoto com baixa carga orgânica é o baixo volume de biogás produzido durante o processo. No caso do tratamento de água residuária com alta carga orgânica, o biogás produzido pode ser usado para mistura do meio líquido contido no reator através de recirculação do gás (SUNG e DAGUE, 1995). Como alternativa quando isso não é efetivo, pode ser usada agitação mecânica ou recirculação de líquido.

Neste contexto, Ratusznei et al. (2000) estudaram a viabilidade de um reator AnSBBR em escala de bancada, com biomassa imobilizada em espuma de poliuretano e agitação mecânica para tratamento de esgoto sintético com baixa carga orgânica. O trabalho visou

diminuir o tempo total do ciclo através da otimização do consumo de substrato, da transferência de massa e da imobilização da biomassa. O reator usado teve uma capacidade total de 2,5 L, com 1,0 L de meio aquoso. O suporte inerte utilizado foi cubos de poliuretano e a agitação foi garantida com um agitador magnético no fundo do reator. O estudo mostrou que a imobilização da biomassa em espuma de poliuretano melhorou a retenção de sólidos e eliminou a necessidade de granulação da biomassa e o passo de sedimentação. Os estudos hidrodinâmicos mostraram que a mistura completa foi atingida com uma rotação de 100 rpm. O reator atingiu estabilidade operacional depois de 10 dias de experimento com 3 ciclos por dia, tratando 0,5 litro de substrato sintético com DQO de 485 mg.L-1. A remoção máxima de 86% foi atingida depois de 3 horas do começo do ciclo.

Em trabalhos posteriores, Ratusznei et al. (2001 e 2003) investigaram sobre a importância da agitação e da estratégia de alimentação na aplicação do AnSBBR. No primeiro trabalho, a agitação foi variada entre 0 e 750 rpm e observou-se um aumento da eficiência de remoção de matéria orgânica com velocidades mais altas de agitação, possibilitando a diminuição do tempo total do ciclo. No estudo sobre o efeito da estratégia de alimentação, os pesquisadores operaram um AnSBBR em modo batelada e batelada alimentada com uma agitação constante de 280 rpm. Nos ensaios de batelada alimentada, foi observada a formação de polímeros extracelulares, que diminuíram a transferência de massa entre biomassa e substrato e provocaram uma queda na remoção de DQO.

Orra et al. (2004) estudaram a degradação de água residuária sintética em AnSBBR com diferentes estratégias de alimentação. A eficiência de remoção mostrou um leve descaimento de 85% para 81% quando o tempo de alimentação foi de 6 min para 360 min.

Em função das vantagens da configuração do AnSBBR, o reator se apresentou potencialmente qualificado a ser utilizado para a remoção de sulfato, podendo fornecer eficiências elevadas na remoção de sulfato, mesmo para águas residuárias com altas cargas de

sulfato. Isto é possível porque, operacionalmente, o reator possui alta flexibilidade para atingir a qualidade desejada do efluente e o grande número de pesquisas já realizadas fornecem uma base sólida para a investigação do AnSBBR na remoção de sulfato, com diferentes estratégias de alimentação.