( PDF ) Avaliação da estabilidade e da eficiência de um ASBBR com agitação aplicado ao tratamento de água residuária de indútria automobilística

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JOSÉ ANTONIO GHILARDI

AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE E DA EFICIÊNCIA DE

UM ASBBR COM AGITAÇÃO APLICADO AO

TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE INDÚSTRIA

AUTOMOBILÍSTICA

SÃO CAETANO DO SUL

2006

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JOSÉ ANTONIO GHILARDI

AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE E DA EFICIÊNCIA DE

UM ASBBR COM AGITAÇÃO APLICADO AO

TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUÁRIA DE INDÚSTRIA

AUTOMOBILÍSTICA

Dissertação apresentada à Escola de Engenharia Mauá do

Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia para

obtenção do Título de Mestre em Engenharia de Processos

Químicos e Bioquímicos.

Linha de Pesquisa: Tratamento Biológico de Efluentes

Orientadores: Prof. Dr. José Alberto Domingues Rodrigues

Profª. Drª. Suzana Maria Ratusznei

SÃO CAETANO DO SUL

2006

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III

Ghilardi, José Antonio

Avaliação da Estabilidade e da Eficiência de

um ASBBR com agitação aplicado ao tratamento

de água residuária de indústria automobilística.

Dissertação de Mestrado – Escola de Engenharia

Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de

Tecnologia, São Caetano do Sul, SP, 2006, 161p.

DEDICATÓRIA

À Rosemary, minha esposa, companheira

de todas as horas, e aos meus filhos Ana

Paula , Marcelo e Fernanda Regina.

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar a Deus por me permitir alcançar mais este objetivo.

À minha esposa Rosemary e aos meus filhos Ana Paula, Marcelo e Fernanda Regina

pela minha prolongada ausência nos momentos familiares.

À DaimlerChrysler do Brasil Ltda., empresa onde estou há 28 anos e colaborou

financeiramente para o atingimento desta meta.

À Escola de Engenharia Mauá, que me ensinou desde o início de minha vida acadêmica,

os princípios da ética e da perseverança.

Ao Magnífico Reitor do Centro Universitário Mauá, Prof. Dr. Otávio de Mattos

Silvares, exemplo de integridade e ética.

Ao Prof. Dr. Roberto de Aguiar Peixoto, que sempre me trouxe palavras de apoio.

Ao Prof. Dr. Gustavo Ferreira Leonhardt, que sempre firme, me orientou no sentido de

cumprir esta missão.

Ao Prof. Dr. José Alberto Domingues Rodrigues pela orientação deste trabalho.

À Profª. Dra. Suzana Maria Ratusznei por todo auxílio na elaboração desta dissertação.

À Profª. Dra. Catarina Simone de Andrade Canto, que me transferiu importantes

conhecimentos.

Ao acadêmico de Engenharia Química da Escola de Engenharia Mauá, Ricardo Polaisis

Oliveira , que monitorou com tanta dedicação os experimentos deste trabalho no Laboratório

de Bioquímica da EEM.

À Maria Margareth Marques, secretária do Setor de Pós- Graduação da EEM, sempre

solicita e gentil.

Ao meu diretor na DaimlerChrysler, Engº. Luiz Tavares de Carvalho, ícone profissional

e humano.

Ao responsável pela ETE da DaimlerChrysler, Engº. Guerrit Klaus Becker.

Ao colega Engº. Ricardo Przadka pela cobertura em meus momentos de ausência na

DaimlerChrysler.

Ao colega Engº. Bruno Carvalho Pegas, pela correria e aplicação na coleta dos lotes de

água residuária e pelo auxílio de informática na formatação deste trabalho.

Aos colegas, Engº. Alexandre Erucci Cianci da Silva e Engº. José Roberto Zampieri

Junior, pelo apoio logístico no transporte dos lotes de água residuária e no auxílio de busca de

bibliografias inéditas.

À colega Tânia Cristina da Nova Setagawa, nossa secretária na DaimlerChrysler, pelo

auxílio na versão para a língua inglesa.

Aos colegas Rogério Baccarin, Juliana Estefânia dos Santos, Daniela Castanho e Rosa

Maria da Silva pelas correrias no transporte dos lotes de água residuária.

Ao colega Roberto Antônio Bezerra Júnior pela convivência no Laboratório de

Bioquímica da EEM.

À acadêmica da Escola de Engenharia Mauá e nossa estagiária na Daimler Chrysler,

Carolina Ceragioli Oliveira, pelo auxílio nas versões para a língua inglesa.

Ao responsável pela Portaria 3 da DaimlerChrysler, Wilson Cesar Fonseca, por sua

gentileza e compreensão, e que facilitou durante meses, o trânsito dos lotes de água

residuária.

VII

EPÍGRAFE

“Embora ninguém possa voltar atrás e fazer um novo

começo, qualquer um pode começar agora e fazer

um novo fim” (Chico Xavier).

VIII

SUMÁRIO

RESUMO..........................................................................................................

ABSTRACT..................................................................................................... II

LISTA DE FIGURAS...................................................................................... III

LISTA DE TABELAS......................................................................................

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS...................................................... VII

LISTA DE SÍMBOLOS..................................................................................

VIII

1. INTRODUÇÃO................................................................................................

2. OBJETIVOS.....................................................................................................

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.........................................................................

3.1. A disseminação da tecnologia anaeróbia no tratamento de água residuária.....

3.2. Princípios da Cinética das Reações Químicas..................................................

3.3. Reator anaeróbio operado em batelada seqüencial - ASBR.............................

3.3.1. Introdução.........................................................................................................

3.3.2. Princípio de funcionamento do reator anaeróbio operado em batelada

seqüencial - ASBR...........................................................................................

3.3.3. Vantagens e Aplicações do ASBR................................................................... 13

3.4. Estudo das variáveis de influência na operação de um ASBR.........................

3.4.1. Introdução.........................................................................................................

3.4.2. Imobilização da biomassa.................................................................................

3.4.2.1. Formação de biofilmes..................................................................................... 16

3.4.2.2. Granulação da biomassa...................................................................................

3.4.3. Estratégia de Alimentação................................................................................

3.4.4. Influência da agitação.......................................................................................

3.4.4.1. Agitação por circulação de biogás....................................................................

3.4.4.2. Agitação por circulação de líquido...................................................................

3.4.4.3. Agitação mecânica............................................................................................

3.4.4.3.1.

Tubo de tiragem ("draft-tube").........................................................................

3.5. Considerações finais.........................................................................................

4. MATERIAIS E MÉTODOS.............................................................................

4.1. Materiais...........................................................................................................

4.1.1. Configuração do Reator....................................................................................

4.1.2. Suporte de Imobilização da Biomassa Anaeróbia............................................

4.1.3. Inóculo..............................................................................................................

4.1.4. Água Residuária............................................................................................... 30

4.2. Métodos............................................................................................................ 33

4.2.1. Análises Físico-Químicas................................................................................ 33

4.2.2. Composição do Biogás.....................................................................................

4.3. Fundamentos Teóricos..................................................................................... 34

4.3.1. Eficiência de remoção de matéria orgânica......................................................

4.3.2. Normalização da Concentração de Matéria Orgânica (C

’).............................

4.3.3. Modelagem Cinética........................................................................................ 35

4.4. Procedimento Experimental............................................................................. 41

4.4.1. Imobilização da Biomassa Anaeróbia.............................................................. 41

4.4.2. Preparo da Água Residuária para Alimentação do Reator............................... 41

4.4.3. Condições de Operação do ASBBR.................................................................

4.4.3.1. Operação do ASBBR na Condição I................................................................

4.4.3.2. Operação do ASBBR na Condição II.............................................................. 45

4.4.3.3. Operação do ASBBR na Condição III............................................................. 47

4.4.3.4. Operação do ASBBR na Condição IV..............................................................

4.4.3.5. Operação do ASBBR na Condição V...............................................................

4.5. Parâmetros de Operação do ASBBR................................................................

4.6. Perfis ao Longo do Ciclo de Operação do Reator........................................... 52

4.7. Análise dos resultados experimentais...............................................................

5. RESULTADOS e DISCUSSÃO...................................................................... 54

5.1. Análise da Água Residuária “in natura”.........................................................

5.2. Operação do ASBBR na Condição I................................................................

5.2.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição I............ 60

5.3. Operação do ASBBR na Condição II...............................................................

5.3.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição II...........

5.4. Operação do ASBBR na Condição III..............................................................

5.4.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição III..........

5.5. Operação do ASBBR na Condição IV..............................................................

5.5.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição IV..........

5.6. Operação do ASBBR na Condição V...............................................................

5.6.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição V...........

5.7. Visão holística sobre as condições estudadas...................................................

6. CONCLUSÕES e SUGESTÕES......................................................................

108

6.1. Conclusões........................................................................................................

108

6.2. Sugestões.......................................................................................................... 110

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................. 111

ANEXOS 118

ANEXO I : VARIÁVEIS MONITORADAS DA ÀGUA RESIDUÁRIA “in

natura” ............................................................................................................

119

ANEXO II: COMPOSIÇÃO DA ÁGUA RESIDUÁRIA PARA OPERAÇÃO

DO REATOR....................................................................................................

122

ANEXO III: VARIÁVEIS MONITORADAS DO AFLUENTE.....................

129

ANEXO IV: VARIÁVEIS MONITORADAS DO EFLUENTE.....................

137

ANEXO V: VARIÁVEIS MONITORADAS DO EFLUENTE NOS

PERFIS AO LONGO DE UM CICLO DE OPERAÇÃO................................

151

RESUMO

Este trabalho foi direcionado à avaliação da estabilidade e eficiência de um reator

anaeróbio operado em batelada seqüencial (ASBR) contendo biomassa imobilizada em

espuma de poliuretano na forma de cubos de 5 mm de lado, para o tratamento de água

residuária industrial com concentração variada de matéria orgânica. Foi verificado o

comportamento do sistema, alterando-se as estratégias de suplementação do meio , tempos e

volumes de carregamento e descarregamento. O reator de 5L de volume nominal, mantido à

temperatura de 30 ± 1º C e sob agitação mecânica de 400 rpm, com 3 ciclos de 8 horas por

dia, foi operado em 5 condições. A primeira condição alimentada com 2L no modo batelada

em 10minutos, o afluente foi suplementado por nitrogênio, carbono, nutrientes e bicarbonato

de sódio, com concentração de matéria orgânica de 1000 mgDQO/L, foram descarregados 2L

em 10 minutos e alcançou eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas

de 88%. A segunda condição alimentada com 2L em modo batelada em 10 minutos, o

afluente foi suplementado com concentrações variadas de nitrogênio, carbono, nutrientes e

bicarbonato de sódio, com concentração de matéria orgânica entre 1500 e 2000 mgDQO/L,

foram descarregados 2L em 10 minutos e alcançou eficiência de remoção de matéria orgânica

para amostras filtradas de 72%. A terceira condição foi alimentada com 2L em modo batelada

em 10 minutos, o afluente suplementado por bicarbonato de sódio, com concentração de

matéria orgânica de 1000 mgDQO/L, foram descarregados 2L em 10 minutos e alcançou

eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 78%. A quarta condição

foi alimentada em batelada seguida de batelada alimentada, sendo 1L do afluente carregado

em 10 minutos e 1L carregado em 4 horas, no final 2L foram descarregados em 10 minutos,

sendo o afluente suplementado por bicarbonato de sódio, com concentração de matéria

orgânica de 1000 mgDQO/L e alcançou eficiência de remoção de matéria orgânica para

amostras filtradas de 77%. A quinta condição alimentada no modo batelada alimentada com

carregamento de 1L do afluente em 4 horas, descarregamento de 1L de efluente em 10

minutos e mantido no reator 1L do ciclo anterior, o afluente foi suplementado por bicarbonato

de sódio, a concentração de matéria orgânica foi em torno de 1000 mgDQO/L e alcançou

eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 80%.

Palavras-chave: ASBR, tratamento anaeróbio, biomassa imobilizada, agitação mecânica.

ABSTRACT

This paper had been directed to the evaluation of the stability and efficiency of an

anaerobic reactor operated in batch fed (ASBR), containing immobilized biomass in

polyurethane foam in cubic format, 5 mm of side, for the industrial wastewater treatment with

varied concentration of organic matters. It was verified the behavior of the system by

changing the supplying strategy of the environment, times and volumes of loading and

unloading. The reactor of 5 L of nominal volume, kept at the temperature of 30 ± 1º C and

under mechanics agitation of 400 rpm, with 3 cycles of 8 hours per day, was operated in 5

conditions. The first condition was fed in batch mode with 2 L in 10 minutes, the affluent was

supplied by nitrogen, carbon, nutrients and sodium bicarbonate, with concentration of organic

matters of 1000 mgDQO/L, were unloaded 2 L in 10 minutes and reached 88% efficiency of

organic matters removal for filtrate samples. The second condition fed in batch mode with 2 L

in 10 minutes, the affluent was supplied with variable concentrations of nitrogen, carbon,

nutrients and sodium bicarbonate, and concentration of organic matters of affluent between

1500 and 2000 mgDQO/L, were unloaded 2 L in 10 minutes and reached 72% efficiency of

organic matters removal to filtrate samples . The third condition was fed in batch mode in 10

minutes, the affluent was supplied with sodium bicarbonate with concentration of organic

matters around of 1000 mgDQO/L, reaching efficiency of organic matters removal for filtered

samples of 78%. The fourth condition was fed in batch followed by batch fed, having 1L of

affluent loaded in 10 minutes and 1L loaded throughout 4 hours, in the end were unloaded 2L

in 10 minutes, being the affluent supplied by sodium bicarbonate, with concentration of

organic matters around 1000 mgDQO/L, reaching 77% efficiency of organic matters removal

for filtrate samples. The fifth condition was operated in batch fed loaded 1 L of the affluent in

4 hours, unloaded 1 L of effluent in 10 minutes and remaining in the reactor 1 L of the

previous cycle, the affluent was supplied by sodium bicarbonate; the concentration of organic

matters was around 1000 mgDQO/L, reaching efficiency of organic matters removal for

filtrate samples of 80%.

Key-Words: ASBR, anaerobic treatment, immobilized biomass, mechanics agitation.

III

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 3.1:

Balanço de massa em um volume qualquer..........................................

FIGURA 4.1:

Esquema do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial

contendo biomassa imobilizada............................................................

FIGURA 4.2:

Fotografia da montagem experimental................................................. 29

FIGURA 4.3:

Fotografia do reator com sistema de agitação mecânica...................... 29

FIGURA 4.4:

Esquema do Pré- Tratamento da Água Residuária Industrial..............

FIGURA 5.1:

Concentração de matéria orgânica na Condição I................................ 58

FIGURA 5.2:

Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição I.................. 58

FIGURA 5.3:

Perfil de remoção de matéria orgânica na Condição I......................... 60

FIGURA 5.4:

Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição

I.............................................................................................................

FIGURA 5.5:

Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição I............

FIGURA 5.6:

Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição I..............................

FIGURA 5.7:

Perfil de pH na Condição I................................................................... 63

FIGURA 5.8:

Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição I...... 64

FIGURA 5.9:

Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição I....... 64

FIGURA 5.10:

Concentração de matéria orgânica na Condição II............................. 69

FIGURA 5.11:

Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição II................ 69

FIGURA 5.12:

Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição II................ 71

FIGURA 5.13:

Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição

II........................................................................................................... 72

FIGURA 5.14:

Perfil de concentração de de ácidos voláteis totais na Condição II.... 73

FIGURA 5.15:

Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição II........................... 74

FIGURA 5.16:

Perfil de pH na Condição II................................................................ 74

FIGURA 5.17:

Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição II..... 75

FIGURA 5.18:

Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição II......

FIGURA 5.19:

Concentração de matéria orgânica na Condição III............................ 78

FIGURA 5.20:

Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição III.............. 78

FIGURA 5.21:

Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição III.............. 79

FIGURA 5.22:

Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição

III.......................................................................................................... 80

FIGURA 5.23:

Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição III....... 81

FIGURA 5.24

Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição III........................... 81

FIGURA 5.25:

Perfil de pH na Condição III................................................................ 82

FIGURA 5.26:

Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição III.... 82

FIGURA 5.27:

Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição III.... 83

FIGURA 5.28:

Concentração de matéria orgânica na Condição IV............................ 85

FIGURA 5.29:

Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição IV.............. 85

FIGURA 5.30:

Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição IV.............. 87

FIGURA 5.31:

Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição

IV.......................................................................................................... 88

FIGURA 5.32:

Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição IV........ 88

FIGURA 5.33:

Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição IV.......................... 89

FIGURA 5.34:

Perfil de pH na Condição IV............................................................... 89

FIGURA 5.35:

Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição IV.... 90

FIGURA 5.36:

Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição IV..... 90

FIGURA 5.37:

Concentração de matéria orgânica na Condição V............................. 92

FIGURA 5.38:

Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição V............... 92

FIGURA 5.39:

Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição

V........................................................................................................... 93

FIGURA 5.40:

Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição V......... 94

FIGURA 5.41:

Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição V........................... 94

FIGURA 5.42:

Perfil de pH na Condição V................................................................ 95

FIGURA 5.43:

Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição V...... 96

FIGURA 5.44:

Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição V...... 96

FIGURA 5.45:

Eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas e

não filtradas nas Condições I e II........................................................ 99

FIGURA 5.46:

Eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas e

não filtradas nas Condições III e IV......................................................

101

FIGURA 5.47:

Eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas e

não filtradas na Condição V................................................................. 102

FIGURA 5.48:

Perfil de C

AVT

e C

na Condição I................................................. 104

FIGURA 5.49:

Perfil de C

AVT

e C

na Condição II................................................ 104

FIGURA 5.50:

Perfil de C

AVT

e C

na Condição III............................................... 104

FIGURA 5.51:

Perfil de C

AVT

e C

na Condição IV............................................... 105

FIGURA 5.52:

Perfil de C

AVT

e C

na Condição V............................................... 105

FIGURA 5.53:

Eficiência de remoção em função da COV para todas as condições

implementadas e parâmetros cinéticos em função da relação

COV

/COV

para as Condições III, IV e V........................................

106

LISTA DE TABELAS

TABELA 4.1:

Características do inóculo utilizado......................................................

TABELA 4.2:

Composição da Água Residuária para Alimentação do Reator nas

Condições I, II, III, IV e V ................................................................... 42

TABELA 4.3:

Período de operação do ASBBR (em dias e ciclos) e suplementação

da Água Residuária para Operação do Reator na Condição I............

TABELA 4.4:

Período de operação do ASBBR (em dias e ciclos) e suplementação

da Água Residuária para Operação do Reator na Condição II...........

TABELA 4.5:

Período de operação do ASBBR (em dias e ciclos) e suplementação

da Água Residuária para Operação do Reator na Condição III..........

TABELA 4.6:

Período de operação do ASBBR (em dias e ciclos) e suplementação

da Água Residuária para Operação do Reator na Condição IV..........

TABELA 4.7:

Período de operação do ASBBR (em dias e ciclos) e suplementação

da Água Residuária para Operação do Reator na Condição V........... 50

TABELA 4.8:

Principais características de processo na operação do reator............... 51

TABELA 5.1:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição Ia................. 57

TABELA 5.2:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição Ib................. 57

TABELA 5.3:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição IIa............... 65

TABELA 5.4:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição IIb................ 66

TABELA 5.5:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição IIc................ 67

TABELA 5.6:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição IId................ 68

TABELA 5.7:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição III................ 77

TABELA 5.8:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição IV................ 84

TABELA 5.9:

Valores médios das varáveis monitoradas na Condição V................. 91

TABELA 5.10:

Valores médios das varáveis monitoradas no afluente e no efluente.. 97

TABELA 5.11:

Valores médios das varáveis monitoradas no afluente e no efluente.. 98

TABELA 5.12:

Resumo do ajuste cinético no ASBBR............................................... 106

VII

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ASBR Reator Anaeróbio Operado em Batelada Seqüencial (Anaerobic

Sequencing Batch Reactor).

ASBBR Reator Anaeróbio Operado em Batelada Seqüencial com Biomassa

Imobilizada (Anaerobic Sequencing Biofilm Batch Reactor)

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio

DQO Demanda Química de Oxigênio

EMM/IMT Escola de Engenharia Mauá do Instituto Mauá de Tecnologia

EESC/USP Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo

EPR Etileno Propileno

FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo

IPH/UFRGS Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande

do Sul

PVC Cloro polivinil

UASB Reator Anaeróbio de Fluxo Ascendente e Manta de Lodo (Upflow

Anaerobic Sludge Blanket)

VIII

LISTA DE SÍMBOLOS

AB Alcalinidade a bicarbonato, (mgCaCO3/L)

AI Alcalinidade intermediária, (mgCaCO3/L)

AP Alcalinidade parcial, (mgCaCO3/L)

AT Alcalinidade total, (mgCaCO3/L)

AV Ácidos voláteis intermediários (mg/L)

AVT Concentração de ácidos voláteis totais, (mgHAc/L)

CAF Concentração de matéria orgânica total no afluente, (mgDQO/L)

COV Carga orgânica volumétrica, (gDQO/L.d)

CS Concentração de substrato na obtenção de perfil, (mgDQO/L)

CSR Concentração residual de substrato, (mgDQO/L)

Css Concentração de substrato para amostras filtradas no monitoramento do

efluente, (mgDQO/L)

CST Concentração total de substrato para amostras não filtradas no monitoramento

do efluente, (mgDQO/L)

F/M Razão substrato/microrganismo

HAC Ácido acético

pH Potencial hidrogeniônico

Q Vazão, (L/h)

SST Concentração de sólidos suspensos totais, (mg/L)

SSV Concentração de sólidos suspensos voláteis, (mg/L)

ST Concentração de sólidos totais, (mg/L)

SVT Concentração de sólidos voláteis totais, (mg/L)

T Temperatura (º C)

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

A biotecnologia de processos anaeróbios para tratamento de águas residuárias tem tido

um desenvolvimento extraordinário com a introdução de reatores contendo biomassa

imobilizada. A principal diferença destes reatores em relação aos convencionais é que eles

possibilitam a operação com tempos de residência celular elevados, mesmo quando operando

a baixos tempos de residência hidráulica, resultando em diminuição do volume reacional e

tornando-os mais viáveis economicamente (VARESCHE et al.,1997).

Apesar dos biofilmes aderidos serem bastante estudados na atualidade, parâmetros

fundamentais para simulação, otimização e aumento de escala de reatores anaeróbios

heterogêneos são raramente encontrados na literatura. Na realidade, a maior parte dos reatores

biológicos tem sido projetada baseando-se em critérios empíricos. Desta forma, a aplicação de

tais critérios resulta, na maior parte dos casos, em unidades não-otimizadas, e até mesmo

inadequadas para o objetivo proposto. Assim sendo, o desenvolvimento de critérios racionais

de projeto é de extrema importância para a modelagem, o projeto e a otimização deste tipo de

processo.

Os reatores anaeróbios operados em batelada seqüencial vêm recebendo maior atenção

nos últimos anos, com sua aplicação voltada para o tratamento de águas residuárias em geral.

Os resultados até então obtidos demonstram que o mesmo é adequado para efluentes de baixa

concentração, caso dos esgotos sanitários, e para efluentes industriais de diversos tipos

(KATO et al.,1999).

A característica básica do reator operado em batelada seqüencial, com fluxo descontínuo

ou intermitente, é ser preenchido com esgoto no início e esvaziado ao final do tratamento,

repetindo-se a operação com nova batelada. O conteúdo no interior do reator é misturado

completamente, permitindo um bom contato esgoto/biomassa. O tratamento é efetuado em

tanque único, em uma seqüência operacional que compreende as seguintes fases: (I)

enchimento com água residuária; (II) tratamento propriamente dito, por meio das reações ou

transformações dos constituintes do esgoto por microrganismos; (III) sedimentação final do

lodo biológico, após finalização das reações; (IV) esvaziamento do tanque, com retirada do

líquido tratado e clarificado. A fase (III) é inexistente em reatores operados com biomassa

imobilizada.

Este tipo de reator apresenta vantagens importantes em relação aos reatores anaeróbios

convencionais. Nele é possível conseguir uma baixa razão substrato/microrganismo

(favorecendo a floculação biológica e a sedimentação) e, ao mesmo tempo, processar esgoto a

altas taxas. A concentração de substrato é maior logo após a alimentação, diminuindo com o

tempo de reação. No reator descontínuo não há necessidade da existência de sedimentador em

separado e de recirculação externa do lodo biológico.

Reatores anaeróbios descontínuos com novas configurações são alternativas para a

solução de problemas relacionados à aplicação de tais reatores. A utilização de suportes

inertes permitiria melhor utilização de biomassa, assim como eliminação da fase de

sedimentação, proporcionando a redução de tempo no ciclo total. Além disso, a imobilização

em suporte inerte poderia eliminar as incertezas quanto ao processo de granulação, quando da

utilização de reatores descontínuos (DAGUE et al., 1992).

Os avanços conseguidos com a utilização de reatores operados em batelada e contendo

biomassa imobilizada em matrizes de espuma de poliuretano permitem vislumbrar a aplicação

para vários tipos de águas residuárias industriais. Entretanto, estudos mais aprofundados

devem ser realizados com a finalidade de se avaliar a real aplicabilidade deste tipo de sistema.

A aplicação dos reatores anaeróbios operados em batelada seqüencial e contendo

microrganismos imobilizados depende ainda de muitos aspectos fundamentais e tecnológicos.

Dentre os aspectos fundamentais, podem ser destacados os fenômenos de transferência de

massa, o comportamento cinético, além do comportamento hidrodinâmico.

Os aspectos tecnológicos incluem avaliações operacionais de tais sistemas e a

aplicabilidade para tratamento de águas residuárias complexas, como no caso de estudo desse

projeto, o qual visa investigar o efluente de uma indústria automobilística, de modo que se

consiga a diminuição da concentração de matéria orgânica antes do despejo destas águas

residuárias no meio ambiente.

Nesse contexto, o objetivo principal desse trabalho de mestrado constou da avaliação

operacional de um reator anaeróbio operado em batelada seqüencial, contendo biomassa

imobilizada e com agitação mecânica, tratando água residuária de composição complexa de

uma indústria automobilística.

CAPÍTULO 2

OBJETIVOS

Este trabalho teve como objetivo principal a avaliação operacional de um reator

anaeróbio operado em batelada seqüencial, contendo biomassa imobilizada e agitação

mecânica, tratando água residuária de composição complexa de uma indústria

automobilística. Foram estabelecidos ainda, os seguintes objetivos específicos :

(I) Avaliação da estabilidade e da eficiência do reator, levando-se em consideração

a remoção de matéria orgânica para diferentes concentrações de afluente.

(II) Monitoramento da estabilidade do sistema, quando submetido a diferentes

períodos de carregamento, ou seja, operação em batelada e batelada alimentada.

(III) Verificação da necessidade de suplementação de nutrientes e alcalinidade, em

função da água residuária tratada ser industrial.

(IV) Comparação dos resultados e estabelecimento de conclusões.

CAPÍTULO 3

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O presente capítulo contempla uma breve revisão bibliográfica sobre o tratamento

biológico de águas residuárias em ASBBR – Anaerobic Sequencing Biofilm Batch Reactor -

e também assuntos relacionados ao objeto de pesquisa deste trabalho, tais como:

conhecimento do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial (origem, características,

aplicação, ampliação de escala, comparação com outros sistemas e cinética); suportes inertes

utilizados em reatores anaeróbios; aspectos da formação de biofilmes; aspectos da

microbiologia em reatores anaeróbios.

3.1. A disseminação da tecnologia anaeróbia no tratamento de águas

residuárias

Segundo McCARTY (1982), a primeira contribuição significativa ao tratamento

anaeróbio dos sólidos em suspensão presentes em esgotos sanitários foi a câmara vedada ao

ar, desenvolvida na França em 1882 e denominada Fossa Automática Mouras. Recebido com

grande entusiasmo pelos técnicos da época, este sistema diferenciava-se de outras fossas

utilizadas por serem completamente vedados os acessos de ar no seu interior. A câmara

fechada ao ar permitia que o material em suspensão presente nos esgotos fosse liqüefeito.

Outras unidades, baseadas na Fossa Mouras, foram então desenvolvidas como o Tanque

Talbot nos Estados Unidos, em 1894, o Tanque Séptico na Inglaterra, em 1895, e o Tanque

Imhoff na Alemanha, em 1905.

O tanque Imhoff provocou a redução dos custos de deposição de lodos e rapidamente

tornou-se bem sucedido, principalmente nos Estados Unidos. Contudo, apesar do melhor

desempenho dos tanques sépticos, os tanques Imhoff ainda apresentavam alguns problemas:

eram profundos, sendo que o tanque de digestão era intimamente conectado ao de

sedimentação. A instalação de um sistema de aquecimento de lodo em digestor separado

solucionou o problema, proporcionando uma eficiência maior que a dos tanques Imhoff. O

aquecimento dos tanques de digestão passou a ser feito utilizando-se o metano produzido pelo

processo, e a partir daí, o sistema cresceu rapidamente em popularidade (McCARTY, 1982).

Ao final dos anos 30, já havia um conhecimento acumulado razoável do processo de

digestão para permitir a sua aplicação prática no tratamento de lodos de esgotos em digestores

aquecidos, uma vez que numerosos estudos realizados em anos anteriores levaram ao melhor

entendimento da importância da inoculação e do controle do pH em sistemas anaeróbios. O

desenvolvimento da tecnologia anaeróbia porém, só ocorreu nos anos 50, quando a

necessidade da manutenção de altas concentrações de microrganismos nos digestores e de um

contato eficiente entre a biomassa e a água residuária foi reconhecida. IZA et.al.¹ apud

NDON & DAGUE (1997), afirmam que a idéia da captura de sólidos com subseqüente

recirculação no reator foi utilizada no desenvolvimento de um reator que ficaria conhecido

como Processo Anaeróbio de Contato.

Segundo ZAIAT et al. (2001), “a tendência do uso do reator anaeróbio como principal

unidade de tratamento biológico deve-se principalmente à constatação de que uma fração

considerável da matéria orgânica pode ser removida, nessa unidade, sem o dispêndio de

energia, com menor produção de lodo de excesso e a possibilidade de recuperação e utilização

do gás metano como combustível”.

A concepção e disseminação do uso do reator anaeróbio de manta de lodo, conhecido

como UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), são responsáveis pelo crescimento da

aplicação dos sistemas anaeróbios como principal unidade de tratamento. As demais unidades

de pós-tratamento passam a ser responsáveis pela remoção da parcela da fração remanescente

de matéria orgânica, de forma a permitir que os padrões de emissão de efluentes sejam

atingidos (FORESTI et al.,1999).

¹IZA, J.; COLLERAM, E.; J.M.; W.M. (1991). International workshop on anaerobic treatment technology

for municipal and industrial wastewaters: summary paper. Water Science and Technology, 24,

pp.1-16.

Embora SPEECE (1996) relate registros de sistemas anaeróbios atingindo níveis

secundários de padrão de emissão, deve-se lembrar que a digestão anaeróbia somente

converte material orgânico. Outros constituintes importantes do esgoto, em particular

nutrientes e patogênicos, não são afetados de maneira significativa pelo tratamento anaeróbio

(van HAANDEL & LETTINGA, 1994; CHERNICHARO et al., 2001).

Para os esgotos sanitários, a aplicação de reatores anaeróbios como principal unidade de

tratamento teve início na década de 80, principalmente na Holanda, Brasil, Colômbia, Índia e

México. Com exceção da Holanda, é sintomático que os países interessados na aplicação do

processo anaeróbio sejam nações em desenvolvimento, nas quais o clima é favorável à

operação de reatores à temperatura ambiente (FORESTI et al., 1999). Em relação às barreiras

ao desenvolvimento dos reatores anaeróbios, POHLAND (1998) afirmou que o número e a

variedade de sistemas de tratamento em escala plena cresceu desde que a tecnologia foi

introduzida como rotina para o gerenciamento de lodo em estações de tratamento municipais,

apesar da história de ceticismo, de oposição ao uso e de preferência por outros sistemas.

Atualmente, diferentes configurações de reatores anaeróbios vêm sendo estudadas, e

concepções inovadoras têm surgido com aplicações promissoras, como é o caso do reator

anaeróbio operado em batelada seqüencial, foco do presente trabalho.

3.2. Princípios da Cinética de Reações Bioquímicas

Com base em von SPERLING (1996b), podemos dizer que todos os processos

biológicos de tratamento de esgotos ocorrem num volume definido por limites físicos

específicos. Este volume é comumente denominado reator. As modificações na composição e

concentração dos compostos durante a permanência da água residuária no reator são

essenciais ao tratamento de esgotos. Estas mudanças são causadas por: transporte hidráulico

dos materiais no reator (entrada e saída) e por reações que ocorrem no reator (produção e

consumo). Para se projetar e operar uma estação de tratamento de esgotos é fundamental o

conhecimento destes dois componentes, os quais caracterizam o assim denominado balanço

de massa no reator.

Grande parte das reações que ocorrem no tratamento de esgotos é lenta e a consideração

da sua cinética é, portanto, importante. A velocidade de reação (r) é o termo usado para

descrever o desaparecimento ou a formação de um composto ou espécie química. A relação

entre a velocidade de reação, a concentração do reagente e a ordem da reação é dada pela

Equação (3.1), onde r é a velocidade da reação, k é a constante da velocidade da reação, C é a

concentração do reagente e n é a ordem da reação.

Ckr = (3.1)

Para diferentes valores de n, tem-se as reações de ordem zero (n = 0), as reações de

ordem 1 (n = 1) e as reações de segunda ordem (n = 2), entre outras. A velocidade de reação

para as reações de ordem zero é independente da concentração do reagente. No caso das

reações de primeira ordem, a velocidade de reação é diretamente proporcional à concentração

do reagente, enquanto que nas reações de segunda ordem, a velocidade da reação é

proporcional ao quadrado da concentração do reagente. As ordens de reação mais

freqüentemente encontradas no ramo de tratamento de esgotos são as de ordem zero e de

primeira ordem. As reações de segunda ordem podem ocorrer no caso de alguns dejetos

industriais específicos. A ordem de reação não necessita ser necessariamente um número

inteiro e a determinação, em laboratório, das velocidades de degradação de certos compostos

industriais pode conduzir a ordens fracionárias. Além destas reações de ordem constante, há

ainda um outro tipo de reações, cuja forma é amplamente utilizada na área de tratamento de

esgotos, denominadas reações de saturação (Monod – Michaelis).

Na área de tratamento de esgotos há várias reações que ocorrem segundo a cinética de

primeira ordem. A introdução de oxigênio pela aeração artificial é um exemplo. Outros

exemplos são a remoção da matéria orgânica e o decaimento de organismos patogênicos.

Há, também, vários processos complexos em que a velocidade global se processa

segundo uma cinética de primeira ordem. Várias substâncias podem individualmente exibir

uma cinética de ordem zero, mas os substratos complexos, em que diversas destas substâncias

encontram-se agregadas (ex: despejos domésticos e industriais), podem apresentar velocidade

de degradação que se dá na forma de primeira ordem. Inicialmente, quando a maioria dos

componentes está sendo removida (consumida) simultaneamente, a velocidade de remoção é

elevada. Após um certo tempo, no entanto, a velocidade pode ser mais lenta, quando apenas

os compostos de degradação mais difícil estão ainda presentes. Assim, a velocidade global de

reação assemelha-se a uma típica reação de primeira ordem.

Uma outra expressão cinética para descrever as velocidades envolvidas no tratamento

biológico de esgotos baseia-se nas reações enzimáticas, cuja cinética foi proposta por

Michaelis e Menten. Como a decomposição bacteriana envolve uma série de reações

catalisadas por enzimas, a expressão de Michaelis-Menten pode ser ampliada para descrever a

cinética do crescimento bacteriano e as reações de decomposição do esgoto.

A equação da velocidade de reação do substrato segue uma forma hiperbólica em que a

velocidade tende a um valor de saturação, e é dada pela Equação (3.4), na qual r é a

velocidade de reação, r

máx

é a velocidade máxima da reação, S é a concentração do substrato

limitante e Ks é a constante de saturação.

máx

(3.2)

Na Equação (3.2), Ks é a concentração do substrato na qual a velocidade de reação r é

igual a r

máx

/2. Esta equação é amplamente utilizada no tratamento biológico dos esgotos. Sua

grande importância reside na sua forma, que pode representar aproximadamente tanto a

cinética de ordem zero quanto a de primeira ordem, bem como a transição entre as mesmas.

No início de uma reação de decomposição de substrato (matéria orgânica), quando a sua

concentração é ainda elevada, não há limitação do mesmo no meio e a velocidade de remoção

global aproxima-se da cinética de ordem zero. Na medida em que o substrato passa a ser

consumido, a velocidade de reação principia a decrescer, caracterizando uma região de

transição, ou de ordem mista. Quando a concentração de substrato passa a ser bem baixa, a

velocidade de reação passa a ser limitada pela pouca disponibilidade do mesmo no meio e a

velocidade de remoção global aproxima-se da cinética de primeira ordem.

Conhecidas as velocidades das reações de interesse no tratamento de esgotos, deve-se

avaliar quantitativamente a sua influência dentro do balanço de massa geral do composto em

análise. Isto porque a concentração de um determinado composto em um reator (ou em algum

lugar dele) é função, não apenas das reações bioquímicas, mas também dos mecanismos de

transporte (entrada e saída) do composto.

O balanço de massa é uma descrição quantitativa de todos os materiais que entram,

saem e se acumulam em um sistema com limites físicos definidos. Ele é baseado na lei da

conservação da massa, isto é, a massa nunca é criada ou destruída. A expressão básica do

balanço de massa deve ser desenvolvida em um determinado volume, que pode ser tanto um

tanque ou um reator como um todo, quanto qualquer volume elementar dos mesmos. No

balanço de massa há termos para materiais que entram, materiais que saem, materiais que são

gerados, materiais que são consumidos e materiais que são acumulados no volume analisado.

Ao se considerar um volume qualquer, conforme mostrado na Figura 3.1, a quantidade

de material sendo acumulada deve ser igual à quantidade do material que entra, menos a

quantidade que sai, mais a quantidade que é gerada, menos a quantidade que é consumida. Em

termos lingüísticos, o balanço de massa pode ser expresso da seguinte forma geral:

entrada

saída

produção

consumo

Q.Co

Q.C

FIGURA 3.1 – Balanço de massa em um volume qualquer (von Sperling, 1996b).

Acúmulo = Entrada – Saída + Produção – Consumo (3.3)

Matematicamente, a relação da Equação (3.5) pode ser expressa como:

CPSE

MMMM

⋅⋅⋅⋅

−+−= (3.4)

Na Equação (3.4), M é a massa do substrato em questão, e M

, sua variação por unidade

de tempo, considerando: entrada (E), saída (S), produção (P) e consumo (C). Este balanço

ainda pode ser expandido de acordo com a Equação (3.5).

VrVrCQCQ

)VC(d

cpo

−+−= (3.5)

Na Equação (3.5), C é a concentração do composto em um tempo t, Co

é a concentração

afluente do composto, V é o volume elementar de qualquer reator, Q é a vazão, t é o tempo, r

a velocidade de reação de produção do composto e r

é a

velocidade da reação de consumo

do composto.

O modelo matemático do sistema pode ser estruturado para duas condições distintas:

estado estacionário (ou permanente) ou estado dinâmico. O estado estacionário é aquele no

qual não há acúmulos do composto no sistema (ou volume sendo analisado). Assim, dC/dt =

0, ou seja, a concentração do composto é constante. No estado permanente a vazão e as

concentrações de entrada e saída são constantes. Há um perfeito equilíbrio entre os termos

positivos e os termos negativos no balanço de massa, os quais, ao serem somados, conduzem

a um valor nulo. Em projetos é mais usual utilizar-se as equações simplificadas do estado

permanente.

O estado dinâmico é aquele no qual há acúmulo do composto no sistema. Assim sendo,

dC/dt é diferente de zero. A concentração do composto no sistema é, portanto, variável com o

tempo, podendo aumentar ou diminuir em função do balanço entre os termos positivos e os

negativos. Usualmente, a vazão e/ou a concentração de entrada são variáveis, além da

possibilidade de haver algum outro estímulo externo ao sistema (ex: mudança de temperatura)

que cause um transiente na concentração do composto.

Os modelos dinâmicos baseiam-se na equação generalizada do balanço de massa. Para o

controle operacional das estações de tratamento, modelos dinâmicos são mais adequados,

devido à freqüente variação das condições externas e internas ao sistema. Os modelos

dinâmicos podem ser também utilizados para projeto, principalmente para se avaliar o

impacto da variação das cargas afluentes no desempenho da estação. Os modelos dinâmicos

têm sido menos utilizados devido a maior complexidade envolvida na solução das suas

equações. No entanto, a tendência à maior utilização de computadores e de rotinas de

integração numérica disponíveis no mercado têm contribuído para um maior emprego dos

modelos dinâmicos. Deve-se ressaltar que o estado estacionário é apenas um caso particular

do estado dinâmico (von Sperling, 1996b).

3.3. Reator anaeróbio operado em batelada seqüencial - ASBR

3.3.1. Introdução

Em trabalhos de 1966 e 1970, os pesquisadores americanos Dague, McKinney e Pfeffer

observaram que a biomassa anaeróbia floculava de maneira análoga ao sistema de lodos

ativados aeróbio e que a eficiência da floculação era afetada pela carga orgânica,

particularmente pela razão substrato/microrganismo. Nesses estudos foram investigados os

efeitos da biofloculação na sedimentabilidade do lodo e a retenção em sistemas anaeróbios.

Os reatores usados foram operados em batelada, com separação de sólidos ocorrendo no

sistema antes da descarga do sobrenadante como efluente. Com a sedimentação interna,

mostrou-se que o processo em batelada era capaz de separar o tempo de residência celular do

tempo de residência hidráulica. O processo foi denominado Lodo Ativado Anaeróbio

(DAGUE et al., 1992; NDON & DAGUE, 1997).

Considerando esses estudos, grupos de trabalho da Universidade do Estado de Iowa

(Estados Unidos) e da Universidade de Ottawa (Canadá) desenvolveram, no final da década

de 80, um novo reator de alto desempenho, conhecido como reator anaeróbio operado em

batelada seqüencial (Anaerobic Sequencing Batch Reactor – ASBR). O processo, patenteado

pelo grupo americano em 1993, apresenta grandes vantagens e potencial de utilização em

escala plena, sendo portanto uma alternativa aos sistemas contínuos para várias aplicações

(NG,1989; KENNEDY et al., 1991; DAGUE et al., 1992 ; FERNANDES et al., 1993;

BRITO et al., 1997).

No Brasil, os reatores ASBR vêm sendo estudados por grupos da Escola de Engenharia

de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC/USP), da Escola de Engenharia Mauá do

Instituto Mauá de Tecnologia (EEM/IMT) e do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS). Nessas instituições, os projetos

têm enfoque no estudo da otimização do processo ASBR convencional e das novas propostas

de configurações de reatores, para que a aplicação do sistema operado em batelada seqüencial

em escala plena se torne viável.

3.3.2. Princípio de funcionamento do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial

(ASBR)

Um ciclo típico do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial compreende quatro

etapas: (I) alimentação; (II) tratamento propriamente dito, por meio das reações ou

biotransformações dos constituintes do esgoto por microrganismos; (III) sedimentação; (IV)

descarga, com retirada do líquido tratado e clarificado.

A alimentação consiste na adição de um volume predeterminado de água residuária.

Nessa etapa, a concentração de matéria orgânica dentro do reator aumenta rapidamente e as

velocidades metabólicas atingem seus valores máximos. Na fase de reação, a matéria orgânica

é convertida em biogás e em seguida tem-se a sedimentação final do lodo biológico (etapa em

que o reator funciona como um clarificador, permitindo a separação dos sólidos e do efluente

líquido). Por fim, é feita a descarga do reator, sendo que o volume descartado é normalmente

igual ao volume alimentado. Após o esvaziamento do tanque e retirada do líquido tratado, o

reator está pronto para repetir a operação com uma nova batelada.

No processo em batelada, a alta razão substrato/microrganismo no início do ciclo de

operação resulta em uma velocidade de reação elevada, além de uma grande produção de

biogás. Em contrapartida, a baixa concentração de substrato próxima ao fim da batelada

proporciona condições ideais para a floculação da biomassa e a separação dos sólidos. Essa

alternância entre condições de fartura e escassez de substrato no ASBR é considerada a

característica fundamental do processo (DAGUE et al., 1992).

3.3.3. Vantagens e Aplicações do ASBR

Diversas vantagens podem ser atribuídas aos reatores anaeróbios operados em batelada

seqüencial para tratamento de águas residuárias, como melhor controle da qualidade do

efluente, alta eficiência de remoção da matéria orgânica e operação simples e estável do

sistema.

Comparado a um reator semelhante de alimentação contínua, em geral o volume

requerido para o tanque é maior. No entanto, no reator operado em batelada não há

necessidade da existência de sedimentador em separado e de recirculação externa de lodo

biológico.

Apesar de apresentar muitas vantagens, este tipo de biorreator é deficiente em métodos

estabelecidos e técnicas de operação bem definidas. Sabe-se que o desenvolvimento e o

estudo de reatores anaeróbios operados em batelada ainda é muito recente e os resultados

obtidos até o momento podem ser considerados apenas indicativos e não conclusivos (ZAIAT

et al., 2001). Ocorrência de zonas mortas, alto tempo de decantação, arraste de sólidos e

inibição devido a sobrecargas são alguns dos problemas que afetam o desempenho do

tratamento. Pesquisas sobre variáveis de influência como agitação e estratégia de alimentação

contribuirão para o melhor entendimento do processo.

Grupos de pesquisa de diversos países têm se dedicado ao estudo do reator anaeróbio

operado em batelada seqüencial, com aplicações variadas. Além dos esgotos sanitários, vários

efluentes industriais podem ser tratados pela via anaeróbia: resíduos de laticínios, abatedouros

e frigoríficos, cervejarias, curtumes, produção de álcool e amido, processamento de batatas,

café, frutas e peixes são alguns dos exemplos encontrados na literatura.

A aplicação de sistemas em batelada em tratamento anaeróbio de águas residuárias é

particularmente apropriada para os seguintes casos (ZAIAT et al., 2001):

• Indústrias que lançam efluentes de forma intermitente ou atividades que produzam

efluentes apenas em algumas épocas do ano;

• Indústrias que trabalham com padrões de emissão muito restritivos ou com

compostos de difícil degradação, nos quais a qualidade do efluente pode ser

controlada através do seu lançamento no ambiente apenas quando os padrões forem

atingidos ou quando os eventuais compostos tóxicos presentes tenham sido

satisfatoriamente degradados;

• Sistemas que visam o reuso de águas residuárias ou de substâncias nelas presentes,

pois o controle sobre a reutilização das águas pode ser maior e melhor do que em

sistemas contínuos;

• Em trabalhos fundamentais que visem a elucidação de alguns fenômenos da

degradação anaeróbia, devido à facilidade de instrumentação e controle.

3.4. Estudo das variáveis de influência na operação de um ASBR

3.4.1. Introdução

Para a disseminação da tecnologia e a melhor compreensão do processo de um ASBR,

observa-se a necessidade de comparação com os sistemas contínuos, predominantes hoje em

todo o mundo. Assim sendo, tornou-se necessário o uso de parâmetros estabelecidos no

tratamento de águas residuárias para esta analogia. Os parâmetros importantes neste caso são

o tempo de retenção hidráulica (TRH), a carga orgânica volumétrica (COV) e a carga

orgânica específica (COE). Vale ressaltar, que esses parâmetros complementam as

informações de projeto para reatores em batelada. O tempo de retenção hidráulica fornece

uma idéia de quanto tempo é necessário para que haja o processamento de um volume de

meio contido no reator, enquanto o COV e o COE, permitem identificar qual a carga orgânica

aplicada no reator, por unidade de tempo e por unidade de volume, no caso da COV, e por

unidade de biomassa, no caso da COE (DUGBA & ZHANG, 1999; NDON & DAGUE,

1997).

Para sistemas operados de modo intermitente, a estimativa do TRH, da COV e da COE é

feita conforme mostrado nas Equações (3.6), (3.7) e (3.8) (CAMARGO, 2000), nas quais V

ALI

é o volume de água residuária alimentado por ciclo (L), t

é o tempo de duração do ciclo (h),

é o volume de meio no reator (L), C

é a concentração total de matéria orgânica no

afluente (mgDQO/L) e C

é a concentração de biomassa presente no reator (mgSVT/L).

Ali

V t

TRH=

(3.6)

ATAli

C V

COV = (3.7)

RXC

ATAli

VCt

C V

COE = (3.8)

3.4.2. Imobilização da biomassa

Segundo COSTERTON et al. (1995), biofilme é definido como uma população de

bactérias aderidas uma às outras ou a uma superfície ou interface. Desse modo, incluem-se

nessa definição agregados ou flocos microbianos e populações aderidas a meios suportes.

A importância dos aglomerados de organismos é cada vez mais reconhecida, à medida

que os pesquisadores dos tratamentos biológicos evoluem em seus conhecimentos sobre a

participação dessas formações na degradação dos mais diversos substratos (CAMPOS, 1994).

3.4.2.1. Formação de Biofilmes

Os biofilmes otimizam as operações e processos envolvidos no tratamento de águas

residuárias e sua maior vantagem, segundo VALLERO (1999), é que, diferentemente das

culturas em suspensão, não há necessidade de incorporar medidas especiais para reter a

biomassa no meio. Sabe-se, também, que os reatores anaeróbios com microrganismos

imobilizados (entende-se por imobilização qualquer técnica que possa limitar o livre

movimento das células) apresentam melhores respostas quando submetidos a cargas de

choque ou substâncias tóxicas, ocorrendo, em muitos casos, recuperação total do sistema

(CABRAL, 2000).

Em alguns casos, são registrados problemas como a aceleração da corrosão e a formação

gelatinosa verificada nas canalizações, conseqüência da ação de microrganismos. Registra-se

também uma relação de compostos potencialmente tóxicos, em determinadas concentrações, a

ação de biofilmes, como: amônia, clorofórmio, cianetos, formaldeídos, metais pesados e

fenóis (HENZE & HARREMÖES, 1983).

A viabilidade da aplicação dos sistemas aneróbios tem sido estudada pelos grupos de

pesquisa da EESC-USP e EEM-IMT por duas linhas de pesquisa em reatores anaeróbios

operados em batelada e batelada alimentada. A primeira estuda a otimização dos parâmetros

de operação usando microrganismos auto-imobilizados, e a segunda, o desenvolvimento de

reatores anaeróbios contendo um suporte inerte para a imobilização da biomassa.

CAMPOS (1994) relata o uso de materiais como areia, brita, bambu, silicatos minerais,

óxidos metálicos e material cerâmico para a formação de biofilmes. VERRIER et al. (1987)

investigaram em seu trabalho a aderência de quatro culturas metanogênicas a superfícies de

polímeros com diferentes hidrofobicidades (porcelana, politetrafluoretileno, prolipropileno e

cloro polivinil, concluindo que a adesão das arqueas metanogênicas depende das

características do meio suporte e da hidrofobicidade dos microrganismos.

VALLERO (1999) analisou a atividade biológica de células livres e imobilizadas,

formadas em um reator anaeróbio. Para tal foi desenvolvido um reator cuja concepção

permitia a retirada de lodo suspenso e de biofilmes íntegros, formados em quatro suportes

inertes diferentes: espuma de poliuretano, cloro polivinil (PVC), tijolo refratário e cerâmica

especial. Concluiu-se que tanto a porosidade quanto a espessura do biofilme (e as limitações

de difusão correspondentes) influenciaram na velocidade global de consumo de substrato.

Contudo, não foi constatada nenhuma diferença entre o lodo suspenso e os biofilmes nas

observações microscópicas.

ORTEGA et al. (2001) estudaram a aplicação de espumas cerâmicas produzidas via

gelcasting em um biorreator anaeróbio, relacionando a composição microbiológica do

biofilme com o tipo de material suporte. Para isso, materiais como argila expandida e

borracha de etileno-propileno (EPR) foram submetidos a ciclos similares e comparados com

os materiais cerâmicos. A quantidade de sólidos voláteis imobilizados foi maior nos suportes

mais porosos e com maior tamanho de poros e os suportes cerâmicos (cerâmica de alumina e

de caulim) apresentaram as maiores capacidades de retenção celular, sugerindo que tais

materiais apresentam condições ótimas para a adesão e desenvolvimento de biofilme

anaeróbio.

HUYSMAM et al. (1983), utilizaram espuma de poliuretano como suporte inerte em um

reator metanogênico de fluxo ascendente. Neste estudo, observou-se a influência do tamanho

dos cubos da espuma, uma vez que na utilização de um único pedaço de material, houve

rápida acidificação do reator. Os autores sugerem que a aderência dos microrganismos

metanogênicos em espuma de poliuretano é, comparativamente, mais mecânica do que

eletrostática, opinião compartilhada por FYNN & WHITEMORE (1984), que reportaram a

alta capacidade de retenção de organismos através da imobilização em partículas de espuma

de poliuretano. GIJZEN et al. (1988) concluíram, após estudos no tratamento de água

residuária proveniente da manufatura de papel, que a espuma de poliuretano pode ser utilizada

como um ótimo material de suporte para o crescimento do consórcio microbiano em sistemas

anaeróbios.

VARESCHE et al. (1997) realizaram a caracterização da biomassa anaeróbia e da

estrutura bacteriana no interior de matrizes de espuma de poliuretano retiradas de um reator

anaeróbio de fluxo horizontal e de leito fixo, tratando água residuária sintética a base de

glicose. Os resultados mostraram três diferentes tipos de imobilização da biomassa no

material suporte: micro-grânulos de tamanho entre 270 e 470 µm de diâmetro, mecanicamente

retidos no interior dos poros da espuma e células individuais aderidas ao suporte. Os

pesquisadores concluíram que a espuma de poliuretano ofereceu excelentes condições para o

crescimento da biomassa anaeróbia e sua retenção, favorecendo o fluxo de substrato primário

e de produtos intermediários entre as espécies.

RATUSZNEI et al. (2000), propuseram uma nova configuração para um reator

anaeróbio agitado operado em batelada, também utilizando a imobilização da biomassa em

partículas cúbicas de espuma de poliuretano. O reator, agitado magneticamente e mantido a

30º C, obteve estabilidade operacional após 10 dias de operação, tratando 0,5 L de água

residuária sintética (480 mgDQO/L) a cada ciclo de 8 horas. Em 36 dias de operação, o reator

atingiu eficiências de remoção de DQO de até 86% em apenas 3 horas de ciclo O uso deste

suporte propiciou a melhora na retenção de sólidos, além de eliminar a fase de sedimentação,

levando a um menor tempo de ciclo.

CAMARGO et al. (2002), tratando água residuária sintética a base de glicose (500

mgDQO/L), obtiveram um incremento no desempenho de um ASBR com biomassa

imobilizada através da implantação de recirculação da fase aquosa. A eficiência de remoção

de matéria orgânica não filtrada (em termos de DQO) aumentou de 83% para 95%, como

conseqüência do melhor contato substrato/biomassa.

Os avanços conseguidos com a utilização de reatores em batelada contendo biomassa

imobilizada em matrizes de espuma de poliuretano (BORGES, 2003; CAMARGO et al. ,

2002; CUBAS et al., 2001; ORRA et al., 2003; RAMOS et al., 2003a , 2003b; SIMAN,

2003), permitem vislumbrar a aplicação para vários tipos de águas residuárias.

3.4.2.2. Granulação da biomassa

A agregação, fenômeno amplamente utilizado na digestão anaeróbia, vem sendo

extensivamente estudada, devido principalmente à disseminação do sistema UASB (GUIOT

et al., 1992; COSTERTON et al., 1995; BISHOP, 1997; LIU et al., 2002). Particularmente

em reatores anaeróbios operados em batelada, WIRTZ & DAGUE (1996, 1997) estudaram a

granulação com o objetivo de diminuir o tempo de partida do sistema e BANIK et al. (1997)

pesquisaram a estrutura e a atividade metanogênica dos grânulos em um reator tratando água

residuária diluída em baixas temperaturas.

O fenômeno da granulação ocorre através da aderência de microrganismos uns aos

outros ou às partículas orgânicas e/ou inorgânicas para formar grânulos firmes e densos. A

força motora responsável pelo processo de granulação é a variação cíclica das condições de

fartura e escassez de substrato (variação da relação F/M) durante a operação do ASBR. No

fim da etapa de reação, a relação F/M atinge seu valor mais baixo, criando condições

favoráveis para a sedimentação. A biomassa de baixa sedimentabilidade tende a ser carregada

junto com o efluente no momento da descarga, enquanto a biomassa granular ativa de rápida

velocidade de sedimentação é retida no interior do reator, permitindo assim, maior eficiência

de retenção de sólidos voláteis em seu interior (ZHANG et al., 1996).

Segundo BHATTI et al.

(1993) e NISHIO et al.

(1993) apud BANIK et al. (1997), a

distribuição das diversas populações de microrganismos nos grânulos varia amplamente,

dependendo da composição química da água residuária e das condições de operação do reator.

A formação de biomassa granular é importante, uma vez que esta permite ao reator

tratar grandes cargas orgânicas volumétricas com maior estabilidade e eficiência, quando

comparado a sistemas sem granulação desenvolvida (SUNG & DAGUE, 1995; WIRTZ &

DAGUE, 1996).

Além da maior velocidade de sedimentação, outra vantagem da biomassa granular em

relação à floculenta é a alta atividade específica, permitindo ao processo atingir maiores

velocidades de estabilização de matéria orgânica (WIRTZ & DAGUE, 1996).

Usando quatro ASBR's de 12 L de volume útil cada, operados a 35º C e com ciclos de 6

horas para o tratamento de água residuária sintética a base de sacarose, WIRTZ & DAGUE

(1996), estudaram o fenômeno da granulação, com o objetivo de minimizar o tempo

necessário para a formação de grânulos (tempo de partida do reator). Pela adição de polímero

catiônico ao reator, os pesquisadores observaram, que o tempo para formação dos grânulos foi

reduzido de 4 a 5 meses para 1 a 2 meses, atingindo após 2 meses, eficiências de remoção de

DQO de aproximadamente 95% para uma COV de 6 gDQO/L.d.

3.4.3. Estratégia de alimentação

Segundo ZAIAT et al. (2001), os fatores que geralmente afetam o rendimento de um

ASBR são: a agitação, a razão entre a concentração de substrato e a concentração da biomassa

(F/M), a configuração geométrica do reator e a estratégia de alimentação. Embora os três

primeiros aspectos já tenham sido estudados, vários trabalhos sobre a estratégia de

alimentação têm contribuído sobremaneira para elucidação deste importante fator.

BANIK, Z. I.; FURUKAWA, K.; FUJITA, M. (1993). Treatment performance and microbial structure

of a granular consortium handing methanolic waste. Journal of Fermentation Bioengineering, 76,

pp.218-223.

NISHIO, N.; SILVEIRA, R.G.; HAMATO, K.; NAGAI, S. (1993). High rate methane production in

UASB reactor fed with methanol and acetate. Journal of Fermentation Bioengineering, 75, pp.

309-313.

O ASBR não necessita de sistemas de alimentação complexos devido à sua

configuração, que dispõe a biomassa uniformemente no reator. O processo de batelada é

caracterizado pela alimentação em um período curto em relação ao tempo de ciclo, que

proporciona uma boa homogeneização entre o substrato e a biomassa. Dessa maneira, as mais

altas concentrações de substrato são atingidas logo após o término da alimentação.

Em situações onde haja o interesse em manter a concentração do substrato baixa, pode

ser empregada a estratégia de alimentação conhecida como batelada alimentada, em que o

enchimento ocorre durante a etapa de reação. Este tipo de estratégia pode ser usado em caso

de presença de substâncias tóxicas ou inibidoras na água residuária, elevadas cargas

orgânicas, ou ainda em situações de restrições operacionais.

A estratégia de alimentação em reatores operados em batelada ou batelada alimentada

têm fundamental importância para o desempenho do ASBR, uma vez que o tempo gasto na

etapa de enchimento está diretamente ligado ao valor de F/M (ZAIAT et al., 2001). O tempo

de alimentação é um parâmetro operacional e de projeto, uma vez que define o número de

reatores a serem utilizados na operação.

KENNEDY et al. (1991) investigaram o efeito da razão tempo de alimentação/tempo de

ciclo (tF/tC) no desempenho de um reator operado em batelada. O substrato sintético utilizado,

feito à base de sacarose, possuía concentração de matéria orgânica média de 7000 mgDQO/L.

Os autores indicam a influência da razão tF/tC no projeto do reator, principalmente, quando

elevados valores de carga orgânica volumétrica (acima de 9000 mgDQO/L.d) são

implementados. Nessas condições, registrou-se quedas acima de 25% nos valores médios de

eficiência de remoção, quando baixos índices tF/tC foram implementados. Todavia, em valores

menores que 9000 mgDQO/L.d, o processo não foi afetado pela estratégia de alimentação.

SUTHAKER et al. (1991), após estudarem o sistema ASBR em diferentes condições

operacionais (substrato à base de glicose com concentração de 35000 mgDQO/L; temperatura

variando entre 25º C e 34º C; razões tF/tC entre 0 e 0,75), obtiveram melhores resultados

(remoção máxima de 73% para amostras filtradas) para ciclos de 16 dias, com tempo de

alimentação de 4 dias e concluíram que, nas condições estudadas, o tempo de alimentação

(valores absolutos) exerceu maior influência que a razão tF/tC, sendo, portanto, fator

preponderante na estratégia de alimentação.

DROSTE & MASSÉ (1995) e MASSÉ et al. (1996) não observaram variações no

rendimento do ASBR quando as condições de alimentação foram mudadas. SHIZAS &

BAGLEY (2002), trabalhando com um ASBR tratando água residuária à base de glicose (3,2

gDQO/L.d), estudaram a variação do desempenho do reator com a modificação de alguns

parâmetros operacionais (concentração de substrato afluente, tempo de ciclo e razão tF/tC). Os

autores concluíram que a adoção de tempos de alimentação maiores causa impacto positivo no

rendimento do sistema, uma vez que no tratamento de águas residuárias de fácil degradação, a

produção de ácidos voláteis cai rapidamente com o aumento da razão tF/tC.

ORRA et al. (2003), avaliaram o efeito da estratégia de alimentação no desempenho de

um ASBBR com recirculação da fase líquida no tratamento de esgoto doméstico sintético com

concentração de 500 mg/L, em termos de DQO. As estratégias de alimentação implementadas

foram de 6 minutos (operação em batelada), 60, 120, 240 e 360 minutos (operação em

batelada alimentada). Foi detectada queda sensível da eficiência da conversão de matéria

orgânica para amostras filtradas de 85% para 81%, na transição da operação em batelada para

batelada alimentada de 6 horas.

BORGES et al. (2003), submeteram um ASBBR com agitação mecânica a diferentes

tempos de alimentação no tratamento de esgoto doméstico sintético. O volume tratado por

ciclo foi de 2,5 L, com tempo de ciclo de 8 horas e agitação de 500 rpm. As estratégias de

alimentação investigadas foram de 10 , 120, 240, 260 e 480 minutos. Concluiu-se, que, para

relações tF/tC menores que 0,5, o sistema atingiu eficiências de conversão de matéria orgânica

para amostras filtradas e não filtradas superiores a 70% e 75%, respectivamente. Em relações

tF/tC maiores que 0,5, observou-se queda na eficiência e formação de polímeros extracelulares.

DAMASCENO et al. (2006), investigaram a influência das estratégias de alimentação

de 10, 120 e 240 minutos sobre o desempenho de um ASBBR tratando soro de queijo. As

COV aplicadas foram de 2, 4, 8 e 12 g/L.d, em termos de DQO, suplementando alcalinidade

na razão de 50% NaHCO

/DQO. Os autores concluíram que a estratégia de alimentação de

120 minutos gerou melhores resultados para as COV aplicadas de 2 e 4g/L.d, enquanto que a

estratégia de alimentação de 240 minutos gerou melhores resultados para as COV aplicadas

de 8 e 12 g/L.d. Observaram também, que as concentrações máximas de ácidos voláteis totais

e mínima de alcalinidade a bicarbonato não são alteradas com a variação das estratégias de

alimentação, porém são deslocadas ao longo do ciclo, atingindo o máximo para ácidos

voláteis totais e o mínimo para alcalinidade a bicarbonato ao final do período de alimentação.

3.4.4. Influência da agitação

A agitação proporciona maior eficiência de contato entre A matéria orgânica e os

microrganismos durante a fase de reação. Para isto, pode ser utilizada a agitação mecânica,

que pode ser aplicada de forma intermitente ou contínua, ou a agitação por meio de

recirculação de gás ou líquido (ANGENENT & DAGUE, 1995; NDON & DAGUE, 1997;

ZAIAT et al., 2001). A intensidade de agitação é um importante fator a ser observado, pois

esta pode prejudicar o sistema causando danos aos grânulos presentes na biomassa ou até

mesmo destruí-los.

A resistência à transferência de massa da fase líquida para a biomassa pode reduzir a

velocidade global de reação, diminuindo o desempenho do reator. Dessa forma, a agitação do

meio torna-se importante por aumentar o contato entre a matéria orgânica e a biomassa,

reduzindo a resistência à transferência de massa e aumentando a velocidade global de reação

e, portanto, o desempenho do reator.

3.4.4.1. Agitação por recirculação de biogás

São agora apresentados alguns estudos recentes sobre a influência do desempenho de

sistemas de tratamento cuja mistura foi promovida por recirculação de biogás gerado no

processo, nos quais um problema observado foi a inviabilidade de utilização de mistura por

recirculação de biogás em processos de tratamento de efluentes de baixa carga orgânica.

MUROYAMA et al. (2001) operaram um reator de 1 L, com tubo, de tiragem em

regime de batelada alimentada e com recirculação de biogás promovendo a agitação. A

agitação ocorria durante uma hora por ciclo de 24 h. Observou-se, que ocorreu um aumento

gradual da concentração de metano com o aumento da carga orgânica até atingir um valor de

pico, A partir do qual ocorreu uma queda da concentração com o aumento da carga orgânica.

A concentração máxima de metano foi de 53,7%.

3.4.4.2. Agitação por recirculação de líquido

A recirculação de líquido se apresenta como fator importante na velocidade superficial

aplicada a cada sistema e, em vista disto, são aqui relatados alguns estudos de influência deste

fator sobre o desempenho de ASBR.

ANGENENT et al. (2002), avaliando o efeito da duração e da intensidade de agitação

sobre o desempenho de um ASBR de 5L de volume, tratando resíduo suíno, verificaram que o

uso de agitação suave e intermitente permitiu um maior desempenho do reator quando

comparada à agitação suave e contínua, resultando em maiores eficiências de remoção de

sólidos voláteis e maior produção de metano. Segundo os autores, a agitação contínua resulta

no desenvolvimento de biomassa com más características de sedimentação, a qual é lavada

mais facilmente com o efluente durante a descarga, diminuindo assim, o desempenho do

reator. Os pesquisadores observaram também que o aumento da intensidade de agitação

diminuiu severamente o desempenho do reator e a quantidade total de biomassa

metanogênica.

CAMARGO et al. (2002), utilizando um ASBR com biomassa imobilizada para o

tratamento de água residuária sintética a base de glicose (500 mgDQO/L), estudaram a

influência da velocidade de recirculação da fase líquida sobre o desempenho do reator e

verificaram que a eficiência de remoção de matéria orgânica não filtrada (em termos de

DQO), aumentou de 83% (sem recirculação) para 95%, quando a recirculação foi

implementada, indicando uma melhora no contato substrato/biomassa, ou seja, o uso da

recirculação resultou em diminuição da resistência à transferência de massa, com aumento da

velocidade global da reação e possibilidade de redução do tempo de ciclo.

RAMOS et al. (2003), tratando água residuária sintética com concentração de 500 mg

DQO/L, obtiveram um incremento do desempenho de um ASBR com biomassa imobilizada

por implantação de recirculação da fase líquida. A eficiência de remoção de matéria orgânica

não filtrada, em termos de DQO, aumentou de 72% para 87% após a implementação da

recirculação. Estudos cinéticos indicaram que a constante de primeira ordem da reação,

aumentou de 1,19 para 2,00 h

-1

, com o aumento da velocidade superficial que passou de 0,032

cm.s

-1

para 0,191 cm/s, respectivamente. Um valor constante de 1,90 h

-1

foi obtido para

velocidades superficiais entre 0,191 cm/s

e 0,467 cm/s. Alem disso, utilizando velocidade de

recirculação de 0,191 cm/s, verificaram aumento da velocidade global da reação com

possibilidade de redução de tempo de ciclo.

3.4.4.3. Agitação mecânica

Impelidores de vários tipos têm sido utilizados para produzir agitação e mistura na fase

líquida. Quando um impelidor é inserido em um reator contendo um fluido, a movimentação

do fluido e redemoinhos são produzidos. Com isto, um padrão de escoamento é estabelecido.

Os agitadores podem ser classificados de acordo com o tipo de movimento que

imprimem ao líquido. Dessa forma, existem agitadores que provocam escoamento axial, isto

é, o líquido percorre caminho paralelo à direção do eixo agitador; e agitadores que provocam

escoamento tangencial ou radial, em que o fluido se desloca perpendicularmente à direção do

eixo do agitador. Quanto à forma, de modo geral, os agitadores mecânicos podem ser

classificados como agitadores tipos: hélice, palheta e turbina.

No trabalho desenvolvido por RODRIGUES et al. (2003), um ASBR operando com

agitação contínua e impelidor tipo turbina com seis pás planas verticais, trabalhou sob duas

estratégias de agitação. Na primeira, utilizaram rotação constante e igual a 50 rpm, já na

segunda condição, utilizaram agitação variável com uma hora de duração a 75 rpm, duas

horas a 50 rpm e meia hora a 25 rpm, para um ciclo de quatro horas. Eles obtiveram eficiência

de remoção de matéria orgânica de 87% e 88% em amostras filtradas nas condições de

velocidade constante e variável, respectivamente.

Os autores estudaram ainda influência da velocidade de rotação em um ASBR, com

impelidor tipo turbina com seis pás planas verticais, nas velocidades de rotação de 0, 25, 50 e

75 rpm, tratando 2L de esgoto sintético com concentração de aproximadamente 500

mgDQO/L. Para a rotação de 50 rpm, o sistema obteve eficiências de remoção de matéria

orgânica de 80% e 88% para amostras não filtradas e filtradas, respectivamente. Nesta

condição, o sistema também apresentou boa retenção de sólidos, evitando a ruptura dos

grânulos.

CUBAS et al. (2004), trabalhando em um ASBR com biomassa imobilizada em

espumas de poliuretano de 5mm de lado, com velocidades de agitação entre 300 rpm e 1100

rpm, confirmaram que a intensidade de agitação modifica a eficiência do sistema podendo

diminuir o tempo de batelada de um ciclo, além de diminuir a concentração residual de

matéria orgânica para rotações superiores a 800 rpm. Foi observado que, para a variação na

velocidade de rotação de 300 rpm para 900 rpm, a constante cinética de primeira ordem

aumentou em aproximadamente três vezes, partindo de 0,54 h

-1

e chegando a 1,5 h

-1

. A

concentração residual de matéria orgânica caiu significativamente para velocidades de rotação

acima de 800 rpm.

PINHO et al. (2004) estudaram a influência da intensidade de agitação promovida por

três impelidores tipo pá com velocidades entre 500 rpm e 1100 rpm, na degradação de matéria

orgânica em reator ASBR contendo biomassa imobilizada em partículas cúbicas de

poliuretano de 3 mm, agitado mecanicamente e alimentado com leite de soja parcialmente

solúvel, com DQO de 974 mg/L e tempo de ciclo de 8 horas. Como resultado, observaram que

um modelo de primeira ordem modificado representou bem os dados no intervalo de agitação

pesquisado e que ocorreu um aumento de 360% na constante cinética aparente, quando a

velocidade de agitação foi aumentada de 500 rpm para 900 rpm, acima da qual, a constante

cinética não variou.

Para melhorar o desempenho de ASBR com agitação mecânica, vários estudos têm sido

realizados com a aplicação de tubo de tiragem ("draft-tube").

3.4.4.3.1. Tubo de tiragem (“draft-tube”)

Na maioria dos casos, os agitadores com tubo de tiragem (“draft-tube”) consistem de um

tanque com fundo chato, contendo um tubo de tiragem que na prática varia entre 20% e 40%

do diâmetro do tanque, onde no topo do tubo existe um impelidor promotor de escoamento

axial, movimentando o fluido para baixo, produzindo um retorno do fluido para cima na

região anular.

O tubo de tiragem é mais recomendado para suspensão de lodo em situações onde é

essencial a minimização da energia gasta com agitação e aplicações que requerem controle do

cisalhamento e de gradientes de velocidade. As condições a serem observadas para

implementação do tubo de tiragem são: utilização em reatores onde não ocorra a variação do

nível de fluido ao longo da operação e sua aplicação em reatores que apresentam altos valores

para a relação altura/diâmetro, sendo desta forma, desaconselhado para os casos onde ocorre a

variação do nível do líquido e onde a relação altura/diâmetro esteja próxima à unidade.

A partida do sistema e resuspensão dos sólidos são fatores de importância na definição

da potência do motor e rotação do impelidor por ser maior o gasto energético para promover a

suspensão do lodo, quando comparado à energia gasta para manter a suspensão (SHAW,

1982).

JIRICKOVÁ & RIEGER (1995), estudando a suspensão de sólidos em reatores altos,

agitados e com tubo de tiragem, desenvolveram fórmulas para descrever o consumo de

potência e velocidade de suspensão. Concluíram que o baixo consumo de potência em

reatores com tubos de tiragem, comparados com reatores padrão (diâmetro = altura), é

causado pelo fato de que somente uma parte do volume do reator é usada para que o impelidor

promova suspensão, enquanto que a outra parte funciona como uma região de sedimentação

por gravidade.

A aplicação de reator com tubo de tiragem para tratamento de efluentes por via

anaeróbia é interessante por promover a suspensão de sólidos com baixo consumo de

potência, mantendo baixos os níveis de tensão de cisalhamento, combinação esta que pode vir

a promover redução dos efeitos de transferência de massa externa à biopartícula, sem contudo

degradar a biomassa.

3.5. Considerações finais

A continuidade das pesquisas em tratamento anaeróbio indica que as vantagens

inerentes à adoção desses novos reatores serão amplamente reconhecidas. Conseqüentemente,

a implementação dessas configurações para o tratamento de diversos tipos de águas tornar-se-

á realidade.

Trabalhos específicos sobre a utilização dessa tecnologia vêm crescendo nos últimos

anos na literatura e os problemas mais freqüentemente encontrados continuam sendo

estudados.

As altas eficiências obtidas nos trabalhos consultados vislumbram o estabelecimento do

uso de sistemas em batelada, desde que os aspectos ainda não elucidados sejam bem

entendidos. A avaliação do ASBR, quando aplicado ao tratamento de água residuária

industrial, submetido a diferentes concentrações de matéria orgânica e estratégias de

alimentação, foco do presente trabalho, é, portanto, tema relevante, e nesse sentido, estudos

aprofundados contribuirão para a avaliação da real aplicabilidade dos reatores aneróbios

operados em batelada seqüencial.

CAPÍTULO 4

MATERIAIS E MÉTODOS

4.1. Materiais

4.1.1. Configuração do Reator

O reator anaeróbio proposto neste trabalho foi operado em batelada seqüencial e

continha biomassa imobilizada em partículas cúbicas de espuma de poliuretano. Era

constituído por um frasco cilíndrico de acrílico de 200 mm de diâmetro e 200 mm de altura,

com capacidade total de 5 litros. A agitação, fixada em 400 rpm, foi implementada por um

agitador mecânico com inversor de freqüência (Marconi® modelo MA 259), com impelidor

tipo hélice composto por 3 pás com 60 mm de diâmetro externo cada. A alimentação e a

descarga foram realizadas por bombas tipo diafragma (Prominent®, modelos β4 e β5),

auxiliadas por um sistema de automação composto por temporizadores (Grasslin®, modelo

Logica 500).

O sistema experimental foi instalado em uma câmara mantida em 30 ± 1º C, o que foi

possível devido a um conjunto de aquecimento composto por resistências e ventiladores, além

de um sensor e controlador de temperatura (Novus®, modelo N480). As biopartículas foram

confinadas em um cesto de aço inoxidável, externamente a um tubo de PVC de 75 mm de

diâmetro e 110 mm de altura, denominado “draft-tube”, o que propiciou além de agitação

radial, também agitação axial. A Figura 4.1 mostra uma representação esquemática do reator

proposto e uma fotografia da montagem experimental e outra do reator com sistema de

agitação mecânica são apresentadas nas Figuras 4.2 e 4.3.

FIGURA 4.1 – Esquema do reator anaeróbio operado em batelada seqüencial contendo

biomassa imobilizada [(Dimensões em milímetros): (1) Tanque de reação, (2) Água

residuária, (3) Bomba de alimentação, (4) Bomba de descarga, (5) Agitador mecânico, (6)

Cesto contendo espumas com células imobilizadas, (7) Temporizadores, (8) Efluente tratado e

(9) Termômetro, (10) "Draft-tube"] [ linhas hidráulicas ; linhas elétricas ]

FIGURA 4.2: Fotografia da montagem experimental

FIGURA 4.3: Fotografia do reator com sistema de agitação mecânica

4.1.2. Suporte de Imobilização da Biomassa Anaeróbia

Como suporte de imobilização foi utilizada espuma de poliuretano, com densidade

aparente de 23 kg/m

e porosidade próxima a 95% (produzida pela empresa Edmil Indústria e

Comércio – Eloi Mendes – MG). A espuma foi confeccionada sem a adição de corantes ou

aditivos e cortada na forma de cubos de 5 mm de lado.

4.1.3. Inóculo

O inóculo utilizado nos experimentos foi proveniente de reator anaeróbio de manta de

lodo e escoamento ascendente (UASB), tratando com eficiência água residuária de abatedouro

de aves (Dacar Industrial S.A. sediada em Tietê, SP).

TABELA 4.1 – Características do inóculo utilizado

Parâmetro Concentração (g/L)

Sólidos Totais (ST) 62

Sólidos Fixos Totais (SFT) 11

Sólidos Voláteis Totais (SVT) 51

4.1.4. Água Residuária

A Água Residuária, proveniente de indústria automobilística (DaimlerChrysler do Brasil

Ltda. – Planta de São Bernardo do Campo), foi previamente tratada, parte por processo

aeróbio, e parte por processo físico-químico. Esta Água Residuária foi denominada: “in

natura”.

O tratamento prévio dos efluentes industriais consistia de:

(I) Efluentes com óleo: chegavam pela rede de efluentes com óleo à ECO – Estação

de Tratamento de Efluentes com Óleo e recebiam a dosagem de ácido clorídrico

até pH 4. O óleo emulsionado era removido no separador de óleo e armazenado

em tambores. O efluente com o óleo removido ia para o tanque de equalização da

ETE Físico-Química.

(II) Efluentes sem óleo: chegavam pela rede de efluentes sem óleo à ESO – Estação

de Tratamento de Efluentes sem Óleo e passavam pelo gradeamento para reter os

resíduos sólidos que eram armazenados em tambores. O efluente com os resíduos

removidos ia para o tanque de equalização da ETE Físico-Química.

(III) Efluentes com metais pesados: chegavam pela rede de efluentes com metais

pesados à EMP – Estação de Tratamento de Efluentes com Metais Pesados e

sofriam um pré-tratamento, que consistia na acidificação com ácido clorídrico e

adição de sulfato ferroso para reduzir o cromo +6 a +3. Em seguida, havia a

adição de ar comprimido para oxidar o ferro de +2 a +3. Depois era efetuada a

alcalinização com solução de cal (CaO), para elevar o pH, e a adição de

polieletrólito para precipitar o níquel e o zinco. O lodo gerado era sedimentado

no decantador da estação de tratamento de metais pesados, era desidratado no

filtro prensa e o clarificado sem metais ia para o tanque de equalização da ETE

Físico- Química (ETE-FQ).

Após serem equalizados na ETE Físico-Química, os três efluentes citados sofriam o

seguinte tratamento:

(a) Adição de cloro para oxidar parcialmente a matéria orgânica;

(b) Adição de cloreto férrico para provocar a floculação química para remoção da

carga poluidora;

formados sedimentavam no decantador da ETE Físico - Química; o lodo gerado

ia para o adensador de lodo e dali para o filtro prensa, gerando a torta, e o

clarificado ia para o rio.

Quanto aos efluentes sanitários, há uma estação independente para tratamento destes

efluentes e que não foi considerada neste trabalho.

FIGURA 4.4: Esquema de Pré-Tratamento da Água Residuária Industrial

O efluente industrial parcialmente tratado, utilizado como afluente do reator nesse

projeto, conforme informações preliminares da empresa, apresentava as seguintes

características: óleos e graxas - 19 mg/L, DQO para amostras não filtradas - 1.400 mg/L,

sólidos em suspensão totais - 55 mg/L, e DBO

5 -

600 mg/L. O volume de efluente industrial

tratado por dia nesta empresa era de 1.250 m

. Assim, apesar dos tratamentos prévios, a água

residuária industrial, aqui denominada Água Residuária “in natura”, que era lançada no

ambiente, apresentava ainda concentração de matéria orgânica elevada com potencialidade de

poluir o corpo receptor.

A Água Residuária “in natura”, proveniente de indústria automobilística, foi coletada

em ponto imediatamente anterior ao lançamento no corpo receptor, conforme Figura 4.4. O

transporte da mesma até o Laboratório de Engenharia Bioquímica da EEM-IMT, local onde

foi desenvolvido este projeto, foi feito em recipientes de polietileno de alta densidade de 5, 10

e 20 L devidamente identificados. Estes recipientes foram mantidos no interior de um

refrigerador doméstico, com temperatura em torno de 10º C, para minimizar os efeitos de

ECO

ESO

EMP

TANQUE

EQUALIZAÇÃO

ETE - FQ

RIO

Ponto de Coleta da Água

Residuária “in natura”

Efluentes

com

óleo

Efluentes sem

óleo

Efluentes com

metais pesados

degradação. A operação de cada coleta até o armazenamento durou em média quarenta

minutos.

A Água Residuária “in natura” foi separada em lotes, cuja numeração seguiu uma

ordem cronológica de acordo com a data de coleta da mesma. Nos primeiros três meses de

operação do ASBBR, a coleta foi realizada duas vezes por semana, normalmente às terças e

sextas-feiras, em um volume de 40 L/semana. Aos poucos, porém, notou-se a grande variação

de concentração de matéria orgânica da Água Residuária “in natura” de um lote para outro.

Com o intuito de se minimizar os efeitos dessa variação sobre os resultados experimentais, a

coleta passou a ser realizada uma vez por semana, em um volume de 60 L/semana.

Os lotes de Água Residuária “in natura” foram analisados um a um, determinando-se a

concentração de matéria orgânica e o pH. Esses dois indicadores químicos serviram de

parâmetros para o monitoramento da variação das propriedades da Água Residuária “in

natura”. Os resultados são apresentados no Anexo I.

4.2. Métodos

4.2.1. Análises Físico-Químicas

As concentrações de matéria orgânica nas formas não filtrada (C

) e fitrada (C

), as

concentrações de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão totais (SST), em

suspensão voláteis (SSV) e o pH, foram medidas conforme o Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater (1995). As alcalinidades: total (AT), intermediária

(AI), parcial (AP) e a bicarbonato (AB), conforme método proposto por RIPLEY et al.

(1986). A concentração de ácidos voláteis totais foram analisadas segundo o método proposto

por DILALLO & ALBERTSON (1961).

Os ácidos voláteis intermediários foram analisados por cromatografia em fase gasosa,

utilizando-se o cromatógrafo Hewlett Packard

6890 Series, equipado com detector de

ionização de chama e coluna Hewlett Packard

Innowax (30 m x 0,25 mm x 0,25 µm de

espessura do filme). O gás de arraste foi o hidrogênio (fluxo de 2,0 mL/min), a temperatura do

injetor foi igual a 250º C, a razão de “slipt” igual a 20 e o volume de injeção de 1,0 µL. A

temperatura do forno foi de 100º C durante 3 minutos, rampa de aquecimento de 5º C/min até

180º C, permanecendo por 5 minutos. A temperatura do detector foi de 300º C, com fluxo de

ar sintético (300 mL/min) e hidrogênio (30 mL) e a vazão de “make-up” de nitrogênio (35

mL/min).

4.2.2. Composição do Biogás

A determinação da composição do biogás gerado pela digestão anaeróbia foi feita

através de cromatografia em fase gasosa, utilizando-se o cromatógrafo Hewlett Packard

6890

Series, equipado com detector de condutividade térmica e coluna Porapak Q

(2 x ¼” – 80 a

100 mesh). O gás de arraste foi o hidrogênio a 50 mL/min, a temperatura do injetor foi igual a

150º C e o volume de amostra foi de 1,0 mL. A temperatura do forno foi de 50 º C. O detector

operou a 200º C, com fluxo de hidrogênio de 50 mL/min e a vazão de “make-up” de

nitrogênio igual a 2,5 mL/min.

4.3. Fundamentos Teóricos

4.3.1. Eficiência de Remoção de Matéria Orgânica

A eficiência de remoção de matéria orgânica total (ε

), obtida durante o monitoramento

do reator, foi definida pela Equação (4.1), em que C

é a concentração de matéria orgânica

total do afluente, e C

, a concentração de matéria orgânica total do efluente.

100(%) ⋅

−

STAF

(4.1)

A concentração de matéria orgânica total do efluente foi monitorada em amostras não

filtradas (C

) e filtradas (C

), ao longo das condições de operação do reator, gerando valores

de eficiência de remoção de matéria orgânica para as mesmas amostras não filtradas (ε

) e

filtradas (ε

A eficiência de remoção de matéria orgânica para o perfil ao longo de um ciclo de

operação do reator (ε) foi definida pela Equação 4.2, em que C

é a concentração de matéria

orgânica para amostras filtradas, recolhidas em determinado instante do ciclo, e C

, seu valor

inicial (t = 0).

100

(%)

SSo

⋅

−

=ε

(4.2)

A eficiência de remoção ε, apresentada na Equação 4.2, foi usada na obtenção dos perfis

de concentração de matéria orgânica.

4.3.2. Normalização da Concentração de Matéria Orgânica (C

’)

Os valores experimentais, obtidos nos perfis de concentração de matéria orgânica ao

longo dos ciclos de operação do reator, sofreram um ajuste matemático para minimizar as

diferenças entre os ensaios realizados em duplicata. A normalização da concentração de

matéria orgânica (C

’) é definida pela Equação 4.3.













−⋅=

100

SoMS

(4.3)

Nesta equação, C

SoM

corresponde à média dos valores C

obtidos em cada perfil de

concentração de matéria orgânica, realizado em duplicata.

4.3.3. Modelagem Cinética

O modelo cinético da degradação de matéria orgânica usado neste trabalho foi

desenvolvido por RODRIGUES et al. (2004), com base no modelo de BAGLEY &

BRODKORB (1999). Este último, é uma adaptação de um outro modelo, proposto pela

“International Water Association” (IWA) e aplicado a sistemas de tratamento com lodo

ativado.

No modelo cinético adotado, desenvolvido para reatores anaeróbios operados em

batelada seqüencial, o processo de degradação da matéria orgânica foi simplificado e dividido

em duas etapas consecutivas. Na primeira, o substrato é convertido em ácidos voláteis totais e,

na segunda, esses mesmos ácidos são convertidos em metano. Além disso, nas duas etapas, as

reações de conversão foram consideradas como sendo de primeira ordem. O modelo ainda

prevê a formação de uma concentração residual de substrato e ácidos voláteis totais, sempre

que a velocidade de reação tende a zero.

As Equações 4.4 a 4.7, apresentam a rota de degradação da matéria orgânica e as

equações das velocidades de consumo de substrato (r

), formação de ácidos voláteis totais

AVT

) e formação de metano (r

), respectivamente.

cMbAVTaS

→→

(4.4)

Na Equação 4.4, a, b e c são coeficientes estequiométricos e k

e k

os parâmetros

cinéticos aparentes do modelo adotado.

)(

1 SRSSS

CCkr

−

⋅

(4.5)

)()(

21 AVTRAVTAVTSRSAVTAVT

CCkCCkr

−

⋅

−

⋅

(4.6)

)(

2 AVTRAVTMM

CCkr

−

⋅

(4.7)

Nas Equações 4.5, 4.6 e 4.7, k

, k

1AVT

, k

2AVT

e k

são os mesmos parâmetros cinéticos

aparentes, só que associados ao consumo do substrato (k

), à formação dos ácidos voláteis

totais (k

) e à formação do metano (k

). C

e C

AVT

são as concentrações de substrato e ácidos

voláteis totais, e C

e C

AVTR

, seus valores residuais.

O balanço de massa do reator apresentado na Figura 4.1, deve considerar duas condições

distintas de operação, sendo a primeira em batelada, e a segunda, em batelada alimentada.

Fazendo o balanço de massa global do reator na operação em batelada, tem-se:

= (4.8)

A Equação 4.8 é uma simplificação do balanço de massa apresentado na Equação 3.6.

Na operação em batelada, não há entradas e nem saídas, e a matéria orgânica gerada é

numericamente igual à consumida. Dessa forma, comprova-se que o volume de meio

reacional (V) é constante, conforme apresentado na Equação 4.9.

(4.9)

Os balanços de massa de cada um dos compostos envolvidos no modelo cinético de

degradação de matéria orgânica, considerando a operação do reator em batelada convencional,

são apresentados a seguir:

−=

(4.10)

AVT

+= (4.11)

(4.12)

Na Equação 4.12, C

é a concentração de metano. Agora, fazendo o balanço de massa

global do reator na operação em batelada, tem-se:

⋅

= (4.13)

Como

⋅

VM , a Equação 4.13 pode ser expandida e apresentada de acordo com a

Equação 4.14.

(

)

ρ⋅=

⋅

(4.14)

Nesta equação, ρ é a densidade do meio reacional e F é a vazão mássica de matéria

orgânica do sistema. Considerando, que a densidade é aproximadamente constante, a Equação

4.14 pode ser simplificada:

(4.15)

Observando a Equação 4.15, nota-se que o balanço de massa global do reator, quando

operado em batelada alimentada, é igual ao do operado em batelada simples sempre que F=0.

Aplicando o balanço de massa apenas para o substrato, tem-se:

(

)

VrFC

VCd

SSo

⋅−⋅=

⋅

(4.16)

A Equação 4.16 é uma simplificação do balanço apresentado na Equação 3.6, adaptada à

operação do reator em batelada alimentada. Desenvolvendo o primeiro termo desta equação,

tem-se:

(

)

VCd

⋅+⋅=

⋅

(4.17)

Substituindo-se a Equação 4.15 na Equação 4.17, obtém-se a Equação 4.18:

(

)

VCd

⋅+⋅=

⋅

(4.18)

E substituindo a Equação 4.18 na Equação 4.16, obtém-se a Equação 4.19:

VrFCFC

SSoS

⋅−⋅=⋅+⋅ (4.19)

Rearranjando-se a Equação 4.19, obtém-se a Equação 4.20:

SSSo

r)CC(

−−⋅=

(4.20)

Esta equação descreve a variação da concentração de substrato ao longo de um ciclo de

operação do reator em batelada alimentada. Os balanços de massa dos ácidos voláteis totais e

do metano são apresentados a seguir:

(

)

VrFC

VCd

AVTAVTo

AVT

⋅+⋅=

⋅

(4.21)

(

)

VCd

⋅=

⋅

(4.22)

As Equações 4.21 e 4.22 correspondem às simplificações do balanço apresentado na

Equação 3.6, adaptadas à operação do reator operado em batelada alimentada. Mesmo assim,

deve-se levar em conta algumas particularidades referentes a estas duas equações.

A Equação 4.21, por exemplo, considera o termo de entrada de ácidos voláteis no

sistema, apesar dos mesmos constituírem um grupo de produtos intermediários na reação de

degradação da matéria orgânica proposta pelo modelo cinético adotado. O motivo da inclusão

deste termo é a presença de ácidos voláteis no afluente alimentado ao reator. Na Equação

4.22, em contrapartida, deve-se admitir que a concentração de metano na fase líquida, onde

ocorre efetivamente a produção do gás, é proporcional à concentração na fase gasosa.

Dispondo do mesmo procedimento usado na obtenção da equação que descreve a

variação da concentração de substrato ao longo de um ciclo de operação do reator, foram

determinadas as equações 4.23 e 4.24, referentes às variações das concentrações de ácidos

voláteis e metano, respectivamente.

AVTAVTAVTo

AVT

r)CC(

+−⋅= (4.23)

+⋅−=

(4.24)

Nas Equações 4.20 e 4.23, C

e C

AVTo

correspondem aos valores iniciais de C

e C

AVT

respectivamente, avaliados no instante inicial de degradação da matéria orgânica segundo a

rota metabólica proposta pelo modelo cinético adotado. O mesmo vale para a concentração de

metano. Dessa forma, quando t =0, tem-se:

SoS

(4.25)

AVToAVT

(4.26)

MoM

(4.27)

As Equações 4.10, 4.11 e 4.12, referentes à operação do reator em batelada

convencional, e as Equações 4.20, 4.23 e 4.24, referentes à operação em batelada alimentada,

foram usadas na determinação dos parâmetros k

, k

1AVT

, k

2AVT

, k

, C

e C

AVTR

do modelo

cinético. Por se tratarem de equações diferenciais, utilizou-se o método de integração

numérica Runge-Kutta de 4ª ordem e passo de integração constante, implementado em

planilha do software Excel

, para que esses parâmetros fossem determinados.

Depois de obtidos, os parâmetros foram ajustados, adotando-se o critério dos mínimos

quadrados entre os dados experimentais e os dados obtidos pelo modelo cinético. Este ajuste

foi feito com o algoritmo de Newton, através da ferramenta Solver do software Excel

Os parâmetros cinéticos k

, k

1AVT

, k

2AVT

, e k

são aparentes, pois não consideram os

efeitos de transporte de massa e transferência de calor. Já os parâmetros C

e C

AVTR

correspondem apenas a uma estimativa de valor residual de substrato e ácidos voláteis no

interior do reator ao final de um ciclo de operação. Além disso, o modelo cinético adotado é

uma simplificação do complexo processo de degradação anaeróbia.

Os valores de concentração inicial de matéria orgânica, ácidos voláteis totais e metano,

usados na obtenção dos parâmetros do modelo cinético adotado, foram determinados pela

média aritmética dos valores experimentais obtidos em duplicata, no instante inicial de

realização dos respectivos perfis.

4.4. Procedimento Experimental

4.4.1. Imobilização da Biomassa Anaeróbia

O lodo anaeróbio foi imobilizado em partículas cúbicas de espuma de poliuretano,

conforme metodologia proposta por ZAIAT et al. (1994). O procedimento de fixação dos

microrganismos foi realizado da seguinte forma:

(a) O lodo granulado usado como inóculo foi macerado, utilizando-se uma peneira com

abertura de 1mm e uma colher, no intuito de que a imobilização dos microrganismos

na espuma fosse facilitada com a destruição dos grânulos.

(b) O inóculo peneirado foi alocado em um béquer. Os cubos de espuma de poliuretano

foram adicionados e procedeu-se a mistura de tal forma que todo o material suporte

estivesse em contato com a suspensão.

com as células aderidas foram colocadas em meio (o mesmo utilizado no

experimento) para lavagem dos sólidos fracamente fixados. O meio foi drenado e

dessa maneira os cubos de poliuretano com inóculo aderido foram acondicionados

no reator sem serem comprimidos. A compressão do material poderia resultar no

surgimento de zonas com fluxo interrompido, comprometendo a boa

homogeinização do meio.

4.4.2. Preparo da Água Residuária para Alimentação do Reator

O preparo da Água Residuária, foi alterado de acordo com a condição de operação do

ASBBR. Contudo, a base do preparo foi a mesma e constou das seguintes etapas:

(a) análise da concentração de matéria orgânica (em termos de DQO) da Água

Residuária “in natura”;

(b) determinação do volume de Água Residuária “in natura” e do volume de água da

rede de abastecimento público necessários para que a concentração de matéria

orgânica da Água Residuária para Operação do Reator atendesse ao valor

estipulado para cada condição de operação;

polipropileno de 2,0 L e posterior adição em um recipiente de vidro de 12 L;

(d) mistura e dissolução dos compostos usados como nutrientes, fonte de nitrogênio,

fonte de carbono e alcalinidade na composição da Água Residuária para Operação

do Reator, com exceção da Água Residuária “in natura” e da água da rede de

abastecimento público. Os compostos usados em cada condição de operação do

ASBBR são apresentados na Tabela 4.2. Esta etapa foi realizada em um béquer de

vidro de 150 mL, com um pouco de água da rede de abastecimento público e o

auxílio de um agitador magnético, para garantir a homogeneidade da mistura.

(e) Adição da solução obtida em (d) no mesmo recipiente de vidro referido em (c);

(f) homogeinização do conteúdo do recipiente de 12 L.

A composição da Água Residuária para Operação do Reator, preparada em cada

condição de operação do ASBBR, encontra-se no Anexo II.

TABELA 4.2 – Composição da Água Residuária para Alimentação do Reator nas Condições

I; II ; III; IV e V

Condição de Operação

I II III IV V

Composto

Ia Ib IIa IIb IIc IId - - -

Água Residuária “in

natura”

X X X X X X X X X

Água da rede de

abastecimento

X X X X - - - - -

Sacarose X X X X X X - - -

Extrato de carne X - - - - X - - -

Uréia - X X X X - - - -

Solução salina X X X X X X - - -

(NaHCO

) X X X X X X X X X

Os sinais (X) e (-) indicam, respectivamente, a presença ou a ausência do composto

A solução salina foi preparada com 60 g/L

de cloreto de sódio, 1,63 g/L

de cloreto de

magnésio hexahidratado e 1,08 g/L de cloreto de cálcio dihidratado e armazenada em

recipientes de vidro, em geladeira a 10º C.

4.4.3. Condições de Operação do ASBBR

O ASBBR foi operado em cinco condições distintas. Nas Condições I e II, avaliou-se a

influência do aumento da concentração de matéria orgânica do afluente sobre a estabilidade e

eficiência do reator. Nas Condições III, IV e V, o estudo foi direcionado para uma análise do

comportamento do reator, quando submetido a diferentes estratégias de alimentação da Água

Residuária para Operação do Reator. Em todas as condições de operação, o reator foi

mantido a 30 ± 1º C, com agitação fixa de 400 rpm. Além disso, o ciclo de cada operação foi

de 8 horas (480 minutos), perfazendo ao todo, três ciclos por dia.

A mudança de uma condição para outra acontecia somente após ser atingido o equilíbrio

dinâmico de operação. O monitoramento do reator foi feito com amostras do afluente e do

efluente, medindo-se a concentração de matéria orgânica (C

), a alcalinidade parcial (AP), a

alcalinidade intermediária (AI), a alcalinidade total (AT), a alcalinidade a bicarbonato (AB), a

concentração de ácidos voláteis totais (AVT), a concentração de sólidos totais (ST), a

concentração de sólidos voláteis totais (SVT), a concentração de sólidos em suspensão

voláteis (SSV), além das medidas de pH e do volume descarregado. Estes parâmetros foram

monitorados com uma freqüência de pelo menos três vezes por semana.

4.4.3.1.Operação do ASBBR na Condição I

No início de cada ciclo, o reator foi alimentado com um volume aproximado de 2 L de

afluente (Água Residuária para Operação do Reator na Condição I), durante 10 minutos. O

tempo de reação para a degradação da matéria orgânica foi de 459 minutos. Ao término de

cada ciclo, o efluente foi descarregado também em 10 minutos. Após o esvaziamento do

reator, estabeleceu-se um intervalo de tempo de 1 minuto como segurança no sincronismo de

operação das bombas usadas, controladas por temporizadores, para que então o próximo ciclo

fosse iniciado.

A Condição I foi dividida em duas etapas, de acordo com a composição do afluente

(vide Tabela 4.2):

(I) Condição Ia: nesta etapa, a concentração de matéria orgânica do afluente (Água

Residuária para Operação do Reator na Condição Ia) foi de 1000 mgDQO/L. O

período de operação do ASBBR, em dias e ciclos, e a suplementação da Água

Residuária para Operação do Reator na Condição Ia são apresentados na

Tabela 4.3. Reitera-se o uso de extrato de carne como fonte de nitrogênio. Os

resultados são apresentados no item 5.2 e nos Anexos III, IV e V.

(II) Condição Ib: nesta etapa, manteve-se a concentração de matéria orgânica do

afluente (Água Residuária para Operação do Reator na Condição Ib) em 1000

mgDQO/L, substituindo-se o extrato de carne por uréia, pois a uréia apresenta

um custo cerca de 80 vezes menor que o extrato de carne. O período de

operação, em dias e ciclos, e a suplementação da Água Residuária para

Operação do Reator na Condição Ib são apresentados na Tabela 4.3. Ainda

foram obtidos perfis das variáveis de interesse, conforme discutido no item

5.2.1. Os resultados são apresentados no item 5.2 e nos Anexos III, IV e V.

TABELA 4.3 – Período de operação do ASBBR (em dias e ciclos) e suplementação da Água

Residuária na Operação do Reator na Condição I

Condição Ia Condição Ib

Período (dias) 1 – 4 5 –7 8 –23 24 – 24 25 – 46

Número de ciclos 12 9 48 3 66

Sacarose (g/L) 0,019 0,019 0,129 0,100* 0,100

Extrato de carne (g/L) 0,114 0,114 0,114 0,100* 0

Uréia (g/L) 0 0 0 0 0,100

Solução salina (mL/L) 2,300 2,300 2,300 2,000* 2,000

Suplementação

da Água

Residuária “in

natura”

NaHCO

(g/L) 0,300 0,200 0,200 0,200* 0,200

*condição de suplementação denominada padrão

A suplementação da Água Residuária “in natura” para operação do reator na Condição

I, com 0,1 g/L de sacarose, 0,1 g/L de extrato de carne e 2,0 mL/L de bicarbonato de sódio,

foi adotada como referência, e a condição de operação ministrada nestas circunstâncias

recebeu a denominação de “condição padrão”.

4.4.3.2. Operação do ASBBR na Condição II

Nesta condição, foram mantidos os tempos de alimentação e descarga e o volume

alimentado da condição anterior, sendo esta Condição II subdividida em quatro etapas de

acordo com a composição do afluente (Água Residuária para Operação do Reator nas

Condições IIa, IIb, IIc e IId), conforme apresentado na Tabela 4.2.

(I) Condição IIa: nesta etapa, a concentração de matéria orgânica do afluente (Água

Residuária para Operação do Reator na Condição IIa) foi de 2000mgDQO/L.

O período de operação do ASBBR, em dias e ciclos, e a suplementação da Água

Residuária para Operação do Reator na Condição IIa, são apresentados na

Tabela 4.4. Reitera-se o uso de uréia, em substituição ao extrato de carne, como

fonte de nitrogênio e ressalta-se o aumento da concentração de bicarbonato de

sódio em 2,5 vezes em relação à concentração da “condição padrão”, indicada na

Tabela 4.3, em função da variação da concentração de matéria orgânica dos lotes

recebidos de Água Residuária. Os resultados são apresentados no item 5.3 e nos

Anexos III, IV e V.

(II) Condição IIb: nesta etapa, foram mantidas a concentração de matéria orgânica

do afluente (Água Residuária para Operação do Reator na Condição IIb) e a

uréia, em substituição ao extrato de carne, como fonte de nitrogênio. Houve

duplicação das concentrações de sacarose, uréia e solução salina e o aumento da

concentração de bicarbonato de sódio foi de 2,5 vezes, em relação às

concentrações da “condição padrão”, indicada na tabela 4.3. O período de

operação do ASBBR, em dias e ciclos, e a suplementação da Água Residuária

para Operação do Reator na Condição IIb, são apresentados na Tabela 4.3.

Nesta etapa, ainda foram obtidos perfis das variáveis de interesse, conforme

discutido no 5.3. Os resultados são apresentados no item 5.3 e nos Anexos III,

IV e V.

(III) Condição IIc: nesta etapa, a concentração de matéria orgânica do afluente (Água

Residuária para Operação do Reator na Condição IIc) foi de 1459 ± 313

mgDQO/L. Foi mantida a uréia como fonte de nitrogênio, sendo quadruplicadas

as concentrações de sacarose, uréia, solução salina e bicarbonato de sódio em

relação às concentrações da “condição padrão”, indicada na Tabela 4.3. O

período de operação do ASBBR, em dias e ciclos, e a suplementação da Água

Residuária para Operação do Reator na Condição IIc, são apresentados na

Tabela 4.4. Os resultados são apresentados no item 5.3 e nos Anexos III, IV e V.

(IV) Condição IId: nesta etapa, a concentração de matéria orgânica do afluente (Água

Residuária para Operação do Reator na Condição IId) foi de 2045 ± 192

mgDQO/L. Fora isso, foram mantidas as mesmas condições da etapa anterior,

alterando-se apenas a fonte de nitrogênio, utilizando-se o extrato de carne, no

intuito de se verificar um possível aumento de eficiência de remoção de matéria

orgânica. O período de operação do ASBBR, em dias e ciclos, e a

suplementação da Água Residuária para Operação do Reator na Condição IId,

são apresentados na Tabela 4.4. Os resultados são apresentados no item 5.3 e nos

Anexos III, IV e V.

TABELA 4.4 – Período de operação (em dias e ciclos) e condições de suplementação da

Água Residuária para Operação do Reator na Condição II

Condição IIa IIb IIc IId

Período (dias) 1-12 13-36 37-53 54-65

Número de Ciclos 36 72 51 36

Sacarose (g/L) 0,100 0,200 0,400 0,400

Extrato de carne (g/L) 0 0 0 0,400

Uréia (g/L) 0,100 0,200 0,400 0

Solução salina (mL/L) 2,000 4,000 8,000 8,000

Suplementação

de Água

Residuária “in

natura”

NaHCO

(g/L) 0,500 0,500 0,800 0,800

Nas Condições III, IV e V, o afluente para operação do reator foi a Água Residuária “in

natura”, isenta de sacarose, extrato de carne, uréia e solução salina e foi suplementada apenas

com bicarbonato de sódio, pois devido às variações dos lotes de Água Residuária, foi

decidido que o experimento nestas condições seria dirigido às estratégias de alimentação do

reator.

4.4.3.3. Operação do ASBBR na Condição III

Nesta condição, foram mantidos os tempos de alimentação e descarga, e o volume

alimentado, idênticos aos das Condições I e II. A concentração de matéria orgânica do

afluente (Água Residuária para Operação do Reator na Condição III) foi de 869 ± 199

mgDQO/L. O período de operação do ASBBR, em dias e ciclos, e a suplementação da Água

Residuária para Operação do Reator na Condição III são apresentados na Tabela 4.5. Ainda

foram obtidos perfis das variáveis de interesse, conforme discutido no item 5.4.1. Os

resultados são apresentados no item 5.4 e nos Anexos III, IV e V .

TABELA 4.5 – Período de operação (em dias e ciclos) e condições de suplementação da

Água Residuária para Operação do Reator na Condição III

Condição III

Período (dias) 1-32

Número de Ciclos 96

NaHCO

(g/L)

0,800

4.4.3.4. Operação do ASBBR na Condição IV

Nesta condição, o reator foi inicialmente alimentado com um volume aproximado de 1L

de afluente (Água Residuária para Operação do Reator na Condição IV) em 10 minutos. Esse

volume correspondia a 50% do volume total de afluente que foi tratado, por ciclo, no reator.

Os outros 50% foram carregados em batelada alimentada durante metade do tempo de um

ciclo, ou seja, o litro restante foi alimentado em 4 horas. O tempo de reação para a degradação

da matéria orgânica foi de 459 minutos. Ao término de cada ciclo, o volume de 2L de efluente

foi descarregado em 10 minutos. Para a alimentação em batelada alimentada foi necessário

utilizar uma terceira bomba de diafragma, vide Figura 4.2. As bombas utilizadas foram

controladas por temporizadores.

A concentração de matéria orgânica do afluente (Água Residuária para Operação do

Reator na Condição IV) foi de 858 ± 278 mgDQO/L. O período de operação do ASBBR, em

dias e ciclos, e a suplementação da Água Residuária para Operação do Reator na Condição

IV são apresentados na Tabela 4.6. Ainda foram obtidos perfis das variáveis de interesse,

conforme discutido no item 5.5.1. Os resultados são apresentados no item 5.1 e nos Anexos

III, IV e V.

TABELA 4.6 – Período de operação (em dias e ciclos) e condições de suplementação da

Água Residuária para Operação do Reator na Condição IV

Condição IV

Período (dias) 1-35

Número de Ciclos 105

NaHCO

(g/L)

0,800

4.4.3.5. Operação do ASBBR na Condição V

No início de cada ciclo, o reator foi carregado com um volume aproximado de 1 L de

afluente (Água Residuária para Operação do Reator na Condição V), em batelada alimentada

durante 4 horas, e o outro 1L foi remanescente do ciclo anterior. O tempo de degradação da

matéria orgânica foi de 459 minutos. Ao término de cada ciclo, apenas 1L do efluente foi

descarregado, no tempo de 10 minutos. As bombas utilizadas foram controladas por

temporizadores.

A concentração de matéria orgânica do afluente (Água Residuária para Operação do

Reator na Condição V) foi de 987 ± 115 mgDQO/L. O período de operação do ASBBR, em

dias e ciclos, e a suplementação da Água Residuária para Operação do Reator na Condição V

são apresentados na Tabela 4.7. Ainda foram obtidos perfis das variáveis de interesse,

conforme discutido no 5.6.1. Os resultados são apresentados no item 5.6 e nos Anexos III, IV

e V.

TABELA 4.7 – Período de operação (em dias e ciclos) e condições de suplementação da

Água Residuária para Operação do Reator na Condição V

Condição V

Período (dias) 1-36

Número de Ciclos 108

NaHCO

(g/L)

0,800

4.5. Parâmetros de Operação do ASBBR

Analisando-se as condições de operação do reator, pode-se levantar semelhanças e

diferenças entre elas, conforme apresentado na Tabela 4.8.

TABELA 4.8 – Principais características de processo na operação do reator

Características Principais

de Processo

III

Tempo de operação (dias) 46 65 32 35 36

Número de ciclos 138 195 96 105 108

Concentração média de

matéria orgânica no afluente

(mgDQO/L)

992 ± 49 1897 ± 190 869 ± 199

858 ± 278

987 ± 115

Volume de efluente (L)

1,70 ± 0,08

1,72 ± 0,04

2,00 ± 0,06

2,18 ± 0,05

0,94 ± 0,15

Tempo de Carga Afluente

em Batelada (min)

10 10 10 10 0

Tempo de Carga Afluente

em Batelada Alimentada

(min)

0 0 0 240 240

Tempo de Descarga (min)

10 10 10 10 10

Suplementação de

Alcalinidade

Ver Tabela

4.3

Ver Tabela

4.4

Ver Tabela

4.5

Ver Tabela

4.6

Ver Tabela

4.7

Suplementação de

Nutrientes

Ver Tabela

4.3

Ver Tabela

4.4

- - -

Condição

4.6. Perfis ao Longo do Ciclo de Operação do Reator

Depois de atingida a estabilidade operacional do sistema, a qual foi verificada pela

obtenção de valores aproximadamente constantes para as variáveis monitoradas do efluente,

foram realizados perfis das variáveis de interesse. Os perfis foram obtidos através da retirada

de amostras ao longo de um ciclo de operação.

As variáveis de interesse foram as concentrações de matéria orgânica na forma filtrada,

de alcalinidade a bicarbonato e de ácidos voláteis totais e intermediários, além do pH e das

concentrações e frações molares de metano e gás carbônico.

Esses perfis possibilitaram uma melhor compreensão das rotas de degradação da matéria

orgânica ao longo de um ciclo de operação do ASBBR, além de permitirem a obtenção das

constantes dos modelos cinéticos ajustados a esses perfis.

As amostras retiradas para obtenção dos perfis anteriormente citados foram coletadas

em intervalos de tempo variáveis, conforme descrito a seguir :

(I) perfis de concentração de matéria orgânica (em termos de DQO), de alcalinidade

(AP, AI, AT e AB), de ácidos voláteis intermediários (AV) e totais AVT e pH:

de 30 em 30 minutos, durante as três primeiras horas de operação, de 60 em 60

minutos na hora seguinte e de 90 em 90 minutos no restante do ciclo. O volume

de amostras ficou sempre abaixo dos 10% do volume de afluente (Água

Residuária para Operação do Reator nas Condições I, II, III, IV e V)

alimentado. Os resultados são apresentados nos itens 5.2.1; 5.3.1; 5.4.1; 5.5.1;

5.6.1 e no Anexo V.

(II) perfil de biogás: 30 em 30 minutos, durante as três primeiras horas de operação,

e de 60 em 60 minutos nas três horas seguintes, além de uma última amostra

com sete horas e meia de ciclo. Os resultados são apresentados nos itens 5.2.1;

5.3.1; 5.4.1; 5.5.1; 5.6.1 e no Anexo V.

Após obtenção destes perfis, a condição de operação era alterada, dando início a uma

outra condição.

4.7. Análise dos resultados experimentais

Os resultados experimentais obtidos no monitoramento do sistema e nos perfis ao longo

do ciclo de cada condição operacional, ou seja, com diferentes períodos de enchimento do

reator, foram analisados com base nos princípios da digestão anaeróbia, avaliando-se a

influência da estratégia de alimentação sobre estabilidade e desempenho do sistema, com

atenção aos ácidos voláteis intermediários no processo de conversão da matéria orgânica a

biogás.

Os parâmetros cinéticos obtidos nos perfis ao longo do ciclo foram analisados com base

nas velocidades de conversão da matéria orgânica, obtida através de ajustes matemáticos às

curvas transientes.

CAPÍTULO 5

RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1. Análise da Água Residuária “in natura”

A Água Residuária “in natura”, segundo informações da indústria automobilística,

apresentava concentração de matéria orgânica para amostras não filtradas de 1400 mgDQO/L

e concentração de sólidos em suspensão totais de 55 mg/L. Porém, esses valores não se

confirmaram na prática.

Os lotes de Água Residuária “in natura” que eram trazidos para o laboratório de

Engenharia Bioquímica da EEM-IMT, onde foi desenvolvido este projeto, foram analisados

um a um, determinando-se a concentração de matéria orgânica e o pH. Além disso, foram

realizadas análises de sólidos em dois lotes, escolhidos por amostragem. Os resultados são

apresentados no Anexo I.

A concentração média de matéria orgânica encontrada nos lotes de Água Residuária “in

natura” foi de 1619 ± 754 mgDQO/L. Pelo desvio padrão obtido, nota-se que a variação de

matéria orgânica de um lote para outro foi considerável. Para se ter uma idéia da amplitude

dessa variação, o maior valor de concentração de matéria orgânica obtido foi de 4572,1

mgDQO/L e o menor de 613,8 mgDQO/L. Desse modo, conclui-se que a Água Residuária

“in natura”, não atendeu aos padrões de lançamento estabelecidos pelo CONAMA

(Conselho Nacional do Meio Ambiente), comprometendo a qualidade das águas do corpo

receptor.

A concentração de sólidos em suspensão totais (SST) também variou bastante. Os

valores obtidos para os lotes 15 e 18, escolhidos por amostragem, foram de 62 mg/L e 128

mg/L, respectivamente. Resultados de monitoramento das Condições III, IV e V também

podem ser usados para reforçar essa idéia, visto que, nessas condições, o afluente usado foi a

Água Residuária “in natura”, isenta de nutrientes (sacarose, extrato de carne, uréia e solução

salina) e suplementada apenas com bicarbonato de sódio. Os valores médios obtidos foram 25

± 3 mg/L, 76 ± 12 mg/L e 23 ± 4 mg/L para as Condições III, IV e V, respectivamente.

Além disso, foi determinada a concentração média de sólidos em suspensão

sedimentáveis do lote 60, com o auxílio de um cone Imhoff. O resultado, diferentemente do

obtido pelo método gravimétrico, foi expresso em mL/L. O lote 60 foi escolhido por

amostragem e o valor médio obtido para esse lote foi de 0,8 mL/L. Já o pH demonstrou uma

boa estabilidade, ficando na faixa de 7,5 ± 0,7.

As análises acima relatadas, a respeito dos lotes de Água Residuária “in natura”,

justificam a dificuldade de operação do reator com valores fixos de concentração de matéria

orgânica, o que somente se comprovou a partir da metade da Condição II.

Na Condição I, todos os lotes usados apresentaram concentração de matéria orgânica

acima de 1000 mgDQO/L, sendo diluídos com água da rede de abastecimento público para se

adequarem às condições de operação. Na Condição II, o procedimento adotado foi o mesmo,

mas para uma concentração de matéria orgânica de 2000 mg/L. Contudo, metade dos lotes

usados apresentou-se abaixo desse valor, tornando desnecessária a diluição. Nas Condições

III, IV e V, concluiu-se que suplementar os lotes de Água Residuária “in natura” com o

objetivo único de se atingir o valor de 2000 mgDQO/L descaracterizaria o afluente tratado, de

modo que os mesmos passaram a ser usados com sua concentração de matéria orgânica

original.

5.2. Operação do ASBBR na Condição I

Na Condição I, o reator foi operado por 46 dias (138 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição I, com concentração de matéria orgânica de 1000

mgDQO/L. A composição do afluente e os parâmetros de operação são apresentados nas

Tabelas 4.3 e 4.8., respectivamente. Reitera-se, que a Condição I foi dividida em duas etapas,

Condição Ia e Condição Ib, de acordo com a composição do afluente, vide Tabela 4.3.

Os resultados do monitoramento das variáveis de interesse do afluente e do efluente,

obtidos na Condição I, são apresentados nas Tabelas 5.1 (Condição Ia) e 5.2 (Condição Ib), e

nas Figuras 5.1 e 5.2.. A relação completa dos resultados de monitoramento do afluente e do

efluente encontra-se nos Anexos III e IV.

A Figura 5.1 apresenta a variação da concentração de matéria orgânica (C

) em termos

de amostras não filtradas e filtradas do efluente ao longo do período de operação do reator na

Condição I, enquanto que a Figura 5.2, mostra a variação da eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε

) para amostras não filtradas e (ε

) para amostras filtradas, durante o mesmo

período.

TABELA 5.1 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição Ia

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 1030 ± 55

(14)

145 ± 15

(14)

(%)

- 86 ± 1

(14)

(mgDQO/L) - 119 ± 16

(14)

(%)

- 88 ± 2

(14)

AVT (mgHAc/L) 122 ± 28

(18)

20 ± 5

(15)

AB (mgCaCO

/L) 208 ± 48

(18)

437 ± 59

(15)

AI/AP 0,7 ± 0,2

(18)

0,28 ± 0,05

(15)

pH 7,6 ± 0,3

(18)

7,3 ± 0,1

(15)

Volume (L) 2,00

1,65 ± 0,09

(10)

• Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

TABELA 5.2 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição Ib

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 954 ± 44

(14)

186 ± 32

(14)

(%)

- 82 ± 3

(14)

(mgDQO/L) - 164 ± 31

(14)

(%)

- 84 ± 3

(14)

AVT (mgHAc/L) 137 ± 19

(13)

28 ± 11

(10)

AB (mgCaCO

/L) 191 ± 21

(13)

570 ± 53

(10)

AI/AP 0,9 ± 0,2

(13)

0,29 ± 0,04

(10)

pH 7,6 ± 0,2

(13)

7,5 ± 0,1

(10)

ST (mg/L)

1555 ± 81

(2)

1185 ± 69

(2)

SVT (mg/L)

660 ± 3

(2)

379 ± 27

(2)

SST (mg/L)

29 ± 4

(2)

64 ± 8

(2)

SSV (mg/L)

16 ± 6

(2)

56 ± 11

(2)

Volume (L) 2,00

1,74 ± 0,06

(15)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

FIGURA 5.1 – Concentração de matéria orgânica na Condição I

FIGURA 5.2 – Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição I

Na Condição Ia, a composição da Água Residuária para Operação do Reator na

Condição I foi alterada em quatro oportunidades, conforme indicado na Tabela 4.3, até que

se chegasse à condição otimizada, descrita no item 4.4.3.1. A princípio, o reator foi operado

por 4 dias (12 ciclos). Em seguida, foi diminuída a suplementação de bicarbonato de sódio e,

nessa nova condição, o reator foi operado por 3 dias (9 ciclos). Na seqüência, foi aumentada

a suplementação de sacarose, sendo o reator operado por 16 dias (48 ciclos). Por fim, optou-se

pela diminuição da suplementação de sacarose, extrato de carne e solução salina e, também,

200

400

600

800

1000

0 8 16 24 32 40 48

Tempo (d)

Cs (mgD QO/L)

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

Ia Ib

100

0 8 16 24 32 40 48

Tem po (d )

(% )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

Ia I b

pela manutenção da suplementação de bicarbonato de sódio. Nessa condição, denominada

“condição padrão”, o reator operou por 1 dia (3 ciclos), apenas para ajuste do sistema.

As variações da composição da Água Residuária para Operação do Reator na Condição

I, na Condição Ia, apresentadas na Tabela 4.3, visaram a otimização da quantidade de

sacarose, extrato de carne , solução salina e bicarbonato de sódio suplementados ao afluente.

Além disso, em todas elas, foi utilizado o extrato de carne como fonte de nitrogênio, vide

Tabela 4.2. De modo geral, na Condição Ia, o reator foi operado por 24 dias (72 ciclos),

apresentando eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 88 ±

2%.

No 25º dia de operação teve início a Condição Ib, com a troca da fonte de nitrogênio de

extrato de carne para uréia, vide Tabela 4.2. O intuito foi o de reduzir os custos de tratamento

da Água Residuária para Operação do Reator, já que o valor comercial do extrato de carne é

relativamente alto. A suplementação dos demais compostos foi mantida, vide Tabela 4.3.

Nesta etapa, o sistema foi operado por 22 dias (66 ciclos), apresentando uma eficiência de

remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 84 ± 3%.

Observa-se nas Tabelas 5.1 e 5.2, que os valores médios de concentração de matéria

orgânica para amostras filtradas e não filtradas do efluente são próximos, indicando que a

retenção de sólidos no sistema foi relativamente eficiente. Além disso, observa-se, também,

que houve geração de alcalinidade no sistema, o que se verifica comparando-se os valores

médios de alcalinidade a bicarbonato do afluente e do efluente. Nota-se que o valor obtido

para o efluente é aproximadamente 2,1 vezes maior que o valor obtido para o afluente, na

Condição Ia, e praticamente 3 vezes maior na Condição Ib. A concentração média de ácidos

voláteis totais no efluente diminuiu, apresentando um valor 6,1 vezes menor em relação ao

afluente na Condição Ia, e 4,9 vezes menor, na Condição Ib. Obviamente, os valores de

alcalinidade e concentração de ácidos voláteis variaram muito durante o período de operação

do reator nas Condições Ia e Ib, por dependerem diretamente das condições em que se

encontravam os lotes de Água Residuária “in natura” , conforme discutido no item 5.1.

Depois de atingida a estabilidade operacional do sistema, confirmada através da

obtenção de valores aproximadamente constantes para as variáveis monitoradas, foi avaliado

o comportamento do reator durante um ciclo de operação, conforme mostrado a seguir.

5.2.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição I

A Figura 5.3 apresenta o resultado do perfil de concentração de matéria orgânica (C

)

para amostras filtradas, realizado em duplicata ao longo dos 96º e 135º ciclos de operação do

reator na Condição I, mais especificamente na Condição Ib, com suplementação da Água

Residuária para Operação do Reator na Condição Ib, conforme indicado na Tabela 4.3. A

concentração de matéria orgânica no início do ciclo foi de 664,5 mgDQO/L, em função da

espuma ainda molhada que diluiu a concentração e a concentração residual foi de 177,3

mgDQO/L, em valores médios. Os resultados destes perfis encontram-se no Anexo V.

FIGURA 5.3 – Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição I

A Figura 5.4 apresenta os valores médios de concentração de ácidos voláteis

intermediários e totais, obtidos pelo método cromatográfico. Os perfis foram obtidos, em

duplicata, ao longo dos 96º e 135º ciclos, para amostras filtradas. Ressalta-se, que a

concentração de ácidos voláteis totais, neste caso, é a soma dos ácidos intermediários

presentes (acético, propiônico, isobutírico, butírico e capróico). A Figura 5.5 apresenta os

perfis de concentração de ácidos voláteis encontrados no reator. Assim, enquanto a Figura 5.5

apresenta apenas a variação da concentração dos voláteis totais, ao longo de dois ciclos de

operação, na Figura 5.4 é possível observar o comportamento individual de cada um dos

ácidos voláteis.

Dentre os ácidos voláteis intermediários, o ácido acético foi o encontrado em maior

abundância, indicando a ocorrência da acetogênese.

200

400

600

800

100 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Temp o (h)

C s (mgD QO/L )

Ciclo 96º

Ciclo 135º

Comparando os resultados dos perfis apresentados nas Figuras 5.4 e 5.5, observa-se que

os valores médios de concentração máxima de ácidos voláteis totais foram bem próximos,

cerca de 186 mg/L pelo método cromatográfico e 175 mgHAc/L pelo método titulométrico.

Além disso, a concentração média residual de ácidos voláteis totais obtida pelo método

titulométrico foi superior (cerca de 50 mgHAc/L) à concentração obtida pela análise

cromatográfica. A diferença entre estes valores pode ser justificada pela não detecção de

algum ácido volátil, utilizando-se a análise cromatográfica, ou pela titulação de outra

substância, como um sal de caráter ácido, por exemplo, no método titulométrico. Os

resultados dos perfis de concentração de ácidos voláteis encontram-se no Anexo V.

FIGURA 5.4 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição I

120

160

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV (mg/L)

Acétic o

Propiônico

Isobutíric o

Butírico

Capróic o

Totais

FIGURA 5.5 – Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição I

A Figura 5.6 apresenta o perfil de alcalinidade a bicarbonato, realizado em duplicata, ao

longo dos 99º e 120º ciclos de operação do reator na Condição I. Observa-se, que o sistema

gerou alcalinidade, passando de 276 mgCaCO

/L para 586 mgCaCO

/L, em valores médios.

O aumento da alcalinidade a bicarbonato foi evidente nas primeiras horas de ciclo,

diminuindo de intensidade nas horas restantes. Os resultados destes perfis encontram-se no

Anexo V.

FIGURA 5.6 – Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição I

100

150

200

250

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV T (mgHAc/L)

Ciclo 99º

Ciclo 120º

200

400

600

800

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AB (mgC aC O

/L)

Ciclo 99º

Ciclo 120º

A Figura 5.7 mostra os valores de pH do sistema, obtidos em duplicata, ao longo do 99º

e 120° ciclos de operação do reator na Condição I. Confrontando os resultados dos perfis de

pH e concentração de ácidos voláteis, nota-se que existe uma relação mútua entre essas

variáveis. O menor valor de pH, próximo aos 60 minutos do início do ciclo, coincidem com o

valor máximo de concentração de ácidos voláteis totais. Observa-se que, até este período de

tempo, houve um acúmulo dos mesmos devido à acidogênese. A seguir, estes ácidos foram

consumidos nasetapas posteriores de acidogênese e metanogênese , havendo um aumento nos

valores de pH até o término do ciclo de operação. Os resultados dos perfis de pH encontram-

se no Anexo V.

FIGURA 5.7 – Perfil de pH na Condição I

As Figuras 5.8 e 5.9 apresentam, respectivamente, os resultados dos perfis de

concentração e fração molar de metano e gás carbônico, realizados em duplicata, ao longo dos

132º e 177º ciclos de operação do reator, tendo sido utilizados os valores médios entre os

ciclos. Observa-se, que ao final do ciclo, a composição do biogás gerado foi de 65% de

metano e 35% de gás carbônico. A produção de metano pelo sistema indica que as condições

impostas foram favoráveis à conversão da matéria orgânica por vias anaeróbias. Os resultados

desses perfis encontram-se no Anexo V.

7,0

7,5

8,0

0 1 2 3 4 5 6 7

Tempo (h)

Ciclo 99º

Ciclo 120º

FIGURA 5.8 – Perfil de metano e gás carbônico na Condição I

FIGURA 5.9 – Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição I

A partir dos resultados dos perfis, pode-se observar que o sistema comportou-se de

maneira satisfatória na Condição I, ocorrendo geração de alcalinidade, consumo de ácidos

voláteis, produção de metano e gás carbônico e boa eficiência de remoção de matéria

orgânica.

100

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

117º ciclo

132º ciclo

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

117º ciclo

132º ciclo

[CH4/CO2] (mMol/L)

Fração Molar CH4/CO2(%)

5.3. Operação do ASBBR na Condição II

Na Condição II, o reator foi operado por 65 dias (195 ciclos) tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição II, com concentração de 1500 a 2000 mgDQO/L. A

composição do afluente e os parâmetros de operação são apresentados nas Tabelas 4.4 e 4.8,

respectivamente. Reitera-se que a Condição II foi dividida em quatro etapas: Condição IIa,

Condição IIb, Condição IIc e Condição IId, de acordo com a composição do afluente.

Os valores médios das variáveis monitoradas no afluente e no efluente, durante o

monitoramento do reator, são apresentados nas Tabelas 5.3 a 5.6 e nas Figuras 5.10 e 5.11. A

relação completa desses valores encontra-se nos Anexos III e IV.

TABELA 5.3 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição IIa

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 2022 ± 167

(8)

657 ± 39

(8)

(%)

- 67 ± 3

(8)

(mgDQO/L) - 623 ± 44

(8)

(%)

- 69 ± 3

(8)

AVT (mgHAc/L) 386 ± 50

(5)

245 ± 35

(6)

AB (mgCaCO

/L) 439 ± 69

(5)

732 ± 73

(6)

AI/AP 1,1 ± 0,3

(5)

0,55 ± 0,07

(6)

pH 7,2 ± 0,4

(5)

7,37 ± 0,06

(6)

ST (mg/L)

2438 ± 153

(2)

2176 ± 59

(2)

SVT (mg/L)

1096 ± 8

(2)

1037 ± 92

(2)

SST (mg/L)

83 ± 13

(2)

104 ± 34

(2)

SSV (mg/L)

29 ± 4

(2)

68 ± 3

(2)

Volume (L) 2,00

1,77 ± 0,03

(7)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

TABELA 5.4 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição IIb

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 2062 ± 89

(13)

639 ± 67

(13)

(%)

- 69 ± 2

(13)

(mgDQO/L) - 591 ± 71

(13)

(%)

- 71 ± 3

(13)

AVT (mgHAc/L) 258 ± 59

(13)

221 ± 56

(13)

AB (mgCaCO

/L) 349 ± 21

(13)

792 ± 69

(13)

AI/AP 1,0 ± 0,2

(13)

0,56 ± 0,08

(13)

pH 7,2 ± 0,2

(13)

7,27 ± 0,08

(13)

ST (mg/L)

2520 ± 178

(4)

1956 ± 123

(4)

SVT (mg/L)

1199 ± 53

(4)

887 ± 109

(4)

SST (mg/L)

54 ± 13

(4)

76 ± 5

(4)

SSV (mg/L)

22 ± 3

(4)

60 ± 13

(4)

Volume (L) 2,00

1,70 ± 0,03

(14)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

TABELA 5.5 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição IIc

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 1459 ± 313

(11)

463 ± 122

(11)

(%)

- 68 ± 3

(11)

(mgDQO/L) - 403 ± 102

(11)

(%)

- 72 ± 2

(11)

AVT (mgHAc/L) 144 ± 32

(10)

101 ± 48

(11)

AB (mgCaCO

/L) 600 ± 23

(10)

1177 ± 54

(11)

AI/AP 0,41 ± 0,06

(10)

0,33 ± 0,05

(11)

pH 7,9 ± 0,2

(10)

7,57 ± 0,07

(11)

ST (mg/L)

3201 ± 192

(4)

2111 ± 168

(3)

SVT (mg/L)

1576 ± 164

(4)

826 ± 137

(3)

SST (mg/L)

65 ± 12

(4)

110 ± 9

(3)

SSV (mg/L)

38 ± 7

(4)

98 ± 2

(3)

Volume (L) 2,00

1,62 ± 0,06

(13)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

TABELA 5.6 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição IId

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 2045 ± 192

(10)

717 ± 54

(10)

(%)

- 65 ± 3

(10)

(mgDQO/L) - 620 ± 65

(10)

(%)

- 70 ± 3

(10)

AVT (mgHAc/L) 211 ± 55

(9)

166 ± 28

(10)

AB (mgCaCO

/L) 596 ± 15

(9)

936 ± 81

(10)

AI/AP 0,53 ± 0,07

(9)

0,48 ± 0,03

(10)

pH 7,7 ± 0,2

(9)

7,23 ± 0,07

(10)

ST (mg/L)

3618 ± 45

(2)

2551 ± 112

(3)

SVT (mg/L)

1700 ± 25

(2)

943 ± 12

(3)

SST (mg/L)

54 ± 11

(2)

101 ± 7

(3)

SSV (mg/L)

31 ± 7

(2)

70 ± 7

(3)

Volume (L) 2,00

1,52 ± 0,04

(10)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

A Figura 5.10 apresenta a variação da concentração de matéria orgânica (C

), para

amostras não filtradas e filtradas do efluente ao longo do período de operação do reator na

Condição II, enquanto a Figura 5.11 mostra a variação da eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε) para amostras filtradas e não filtradas no mesmo período.

FIGURA 5.10 – Concentração de matéria orgânica na Condição II

FIGURA 5.11 – Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição II

Na Condição IIa, o reator foi operado por 12 dias (36 ciclos), apresentando eficiência

média de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 69 ± 3%. Reitera-se o uso de

uréia, em substituição ao extrato de carne como fonte de nitrogênio e, ressalta-se o aumento

da suplementação de bicarbonato de sódio em 2,5 vezes em relação à concentração da

“condição padrão”, descrita no item 4.4.3.1.

Na Condição IIb, o sistema operou por 24 dias (72 ciclos), com o dobro de

400

800

1200

1600

2000

0 10 2 0 30 40 50 60 70

Temp o (d)

Cs (mgD QO/L )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

IIa I Ib IIc II d

100

0 10 20 30 40 5 0 6 0 70

Tem po (d)

(%)

Efluente não filt rado

Efluente filtrado

II dI I cII bIIa

suplementação de sacarose, uréia, e solução salina, em relação às suplementações da

“condição padrão”. O resultado da eficiência média de remoção de matéria orgânica foi

praticamente inalterado, com um valor de 71 ± 3%. A suplementação de bicarbonato de sódio

foi mantida em 2,5 vezes a suplementação da “condição padrão”, vide Tabela 4.4.

Na Condição IIc, com o intuito de aumentar a eficiência de remoção de matéria

orgânica, as suplementações de sacarose, uréia , solução salina e bicarbonato de sódio foram

quadruplicadas em relação às suplementações da “condição padrão”. Nesta etapa, o sistema

operou por 17 dias (51 ciclos) e a eficiência média de remoção de matéria orgânica para

amostras filtradas foi de 72 ± 2%.

Na Condição IId, a fonte de nitrogênio usada na suplementação da Água Residuária

para Operação do Reator na Condição II voltou a ser o extrato de carne, vide Tabela 4.2. O

reator foi operado por 12 dias (36 ciclos), apresentando uma diminuição da eficiência de

remoção de matéria orgânica para 70 ± 3%. Esperava-se que a alteração da fonte de

nitrogênio aumentasse a eficiência média de remoção, visto que o extrato de carne é uma

fonte de nitrogênio nutricionalmente mais completa que a uréia, porém, não foi o que ocorreu.

A diminuição da eficiência, no entanto, pode ser justificada pelas variações das características

físicas e químicas dos lotes de Água Residuária “in natura”, conforme discutido no item 5.1.

Observa-se nas Tabelas 5.3 a 5.6 que os valores médios de concentração de matéria

orgânica, para amostras filtradas e não filtradas do efluente nas Condições IIa, IIb, IIc e IId,

são próximos, indicando que a retenção de sólidos no sistema foi relativamente eficiente.

Além disso, observa-se também que houve geração de alcalinidade no sistema, o que se

verifica comparando os valores médios de alcalinidade a bicarbonato do afluente e do

efluente. O valor obtido para o efluente é aproximadamente 2,3 vezes maior que o obtido para

a afluente, na Condição IIb, e praticamente 1,6 vezes maior na Condição IId. A concentração

média de ácidos voláteis totais diminuiu, apresentando um valor 1,6 vezes menor em relação

ao afluente na Condição IIa, e 1,4 vezes menor na Condição IIc. Obviamente, os valores de

alcalinidade e concentração de ácidos voláteis variaram muito durante o período de operação

do reator na Condição II, por dependerem diretamente das condições em que se encontravam

os lotes de Água Residuária “in natura”, conforme discutido no item 5.1. Observa-se na

Figura 5.10, que a concentração de matéria orgânica do efluente variou muito durante o

período analisado, principalmente ao longo da Condição IIc. Esta variação foi ocasionada

pela variação na concentração de matéria orgânica do afluente.

Depois de atingida a estabilidade operacional do sistema, confirmada através da

obtenção de valores aproximadamente constantes para as variáveis monitoradas, avaliou-se o

comportamento do reator durante um ciclo de operação, conforme mostrado a seguir.

5.3.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição II

A Figura 5.12 apresenta o resultado dos perfis de concentração de matéria orgânica (C

)

para amostras filtradas, realizados longo dos 72º e 102º ciclos de operação do reator na

Condição II. A concentração de matéria orgânica no início do ciclo foi de 1532,4 mgDQO/L e

a concentração residual foi de 599,8 mgDQO/L, em valores médios. Os resultados deste e dos

outros perfis encontram-se no Anexo V.

Observa-se que a concentração média residual de matéria orgânica na Condição II foi

maior se comparada à da Condição I. Tal fato se deve à concentração de matéria orgânica do

afluente , que foi de 1000mgDQO/L na Condição I e 2000 mgDQO/L na Condição II.

FIGURA 5.12 – Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição II

A Figura 5.13 apresenta os perfis de concentração média dos ácidos voláteis

intermediários, obtidos pelo método cromatográfico ao longo dos 72º e 102º ciclos. Observa-

se que o ácido acético foi o mais abundante em relação aos demais (propiônico, isobutírico,

butírico e o capróico). A concentração de ácidos voláteis totais, neste caso, é a soma dos

400

800

120 0

160 0

200 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

C s (mgD QO/L )

Ciclo 72º

Ciclo 102º

ácidos intermediários já citados. A Figura 5.14 apresenta os perfis de concentração de ácidos

voláteis totais, obtidos pelo método titulométrico ao longo dos 75º e 96º ciclos, para amostras

não filtradas.

Comparando os resultados dos perfis apresentados nas Figuras 5.13 e 5.14, observa-se

que a concentração média máxima de ácidos voláteis totais, ocorrida a 2,5 horas do início dos

ciclos, foi muito diferente, cerca de 628 mg/L pelo método cromatográfico, e 371 mgHAc/L,

pelo método titulométrico. Essa diferença de concentração pode ter sido ocasionada na etapa

de aquecimento da amostra, quando utilizou-se o método titulométrico, com a liberação de

parte dos ácidos junto com o CO

Além disso, a concentração média residual de ácidos

voláteis foi de 362 mg/L, pelo método cromatográfico, e 212 mgHAc/L, pelo método

titulométrico. Com base nos experimentos realizados por RODRIGUES et al. (2003), os

autores afirmam que os resultados alcançados nas análises realizadas pelo método

titulométrico no caso de baixas cargas orgânicas são mais confiáveis do que os obtidos pelo

método cromatográfico.

FIGURA 5.13 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição II

200

400

600

800

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV (mg/L)

Acétic o

Propiônico

Isobutíric o

Butíric o

Capróic o

Totais

FIGURA 5.14 – Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição II

A análise dos perfis de concentração de ácidos voláteis permite observar que houve

geração dos mesmos, devido à acidogênese, até aproximadamente 2,5 horas do início do ciclo.

No restante do ciclo, isto é, por 5,5 horas estes ácidos foram parcialmente consumidos na

metanogênese. As concentrações residuais de matéria orgânica e ácidos voláteis totais,

conforme se observa nas Figuras 5.13 e 5.14, mostram que para a concentração de 2000

mgDQO/L do afluente, o tempo de ciclo de 8 horas pareceu insuficiente, devendo ser

aumentado.

A Figura 5.15 apresenta o resultado dos perfis de alcalinidade a bicarbonato, realizado

em duplicata, ao longo dos 75º e 96º ciclos. Observa-se que o sistema gerou alcalinidade,

passando de 459 mgCaCO

/L para 746 mgCaCO

/L, em valores médios.

100

200

300

400

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV T (mgHAc/L)

Ciclo 75º

Ciclo 96º

FIGURA 5.15 – Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição II

A Figura 5.16 mostra os valores de pH do sistema, obtidos em duplicata, ao longo do

75º e 96º ciclos de operação do reator na Condição II. Confrontando os resultados dos perfis

de pH e a concentração de ácidos voláteis, nota-se, que existe uma relação mútua entre essas

variáveis, visto que o menor valor de pH e o maior valor de concentração de ácidos voláteis

ocorreram praticamente ao mesmo tempo. Depois de atingir seu menor valor, entre 1,5 e 2,5

horas do início do ciclo, o pH aumentou continuamente até o final do ciclo de 8 horas.

FIGURA 5.16 – Perfil de pH na Condição II

200

400

600

800

1000

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AB (mgC aC O

/L)

Ciclo 75º

Ciclo 96º

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

Ciclo 75º

Ciclo 96º

FIGURA 5.17 – Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição II

As Figuras 5.17 e 5.18 apresentam os resultados dos perfis de concentração e de fração

molar de metano e gás carbônico, realizados em duplicata, ao longo do 93º e 105º ciclos de

operação. A diminuição dos valores de concentração, após 5 horas de operação a partir do

início do ciclo, foi devido a um erro na aplicação do método cromatográfico. A produção de

biogás é cumulativa e, portanto, desde que o reator esteja devidamente vedado, não se

justifica uma queda de concentração de metano e gás carbônico durante a elaboração do

perfil. Essa queda foi motivada por um problema de vazamento na seringa de injeção de

amostras, não havendo possibilidade de troca da mesma, no período considerado. Apesar

disso, nota-se que a produção de metano foi maior que a produção de gás carbônico, de modo

que, ao final do ciclo, a composição do biogás gerado foi de 74% de metano e 26% de gás

carbônico, em média. A produção de metano pelo sistema indica que as condições impostas

foram favoráveis à conversão da matéria orgânica por vias anaeróbias.

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

Ciclo 93º

Ciclo 105º

[CH4/CO2](mMol/L)

FIGURA 5.18 – Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição II

A partir dos resultados dos perfis, pode-se observar que o sistema comportou-se de

maneira satisfatória, ocorrendo geração de alcalinidade, consumo de ácidos voláteis, produção

de metano e gás carbônico e razoável eficiência de remoção de matéria orgânica.

100

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

93º ciclo

105º ciclo

Fração Molar CH4/CO2(%)

5.4. Operação do ASBBR na Condição III

Na Condição III, o reator foi operado por 32 dias (96 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição III isenta de sacarose, extrato de carne, uréia e solução

salina e suplementada apenas com bicarbonato de sódio, vide Tabela 4.5.

A composição do afluente e os parâmetros de operação são apresentados nas Tabelas 4.5

e 4.8, respectivamente. Além disso, os resultados do monitoramento das variáveis de interesse

do afluente e do efluente são apresentados na Tabela 5.7 e nas Figuras 5.19 e 5.20. A relação

completa dos resultados do monitoramento do afluente e do efluente encontra-se nos Anexos

III e IV.

TABELA 5.7 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição III

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 869 ± 199

(20)

217 ± 38

(20)

(%)

- 74 ± 4

(20)

(mgDQO/L) - 186 ± 36

(20)

(%)

- 78 ± 3

(20)

AVT (mgHAc/L) 136 ± 40

(19)

23 ± 4

(17)

AB (mgCaCO

/L) 563 ± 35

(19)

669 ± 59

(17)

AI/AP 0,48 ± 0,05

(19)

0,35 ± 0,04

(17)

pH 7,8 ± 0,1

(19)

7,37 ± 0,06

(17)

ST (mg/L)

1968 ± 258

(4)

1745 ± 151

(7)

SVT (mg/L)

789 ± 153

(4)

657 ± 51

(7)

SST (mg/L)

25 ± 3

(4)

71 ± 13

(7)

SSV (mg/L)

16 ± 2

(4)

61 ± 6

(7)

Volume (L) 2,0

2,00 ± 0,06

(26)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

FIGURA 5.19 – Concentração de matéria orgânica na Condição III

FIGURA 5.20 – Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição III

Observa-se pelos resultados que o ASBBR com agitação mecânica, foi eficiente no

tratamento da Água Residuária para Operação do Reator na Condição III, sem

suplementação de extrato de carne ou uréia, sacarose, solução de sais e suplementada apenas

com bicarbonato de sódio, apresentando eficiência média de remoção de matéria orgânica

para amostras filtradas de 78 ± 3%. Além disso, os valores médios de concentração de matéria

orgânica, para amostras filtradas e não filtradas do efluente são próximos, indicando que

houve retenção de sólidos no sistema.

200

400

600

800

1000

0 3 6 9 12 15 18 21 2 4 27 30 33

Tem po (d)

Cs (mgD QO/L )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

100

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33

Tempo (d)

(% )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

A Tabela 5.7 revela ainda que houve geração de alcalinidade no sistema, o que se

verifica comparando os valores médios de alcalinidade a bicarbonato do afluente e do

efluente. Nota-se, que o valor obtido para o efluente é aproximadamente 1,2 vezes maior que

o valor obtido pelo afluente. Em contrapartida, a concentração média de ácidos voláteis totais

diminuiu, apresentando um valor 5,9 vezes menor em relação ao afluente. Obviamente, os

valores de alcalinidade e concentração de ácidos voláteis variaram muito durante o período de

operação do reator, por dependerem diretamente das condições em que se encontravam os

lotes de Água Residuária “in natura”, conforme discutido no item 5.1.

Depois de atingida a estabilidade operacional do sistema, confirmada através da

obtenção de valores aproximadamente constantes para as variáveis monitoradas, avaliou-se o

comportamento do reator durante um ciclo de operação, conforme mostrado a seguir.

5.4.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição III

A Figura 5.21 apresenta o resultado do perfil de concentração de matéria orgânica (C

)

para amostras filtradas, realizado em duplicata, ao longo do 77º e 89º ciclos de operação do

reator na Condição III. A concentração de matéria orgânica no início do ciclo foi de 738,3

mgDQO/L e a concentração residual foi de 194,4 mgDQO/L, em valores médios. Os

resultados deste e de outros perfis encontram-se no Anexo V.

FIGURA 5.21 – Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição III

200

400

600

800

100 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

C s (mgD QO/L )

Ciclo 77º

Ciclo 89º

A Figura 5.22 apresenta o perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários,

obtidos pelo método cromatográfico, ao longo do 77º ciclo. Observa-se, que o ácido acético

foi o mais abundante em relação aos demais (propiônico, isobutírico e butírico). A

concentração de ácidos voláteis totais, neste caso, é a soma dos ácidos intermediários já

citados. A Figura 5.23 apresenta os perfis de concentração de ácidos voláteis totais, obtidos

pelo método titulométrico, ao longo do 92º e 95º ciclos, para amostras não filtradas.

Comparando os resultados dos perfis apresentados nas Figuras 5.22 e 5.23, observa-se

que os valores médios de concentração máxima de ácidos voláteis totais foram relativamente

próximos, ou seja, cerca de 162 mg/L, pelo método cromatográfico e 142 mgHAc/L, pelo

método titulométrico. Além disso, a concentração média residual de ácidos voláteis obtida

pelo método titulométrico foi de 29,4 mgHAc/L. A diferença entre os valores de concentração

residual obtidos pelos dois métodos utilizados pode ser justificada pela não detecção de algum

ácido volátil pelo método cromatográfico, ou pela titulação de alguma outra substância como

um sal de caráter ácido, por exemplo, no método titulométrico.

FIGURA 5.22 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição III

120

160

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

A V (m g/L)

Ac étic o

Propiônico

Isobutírico

Butíric o

Totais

FIGURA 5.23 – Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição III

A Figura 5.24 apresenta o resultado do perfil de alcalinidade a bicarbonato, realizado em

duplicata, ao longo dos 92º e 95º ciclos de operação. Observa-se, que o sistema gerou

alcalinidade, passando de 864 mgCaCO

/L para 1011 mgCaCO

/L, em valores médios.

FIGURA 5.24 – Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição III

A Figura 5.25 mostra os valores de pH do sistema, obtidos em duplicata, ao longo dos

92º e 95º ciclos de operação do reator.

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV T (mgHAc/L)

Ciclo 92º

Ciclo 95º

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AB (mgCaCO

/L)

Ciclo 92º

Ciclo 95º

FIGURA 5.25 – Perfil de pH na Condição III

As Figuras 5.26 e 5.27 apresentam os resultados dos perfis de concentração e de fração

molar de metano e gás carbônico, realizados em duplicata, ao longo do 74º e 83º ciclos de

operação. Observa-se que, ao final do ciclo, a composição do biogás gerado foi de 61% de

metano e 39% de gás carbônico, em média. A produção de metano pelo sistema indica que as

condições impostas foram favoráveis à conversão da matéria orgânica por vias anaeróbias.

FIGURA 5.26 – Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição III

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

74º ciclo

83º ciclo

7,0

7,5

8,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

Ciclo 92º

Ciclo 95º

Ciclo 92º

Ciclo 95º

FIGURA 5.27 – Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição III

A partir dos resultados dos perfis, pode-se observar que o sistema comportou-se de

maneira satisfatória, ocorrendo geração de alcalinidade, consumo de ácidos voláteis, produção

de metano e gás carbônico e boa eficiência de remoção de matéria orgânica.

100

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

74º ciclo

83º ciclo

5.5. Operação do ASBBR na Condição IV

Na Condição IV, o reator foi operado por 35 dias (105 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição IV, isenta de sacarose, extrato de carneou uréia e

solução salina, e suplementada apenas com bicarbonato de sódio, vide Tabela 4.6. A diferença

em termos de operação em relação à Condição III refere-se à estratégia de alimentação do

substrato, na qual metade do volume foi alimentada em batelada, durante 10 minutos a partir

do início do ciclo, e a outra metade foi alimentada em batelada alimentada, ou seja, durante 4

horas do ciclo.

A composição do afluente e os parâmetros de operação são apresentados nas Tabelas 4.6

e 4.8, respectivamente. Além disso, os resultados do monitoramento das variáveis de interesse

do afluente e do efluente são apresentados na Tabela 5.8 e nas Figuras 5.28 e 5.29. A relação

completa dos resultados de monitoramento do afluente e do efluente encontra-se nos Anexos

III e IV.

TABELA 5.8 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição IV

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 858 ± 278

(15)

221 ± 59

(15)

(%)

- 74 ± 4

(15)

(mgDQO/L) - 196 ± 53

(15)

(%)

- 77 ± 3

(15)

AVT (mgHAc/L) 116 ± 33

(12)

20 ± 4

(13)

AB (mgCaCO

/L) 566 ± 42

(12)

708 ± 106

(13)

AI/AP 0,41 ± 0,09

(12)

0,29 ± 0,05

(13)

pH 7,8 ± 0,1

(12)

7,42 ± 0,08

(13)

ST (mg/L)

1809 ± 107

(3)

1609 ± 187

(3)

SVT (mg/L)

722 ± 33

(3)

641 ± 36

(3)

SST (mg/L)

76 ± 12

(3)

63 ± 6

(3)

SSV (mg/L)

37 ± 8

(3)

53 ± 14

(3)

Volume (L) 2,0

2,18 ± 0,05

(14)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

FIGURA 5.28 – Concentração de matéria orgânica na Condição IV

FIGURA 5.29 – Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição IV

Observa-se pela Tabela 5.8 e pela Figura 5.29 que foi obtida uma eficiência média de

remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 77 ± 3%. Além disso, os valores

médios de concentração de matéria orgânica para amostras filtradas e não filtradas do efluente

são próximos, indicando que houve a retenção de sólidos no sistema foi relativamente

eficiente.

200

400

600

800

1000

0 6 12 18 24 30 36

Tempo (d)

Cs (mgD QO/L)

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

100

0 6 12 18 24 30 36

Tempo (d)

(% )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

A Tabela 5.8 revela, ainda, que houve geração de alcalinidade no sistema, o que se

verifica comparando os valores médios de alcalinidade a bicarbonato do afluente e do

efluente. Nota-se que o valor obtido para o efluente é aproximadamente 1,3 vezes maior que o

valor obtido para o afluente. Em contrapartida, a concentração média de ácidos voláteis totais

diminuiu, apresentando um valor 5,8 vezes menor em relação ao afluente. Obviamente, os

valores de alcalinidade e concentração de ácidos voláteis variaram muito durante o período de

operação do reator, por dependerem diretamente das condições em que se encontravam os

lotes de Água Residuária “in natura”, conforme discutido no item 5.1.

Comparando os resultados desta condição com a Condição III, observa-se que os

resultados foram bastante semelhantes. Desta forma, foi possível operar o ASBBR, tratando

Água Residuária para Operação do Reator em batelada ou em batelada seguida de batelada

alimentada, o que demonstra a flexibilidade do sistema em termos de operação.

Depois de atingida a estabilidade operacional do sistema, confirmada através da

obtenção de valores aproximadamente constantes para as variáveis monitoradas, avaliou-se o

comportamento do reator durante um ciclo de operação, conforme mostrado a seguir.

5.5.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição IV

A Figura 5.30 apresenta o resultado do perfil de concentração de matéria orgânica (C

)

para amostras filtradas, realizado em duplicata, ao longo dos 53º e 62º ciclos de operação do

reator na Condição IV. A concentração de matéria orgânica no início do ciclo foi de 323,9

mgDQO/L e a concentração residual foi de 126,3 mgDQO/L, em valores médios. Nota-se,

que ao término do período de operação em batelada alimentada, isto é, depois de 4 horas do

início do ciclo, a concentração de matéria orgânica no reator permaneceu aproximadamente

constante. Os resultados deste e dos outros perfis encontram-se no Anexo V.

A Figura 5.31 apresenta o perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários,

obtidos pelo método cromatográfico, ao longo do 53º ciclo. Observa-se que o ácido acético foi

o mais abundante em relação aos demais (propiônico, butírico). A concentração de ácidos

voláteis totais, neste caso, é a soma dos ácidos intermediários já citados. A Figura 5.32

apresenta os perfis de concentração de ácidos voláteis totais, obtidos pelo método

titulométrico, ao longo dos 77º e 80º ciclos, para amostras não filtradas.

FIGURA 5.30 – Perfil de concentração de matéria orgânica na Condição IV

Comparando os resultados dos perfis apresentados nas Figuras 5.31 e 5.32, observa-se

que os valores médios de concentração máxima de ácidos voláteis totais foram diferentes,

cerca de 44 mg/L, pelo método cromatográfico, e 128 mgHAc/L, pelo método titulométrico.

Além disso, a concentração média residual de ácidos voláteis obtida pelo método

titulométrico foi de 34,2 mgHAc/L. A diferença entre os valores de concentração residual,

obtidos pelos dois métodos utilizados, pode ser justificada pela não detecção de algum ácido

volátil no método cromatográfico, ou pela titulação de alguma outra substância, como um sal

de caráter ácido, por exemplo, no método titulométrico.

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

C s (mgD QO/L )

Ciclo 53º

Ciclo 62º

FIGURA 5.31 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição IV

FIGURA 5.32 – Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição IV

A Figura 5.33 apresenta o resultado do perfil de alcalinidade a bicarbonato, realizado em

duplicata, ao longo dos 99º e 120º ciclos de operação. Observa-se que o sistema gerou

alcalinidade, passando de 666 mgCaCO

/L para 897 mgCaCO

/L, em valores médios. O

aumento da alcalinidade a bicarbonato foi menor nas primeiras horas do ciclo, aumentando de

intensidade nas horas restantes.

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

A V (m g/L)

Acétic o

Propiônic o

Isobutíric o

Totais

120

160

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV T (mgHAc/L)

Ciclo 77º

Ciclo 80º

FIGURA 5.33 – Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição IV

A Figura 5.34 mostra os valores de pH do sistema, obtidos em duplicata, ao longo do

77º e 80º ciclos de operação. Após atingir seu menor valor, entre 60 e 90 minutos a partir do

início do ciclo, o pH aumentou continuamente até o final do ciclo de 8 horas.

FIGURA 5.34 – Perfil de pH na Condição IV

As Figuras 5.35 e 5.36 apresentam os resultados dos perfis de concentração e de fração

molar de metano e gás carbônico, realizados em duplicata, ao longo dos 101º e 104º ciclos de

operação. Observa-se que, ao final do ciclo, a composição do biogás gerado foi de 56% de

600

800

1000

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AB (mgCaCO

/L)

Ciclo 77º

Ciclo 80º

7,0

7,5

8,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

Ciclo 77º

Ciclo 80º

metano e 44% de gás carbônico, em média. A produção de metano pelo sistema indica que as

condições impostas foram favoráveis à conversão da matéria orgânica por vias anaeróbias.

FIGURA 5.35 – Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição IV

FIGURA 5.36 – Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição IV

A partir dos resultados dos perfis, pode-se observar que o sistema comportou-se de

maneira satisfatória, ocorrendo geração de alcalinidade, consumo de ácidos voláteis, produção

de metano e gás carbônico e boa eficiência de remoção de matéria orgânica.

100

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

101º ciclo

104º ciclo

0 2 4 6 8

Tempo (h)

[CH

/CO

] (mmol/L)

CH4

CO2

101º ciclo

104º ciclo

5.6. Operação do ASBBR na Condição V

Na Condição V, o reator foi operado por 36 dias (108 ciclos), tratando Água

Residuária para Operação do Reator na Condição V, isenta de sacarose, extrato de carne ou

uréia e solução salina e, suplementada apenas com bicarbonato de sódio, vide Tabela 4.7. A

diferença em termos de operação em relação à Condição IV refere-se à estratégia de

descarregamento do sistema. Na Condição IV, todo o efluente tratado foi descarregado ao

final do ciclo, enquanto que na Condição V, metade do efluente tratado foi descarregado,

permanecendo a outra metade no interior do reator. No início de um novo ciclo, 1 L de

afluente foi alimentado em batelada alimentada, durante as 4 primeiras horas do ciclo.

A composição do afluente e os parâmetros de operação são apresentados nas Tabelas 4.7

e 4.8, respectivamente. Além disso, os resultados do monitoramento das variáveis de interesse

do afluente e do efluente são apresentados na Tabela 5.9 e nas Figuras 5.37 e 5.38. A relação

completa dos resultados de monitoramento do afluente e do efluente encontra-se nos Anexos

III e IV.

TABELA 5.9 – Valores médios das variáveis monitoradas na Condição V

Variável Afluente Efluente

(mgDQO/L) 987 ± 115

(21)

212 ± 19

(21)

(%)

- 78 ± 2

(21)

(mgDQO/L) - 193 ± 15

(21)

(%)

- 80 ± 2

(21)

AVT (mgHAc/L) 187 ± 14

(19)

21 ± 4

(16)

AB (mgCaCO

/L) 579 ± 54

(19)

642 ± 72

(16)

AI/AP 0,7 ± 0,3

(19)

0,4 ± 0,2

(16)

pH 7,6 ± 0,3

(19)

7,6 ± 0,2

(16)

ST (mg/L)

2393 ± 129

(3)

1713 ± 111

(5)

SVT (mg/L)

924 ± 25

(3)

600 ± 42

(5)

SST (mg/L)

23 ± 4

(3)

46 ± 9

(5)

SSV (mg/L)

20 ± 2

(3)

44 ± 15

(5)

Volume (L) 1,0

0,9 ± 0,1

(21)

* Os valores entre parênteses referem-se ao número de amostras analisadas

FIGURA 5.37 – Concentração de matéria orgânica na Condição V

FIGURA 5.38 – Eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição V

Observa-se pela Tabela 5.9 e pela Figura 5.38 que foi obtida uma eficiência média de

remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 80 ± 2%. Além disso, os valores

médios de concentração de matéria orgânica para amostras filtradas e não filtradas do efluente

são próximos, indicando que houve a retenção de sólidos.no sistema.

200

400

600

800

1000

0 6 12 1 8 24 30 3 6

Tempo (d)

Cs (mgD QO/L )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

100

0 6 12 18 24 30 36

Tempo (d)

(% )

Efluente não filtrado

Efluente filtrado

5.6.1. Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição V

A Figura 5.39 apresenta o perfil de concentração dos ácidos voláteis intermediários,

obtido pelo método cromatográfico, ao longo do 98º ciclo. Observa-se, que o ácido acético foi

o mais abundante em relação aos demais (isobutírico e butírico). A concentração de ácidos

voláteis totais, neste caso, é a soma dos ácidos intermediários já citados. A Figura 5.40

apresenta os perfis de concentração de ácidos voláteis totais, obtidos pelo método

titulométrico, ao longo do 104º e 107º ciclos, para amostras não filtradas.

Comparando os resultados dos perfis apresentados nas Figuras 5.39 e 5.40, observa-se,

que os valores médios de concentração máxima de ácidos voláteis totais foram relativamente

próximos, cerca de 81,2 mg/L, pelo método cromatográfico, e 80,6 mgHAc/L, pelo método

titulométrico. Além disso, a concentração média residual de ácidos voláteis obtida pelo

método titulométrico foi de 21,6 mgHAc/L. A diferença entre os valores de concentração

residual, obtidos pelos dois métodos utilizados, pode ser justificada pela não detecção de

algum ácido volátil no método cromatográfico, ou pela titulação de alguma outra substância,

como um sal de caráter ácido, por exemplo, no método titulométrico.

FIGURA 5.39 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários na Condição V

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

A V (m g/L)

Ac étic o

Isobutírico

Butíric o

Totais

FIGURA 5.40 – Perfil de concentração de ácidos voláteis totais na Condição V

A Figura 5.41 apresenta o resultado do perfil de alcalinidade a bicarbonato, realizado em

duplicata, ao longo dos 104º e 107º ciclos de operação. Observa-se que o sistema gerou

alcalinidade, passando de 616 mgCaCO

/L para 642 mgCaCO

/L, em valores médios.

FIGURA 5.41 – Perfil de alcalinidade a bicarbonato na Condição V

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo (h)

AV T (mgHAc/L)

Ciclo 104º

Ciclo 107º

400

500

600

700

800

0 2 4 6 8

Tempo (h)

Ciclo 104º

Ciclo 107º

AB(mg CaCO3/L)

A Figura 5.42 mostra os valores de pH do sistema, obtidos em duplicata, ao longo dos

104º e 107º ciclos de operação do reator na Condição V.

FIGURA 5.42 – Perfil de pH na Condição V

As Figuras 5.43 e 5.44 apresentam os resultados dos perfis de concentração e de fração

molar de metano e gás carbônico, realizados em duplicata, ao longo dos 86° e 89° ciclos de

operação. Observa-se que ao final do ciclo, a composição do biogás gerado foi de 28% de

metano e 72% de gás carbônico, em média. Devemos notar neste caso que a maior produção

de gás carbônico, o que contraria a normalidade de maior produção de metano, deveu-se

provavelmente à falta de vedação eficiente do reator. A produção de metano ainda que em

menor proporção pelo sistema, indica que as condições impostas foram favoráveis à

conversão da matéria orgânica por vias anaeróbias.

0 2 4 6 8

Tempo (h)

Ciclo 104º

Ciclo 107º

FIGURA 5.43 – Perfil de concentração de metano e gás carbônico na Condição V

FIGURA 5.44 – Perfil de fração molar de metano e gás carbônico na Condição V

A partir dos resultados dos perfis, pode-se observar que o sistema comportou-se de

maneira satisfatória, ocorrendo geração de alcalinidade, consumo de ácidos voláteis, produção

de metano e gás carbônico e boa eficiência de remoção de matéria orgânica.

100

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

86º ciclo

89º ciclo

0 2 4 6 8

Tempo (h)

CH4

CO2

Ciclo 86º

Ciclo 89º

[CH4/CO2](mMol/L)

5.7. Visão holística sobre as condições estudadas

O reator anaeróbio operado em batelada seqüencial, contendo biomassa imobilizada

(ASBBR) e agitação mecânica e tratando água residuária de uma indústria automobilística foi

submetido a cinco diferentes condições experimentais. As Tabelas 5.10 e 5.11 apresentam os

valores médios das principais variáveis monitoradas para todas as condições implementadas.

Nas Tabelas, COV é a carga orgânica volumétrica, C

é a concentração de matéria

orgânica do afluente, C

é a concentração de matéria orgânica do efluente não filtrado, C

a concentração de matéria orgânica do efluente filtrado, ε

e ε

são as eficiências de remoção

de substrato não filtrado e filtrado, respectivamente, V é o volume tratado por ciclo, AB é a

alcalinidade a bicarbonato, AVT é a concentração de ácidos voláteis totais, SST é a

concentração de sólidos em suspensão totais e SSV é a concentração de sólidos em suspensão

voláteis.

TABELA 5.10 – Valores médios das variáveis monitoradas no afluente e no efluente

(mgDQO/L)

ε (%)

V (L)

Condição

COV

(mgDQO/L.d)

(mgDQO/L)

(%) ε

(%)

3,09

1030 ± 55 145 ± 15 119 ± 16 86 ± 1 88 ± 2 1,65 ± 0,09

2,86

954 ± 44 186 ± 32 164 ± 31 82 ± 3 84 ± 3 1,74 ± 0,06

IIa

6,07 2022 ± 167 657 ± 39 623 ± 44 67 ± 3 69 ± 3

1,77 ± 0,03

IIb

6,19 2062 ± 89 639 ± 67 591 ± 71 69 ± 2 71 ± 3

1,70 ± 0,03

IIc

4,38 1459 ± 313 463 ± 122 403 ± 102

68 ± 3 72 ± 2

1,62 ± 0,06

IId

6,14 2045 ± 192 717 ± 54 620 ± 65 65 ± 3 70 ± 3

1,52 ± 0,04

III

2,61

869 ± 199 217 ± 38 186± 36 74 ± 4 78 ± 3 2,00 ± 0,06

2,57

858 ± 278 221 ± 59 196 ± 53 74 ± 4 77 ± 3 2,18 ± 0,05

1,40

987 ± 115 212 ± 19 193 ± 15 78 ± 2 80 ± 2 0,9 ± 0,1

TABELA 5.11 – Valores médios das variáveis monitoradas no afluente e no efluente

AB (mgCaCO

/L) AVT (mgHAc/L) SST (mg/L) SSV (mg/L)

Condição

Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente Afluente Efluente

208 ± 48

437 ± 59 122 ± 28 20 ± 5

- - - -

191 ± 21

570 ± 53 137 ± 19 28 ± 11 29 ± 4 64 ± 8 16 ± 6 56 ± 11

IIa

439 ± 69

732 ± 73 386 ± 50 245 ± 35

83 ± 13 104 ± 34 29 ± 4 68 ± 3

IIb

349 ± 21

792 ± 69 258 ± 59 221 ± 56

54 ± 13 76 ± 5 22 ± 3 60 ± 13

IIc

600 ± 23

1177 ± 54

144 ± 32 101 ± 48

65 ± 12 110 ± 9 38 ± 7 98 ± 2

IId

596 ± 15

936 ± 81 211 ± 55 166 ± 28

54 ± 11 101 ± 7 31 ± 7 70 ± 7

III

563 ± 35

669 ± 59 136 ± 40 23 ± 4 25 ± 3 71 ± 13 16 ± 2 61 ± 6

566 ± 42 708 ± 16 116 ± 33 20 ± 4 76 ± 12 63 ± 6 37 ± 8 53 ± 14

579 ± 54 642 ± 72 187 ± 14 21 ± 4 23 ± 4 46 ± 9 20 ± 2 44 ± 15

Na Condição I, o reator foi operado por 46 dias (138 ciclos) tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição I, com concentração média de matéria orgânica de

1000 mgDQO/L. Os resultados são apresentados na Figura 5.45(a) e nas Tabelas 5.10 e 5.11.

Nesta condição, houve duas estratégias distintas de suplementação ao afluente. Na Condição

Ia, a suplementação constou de sacarose, extrato de carne, solução salina e bicarbonato de

sódio. O tempo de operação foi de 24 dias (72 ciclos) e a eficiência média de remoção de

matéria orgânica para amostras filtradas foi de 88 ± 2%. Ressalta-se, que a Condição Ia foi

denominada de “condição de suplementação padrão”. Na Condição Ib, manteve-se a

suplementação de sacarose, solução de sais e bicarbonato de sódio, alterando-se a fonte de

nitrogênio para uréia, com o intuito de reduzir os custos de tratamento, já que o valor

comercial do extrato de carne é relativamente alto. O sistema operou por 22 dias (66 ciclos),

apresentando uma eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de

84 ± 3%.

Na Condição II, o reator foi operado por 65 dias (195 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição II, com concentração de matéria orgânica variando

entre 1500 e 2000 mgDQO/L. Os resultados são apresentados na Figura 5.45(b) e nas Tabelas

5.10 e 5.11. Nesta condição, foram adotadas quatro estratégias de suplementação ao afluente.

Na Condição IIa, mantiveram-se as mesmas condições de suplementação do afluente da

“condição padrão” (Condição Ia), com exceção da concentração de bicarbonato de sódio, que

foi aumentada em 2,5 vezes, e do uso de uréia como fonte de nitrogênio. O sistema foi

operado por 12 dias (36 ciclos) e a eficiência média de remoção de matéria orgânica foi de 69

± 3%.

(a) (b)

FIGURA 5.45 – Eficiências de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas e não

filtradas nas Condições I (a) e II (b)

Com o intuito de aumentar a eficiência de remoção de matéria orgânica na Condição

IIb, o sistema operou por 24 dias (72 ciclos), sendo suplementado com o dobro de sacarose,

uréia e solução salina em relação às suplementações da Condição IIa, com exceção da

suplementação de bicarbonato de sódio, que foi mantida em 2,5 vezes a suplementação em

relação à “condição padrão”. O resultado foi o aumento da eficiência para 71 ± 3%. Visando

aumentar a eficiência de remoção de matéria orgânica, na Condição IIc, as suplementações de

uréia, sacarose, solução salina e bicarbonato foram quadruplicadas em relação às da

“condição padrão”. Durante 17 dias (51 ciclos) de operação, não houve expressivo aumento

da eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas, sendo esta de 72

± 2%.

Na Condição IId, a fonte de nitrogênio usada na suplementação da Água Residuária

para Operação do Reator na Condição IId voltou a ser o extrato de carne. O reator foi

operado por 12 dias (36 ciclos), apresentando uma diminuição da eficiência de remoção de

matéria orgânica para 70 ± 3%. Esperava-se, que a alteração da fonte de nitrogênio

aumentasse a eficiência média de remoção de matéria orgânica, visto que o extrato de carne é

uma fonte de nitrogênio nutricionalmente mais completa que a uréia, porém, não foi o que

ocorreu. A diminuição da eficiência, o entanto pode ser justificada pela variação das

100

0 8 16 24 32 40 48

Te mpo (d)

(%)

E flu e nte n ã o filtrado

E flu e nte fil tra do

Ia Ib

100

0 1 0 20 30 40 5 0 60 70

Tempo (d)

(%)

E fluente n ão filt rado

E fluente filt rad o

IIdII cII bII a

100

características físicas e químicas dos lotes de Água Residuária “in natura”.

Observa-se, na Tabela 5.10, que os valores médios de concentração de matéria orgânica

para amostras filtradas e não filtradas do efluente nas Condições IIa, IIb, IIc e IId, são

próximos, indicando que a retenção de sólidos no sistema foi relativamente eficiente. Além

disso, a Tabela 5.11 mostra que houve geração de alcalinidade no sistema, o que se verifica

comparando os valores médios de alcalinidade a bicarbonato do afluente e do efluente. Nota-

se que o valor obtido para o efluente é aproximadamente 1,6 vezes maior que o valor obtido

para o afluente na Condição IIa, 2,3 vezes maior na Condição IIb, 1,9 vezes na Condição IIc

e 1,5 vezes na Condição IId. A concentração média de ácidos voláteis totais diminuiu,

apresentando um valor 1,6 vezes menor na Condição IIa, 1,2 vezes menor na Condição IIb,

1,4 vezes menor na Condição IIc e 1,3 vezes menor na Condição IId.

Na Condição III, o reator foi operado por 32 dias (96 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição III, com concentração aproximada de 870mgDQO/L.

Nesta condição não houve suplementação de extrato de carne ou uréia, sacarose e solução

salina ao afluente, apenas de bicarbonato de sódio. Observa-se pelos resultados apresentados

nas Tabelas 5.10 e 5.11 e na Figura 5.46(a), que o ASBBR com agitação mecânica foi

eficiente no tratamento de Água Residuária para Operação do Reator na Condição III,

apresentando eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 78 ±

3%. A Tabela 5.11 revela ainda que houve geração de alcalinidade no sistema, sendo o valor

obtido para o efluente aproximadamente 1,2 vezes maior que o obtido para o afluente. Em

contrapartida, a concentração média de ácidos voláteis totais do efluente diminuiu,

apresentando um valor 5,9 vezes menor em relação ao afluente.

101

(a) (b)

Figura 5.46 – Eficiências de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas e não

filtradas nas Condições III (a) e IV (b)

Na Condição IV, o reator foi operado por 35 dias (105 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição IV, isto é, sem suplementação de extrato de carne ou

uréia, sacarose e solução salina, apenas adicionando-se bicarbonato de sódio para

tamponamento. A diferença em termos de operação em relação à Condição III, refere-se à

estratégia de alimentação do substrato, na qual metade do volume foi alimentada em batelada,

durante 10 minutos e a outra metade foi alimentada em batelada alimentada durante as 4 horas

seguintes. Os resultados são mostrados nas Tabelas 5.10 e 5.11, e na Figura 5.46(b). Observa-

se, que uma eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas de 77 ±

3% foi obtida. A Tabela 5.11 revela ainda que houve geração de alcalinidade a bicarbonato no

sistema, sendo o valor obtido para o efluente 1,3 vezes maior que o obtido para o afluente. Em

contrapartida, a concentração média de ácidos voláteis totais diminuiu, apresentando para o

efluente um valor 5,8 vezes menor em relação ao afluente.

Comparando os resultados da Condição IV e da Condição III, observa-se que os

resultados foram bastante semelhantes. Desta forma, foi possível operar o ASBBR em

batelada ou em batelada seguida de batelada alimentada, mostrando que o sistema apresenta

flexibilidade em termos de operação.

Na Condição V, o reator foi operado por 36 dias (108 ciclos), tratando Água Residuária

para Operação do Reator na Condição V, sendo esta suplementada apenas com bicarbonato

de sódio. A diferença em termos de operação em relação à Condição IV refere-se à estratégia

1 00

0 6 12 18 24 30 36

Temp o (d)

(%)

Eflue n te nã o filtrado

Eflue n te filtra do

2 0

4 0

6 0

8 0

10 0

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 3 0 33

Tempo (d )

(%)

Eflue n te nã o filtrado

Eflue n te filtra do

102

de descarregamento do sistema. Na Condição IV, todo o afluente tratado foi descarregado no

final do ciclo, enquanto que, na Condição V, metade do efluente tratado foi descarregada,

permanecendo a outra metade no interior do reator. Com relação à alimentação do reator, esta

foi realizada da mesma forma que na Condição IV, considerando apenas a operação em

batelada alimentada durante as 4 primeiras horas do ciclo. Os resultados são apresentados nas

Tabelas 5.10 e 5.11 e na Figura 5.47. Nesta condição, obteve-se eficiência média de remoção

de matéria orgânica para amostras filtradas de 80 ± 2%. Houve geração de alcalinidade e

consumo de ácidos voláteis no sistema. Nota-se que o valor de alcalinidade a bicarbonato para

o efluente foi aproximadamente 1,1 vezes maior que o valor obtido para o afluente. A

concentração média de ácidos voláteis totais foi 8,9 vezes menor em relação ao afluente.

FIGURA 5.47 – Eficiências de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas e não

filtradas na Condição V

Observa-se pelas Figuras 5.45 a 5.47 que foi possível operar o ASBBR com estabilidade

em todas as condições implementadas. A eficiência de remoção de matéria orgânica foi

próxima para todas as cargas orgânicas volumétricas (COV) impostas ao ASBBR, conforme

mostrado na Figura 5.53. A única exceção foi para a Condição II, embora o sistema tivesse

apresentado estabilidade, houve diminuição de eficiência de remoção de matéria orgânica

para 70%. Os valores residuais de matéria orgânica e ácidos voláteis, sugerem que o tempo de

ciclo de 8 horas foi insuficiente.

Nas Condições I e II, a água residuária proveniente de indústria automobilística, foi

suplementada com extrato de carne ou uréia, sacarose , solução salina e bicarbonato de sódio

para tamponamento, passando a ser denominada Água Residuária para Operação do Reator

na Condição I e Condição II, respectivamente. Optou-se por iniciar o tratamento com a

100

0 6 12 18 2 4 30 36

Te mpo (d)

(%)

E flue n te nã o filtra do

E flue n te filtrado

103

suplementação de nitrogênio (extrato de carne ou uréia), carbono (sacarose) e nutrientes

(solução salina) visando não prejudicar a biomassa recentemente inoculada. Tal procedimento

foi adotado, por se tratar de um afluente com características predominantemente inorgânicas.

A partir da Condição III, a Água Residuária foi tratada “in natura”, isto é, sem

suplementação de nitrogênio, carbono e nutrientes, ou seja, somente com suplementação de

bicarbonato de sódio. Observou-se que mesmo com suplementação somente de bicarbonato

de sódio, não houve diminuição de eficiência de remoção de matéria orgânica com relação às

Condições I e II, conforme mostrado nas Figuras 5.50 e 5.51.

Comparando a Condição V com as Condições III e IV, observa-se que os resultados

foram semelhantes, considerando que o volume alimentado por ciclo na Condição V foi

somente a metade do volume total tratado no reator. A outra metade já se encontrava no reator

e correspondeu ao volume residual do ciclo anterior. Nas Condições III e IV, o volume

alimentado por ciclo foi igual ao volume total tratado no reator. Desta forma, houve a

expectativa de se obter uma concentração de matéria orgânica, no final de cada ciclo da

Condição V, inferior àquelas obtidas nas Condições III e IV. Tal expectativa baseou-se no fato

de ser mantido no reator metade do volume tratado, com concentração de matéria orgânica de

aproximadamente 200 mgDQO/L (conforme mostrado na tabela 5.10), e a outra metade sendo

adicionada em batelada alimentada durante 4 horas, com concentração de matéria orgânica de

aproximadamente 1000 mgDQO/L. Pode-se dizer, portanto, que houve diluição do afluente

devido ao volume residual presente no reator, permanecendo a concentração de substrato em

valores menores ao longo do ciclo, o que poderia prejudicar a biomassa, reduzindo a

velocidade de consumo de substrato.

As Figuras 5.48 a 5.52 apresentam os resultados dos perfis de concentração de matéria

orgânica, de concentração de ácidos voláteis totais e de concentração de metano para todas as

condições.

Um modelo cinético de primeira ordem foi ajustado aos valores experimentais dos

perfis, considerando a existência de uma concentração residual tanto de matéria orgânica

), quanto de ácidos voláteis totais (C

AVTR

). Os valores de C

, C

AVTR

e dos parâmetros

cinéticos (k

, k

1AVT

, k

2AVT

e k

), são apresentados na Tabela 5.12.

104

FIGURA 5.48 – Perfil de C

(a), C

AVT

(b) e C

(mgDQO/L); C

AVT

(mgHAc/L); C

(mMolCH

/L)]

FIGURA 5.49 – Perfil de C

(a)

, C

AVT

(b) e C

(mgDQO/L); C

AVT

(mgHAc/L); C

(mMolCH

/L)]

FIGURA 5.50 – Perfil de C

(a), C

AVT

(b) e C

(mgDQO/L); C

AVT

(mgHAc/L); C

(mMolCH

/L)]

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

0 2 4 6 8

VD3-M od

VD3-E x p

(mMolCH

Tempo (h)

100

200

300

400

0 2 4 6 8

V D

V D2-Mo d

V D2-E xp

AVT

(mg HAc/L)

Tempo (h)

400

800

1200

1600

0 2 4 6 8

VD1 -M o d

VD1 -E x p

Cs (mg DQO/L)

Tempo (h)

(c)(b)(a)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 2 4 6 8

VD3-M od

VD3-E x p

(mMolCH

Tempo (h)

100

0 2 4 6 8

V D2-Mod

V D2-E xp

AVT

(mg HAc/L)

Tempo (h)

100

200

300

400

0 2 4 6 8

VD 1-M od

VD 1-E xp

Cs (mg DQO/L)

Tempo (h)

(c)(b)(a)

0,0

0,9

1,8

2,7

3,6

4,5

0 2 4 6 8

VD3 -M od

VD3 -E x p

(mMolCH

Tempo (h)

120

160

0 2 4 6 8

V D2-Mod

V D2-E xp

AVT

(mg HAc/L)

Tempo (h)

200

400

600

800

0 2 4 6 8

VD 1-M od

VD 1-E xp

Cs (mg DQO/L)

Tempo (h)

(c)(b)(a)

105

FIGURA 5.51 – Perfil de C

(a), C

AVT

(b) e C

(mgDQO/L); C

AVT

(mgHAc/L); C

(mMolCH

/L)]

FIGURA 5.52 – Perfil de C

(a), C

AVT

(b) e C

(mgDQO/L); C

AVT

(mgHAc/L); C

(mMolCH

/L)]

Analisando-se os parâmetros cinéticos obtidos para as Condições I, II e III, observa-se

que com o aumento da carga orgânica volumétrica (COV), de 2,61 para 6,19 gDQO/L.d,

houve uma diminuição nos parâmetros cinéticos. Tal diminuição provavelmente está

relacionada à inibição do metabolismo anaeróbio por constituintes presentes na água

residuária da indústria automobilística, à medida em que se aumenta a COV.

Observa-se que o modelo cinético escolhido não se ajusta bem aos dados experimentais

no caso da produção do biogás, provavelmente em função da vedação do reator.

0 2 4 6 8

V D3- M o d

V D3- E xp

(mMolCH

Tempo (h)

100

150

200

0 2 4 6 8

V I

V D2- Mo d

V D2- Ex p

AVT

(mg HAc/L)

Tempo (h)

200

400

600

800

0 2 4 6 8

VD1-Mod

VD1-Exp

Cs (mg DQO/L)

Tempo (h)

(c)(b)(a)

0,0

0,7

1,4

2,1

2,8

3,5

0 2 4 6 8

V I

V D

V D3-M od

V D3-E x p

(mMolCH

Tempo (h)

100

150

0 2 4 6 8

V D

V D2-Mod

V D2-E xp

AVT

(mg HAc/L)

Tempo (h)

100

200

300

400

0 2 4 6 8

V I

VD 1-M od

VD 1-E xp

Cs (mg DQO/L)

Tempo (h)

(c)(b)(a)

106

FIGURA 5.53 – Eficiência de remoção em função da COV para todas as condições

implementadas em (a) e parâmetro cinético em função de COV

/COV

para as Condições

III, IV e V em (b)

TABELA 5.12 – Resumo do ajuste cinético no ASBBR

Condição

COV

(gDQO/L.d)

-1

)

1AVT

-1

)

2AVT

-1

)

-1

)

(mgDQO/L)

AVTR

(mgHAc/L)

2,86 0,47 0,26 0,40 0,0038 190,7 6,22 0,997

6,19 0,35 0,24 0,47 0,0012 601,9 144,1 0,999

III

2,61 0,68 0,38 1,14 0,0100 192,1 20,7 0,999

2,57 2,77 0,58 0,52 0,0067 110,4 12,9 0,993

1,40 0,88 2,21 5,42 0,0025 184,8 9,77 0,991

COV: Carga Orgânica Volumétrica; k

: parâmetro cinético para consumo de substrato; k

1AVT

, k

2AVT

: parâmetros

cinéticos inicial e final para formação de ácidos voláteis totais; k

parâmetro cinético para formação de metano;

CSR: Concentração residual de substrato; C

AVT

: Concentração residual de ácidos voláteis totais; R

: Correlação

entre os valores experimentais e os valores obtidos no ajuste cinético.

Analisando-se os efeitos de carga orgânica volumétrica, de volume residual e de tempo

de alimentação do reator nas Condições III, IV e V, observa-se que o tempo de ciclo para as

Condições III e IV (Figuras 5.50 e 5.51) pode ser diminuído para 5 horas, uma vez que a

partir de tal período, praticamente todo substrato foi consumido. Para a Condição IV (Figura

5.51), o período do ciclo pode ser diminuído para 4 horas.

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 1 2 3 4 5

C OV

/COV

-1

)

III

(b)

(%)

100

0 1 2 3 4 5 6 7

2,86 6,19 2,61

2,57 1,4

CO V (gD Q O/L .d)

(a)

107

A Condição IV foi a mais favorável, apresentando o maior parâmetro cinético, conforme

mostrado na Tabela 5.12. A Condição IV apresenta a vantagem, de metade do volume ser

fornecida em batelada e a outra metade ser fornecida em batelada alimentada, durante 4 horas.

Assim sendo, a concentração de substrato não foi tão baixa como na Condição V, que

desfavorece a cinética, e nem tão alta como na Condição III, que causa inibição.

Este fato é confirmado na Figura 5.53(b), que apresenta o valor do parâmetro cinético

em função da razão entre a carga orgânica volumétrica da alimentação em batelada

alimentada (COV

) e a carga orgânica volumétrica da alimentação em batelada (COV

). Na

Condição III, a razão COV

/COV

resulta em valor nulo, uma vez que COV

é nulo, pois a

operação foi realizada somente em batelada. Na Condição IV, a razão COV

/COV

resulta

em um valor unitário, uma vez que os valores de COV

e COV

são os mesmos. Na

Condição V, o valor de COV

foi de 1,40 gDQO/L.d, conforme mostrado na Tabela 5.12,

uma vez que a alimentação foi realizada em batelada alimentada. O valor de COV

foi

calculado, considerando-se a concentração de alimentação do reator em batelada como sendo

a concentração residual de matéria orgânica apresentada na Tabela 5.11 (C

=193

mgDQO/L), o que resultou em um valor de COV

= 0,29 gDQO/L.d.

Estes resultados mostram que o ASBBR é robusto e flexível, não apresentando perda de

eficiência para distintas estratégias de operação. Tal fato é importante, principalmente

considerando-se que a geração de efluente depende do processo industrial, podendo

apresentar flutuações consideráveis em termos de volume.

Desta forma, nas condições em que o volume de afluente é considerado suficiente para

alimentar o reator em um período curto, isto é, com alta vazão de alimentação, o sistema

poderá ser operado em batelada. Em caso de volume reduzido de afluente, este poderá ser

alimentado ao reator com vazão reduzida, o que caracteriza uma alimentação em batelada

alimentada, sem prejuízo ao sistema.

108

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES E SUGESTÕES

6.1. Conclusões

No tratamento da água residuária de uma indústria automobilística foi possível

observar:

(I) Condição I: eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras

filtradas de 88% para uma COV de 3,09 gDQO/L.d, sendo a água residuária

suplementada com sacarose, extrato de carne, solução salina e bicarbonato de

sódio. Substituindo-se por uréia a fonte de nitrogênio, a eficiência média de

remoção de matéria orgânica para amostras filtradas foi de 84% para uma COV

de 2,86 gDQO/L.d.

(II) Condição II: Eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras

filtradas de 70% para uma COV de 6,14 gDQO/L.d, mesmo quando a

suplementação de sacarose, extrato de carne, solução salina e alcalinidade foi

aumentada quatro vezes em relação à suplementação da COV de 3,09

gDQO/L.d.

(III) Os resultados de operação do ASBR nas Condições I e II no tratamento da

água residuária de uma indústria automobilística, suplementada com

nitrogênio, carbono, nutrientes e alcalinidade, permitiram concluir que foi

possível operar o sistema com estabilidade e eficiência de remoção de matéria

orgânica de 88% para uma COV de 3,09 gDQO/L.d. Com o aumento da COV

109

para 6,19 gDQO/L.d, o sistema operou de forma estável, porém apresentando

uma diminuição de eficiência para 70%.

(IV) Condição III: Eficiência média de remoção de matéria orgânica para amostras

filtradas de 78% para uma COV de 2,61 gDQO/L.d, tratando 2,0 L de afluente

por ciclo, em batelada alimentada.

(V) Condição IV: eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas

de 77% para uma COV de 2,57 gDQO/L.d, tratando 2,0 L de afluente por

ciclo, sendo 50% deste volume alimentado em batelada e 50% alimentado em

batelada alimentada.

(VI) Condição V: eficiência de remoção de matéria orgânica para amostras filtradas

de 80% para uma COV de 1,40 gDQO/L.d, tratando 1,0 L de afluente

alimentado em batelada alimentada em 4 horas.

(VII) Um modelo cinético de primeira ordem foi ajustado aos valors experimentais

dos perfis de concentração de matéria orgânica, de concentração de ácidos

voláteis totais e de concentração de metano. O parâmetro cinético de consumo

de substrato foi de 0,47; 0,35; 0,68; 2,77 e 0,88 h

-1

para as Condições I, II , III,

IV e V, respectivamente.

(VIII) Os perfis de consumo de matéria orgânica permitem concluir que o tempo de

ciclo para as Condições III e V pode ser diminuído para 5 horas, uma vez que a

partir de tal período, praticamente todo substrato foi consumido. Para a

Condição IV, o período do ciclo pode ser diminuído para 4 horas.

(IX) Considerando os resultados das Condições III a V, observa-se que o ASBBR

foi robusto e eficiente para as três estratégias diferentes de alimentação do

afluente. As eficiências de remoção de matéria orgânica foram muito próximas

(78, 77 e 80% para uma COV de 2,61, 2,57 e 1,40 gDQO/L.d,

respectivamente).

(X) Ainda com relação à estratégia de alimentação, foi possível observar pelos

parâmetros cinéticos obtidos, que a estratégia de alimentação em batelada

seguida de batelada alimentada (Condição IV) foi a mais favorável em

comparação às demais, uma vez que, neste caso, a concentração de substrato

não foi alta o suficiente para causar inibição do metabolismo anaeróbio, nem

baixa o suficiente para desfavorecer a cinética de degradação de matéria

orgânica.

110

6.2. Sugestões

A partir das conclusões e da experiência acumulada durante a realização da etapa

experimental deste trabalho, são apresentadas a seguir, as seguintes sugestões para trabalhos

futuros:

(I) Operar um ASBBR em condições semelhantes às operadas neste trabalho,

reduzindo o tempo de ciclo de operação para 5 horas e 4 horas, respectivamente,

conforme concluído no item 6.1, subitem VIII.

(II) Operar um ASBBR em condições semelhantes às deste trabalho, com água

residuária com concentração de matéria orgânica do afluente superiores aos aqui

utilizados, por exemplo, entre 3000 e 4000 mgDQO/L para confirmar a

estabilidade e robustez do sistema, bem como, a eficiência de remoção de

matéria orgânica.

(III) Investigação e desenvolvimento de estratégias de adição de nutrientes sobre o

ASBBR submetido a altas cargas.

(IV) A empresa automobilística da qual a água residuária foi tratada poderia, em caso

de interesse, ampliar a escala do experimento, construindo um ASBBR, por

exemplo de 1000 L de capacidade, para confirmar os resultados deste trabalho.

111

CAPÍTULO 7

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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118

ANEXOS

119

ANEXO I

VARIÁVEIS MONITORADAS DA ÁGUA RESIDUÁRIA “in natura”

TABELA I.1 – Valores de concentração de matéria orgânica (C

) e de pH dos lotes de Água

Residuária “in natura”

Lote

(mgDQO/L)

1 1639,1 -

2 1495,6 -

3 1793,7 -

4 3119,5 -

5 1350,7 -

6 2102,9 -

7 1500,9 -

8 1753,5 -

9 2302,3 -

10 1782,2 -

11 1839,9 -

12 1746,2 -

13 1998,3 -

14 1725,9 -

15 2061,4 -

16 1783,4 -

17 1791,9 -

18 1495,7 -

19 1800,4 6,83

20 2245,7 6,54

21 2674,2 6,29

22 3075,2 6,06

23 1865,9 7,87

24 2056,3 5,67

25 2337,9 6,55

26 3290,4 6,54

27 4572,1 7,32

28 2270,0 7,03

29 1950,0 7,01

30 2176,9 7,27

31 3099,7 7,39

32 1149,6 8,08

33 911,2 8,17

34 1548,9 7,75

35 875,3 8,46

36 1200,7 7,96

37 1333,4 7,95

38 862,0 8,14

39 1584,4 6,98

40 1050,0 8,36

41 713,6 7,95

42 791,4 8,34

43 613,8 8,37

44 903,3 7,81

45 1025,6 7,97

120

(continuação)

Lote

(mgDQO/L)

46 1096,2 8,04

47 1011,0 7,48

48 1032,3 7,39

49 1003,4 7,45

50 742,1 7,82

51 1201,1 7,96

52 734,2 8,05

53 1385,1 6,58

54 1093,9 8,06

55 1100,2 7,62

56 1204,5 8,22

57 1144,3 7,92

58 1137,6 7,56

59 855,2 6,01

60 1123,4 7,18

121

TABELA I.2 – Valores de concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em

suspensão totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV) dos lotes de Água Residuária “in

natura”

Lote

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

15 2340 920 62 44

18 1948 838 128 80

Os lotes 15 e 18 foram escolhidos por amostragem.

122

ANEXO II

COMPOSIÇÃO DA ÁGUA RESIDUÁRIA PARA OPERAÇÃO DO REATOR

(a) Operação do ASBBR na Condição I

TABELA II.1 – Composição da Água Residuária para Operação do Reator para um volume

fixo de 10 L

Lote Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio

(g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

1 1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2,5 7,5

1 2 0,00 0,00 0,00 0,00 5,00 2,5 7,5

1 3 0,00 0,00 0,00 0,00 5,00 2,5 7,5

2 1 0,19 1,14 0,00 23,00 5,00 5,0 5,0

2 2 0,19 1,14 0,00 23,00 5,00 5,0 5,0

3 1 0,19 1,14 0,00 23,00 5,00 5,0 5,0

3 2 0,19 1,14 0,00 23,00 5,00 5,0 5,0

4 1 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 2,6 7,4

4 2 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 2,6 7,4

5 1 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 5,9 4,1

5 2 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 5,9 4,1

6 1 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 3,8 6,2

6 2 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 3,8 6,2

6 3 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 3,8 6,2

6 4 0,19 1,14 0,00 23,00 3,00 3,8 6,2

6 5 0,19 1,14 0,00 23,00 2,00 5,3 4,7

7 1 0,19 1,14 0,00 23,00 2,00 5,3 4,7

7 2 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 5,3 4,7

8 1 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,6 5,4

8 2 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,6 5,4

8 3 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,6 5,4

9 1 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 3,5 6,5

9 2 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 3,5 6,5

9 3 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 3,5 6,5

10 1 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,5 5,5

10 2 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,5 5,5

10 3 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,5 5,5

11 1 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,3 5,7

11 2 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,3 5,7

11 3 1,29 1,14 0,00 23,00 2,00 4,3 5,7

12 1 1,00 1,00 0,00 20,00 2,00 4,6 5,4

12 2 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,6 5,4

13 1 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,0 6,0

13 2 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,0 6,0

13 3 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,0 6,0

14 1 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,6 5,4

14 2 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,6 5,4

14 3 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,6 5,4

14 4 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,6 5,4

15 1 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 3,9 6,1

15 2 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 3,9 6,1

15 3 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 3,9 6,1

16 1 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,5 5,5

16 2 1,00 0,00 1,00 20,00 3,30 4,5 5,5

17 1 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,5 5,5

17 2 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 4,5 5,5

123

(continuação)

Lote Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio

(g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

17 3 1,00 0,00 1,00 20,00 3,30 4,5 5,5

17 4 1,00 0,00 1,00 20,00 3,30 4,5 5,5

18 1 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 5,3 4,7

18 2 1,00 0,00 1,00 20,00 2,00 5,3 4,7

Os meios preparados a partir dos lotes L1, L2, L3, L4 e L5 serviram para aclimatação e adaptação da

biomassa e continham menos de 1000 mgDQO/L.

124

(b) Operação do ASBBR na Condição II

TABELA III.2 – Composição da Água Residuária para Operação do Reatorpara um volume

fixo de 10 L

Lote

Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio (g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

19 1 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 4,7 5,3

19 2 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 4,7 5,3

20 1 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 10,0 0,0

20 2 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 10,0 0,0

21 1 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 7,0 3,0

21 2 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 7,0 3,0

21 3 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 7,0 3,0

22 1 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 6,0 4,0

22 2 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 6,0 4,0

23 1 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 10,0 0,0

23 2 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 10,0 0,0

23 3 1,00 0,00 1,00 20,00 5,00 10,0 0,0

24 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

24 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

25 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,50 8,9 1,1

25 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 7,9 2,1

26 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,6 4,4

26 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,6 4,4

26 3 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,6 4,4

26 4 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,6 4,4

26 5 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,6 4,4

27 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 3,9 6,1

27 2 2,00 0,00 2,00 40,00 6,00 3,9 6,1

27 3 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 3,9 6,1

28 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 8,1 1,9

28 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 8,1 1,9

29 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

29 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

29 3 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

30 1 2,00 0,00 2,00 40,00 6,00 8,4 1,6

30 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 8,4 1,6

30 3 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 8,4 1,6

31 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,9 4,1

31 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 5,9 4,1

32 1 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

32 2 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

32 3 2,00 0,00 2,00 40,00 5,00 10,0 0,0

32 4 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

33 1 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

33 2 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

34 1 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

34 2 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

35 1 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

35 2 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

35 3 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

35 4 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

36 1 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

36 2 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

37 1 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

37 2 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

37 3 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

125

(continuação)

Lote

Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio

(g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

38 1 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

38 2 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

39 1 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

39 2 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

39 3 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

39 4 4,00 4,00 0,00 80,00 8,00 10,0 0,0

Os meios preparados a partir do lote L19 serviram para adaptação da biomassa e continham 1000

mgDQO/L.

126

TABELA II.3 – Composição da Água Residuária para Operação do Reator para um volume

fixo de 10 L

Lote

Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio

(g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

40 1 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

40 2 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

41 1 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

41 2 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

42 1 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

42 2 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

42 3 4,00 0,00 4,00 80,00 8,00 10,0 0,0

42 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

42 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

42 6 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

43 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

43 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

43 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

43 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

44 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

44 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

45 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

45 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

45 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

46 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

46 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

46 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

46 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

47 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

47 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

48 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

48 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

48 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

48 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

48 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

48 6 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

Os meios preparados a partir dos lotes L40 e L41 e os meios L42M1, L42M2 e L42M3 serviram para

adaptação da biomassa e continham nutrientes.

127

(d) Operação do ASBBR na Condição IV

TABELA II.4 – Composição da Água Residuária para Operação do Reator para um volume

fixo de 10 L

Lote

Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio

(g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

49 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

49 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

50 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

50 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

50 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

50 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

50 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

51 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

51 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

51 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

51 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

51 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

52 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

52 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

52 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

52 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

52 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

53 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

53 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

53 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

53 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

54 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

54 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

54 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

54 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

54 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

128

(e) Operação do ASBBR na Condição V

TABELA II.5 – Composição da Água Residuária para Operação do Reator para um volume

fixo de 10 L

Lote

Meio

Sacarose

(g)

Extrato

de carne

(g)

Uréia

(g)

Solução salina

(mL)

Bicarbonato

de sódio

(g)

Água

Residuária I

(L)

Água

da rede

(L)

55 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

55 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

55 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

56 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

56 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

56 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 6 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

57 7 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

58 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

58 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

59 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

59 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

59 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

59 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

60 1 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

60 2 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

60 3 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

60 4 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

60 5 0,00 0,00 0,00 0,00 8,00 10,0 0,0

129

ANEXO III

VARIÁVEIS MONITORADAS DO AFLUENTE

(ÁGUA RESIDUÁRIA PARA OPERAÇÃO DO REATOR)

(a) Operação do ASBBR na Condição I

TABELA III.1 – Concentração de substrato (C

), pH, alcalinidade: parcial (AP),

intermediária (AI), total (AT) e a bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos

voláteis totais (AVT)

Lote Meio C

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

1 1 1639,1 6,94 75,7 178,0 2,35 253,7 232,0 89,0

1 2 1719,1 7,81 130,5 73,7 0,56 204,2 68,0 155,9

1 3 1638,8 7,10 111,1 87,9 0,79 199,0 90,7 134,6

3 1 659,1 7,32 275,3 157,3 0,57 432,6 132,4 338,6

4 1 502,1 7,26 201,6 114,0 0,57 315,6 99,7 244,8

4 2 625,6 7,23 197,2 109,6 0,56 306,8 100,2 235,7

6 1 1052,7 7,73 200,9 117,9 0,59 318,9 108,5 241,8

6 2 949,3 7,49 187,8 131,0 0,70 318,9 117,5 235,4

6 3 1030,3 7,60 203,1 115,7 0,57 318,9 109,0 241,5

6 4 1041,1 7,72 198,7 120,1 0,60 318,9 113,5 238,3

7 1 932,7 - - - - - - -

7 2 1067,5 - - - - - - -

8 1 1108,2 7,72 170,3 126,6 0,74 296,9 128,8 205,4

8 2 1076,7 7,88 179,0 126,6 0,71 305,6 136,3 208,9

8 3 1061,7 - - - - - - -

9 1 1027,6 7,93 155,0 104,8 0,68 259,8 106,0 184,5

9 2 984,6 - - - - - - -

9 3 1095,6 7,74 163,2 103,7 0,64 266,9 106,3 191,4

10 1 1062,9 7,19 132,3 150,0 1,13 282,3 172,4 160,0

10 2 1073,8 - - - - - - -

10 3 1068,4 7,03 127,9 147,8 1,16 275,7 183,1 145,7

11 1 1025,5 8,13 172,0 119,1 0,69 291,2 135,1 195,2

11 2 1024,8 - - - - - - -

11 3 1026,1 8,07 175,2 122,0 0,70 297,1 131,1 204,0

12 1 1003,8 7,38 148,6 135,3 0,91 283,8 153,5 174,9

12 2 900,0 7,17 124,2 157,4 1,27 281,6 162,7 166,1

13 1 959,8 7,75 164,1 108,7 0,66 272,8 121,4 186,6

13 2 918,7 - - - - - - -

130

(continuação)

Lote Meio C

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

13 3 949,6 7,58 155,4 115,4 0,74 270,8 113,4 190,3

14 1 948,0 7,38 150,9 139,8 0,93 290,8 147,5 186,1

14 2 1000,8 7,40 148,7 137,6 0,93 286,3 143,5 184,5

14 3 999,2 7,64 155,4 139,8 0,90 295,2 148,0 190,1

14 4 980,2 - - - - - - -

15 1 989,8 - - - - - - -

15 2 976,3 7,67 154,1 121,8 0,79 276,0 117,2 192,8

15 3 1008,3 7,76 154,1 116,9 0,76 271,0 121,1 185,0

16 1 964,8 7,72 144,2 141,7 0,98 285,9 158,5 173,4

16 2 934,9 - - - - - - -

17 2 1016,5 7,52 154,1 144,2 0,94 298,3 156,0 187,5

17 3 856,3 - - - - - - -

17 4 1009,7 7,46 149,6 139,8 0,93 289,4 161,4 174,8

18 1 914,8 7,74 201,1 127,5 0,63 328,7 117,7 245,1

18 2 958,2 7,57 184,0 125,1 0,68 309,1 117,7 225,5

Unidades: C

= mgDQO/L; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

TABELA III.2 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Lote Meio

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

16 2 1498 658 32 20

18 1 1612 662 26 12

131

(b) Operação do ASBBR na Condição II

TABELA III.3 – Concentração de substrato (C

), pH, alcalinidade: parcial (AP),

intermediária (AI), total (AT) e a bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos

voláteis totais (AVT)

Lote Meio

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

20 1 2222,7 7,28 330,5 350,9 1,06 681,4 429,3 376,6

20 2 2291,2 7,39 338,2 348,3 1,03 686,5 441,9 372,7

21 1 1925,7 - - - - - - -

21 3 2028,8 - - - - - - -

22 1 2000,8 6,84 226,8 314,0 1,38 540,7 364,8 281,7

22 2 2058,9 6,86 226,8 309,6 1,37 536,4 371,4 272,7

23 1 1852,0 - - - - - - -

23 2 1856,2 7,80 379,4 283,4 0,75 662,8 320,9 435,0

23 3 1869,2 - - - - - - -

24 1 2128,4 6,90 244,2 314,0 1,29 558,2 337,1 318,8

24 2 - 6,80 244,2 314,0 1,29 558,2 350,3 309,5

25 1 2307,1 - - - - - - -

25 2 2014,2 7,20 270,4 279,1 1,03 549,5 289,0 344,3

25 3 2030,8 7,06 261,6 300,9 1,15 562,5 324,0 332,5

26 3 2052,2 7,40 270,7 244,5 0,90 515,1 244,5 341,5

26 4 2044,5 7,43 279,4 244,5 0,88 523,8 248,8 347,2

26 5 2083,1 7,43 279,4 244,5 0,88 523,8 251,0 345,6

27 1 2119,4 7,58 270,7 179,0 0,66 449,6 135,3 353,5

27 2 2069,6 - - - - - - -

27 3 2000,9 - - - - - - -

28 1 2064,0 7,23 285,5 232,8 0,82 518,3 200,4 376,0

28 2 2006,4 7,27 281,1 232,8 0,83 513,9 211,3 363,8

29 1 2123,6 7,39 298,7 263,5 0,88 562,2 257,1 379,7

29 2 2103,8 7,37 289,9 254,7 0,88 544,6 248,3 368,3

29 3 2022,4 - - - - - - -

30 2 1953,0 7,17 275,2 257,8 0,94 533,0 250,5 355,2

30 3 1977,0 - - - - - - -

31 1 2039,5 - - - - - - -

32 4 1589,5 7,87 489,3 229,2 0,47 718,5 154,9 608,5

33 1 1398,2 - - - - - - -

33 2 1378,9 7,99 509,2 208,1 0,41 717,3 143,2 615,6

33 3 1340,5 7,97 504,8 217,0 0,43 721,7 136,0 625,1

33 4 1376,8 7,84 495,9 212,5 0,43 708,4 143,2 606,8

132

(continuação)

Lote Meio

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

34 1 2040,1 7,72 478,2 248,0 0,52 726,2 184,9 594,9

34 2 2054,0 8,39 615,5 172,7 0,28 788,1 210,9 638,4

35 1 1194,5 7,93 480,8 182,7 0,38 663,6 112,8 583,5

35 2 1208,4 7,89 471,2 187,5 0,40 658,8 110,8 580,1

35 3 1291,2 7,81 480,8 182,7 0,38 663,6 124,1 575,5

35 4 1177,6 7,71 452,0 202,0 0,45 654,0 117,5 570,6

36 1 1909,8 7,77 471,2 230,8 0,49 702,0 173,2 579,1

36 2 1936,2 7,67 476,0 218,9 0,46 694,9 155,7 584,3

37 1 1976,0 7,85 490,2 238,0 0,49 728,2 197,5 588,0

37 2 1937,2 7,85 485,5 242,7 0,50 728,2 188,6 594,3

37 3 1936,3 7,76 476,0 247,5 0,52 723,5 190,5 588,2

38 1 1743,6 7,85 466,4 228,5 0,49 694,9 149,4 588,8

39 1 2325,4 7,48 495,6 317,2 0,64 812,7 286,0 609,7

39 2 2222,4 7,49 505,5 307,2 0,61 812,7 276,0 616,8

39 3 2204,0 - - - - - - -

39 4 2259,2 7,50 505,5 312,2 0,62 817,7 281,0 618,2

Unidades: C

= mgDQO/L; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

TABELA III.4 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Lote Meio

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

22 1 2330 1090 74 26

23 1 2546 1102 92 32

25 2 2442 1132 66 20

26 4 2376 1250 56 20

28 1 2486 1230 36 26

29 1 2778 1184 58 20

33 3 3258 1766 54 42

34 1 3424 1658 80 44

35 2 2966 1470 56 40

35 4 3158 1412 70 28

37 1 3586 1718 46 36

37 3 3650 1682 62 26

133

TABELA III.5 – Concentração de substrato (C

), pH, alcalinidade: parcial (AP),

intermediária (AI), total (AT) e a bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos

voláteis totais (AVT)

Lote Meio

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

42 4 781,7 7,83 428,4 175,9 0,41 604,2 84,3 544,4

42 5 774,4 7,72 414,8 189,4 0,46 604,2 67,2 556,5

42 6 700,5 7,77 423,9 180,4 0,43 604,2 71,0 553,8

43 1 522,1 7,91 423,9 198,4 0,47 622,3 104,2 548,3

43 2 549,8 7,90 432,9 193,9 0,45 626,8 118,4 542,7

43 3 546,5 8,01 442,3 175,6 0,40 617,9 102,1 545,4

43 4 554,1 7,95 445,7 175,6 0,39 621,3 106,6 545,6

44 1 858,0 7,86 452,4 206,0 0,46 658,4 130,7 565,6

44 2 902,8 7,80 449,1 212,7 0,47 661,8 133,4 567,1

45 1 926,9 7,79 488,9 230,0 0,47 718,9 149,1 613,1

45 2 939,3 7,88 503,2 230,0 0,46 733,3 149,5 627,1

45 3 937,7 7,72 474,5 244,4 0,52 718,9 168,3 599,4

46 1 - 7,83 488,9 262,4 0,54 751,3 192,9 614,3

46 2 1072,0 - - - - - - -

46 3 1110,4 7,74 427,9 236,6 0,55 664,5 179,8 536,8

46 4 1084,3 7,71 437,6 236,6 0,54 674,2 190,7 538,9

47 1 962,8 7,60 421,4 233,4 0,55 654,8 171,0 533,4

48 1 1006,9 7,64 414,9 207,5 0,50 622,4 135,5 526,2

48 2 - 7,55 418,2 207,5 0,50 625,6 150,5 518,7

48 3 1031,3 - - - - - - -

48 4 1075,1 7,52 498,5 259,6 0,52 758,1 185,6 626,3

48 5 1039,0 - - - - - - -

Unidades: C

= mgDQO/L; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

134

TABELA III.6 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Lote Meio

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

42 5 1640 598 28 18

43 4 1902 736 22 18

45 3 2094 888 24 14

47 1 2236 934 26 16

135

(d) Operação do ASBBR na Condição IV

TABELA III.7 – Concentração de substrato (C

), pH, alcalinidade: parcial (AP),

intermediária (AI), total (AT) e a bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos

voláteis totais (AVT)

Lote Meio

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

49 1 926,4 - - - - - - -

50 1 619,9 - - - - - - -

50 2 780,5 7,75 435,2 211,0 0,48 646,2 127,0 556,0

50 3 805,0 7,69 430,8 215,4 0,50 646,2 123,5 558,5

50 4 763,5 7,73 448,4 202,2 0,45 650,6 122,3 563,8

50 5 720,5 7,70 430,8 215,4 0,50 646,2 123,5 558,5

51 1 - 7,70 439,6 237,4 0,54 677,0 153,6 567,9

51 5 - 7,93 558,6 215,6 0,39 774,2 150,2 667,6

52 1 697,3 - - - - - - -

52 2 591,9 7,87 443,6 137,5 0,31 581,1 74,2 528,5

52 3 586,8 7,86 434,7 146,4 0,34 581,1 73,0 529,3

52 4 615,9 7,95 448,0 128,6 0,29 576,7 76,5 522,4

52 5 - 7,94 443,6 142,0 0,32 585,6 71,3 534,9

53 2 1594,7 - - - - - - -

53 3 1276,7 - - - - - - -

54 2 962,2 - - - - - - -

54 3 980,8 - - - - - - -

54 4 951,7 7,92 500,8 210,6 0,42 711,4 149,8 605,1

54 5 926,4 7,89 496,1 205,9 0,42 702,0 141,2 601,8

Unidades: C

= mgDQO/L; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

TABELA III.8 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Lote Meio

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

50 3 1802 684 80 46

50 5 1920 746 86 36

52 5 1706 736 62 30

136

(e) Operação do ASBBR na Condição V

TABELA III.9 – Concentração de substrato (C

), pH, alcalinidade: parcial (AP),

intermediária (AI), total (AT) e a bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos

voláteis totais (AVT)

Lote Meio

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

55 1 1088,2 - - - - - - -

55 2 1011,8 7,51 459,7 232,2 0,51 691,9 171,4 570,2

55 3 995,9 7,59 455,0 227,5 0,50 682,4 176,0 557,5

56 1 1151,0 7,93 473,9 255,9 0,54 729,8 192,9 592,8

56 2 1138,5 7,88 473,9 265,4 0,56 739,3 187,1 606,5

56 3 1114,3 8,01 502,4 246,4 0,49 748,8 192,4 612,2

57 1 995,4 7,94 505,4 243,0 0,48 748,4 189,7 613,6

57 2 1030,0 7,90 505,4 257,6 0,51 762,9 201,7 619,7

57 3 968,4 7,88 510,2 247,8 0,49 758,1 204,0 613,2

57 4 1015,6 7,79 485,9 267,3 0,55 753,2 200,0 611,2

57 5 965,0 7,74 505,4 252,7 0,50 758,1 197,7 617,7

57 6 1043,4 7,85 467,5 233,7 0,50 701,2 189,5 566,7

57 7 987,5 7,73 445,0 242,7 0,55 687,7 163,6 571,6

58 1 974,9 7,31 427,0 386,6 0,91 813,6 170,9 692,3

58 2 910,9 7,27 355,1 278,7 0,78 633,8 149,1 527,9

59 1 851,9 6,93 255,3 349,9 1,37 605,3 186,6 472,8

59 2 822,3 6,94 269,5 349,9 1,30 619,4 193,8 481,8

59 3 796,6 7,06 279,0 354,6 1,27 633,6 195,2 495,0

59 4 722,9 - - - - - - -

60 1 1123,4 - - - - - - -

60 2 1016,4 7,59 463,4 255,3 0,55 718,7 189,5 584,2

60 3 1040,3 7,53 468,1 255,3 0,55 723,5 193,8 585,9

60 4 979,6 - - - - - - -

Unidades: C

= mgDQO/L; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

TABELA III.10 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Lote Meio

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

57 2 2510 948 20 20

57 4 2414 898 22 22

60 3 2254 926 28 18

137

ANEXO IV

VARIÁVEIS MONITORADAS DO EFLUENTE

(a) Operação do ASBBR na Condição I

TABELA IV.1 – Concentração de substrato (C

e C

), eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε

e ε

), pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

- - - - - 7,45 852,2 214,1 0,25 1066,3 25,4 1048,2

- - - - - 7,50 498,2 135,5 0,27 633,7 20,1 619,4

- - - - - 7,37 298,0 87,7 0,29 385,7 15,8 374,5

- - - - - 7,19 330,9 72,3 0,22 403,2 16,2 391,8

1 106,2 89,6 78,2 92,3 7,28 406,2 111,4 0,27 517,6 34,9 492,8

2 150,7 85,2 114,7 88,7 7,26 349,4 100,5 0,29 449,9 13,8 440,1

3 140,0 86,3 111,6 89,0 7,21 356,0 98,3 0,28 454,3 16,3 442,7

4 134,3 86,8 107,7 89,4 7,23 340,7 104,8 0,31 445,5 15,5 434,5

7 150,5 85,2 127,9 87,4 - - - - - - -

8 160,5 84,2 126,0 87,6 7,28 366,7 100,4 0,27 467,1 23,8 450,3

9 159,3 84,4 142,4 86,0 7,44 362,4 87,3 0,24 449,7 20,2 435,3

10 164,0 83,9 142,0 86,1 - - - - - - -

11 156,1 84,7 118,8 88,3 7,33 342,7 100,4 0,29 443,1 18,9 429,7

15 143,2 85,9 121,5 88,1 7,23 308,8 83,8 0,27 392,6 15,7 381,4

16 132,1 87,0 118,0 88,4 7,29 313,2 79,4 0,25 392,6 19,7 378,6

22 146,3 85,6 126,1 87,6 7,35 345,9 95,4 0,28 441,3 19,0 427,8

23 142,2 86,0 118,7 88,3 7,34 308,2 133,0 0,43 441,3 25,1 423,5

24 146,4 85,6 113,5 88,9 7,19 434,6 88,7 0,20 523,3 22,9 507,1

25 147,5 85,5 120,6 88,2 7,53 470,6 139,8 0,30 610,4 19,2 596,7

29 188,2 81,5 162,9 84,0 7,47 443,9 137,6 0,31 581,5 20,7 566,9

30 203,0 80,1 190,9 81,3 7,36 443,9 128,7 0,29 572,7 20,8 557,9

31 185,5 81,8 172,7 83,0 7,36 439,5 97,7 0,22 537,1 24,4 519,8

32 167,4 83,6 145,2 85,7 7,77 435,1 136,7 0,31 571,8 27,6 552,2

33 196,4 80,7 173,4 83,0 - - - - - - -

36 152,8 85,0 132,2 87,0 7,37 435,1 136,7 0,31 571,8 27,6 552,2

37 127,1 87,5 114,4 88,8 7,43 420,2 136,7 0,33 556,9 18,3 543,9

38 149,9 85,3 132,5 87,0 - - - - - - -

39 218,9 78,5 186,2 81,7 - - - - - - -

40 225,6 77,8 212,4 79,1 - - - - - - -

138

(continuação)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

42 194,9 80,9 167,0 83,6 - - - - - - -

43 - - - - 7,52 561,7 171,7 0,31 733,4 50,2 697,7

45 229,4 77,5 204,3 79,9 7,40 480,7 147,2 0,31 627,9 44,3 596,4

46 215,1 78,9 187,4 81,6 7,55 446,4 137,4 0,31 583,8 31,4 561,4

Unidades: Tempo = dia; C

e C

= mgDQO/L; ε

e ε

= %; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L;AVT =

mgHAc/L

TABELA IV.2 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Tempo

(dia)

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

36 1234 398 70 64

39 1136 360 58 48

TABELA IV.3 – Volume de efluente descarregado

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

2 1,55

4 1,65

5 1,53

7 1,78

8 1,80

9 1,64

10 1,64

22 1,65

23 1,62

24 1,62

29 1,79

30 1,72

31 1,74

32 1,74

33 1,73

139

(continuação)

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

37 1,73

38 1,74

39 1,74

40 1,74

43 1,78

44 1,88

45 1,78

45 1,68

46 1,58

140

(b) Operação do ASBBR na Condição II

TABELA IV.4 – Concentração de substrato (C

e C

), eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε

e ε

), pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

1 671,8 69,8 640,1 71,2 7,32 584,8 350,9 0,60 935,7 291,2 728,9

2 697,2 69,6 684,8 70,1 - - - - - - -

5 608,6 70,0 562,1 72,3 7,35 540,7 331,4 0,61 872,1 246,2 697,4

6 596,1 70,2 564,4 71,8 7,33 532,0 318,3 0,60 850,3 248,4 674,0

7 691,0 66,4 647,8 68,5 7,35 532,0 314,0 0,59 846,0 272,5 652,5

8 690,4 62,7 654,8 64,6 7,48 662,8 300,9 0,45 963,7 195,6 824,8

8 632,4 65,9 629,7 66,1 - - - - - - -

12 665,4 64,4 600,0 67,9 7,39 658,5 309,6 0,47 968,1 214,5 815,8

13 - - - - 7,18 588,7 423,0 0,72 1011,7 389,7 735,0

14 813,8 64,7 770,5 66,6 7,30 697,7 357,6 0,51 1055,3 218,9 899,9

15 617,0 69,4 575,6 71,4 7,35 680,3 322,7 0,47 1003,0 177,3 877,1

19 569,1 72,6 495,2 76,2 7,27 628,6 305,6 0,49 934,2 179,0 807,1

20 657,6 68,0 607,5 70,4 7,30 593,7 327,4 0,55 921,1 209,5 772,3

21 628,4 69,3 582,6 71,5 7,32 593,7 314,3 0,53 908,0 246,6 732,9

22 610,6 70,7 589,2 71,7 7,20 550,0 349,2 0,63 899,3 227,0 738,1

23 - - - - 7,14 515,1 331,8 0,64 846,9 213,9 695,0

26 552,2 72,4 507,1 74,7 7,20 540,2 311,8 0,58 852,1 204,8 706,7

27 583,1 71,7 516,1 75,0 7,36 623,7 311,8 0,50 935,5 217,8 780,8

28 626,5 68,8 575,0 71,3 7,29 610,5 329,4 0,54 939,9 178,6 813,1

29 666,4 68,6 612,2 71,2 7,39 667,6 311,8 0,47 979,4 169,9 858,8

30 673,7 68,0 606,5 71,2 - - - - - - -

32 - - - - 7,16 646,6 401,9 0,62 1048,5 244,0 875,3

33 621,6 68,2 584,7 70,1 - - - - - - -

35 692,3 65,0 656,6 66,8 - - - - - - -

37 389,7 75,5 366,4 76,9 7,52 855,1 255,7 0,30 1110,8 73,1 1058,9

40 427,8 69,4 376,7 73,1 7,61 983,0 305,5 0,31 1288,5 96,3 1220,1

41 408,6 70,4 355,6 74,2 7,57 1000,7 292,2 0,29 1292,9 70,3 1243,0

42 442,8 67,0 382,0 71,5 7,53 983,0 318,8 0,32 1301,8 87,2 1239,8

43 467,5 66,0 411,2 70,1 7,51 960,8 332,1 0,35 1292,9 106,1 1217,8

44 724,1 64,6 641,9 68,6 7,76 1036,1 248,0 0,24 1284,1 220,6 1127,4

47 682,3 66,8 557,8 72,8 7,50 908,8 360,6 0,40 1269,4 160,6 1155,4

48 380,0 68,2 329,7 72,4 7,61 961,7 278,9 0,29 1240,6 67,0 1193,0

49 401,1 66,8 353,9 70,7 7,59 894,4 331,8 0,37 1226,2 75,6 1172,5

141

(continuação)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

50 377,7 70,7 328,7 74,5 7,56 884,8 336,6 0,38 1221,4 77,6 1166,2

51 395,7 66,4 327,1 72,2 7,53 865,5 346,2 0,40 1211,7 78,3 1156,1

54 713,9 62,6 592,6 69,0 7,23 618,7 295,1 0,48 913,8 145,6 810,5

55 631,6 67,4 565,1 70,8 7,17 623,5 261,8 0,42 885,3 137,4 787,8

56 708,7 64,1 623,2 68,5 7,22 699,7 333,2 0,48 1032,8 138,0 934,9

57 773,6 60,1 738,1 61,9 7,15 704,4 342,7 0,49 1047,1 158,3 934,8

58 752,0 61,2 667,6 65,5 7,19 685,4 361,7 0,53 1047,1 168,4 927,6

61 615,3 64,7 489,1 71,9 7,35 723,5 317,2 0,44 1040,7 137,4 943,1

62 757,6 67,4 647,3 72,2 7,31 773,1 361,8 0,47 1134,8 217,3 980,5

63 718,1 67,7 633,7 71,5 7,30 783,0 361,8 0,46 1144,7 182,3 1015,3

64 743,1 66,3 635,2 71,2 7,21 763,2 376,6 0,49 1139,8 192,3 1003,2

65 756,8 66,5 611,0 73,0 7,19 768,1 391,5 0,51 1159,6 187,3 1026,6

Unidades: Tempo = dia; C

e C

= mgDQO/L; ε

e ε

= %; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L;

AVT = mgHAc/L

TABELA IV.5 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Tempo

(dia)

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

5 2134 1102 80 70

7 2218 972 128 66

20 2122 1040 72 44

22 1908 858 72 64

26 1832 866 76 76

28 1964 782 82 56

41 2108 880 112 100

44 2280 928 118 98

48 1944 670 100 96

55 2434 940 102 76

57 2658 932 108 62

2560 956 94 72

142

TABELA IV.6 – Volume de efluente descarregado

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

1 1,79

2 1,80

5 1,77

6 1,74

8 1,75

8 1,74

12 1,78

13 1,78

14 1,72

15 1,72

19 1,69

20 1,69

21 1,69

22 1,69

23 1,69

26 1,69

27 1,69

28 1,69

29 1,68

30 1,69

33 1,69

35 1,68

37 1,68

40 1,68

41 1,69

42 1,66

43 1,68

44 1,60

47 1,60

48 1,60

49 1,54

50 1,54

51 1,54

54 1,54

55 1,55

143

(continuação)

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

58 1,55

61 1,55

63 1,55

65 1,51

144

TABELA IV.7 – Concentração de substrato (C

e C

), eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε

e ε

), pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

1 265,6 66,0 216,0 72,4 7,37 532,1 221,0 0,42 753,0 18,9 739,6

2 213,2 72,5 182,8 76,4 7,35 478,0 207,4 0,43 685,4 17,5 673,0

3 192,9 72,5 169,0 75,9 7,33 505,0 166,8 0,33 671,9 17,0 659,8

4 173,3 66,8 151,8 70,9 7,50 478,0 166,8 0,35 644,8 20,8 630,0

7 153,1 72,2 124,4 77,4 7,40 428,8 145,2 0,34 574,0 19,7 560,0

8 162,2 70,3 147,5 73,0 7,42 449,1 151,9 0,34 601,0 20,1 586,8

9 147,2 73,4 124,5 77,5 7,41 452,4 158,7 0,35 611,1 19,6 597,2

11 202,7 76,4 174,0 79,7 7,44 547,0 172,2 0,31 719,2 20,2 704,9

14 216,6 76,0 168,9 81,3 7,37 546,4 176,1 0,32 722,5 27,8 702,8

16 231,1 75,1 190,1 79,5 7,40 550,0 190,5 0,35 740,5 24,3 723,2

17 230,7 75,4 191,6 79,6 7,32 567,9 194,1 0,34 762,0 24,6 744,6

18 235,3 74,9 195,0 79,2 7,30 532,0 204,9 0,39 736,9 24,4 719,6

22 198,4 81,5 165,4 84,6 7,34 447,3 162,1 0,36 609,4 21,2 594,4

24 240,1 78,4 210,0 81,1 7,40 554,3 184,8 0,33 739,1 24,3 721,8

25 228,3 78,9 200,8 81,5 7,38 531,6 168,6 0,32 700,2 25,0 682,4

26 206,8 78,5 178,5 81,5 7,36 557,5 165,3 0,30 722,9 24,6 705,4

28 231,2 77,0 193,4 80,8 7,24 486,2 168,6 0,35 654,8 34,1 630,6

30 280,5 72,8 255,4 75,2 - - - - - - -

31 260,2 75,8 246,2 77,1 - - - - - - -

32 269,6 74,1 244,3 76,5 - - - - - - -

Unidades: Tempo = dia; C

e C

= mgDQO/L; ε

e ε

= %; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L;

AVT = mgHAc/L

145

TABELA IV.8 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Tempo

(dia)

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

1 1548 632 62 58

3 1630 700 70 64

8 1672 564 62 52

17 1808 686 66 58

25 1888 652 82 68

29 1974 714 94 70

31 1694 648 60 60

TABELA IV.9 – Volume de efluente descarregado

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

1 1,74

2 2,05

3 2,05

4 2,05

5 2,03

6 2,00

8 2,00

9 2,00

11 2,02

12 2,01

13 2,01

15 2,01

16 2,02

17 2,00

18 1,96

19 1,95

20 2,04

22 2,05

146

(continuação)

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

24 2,00

25 2,04

27 2,00

28 2,00

30 1,98

31 2,00

32 1,96

147

(d) Operação do ASBBR na Condição IV

TABELA IV.10 – Concentração de substrato (C

e C

), eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε

e ε

), pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

1 201,6 78,2 173,8 81,2 - - - - - - -

4 182,1 70,6 147,8 76,2 7,29 492,4 184,6 0,38 677,0 18,6 663,8

5 191,8 75,4 160,7 79,4 7,35 509,9 180,2 0,35 690,2 19,3 676,5

8 181,4 77,5 155,4 80,7 7,45 527,5 167,0 0,32 694,6 17,8 682,0

11 175,6 77,0 160,4 79,0 7,38 505,5 171,4 0,34 677,0 18,8 663,6

15 192,1 73,3 168,7 76,6 7,33 501,1 180,2 0,36 681,4 18,8 668,0

16 - - - - 7,36 686,0 210,7 0,31 896,7 23,3 880,2

17 - - - - 7,48 720,3 156,8 0,22 877,1 24,9 859,5

18 163,4 76,6 153,4 78,0 7,38 461,3 128,6 0,28 590,0 16,3 578,4

19 175,1 70,4 162,8 72,5 7,47 505,7 128,6 0,25 634,4 17,8 621,7

20 178,5 69,6 168,3 71,3 7,48 510,1 119,8 0,23 629,9 17,4 617,6

23 189,9 69,2 162,7 73,6 7,53 505,7 133,1 0,26 638,8 29,8 617,6

26 325,5 79,6 298,9 81,3 - - - - - - -

27 316,3 75,2 300,2 76,5 - - - - - - -

30 259,4 73,0 234,3 75,6 - - - - - - -

34 310,4 68,4 252,5 74,3 7,56 674,0 149,8 0,22 823,7 20,8 808,9

35 277,3 71,7 232,7 76,3 7,39 697,4 182,5 0,26 879,9 22,1 864,2

Unidades: Tempo = dia; C

e C

= mgDQO/L; ε

e ε

= %; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L;

TABELA IV.11 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Tempo

(dia)

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

19 1464 600 66 64

23 1542 652 68 38

34 1820 670 56 58

148

TABELA IV.12 – Volume de efluente descarregado

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

1 2,15

4 2,15

5 2,15

8 2,25

11 2,20

15 2,27

18 2,22

19 2,22

20 2,25

23 2,15

26 2,15

30 2,12

34 2,12

35 2,15

149

(e) Operação do ASBBR na Condição V

TABELA IV.13 – Concentração de substrato (C

e C

), eficiência de remoção de matéria

orgânica (ε

e ε

), pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Tempo

pH AP AI AI/AP

AT AVT AB

1 184,1 83,1 168,4 84,5 7,40 559,2 184,8 0,33 744,1 18,3 731,1

2 - - - - 7,36 673,0 189,6 0,28 862,5 21,5 847,2

8 211,1 81,7 192,0 83,3 7,67 431,3 137,4 0,32 568,7 15,4 557,7

9 201,7 82,3 185,7 83,7 7,66 464,4 113,7 0,24 578,2 18,3 565,2

12 215,6 80,7 205,8 81,5 7,61 466,5 136,1 0,29 602,6 22,2 586,8

13 224,4 77,5 200,8 79,8 7,71 485,9 145,8 0,30 631,7 19,9 617,6

14 222,2 78,4 204,8 80,1 7,73 520,0 145,8 0,28 665,7 20,3 651,4

15 226,3 76,6 212,6 78,0 7,78 544,3 155,5 0,29 699,8 24,5 682,4

16 220,4 78,3 205,3 79,8 7,81 544,3 150,6 0,28 694,9 22,9 678,6

19 234,7 75,7 199,5 79,3 7,79 525,9 139,3 0,26 665,3 21,9 649,7

20 222,3 78,7 195,8 81,2 7,81 512,4 161,8 0,32 674,2 18,3 661,3

21 217,5 78,0 198,8 79,9 7,33 395,6 256,2 0,65 651,8 25,4 633,7

23 208,4 78,6 187,8 80,7 7,33 377,6 251,7 0,67 629,3 28,7 608,9

26 222,8 75,5 194,8 78,6 7,27 340,5 274,3 0,81 614,7 20,2 600,4

27 186,5 78,1 179,7 78,9 7,35 326,3 264,8 0,81 591,1 13,9 581,2

28 185,3 77,5 168,0 79,6 - - - - - - -

29 176,8 77,8 171,7 78,4 - - - - - - -

30 175,5 75,7 159,7 77,9 - - - - - - -

33 215,1 80,9 202,8 81,9 7,73 487,0 146,6 0,30 633,6 21,6 618,3

34 232,6 77,1 209,1 79,4 - - - - - - -

35 233,6 77,5 204,7 80,3 - - - - - - -

36 232,0 76,3 198,7 79,7 - - - - - - -

Unidades: Tempo = dia; C

e C

= mgDQO/L; ε

e ε

= %; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L;

AVT = mgHAc/L

150

TABELA IV.14 – Concentração de sólidos: totais (ST), voláteis totais (SVT), em suspensão

totais (SST) e em suspensão voláteis (SSV)

Tempo

(dia)

(mg/L)

SVT

(mg/L)

SST

(mg/L)

SSV

(mg/L)

13 1864 580 58 66

15 1800 586 46 50

27 1624 628 32 28

29 1628 656 44 38

34 1650 550 48 36

TABELA IV.15 – Volume de efluente descarregado

Tempo

(dia)

Descarga

(L)

1 0,75

2 1,28

5 1,22

8 0,87

9 0,89

12 1,00

13 0,85

14 0,87

15 0,94

16 0,94

19 0,94

20 0,86

21 0,86

23 0,93

26 0,91

28 0,84

30 0,86

33 0,91

34 0,86

35 0,90

36 0,86

151

ANEXO V

VARIÁVEIS MONITORADAS DO EFLUENTE NOS PERFIS AO LONGO DE UM

CICLO DE OPERAÇÃO

(a) Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição I

TABELA V.1 – Perfis de concentração de matéria orgânica (C

)

Ensaio 1 (96º ciclo) Ensaio 2 (135º ciclo)

Tempo

(h)

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

0,00 724,8 664,6 604,3 664,6

0,50 563,0 516,2 480,2 528,1

1,00 486,2 445,8 427,1 469,7

1,50 423,0 387,8 402,9 443,1

2,00 378,7 347,2 399,3 439,1

2,50 332,4 304,8 397,2 436,8

3,00 303,5 278,3 332,9 366,1

4,00 251,3 230,4 298,4 328,2

5,50 191,4 175,5 261,4 287,5

7,50 143,0 131,1 203,3 223,6

TABELA V.2 – Perfis de pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Ensaio 1 (99º ciclo) Ensaio 2 (120º ciclo)

Tempo

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

0,00 7,30 200,0

136,7

336,7

0,68 249,6

122,6

7,31 238,0

161,8

399,8

0,68 302,3

137,4

0,50 7,18 241,7

166,7

408,3

0,69 295,6

158,8

7,23 289,9

191,3

481,2

0,66 369,7

157,0

1,00 7,19 277,5

186,7

464,2

0,67 347,5

164,3

7,19 318,5

215,5

534,0

0,68 410,0

174,6

1,50 7,21 325,0

190,0

515,0

0,58 399,2

163,2

7,21 348,8

231,1

579,9

0,66 446,9

187,3

2,00 7,29 317,5

195,8

513,3

0,62 404,5

153,2

7,26 368,7

230,2

598,9

0,62 475,2

174,3

2,50 7,32 357,5

182,5

540,0

0,51 441,4

138,8

7,32 381,7

237,1

618,8

0,62 495,4

173,9

152

(continuação)

Ensaio 1 (99º ciclo) Ensaio 2 (120º ciclo)

Tempo

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

3,00 7,36 350,0

175,8

525,8

0,50 438,2

123,5

7,42 400,7

231,1

631,8

0,58 511,0

170,2

4,00 7,38 370,0

165,0

535,0

0,45 464,2

99,7 7,40 435,3

221,6

656,9

0,51 550,8

149,5

5,50 7,39 394,2

150,8

545,0

0,38 502,2

60,3 7,50 478,6

204,3

682,9

0,43 608,9

104,2

7,50 7,44 410,8

137,5

548,3

0,33 521,2

38,2 7,54 519,3

174,8

694,1

0,34 650,8

61,0

Unidades: Tempo = h; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

TABELA V.3 – Perfil de concentração média de ácidos voláteis intermediários

Ácidos Intermediários e Totais (96º e 135º ciclos)

(mg/L)

Tempo

(h)

Acético Propiônico

Isobutírico

Butírico

Isovalérico

Valérico

Capróico

Totais

0,0 141,0293 7,0437 3,1875 7,5871 0 0 1,3670 160,2145

0,5 159,9180 8,4065 2,6347 7,5134 0 0 1,4198 179,8924

1,0 163,6240 8,1190 3,3773 9,3419 0 0 1,2960 185,7581

1,5 164,7407 6,4825 3,6198 9,8462 0 0 1,3671 186,0563

2,0 145,3234 4,6686 3,5540 9,1312 0 0 1,4536 164,1309

2,5 132,0334 2,6398 3,5912 9,0987 0 0 1,1980 148,5611

3,0 99,0964 2,0124 3,3791 6,4584 0 0 1,3532 112,2996

4,0 58,9682 0 1,7566 2,8186 0 0 1,3727 64,9161

5,5 18,3033 0 1,1411 0 0 0 1,4242 20,8686

7,5 0 0 0 0 0 0 1,4569 1,4569

153

TABELA V.4 – Perfis de concentração ([CH

] e [CO

]) e fração molar (Y

CH4

e Y

CO2

) de

metano e dióxido de carbono

Ensaio 1 (117º ciclo) Ensaio 2 (132º ciclo)

Tempo

(h)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

0,00 0,000 0,036 0,0 100,0 0,032 0,147 17,9 82,1

0,50 0,162 0,448 26,5 73,5 0,120 0,405 22,8 77,2

1,00 0,406 0,766 34,6 65,4 0,295 0,689 30,0 70,0

1,50 0,829 1,059 43,9 56,1 0,562 0,902 38,4 61,6

2,00 1,256 1,173 51,7 48,3 0,924 1,007 47,9 52,1

2,50 1,790 1,335 57,3 42,7 1,113 1,078 50,8 49,2

3,00 2,257 1,432 61,2 38,8 1,283 1,120 53,4 46,6

4,00 3,010 1,547 66,1 33,9 1,676 1,170 58,9 41,1

5,00 3,577 1,606 69,0 31,0 1,946 1,259 60,7 39,3

6,00 4,155 1,696 71,0 29,0 1,930 1,288 60,0 40,0

7,50 4,484 1,783 71,6 28,4 2,016 1,329 60,3 39,7

154

(b) Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição II

TABELA V.5 – Perfis de concentração de matéria orgânica (C

)

Ensaio 1 (72º ciclo) Ensaio 2 (102º ciclo)

Tempo

(h)

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

0,00 1473,0 1532,5 1591,9 1532,5

0,50 1263,8 1314,8 1409,5 1356,9

1,00 1196,6 1244,9 1244,6 1198,1

1,50 1058,7 1101,4 1150,5 1107,5

2,00 1042,2 1084,3 1107,7 1066,3

2,50 997,2 1037,4 1083,7 1043,2

3,00 841,2 875,2 1017,0 979,0

4,00 785,2 816,9 941,8 906,6

5,50 761,3 792,0 827,5 796,6

7,50 545,5 567,5 656,6 632,1

TABELA V.6 – Perfis de pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Ensaio 1 (75º ciclo) Ensaio 2 (96º ciclo)

Tempo

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

0,00 7,10 330,7

219,8

550,4

0,66 443,4

150,8

7,09 361,3

275,4

636,6

0,76 474,1

229,0

0,50 6,95 383,0

291,6

674,7

0,76 517,8

221,0

7,05 417,5

335,6

753,1

0,80 553,8

280,8

1,00 6,83 380,0

352,2

732,2

0,93 523,5

293,9

7,04 457,0

372,1

829,1

0,81 608,3

310,9

1,50 6,78 374,8

394,3

769,2

1,05 517,5

354,4

7,07 508,3

392,8

901,2

0,77 669,3

326,6

2,00 6,78 362,5

415,9

778,4

1,15 501,4

390,1

7,12 527,1

400,7

927,8

0,76 678,0

351,8

2,50 6,78 355,3

433,4

788,7

1,22 506,9

396,9

7,16 534,0

405,7

939,7

0,76 711,1

321,9

3,00 6,85 365,6

425,1

790,7

1,16 509,5

396,0

7,17 540,9

414,6

955,4

0,77 729,0

318,9

4,00 6,90 374,8

419,0

793,8

1,12 519,8

385,9

7,19 568,5

392,8

961,4

0,69 755,4

290,1

5,50 6,99 422,1

391,3

813,3

0,93 606,2

291,7

7,22 604,1

360,3

964,3

0,60 794,2

239,6

7,50 7,12 488,8

346,1

834,9

0,71 678,3

220,5

7,27 646,5

311,9

958,4

0,48 814,0

203,5

Unidades: Tempo = h; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

155

TABELA V.7 – Perfil de concentração média de ácidos voláteis intermediários

Ácidos Intermediários e Totais (72º e 102º ciclos)

(mg/L)

Tempo

(h)

Acético Propiônico

Isobutírico

Butírico

Isovalérico

Valérico

Capróico

Totais

0,0 230,7282 12,8424 4,7656 18,9642 0 0 0 267,3004

0,5 384,2700 26,3628 5,6059 22,6530 0 0 0 438,8916

1,0 434,7249 36,2693 5,2051 23,0518 0 0 0 499,2511

1,5 505,2321 54,2281 5,8330 26,7895 0 0 0 592,0827

2,0 518,3447 67,7802 6,0742 28,1181 0 0 0 620,3171

2,5 497,2287 78,6340 6,3449 28,6494 0 0 0 610,8570

3,0 503,5951 88,3391 6,5729 28,9197 0 0,8403 0 628,2671

4,0 493,8773 106,3017 7,4927 29,5197 0 0 1,0458 638,2372

5,5 377,9444 93,7215 6,9087 22,6096 0,7976 1,8929 0,9505 504,8251

7,5 259,2144 79,4378 6,3839 14,6854 0,9507 0,9673 0,8159 362,4554

TABELA V.8 – Perfis de concentração ([CH

] e [CO

]) e fração molar (Y

CH4

e Y

CO2

) de

metano e dióxido de carbono

Ensaio 1 (93º ciclo) Ensaio 2 (105º ciclo)

Tempo

(h)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

0,00 0,001 0,002 30,1 69,9 0,020 0,096 17,3 82,7

0,50 0,022 0,068 24,5 75,5 0,031 0,121 20,2 79,8

1,00 0,052 0,094 35,4 64,6 0,210 0,373 36,0 64,0

1,50 0,154 0,156 49,6 50,4 0,362 0,420 46,2 53,8

2,00 0,310 0,200 60,7 39,3 0,427 0,358 54,4 45,6

2,50 0,469 0,236 66,5 33,5 0,594 0,334 64,0 36,0

3,00 0,608 0,264 69,7 30,3 0,805 0,371 68,4 31,6

4,00 0,697 0,279 71,4 28,6 1,327 0,512 72,2 27,8

5,00 1,186 0,469 71,7 28,3 1,822 0,620 74,6 25,4

6,00 1,016 0,393 72,1 27,9 1,673 0,538 75,7 24,3

7,50 0,766 0,293 72,3 27,7 1,529 0,475 76,3 23,7

156

TABELA V.9 – Perfis de concentração de matéria orgânica (C

)

Ensaio 1 (77º ciclo) Ensaio 2 (89º ciclo)

Tempo

(h)

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

0,00 752,5 738,3 724,1 738,3

0,50 547,8 537,5 570,0 581,2

1,00 452,6 444,1 479,5 488,9

1,50 391,0 383,6 417,9 426,1

2,00 336,2 329,9 353,7 360,6

2,50 293,1 287,6 317,3 323,5

3,00 254,2 249,4 286,2 291,8

4,00 213,5 209,5 229,7 234,2

5,50 189,6 186,0 204,6 208,6

7,50 187,2 183,7 201,2 205,1

TABELA V.10 – Perfis de pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Ensaio 1 (92º ciclo) Ensaio 2 (95º ciclo)

Tempo

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

0,00 7,45 805,4

376,7

1182,0

0,47 1088,0

132,4

7,35 490,8

240,8

731,5

0,49 639,1

130,3

0,50 7,31 823,0

405,2

1228,2

0,49 1128,1

141,0

7,26 539,4

250,8

790,3

0,47 693,2

136,7

1,00 7,26 681,2

230,7

911,9

0,34 807,9

146,5

7,24 572,1

265,9

838,1

0,46 740,0

138,2

1,50 7,29 714,8

335,6

1050,3

0,47 949,3

142,3

7,27 594,0

265,9

859,9

0,45 773,5

121,6

2,00 7,27 682,0

330,5

1012,6

0,48 928,2

118,8

7,26 628,4

251,7

880,0

0,40 813,1

94,3

2,50 7,29 626,7

251,7

878,4

0,40 808,9

97,8 7,32 667,8

230,7

898,5

0,35 850,0

68,4

3,00 7,28 812,1

307,9

1120,0

0,38 1067,6

73,8 7,33 677,9

225,7

903,5

0,33 866,3

52,5

4,00 7,29 835,6

338,1

1173,7

0,40 1142,6

43,7 7,35 705,5

220,6

926,2

0,31 904,1

31,1

5,50 7,33 875,0

364,9

1239,9

0,42 1214,4

35,9 7,44 713,1

219,8

932,9

0,31 910,9

30,9

7,50 7,31 765,9

358,2

1124,2

0,47 1101,8

31,4 7,46 716,4

224,0

940,4

0,31 920,9

27,5

Unidades: Tempo = h; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

157

TABELA V.11 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários

Ácidos Intermediários e Totais (77º ciclo)

(mg/L)

Tempo

(h)

Acético Propiônico

Isobutírico

Butírico

Isovalérico

Valérico

Capróico

Totais

0,0 118,3165 6,8458 8,1082 8,5596 0 0 0 141,8301

0,5 120,2175 3,6553 6,6718 6,9021 0 0 0 137,4466

1,0 147,9077 0 8,0279 6,2205 0 0 0 162,1561

1,5 148,7676 0 8,5619 4,8017 0 0 0 162,1312

2,0 106,6920 0 5,2403 2,3566 0 0 0 114,2890

2,5 77,4652 0 3,6921 0 0 0 0 81,1573

3,0 47,8383 0 0 0 0 0 0 47,8383

4,0 0 0 0 0 0 0 0 0

5,5 0 0 0 0 0 0 0 0

7,5 0 0 0 0 0 0 0 0

TABELA V.12 – Perfis de concentração ([CH

] e [CO

]) e fração molar (Y

CH4

e Y

CO2

) de

metano e dióxido de carbono

Ensaio 1 (74º ciclo) Ensaio 2 (83º ciclo)

Tempo

(h)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

0,00 0,000 0,051 0,0 100,0 0,000 0,062 0,0 100,0

0,50 0,050 0,775 6,0 94,0 0,078 0,875 8,2 91,8

1,00 0,384 1,327 22,4 77,6 0,463 1,448 24,2 75,8

1,50 0,699 1,655 29,7 70,3 0,896 1,804 33,2 66,8

2,00 1,683 1,796 48,4 51,6 1,496 1,951 43,4 56,6

2,50 2,209 1,875 54,1 45,9 2,194 2,053 51,7 48,3

3,00 2,700 1,949 58,1 41,9 2,930 2,097 58,3 41,7

4,00 3,614 2,034 64,0 36,0 3,884 2,256 63,3 36,7

5,00 3,934 2,144 64,7 35,3 3,873 2,324 62,5 37,5

6,00 4,229 2,341 64,4 35,6 4,164 2,488 62,6 37,4

7,50 4,202 2,553 62,2 37,8 4,125 2,687 60,6 39,4

158

(d) Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição IV

TABELA V.13 – Perfis de concentração de matéria orgânica (C

)

Ensaio 1 (53º ciclo) Ensaio 2 (62º ciclo)

Tempo

(h)

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

0,00 346,6 323,9 301,2 323,9

0,50 231,8 216,6 224,8 241,7

1,00 198,0 185,0 160,3 172,4

1,50 163,3 152,6 139,6 150,1

2,00 144,4 134,9 143,0 153,8

2,50 134,8 126,0 152,6 164,1

3,00 143,4 134,0 133,0 143,0

4,00 130,1 121,6 122,0 131,2

5,50 131,6 123,0 126,9 136,5

7,50 120,9 113,0 129,8 139,6

TABELA V.14 – Perfis de pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Ensaio 1 (77º ciclo) Ensaio 2 (80º ciclo)

Tempo

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

0,00 7,35 547,1

223,6

770,7

0,41 679,7

128,1

7,33 504,7

233,4

738,1

0,46 651,6

121,9

0,50 7,24 563,8

232,7

796,5

0,41 707,2

125,8

7,23 547,1

240,2

787,4

0,44 707,7

112,2

1,00 7,19 586,6

219,0

805,6

0,37 715,7

126,6

7,15 569,9

246,3

816,2

0,43 723,8

130,1

1,50 7,20 585,8

232,7

818,4

0,40 732,1

121,6

7,15 563,1

260,7

823,8

0,46 739,5

118,7

2,00 7,23 588,8

228,9

817,7

0,39 739,9

109,6

7,19 572,9

248,6

821,5

0,43 740,0

114,8

2,50 7,22 600,2

231,1

831,3

0,39 765,9

92,2 7,19 604,7

243,3

848,0

0,40 778,6

97,8

3,00 7,25 623,7

240,2

863,9

0,39 804,9

83,1 7,22 618,4

234,9

853,3

0,38 789,0

90,6

4,00 7,29 650,2

229,6

879,8

0,35 836,0

61,7 7,25 638,1

242,5

880,6

0,38 825,3

77,9

5,50 7,29 679,0

225,8

904,8

0,33 881,0

33,6 7,29 681,3

226,6

907,9

0,33 883,7

34,0

7,50 7,26 685,1

238,7

923,8

0,35 903,3

28,8 7,28 691,9

227,3

919,2

0,33 891,1

39,7

Unidades: Tempo = h; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

159

TABELA V.15 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários

Ácidos Intermediários e Totais (53º ciclo)

(mg/L)

Tempo

(h)

Acético Propiônico

Isobutírico

Butírico

Isovalérico

Valérico

Capróico

Totais

0,0 33,7336 8,6219 1,8440 0 0 0 0 44,1995

0,5 35,1218 4,3422 0 0 0 0 0 39,4640

1,0 30,3516 1,7314 0 0 0 0 0 32,0830

1,5 0 0 0 0 0 0 0 0

2,0 0 0 0 0 0 0 0 0

2,5 0 0 0 0 0 0 0 0

3,0 0 0 0 0 0 0 0 0

4,0 0 0 0 0 0 0 0 0

5,5 0 0 0 0 0 0 0 0

7,5 0 0 0 0 0 0 0 0

TABELA IV.16 – Perfis de concentração ([CH

] e [CO

]) e fração molar (Y

CH4

e Y

CO2

) de

metano e dióxido de carbono

Ensaio 1 (101º ciclo) Ensaio 2 (104º ciclo)

Tempo

(h)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

0,00 0,000 0,104 0,0 100,0 0,000 0,058 0,0 100,0

0,50 0,058 0,605 8,7 91,3 0,136 0,892 13,2 86,8

1,00 0,164 1,014 13,9 86,1 0,359 1,446 19,9 80,1

1,50 0,163 1,188 12,0 88,0 0,660 1,732 27,6 72,4

2,00 0,528 1,342 28,2 71,8 1,135 1,912 37,2 62,8

2,50 0,524 1,482 26,1 73,9 1,342 1,949 40,8 59,2

3,00 1,021 1,515 40,3 59,7 1,601 2,038 44,0 56,0

4,00 1,864 1,851 50,2 49,8 2,143 2,171 49,7 50,3

5,00 2,222 2,068 51,8 48,2 2,395 2,238 51,7 48,3

6,00 2,607 2,132 55,0 45,0 2,638 2,387 52,5 47,5

7,50 3,010 2,337 56,3 43,7 3,161 2,567 55,2 44,8

160

(e) Perfis ao Longo de um Ciclo de Operação do ASBBR na Condição V

TABELA V.17 – Perfis de concentração de matéria orgânica (C

)

Ensaio 1 (98º ciclo) Ensaio 2 (101º ciclo)

Tempo

(h)

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

Cs’

(mgDQO/L)

0,00 175,2 178,7 182,1 178,7

0,50 232,9 237,5 224,7 220,4

1,00 276,6 282,0 257,1 252,2

1,50 352,4 359,3 326,9 320,7

2,00 349,5 356,4 368,3 361,3

2,50 320,7 327,0 335,5 329,1

3,00 286,0 291,6 290,4 284,9

4,00 253,1 258,1 257,5 252,6

5,50 196,1 200,0 200,3 196,5

7,50 193,6 197,4 198,0 194,2

TABELA V.18 – Perfis de pH, alcalinidade: parcial (AP), intermediária (AI), total (AT) e a

bicarbonato (AB), relação (AI/AP) e concentração de ácidos voláteis totais (AVT)

Ensaio 1 (104º ciclo) Ensaio 2 (107º ciclo)

Tempo

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

pH AP AI AT AI/AP

AB AVT

0,00 7,81 483,4

148,4

631,8

0,31 614,4

24,5 7,87 496,1

141,3

637,4

0,28 618,6

26,5

0,50 7,55 472,8

148,4

621,2

0,31 601,5

27,7 7,56 479,1

137,1

616,2

0,29 595,4

29,4

1,00 7,56 468,5

173,8

642,4

0,37 605,6

51,8 7,61 496,8

145,6

642,4

0,29 617,6

34,9

1,50 7,57 474,9

208,5

683,4

0,44 631,5

73,0 7,64 505,3

164,7

670,0

0,33 630,7

55,3

2,00 7,54 460,8

223,3

684,1

0,48 623,6

85,2 7,60 504,6

184,5

689,0

0,37 635,0

76,1

2,50 7,56 457,2

217,0

674,2

0,47 619,1

77,7 7,63 501,8

179,5

681,3

0,36 637,9

61,1

3,00 7,54 433,2

199,3

632,5

0,46 583,9

68,5 7,60 477,7

168,2

645,9

0,35 594,0

73,1

4,00 7,52 459,4

182,3

641,7

0,40 621,1

29,0 7,59 490,5

159,7

650,2

0,33 624,4

36,2

5,50 7,50 458,7

191,5

650,2

0,42 635,7

20,4 7,61 492,6

166,8

659,4

0,34 642,7

23,5

7,50 7,48 446,6

199,3

645,9

0,45 630,9

21,1 7,62 506,0

161,8

667,8

0,32 652,2

22,0

Unidades: Tempo = h; AP, AI, AT e AB = mgCaCO

/L; AVT = mgHAc/L

161

TABELA V.19 – Perfil de concentração de ácidos voláteis intermediários

Ácidos Intermediários e Totais (98º ciclo)

(mg/L)

Tempo

(h)

Acético Propiônico

Isobutírico

Butírico

Isovalérico

Valérico

Capróico

Totais

0,0 0 0 0 0 0 0 0 0

0,5 0 0 0 0 0 0 0 0

1,0 25,1230 0 0 0 0 0 0 25,1230

1,5 58,5976 0 2,3370 0 0 0 0 60,9345

2,0 75,8698 0 3,4581 1,8941 0 0 0 81,2220

2,5 69,3305 0 3,2474 0 0 0 0 72,5779

3,0 44,4098 0 1,9951 0 0 0 0 46,4048

4,0 0 0 0 0 0 0 0 0

5,5 0 0 0 0 0 0 0 0

7,5 0 0 0 0 0 0 0 0

TABELA V.20 – Perfis de concentração ([CH

] e [CO

]) e fração molar (Y

CH4

e Y

CO2

) de

metano e dióxido de carbono

Ensaio 1 (86º ciclo) Ensaio 2 (89º ciclo)

Tempo

(h)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

[CH

]

(mMol/L)

[CO

]

(mMol/L)

CH4

(%)

CO2

(%)

0,00 0,000 0,093 0,0 100,0 0,000 0,061 0,0 100,0

0,50 0,029 0,668 4,1 95,9 0,044 0,508 8,0 92,0

1,00 0,044 0,849 4,9 95,1 0,060 0,662 8,3 91,7

1,50 0,064 0,960 6,3 93,7 0,073 0,755 8,8 91,2

2,00 0,090 1,053 7,9 92,1 0,094 0,832 10,1 89,9

2,50 0,122 1,139 9,7 90,3 0,128 0,897 12,5 87,5

3,00 0,175 1,270 12,1 87,9 0,184 1,009 15,4 84,6

4,00 0,293 1,500 16,3 83,7 0,292 1,256 18,9 81,1

5,00 0,448 1,657 21,3 78,7 0,422 1,409 23,0 77,0

6,00 0,542 1,725 23,9 76,1 0,499 1,423 26,0 74,0

7,50 0,664 1,817 26,8 73,2 0,613 1,513 28,8 71,2

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