Artigo Técnico: Tratamento de Efluentes – Técnicos criticam unidades anaeróbicas de fluxo ascendente em esgoto e sugerem alternativas

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É preocupante a proliferação recente de instalações de unidades anaeróbicas do tipo UASB em vários estados da União para o tratamento de esgoto doméstico.


Autores:
Sam E. Shelby Jr – Environ – [email protected]
Kevin Mastaw – Environ – [email protected]
Fernando L’Abbate – Trulli G&C – [email protected]
Luiz Fedeli – Trulli G&C – [email protected]

É um fato reconhecido há tempos que os processos anaeróbicos de tratamento biológico são aplicados com êxito em determinadas águas residuais com altas concentrações de orgânicos (por exemplo, acima de 1.000 mg/l de DBO5). Entretanto, o tratamento não é adequado em casos de águas residuárias de baixa concentração, tal como o esgoto doméstico. Casos típicos de aplicação de processos anaeróbicos são os de tratamento de efluentes de indústrias de produção de açúcar, álcool e bebidas destiladas, cervejarias, certos laticínios, indústrias de carne e alimentícias, e outras indústrias que geram efluentes facilmente degradáveis com concentrações altas de compostos orgânicos. Nesses casos, sistemas anaeróbicos adequadamente projetados e operados podem atingir tipicamente 80%-90% de remoção da DBO e da DQO.

As características positivas dos sistemas anaeróbicos são as seguintes:

  • Podem ser mantidos altos níveis de biomassa com um mínimo de área ocupada;
  • É requerida pouca energia comparativamente aos sistemas aeróbicos, os quais requerem energia para a alimentação de ar ou oxigênio, assim como para a mistura;
  • São produzidas quantidades significativamente menores de lodo comparativamente aos sistemas aeróbicos;
  • Os sistemas anaeróbicos geram um gás rico em metano que é um subproduto valioso, pois pode ser queimado como combustível ou usado para gerar eletricidade.

Dentre as desvantagens dos processos anaeróbicos, destacam-se:

  • Não reduzem completamente os orgânicos presentes, de modo que o efluente esteja adequado para despejo;
  • Apresentam um grau mais alto de sensibilidade a materiais tóxicos ou inibidores, incluindo certos compostos orgânicos, metais pesados e elevados níveis de sólidos dissolvidos;
  • Sua tendência a potenciais surtos de desequilíbrio, por conta da variação de condições de operação, tais como pH, temperatura, choque de cargas e vazão, que são típicas em estações de tratamento de esgoto doméstico, conforme horário ou eventos de chuvas pesadas que podem diluir ou “varrer” a massa anaeróbica.

Ressalte-se, ainda, que os processos anaeróbicos podem tomar muitos meses para o crescimento de biomassa suficiente para atingir condições de equilíbrio e de capacidade máxima após o início da operação, ao passo que os sistemas aeróbicos, com velocidade de crescimento mais rápida da biomassa, geralmente requerem menos tempo.

No nível de concentração de carga orgânica encontrada no esgoto doméstico (valores típicos de 200-300 mg/l de DBO5), os sistemas anaeróbicos tendem a um desempenho pobre, pois é difícil reter a pequena quantidade de biomassa que cresce, em razão da eliminação dos sólidos. Como resultado, a retenção de biomassa é pobre e pode ocorrer baixa razão de remoção de orgânicos, causando desta forma um aumento de carga para os sistemas aeróbicos a jusante, os quais são geralmente necessários para atingir os limites permitidos de despejo. Nestas situações, toda a unidade de tratamento tem um nível de desempenho baixo e não pode ser rapidamente melhorada. Essencialmente, as unidades anaeróbicas se comportam apenas um pouco melhor do que um grande tanque séptico, não devendo ir, de modo contínuo e estável, muito além de 45%-55% de redução da carga orgânica. Há, também, relatórios que indicam que as bactérias anaeróbicas não granulam muito bem nas baixas concentrações encontradas no esgoto doméstico. Em um reator anaeróbico de fluxo ascendente, a granulação é um fator-chave para a manutenção da biomassa anaeróbica no sistema.

Limites permissíveis de despejo – Todos os sistemas biológicos de tratamento secundário de águas residuárias industriais ou de esgoto doméstico, quer anaeróbicos ou aeróbicos, devem produzir um efluente que atenda aos parâmetros de qualidade estabelecidos pela autoridade legisladora.

Química e Derivados, Limites permissíveis de despejo, Artigo Técnico: Tratamento de Efluentes
Tabela 1 - Limites permissíveis de despejo. Clique para ampliar.

A Tabela 1 mostra alguns valores dos parâmetros estabelecidos pelas nossas legislações e os correspondentes valores em outros países, assim como as diretivas de entidade financiadora de caráter mundial.

Um exame atento desta tabela provoca as seguintes ponderações e perguntas:

Por que os limites permissíveis de despejo no Brasil para DBO5 e TSS são tão incongruentes, i.e. mais altos do que os de outros países?

Por que não foram adotados limites mais restritivos, fácil e rapidamente atingíveis com tecnologias confiáveis usadas em todo o mundo?

Apesar das inconsistências apontadas acima, note-se que a legislação do estado de São Paulo desde 1976 não foi alterada de modo significativo nesses dois parâmetros. Além disso, as legislações brasileiras não fazem referência a médias mensais ou picos semanais aceitáveis, comumente usados em diferentes países. A porcentagem mínima requerida de redução da carga poluente também é bem menos severa e pode levar a questões de qualidade da água nos corpos receptores. Se as leis não especificam, como são definidos pelos agentes fiscalizadores os requerimentos de frequência de amostragem e de monitoração?
É de se duvidar que, de modo contínuo, eficiente e confiável, os processos anaeróbicos – especialmente os sistemas UASB neste caso – possam atender, sozinhos, até mesmo os parâmetros atuais das leis brasileiras acima mencionadas. Feitas estas ponderações e perguntas, recordemos de modo breve a caracterização dos processos biológicos para tratamento secundário de efluentes.

Tratamentos secundários – Há dois tipos gerais de sistemas biológicos usados para o tratamento secundário de águas residuais, conforme as características dos micro-organismos que reduzem a carga orgânica metabolizando-as: sistemas anaeróbicos e sistemas aeróbicos.

Nos sistemas anaeróbicos, os micro-organismos sobrevivem e se multiplicam na ausência de oxigênio em um ambiente redutor e geram um subproduto energético potencialmente útil (metano) com uma produção mínima de lodo. Porém, sua grande limitação é a incapacidade de reduzir completamente todo o material orgânico e, por causa disso, requerem frequentemente uma etapa de tratamento aeróbico a jusante, para completar o tratamento do efluente.

Nos sistemas aeróbicos, os organismos necessitam de oxigênio molecular. Há um consumo maior de energia, há uma quantidade maior de lodo gerada. O tratamento, porém, é completo, permitindo que o efluente satisfaça os requerimentos de despejo mais rigorosos para DBO5.

As vantagens e desvantagens de cada um dos sistemas são mostradas na Tabela 2.

Química e Derivados, Comparação entre os sistemas secundários, Artigo Técnico: Tratamento de Efluentes
Tabela 2 - Comparação entre os sistemas secundários. Clique para ampliar.

Química e Derivados, Manto de lodo anaeróbico de fluxo ascendente, Artigo Técnico: Tratamento de Efluentes
Manto de lodo anaeróbico de fluxo ascendente

Anaeróbico – Há três tipos básicos de sistemas anaeróbicos:

1) O Crescimento em Suspensão é aquele em que a biomassa é mantida em suspensão por agitação mecânica ou a mistura é efetuada por meio de um gás. A maior parte deles usa um reator fechado de mistura completa seguido de um clarificador com reciclo do lodo. Um desgaseificador a vácuo é frequentemente instalado após o reator para minimizar a flutuação do lodo. Alternativamente, pode ser usado um sistema de lagoa coberta com mistura parcial. Podem ser usadas lagoas abertas a jusante para sedimentação, porém a questão do mau cheiro é preocupante. É necessária a remoção periódica do lodo. Este é o tipo primário de sistema anaeróbico que pode ser projetado economicamente para operar com baixas cargas de orgânicos, da ordem de 1 a 2 kg DQO/m3/dia. As necessidades de área de terreno para sistemas de baixa carga são consideravelmente maiores do que as de alta carga.

2) Já no Sistema de Leito Fluidizado, o crescimento da biomassa ocorre em meio granular (tipicamente areia), que expande graças às altas vazões de reciclo de efluente. É crítico ter uma vazão hidráulica uniforme para evitar curto-circuito (passagem preferencial) e as altas concentrações de biomassa atingidas são atribuídas à grande superfície proporcionada pelo meio. Estes sistemas requerem mais energia para bombeamento e mistura.

3) Por fim, o manto de lodo anaeróbico de fluxo ascendente (UASB) é um sistema híbrido dos sistemas de leito fluidizado e de crescimento em suspensão, no qual o meio granular é formado pelas próprias bactérias. Estes sistemas servem muito bem para tratar águas residuais fortes, como aqui descrito, porém as bactérias não granulam bem em efluentes de baixa carga orgânica como os esgotos domésticos.

Sistemas de tratamento aeróbicos – O tratamento aeróbico é a abordagem de tratamento biológico mais comumente usada e ele pode ser utilizado para o tratamento de águas residuais industriais fracas e fortes e de esgotos municipais (que são inerentemente de baixa carga orgânica – águas fracas). Os sistemas aeróbicos fornecem uma única etapa de tratamento biológico para atingir níveis típicos de despejo da ordem de 30 mg/l ou menos de DBO5 e de TSS. É um processo mais estável e adequado para casos nos quais toxinas potenciais possam estar presentes e a complexidade de operação de tratamento em dois estágios (anaeróbico seguido de aeróbico) não se justifique. Em geral, o pré-tratamento anaeróbico não é economicamente justificável em concentrações de afluentes abaixo de 1.000 mg/l de DBO5.

Portanto, o tratamento aeróbico é preferível para o tratamento de esgoto doméstico.

Química e Derivados, Sistema de lodo ativado convencional, Artigo Técnico: Tratamento de Efluentes
Sistema de lodo ativado convencional

Sistema convencional de lodo ativado – Além do sistema convencional de lodo ativado, de larga aplicação e no qual a biomassa é suspensa com agitação por meio de ar, usando-se um reator de mistura completa seguido de um clarificador com reciclo do lodo, há novas alternativas aeróbicas no mercado. Uma delas, representada no Brasil pelos autores deste artigo, é o sistema AIS (Advent Integral System), uma reconfiguração patenteada do processo de lodo ativado convencional: o clarificador secundário é integrado à bacia de aeração, proporcionando inúmeras vantagens.

Química e Derivados, Sistema AIS, Artigo Técnico: Tratamento de Efluentes
Sistema AIS

O AIS se diferencia por ocupar a menor área de terreno dentre todos os processos aeróbicos; por não ter partes móveis, o clarificador é um mero septo de separação, não sendo, portanto, um elemento estrutural; as bombas de retorno de lodo não existem, o reciclo do lodo e do efluente tratado é feito por meio de bomba de air-lift acionada por uma fração do ar usado para prover oxigênio aos micro-organismos na bacia de aeração. Além disso, o sistema DTF provê um meio de remoção de espuma para eliminá-la do efluente clarificado e para a adição de polieletrólitos ou de outros coagulantes eventualmente necessários para reduzir os níveis de TSS no efluente.

Um Comentário

  1. 100% da população rural e ribeirinha no Brasil usa o sistema de fossa negra. acho que o sistema aneróbio com construções simples de uma sequencia de tres caixas de 1000L para uma residencia com 4 pessoas, acrescentando esterco bovino com agua, e separado das aguas cinzas, resolvem o problema. é melhor que não fazer nada. Conheço povoados que ja não conseguebuscar agua limpa no lençol freatico…..

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