AVALIAÇÃO DO USO DE UM REATOR UASB SEGUIDO POR CIRCULAÇÃO INTERNA NO TRATAMENTO DE EFLUENTES DE UMA INDÚSTRIA DO RAMO ALIMENTÍCIO: CAPACIDADE DE DIMINUIÇÃO NA GERAÇÃO DE LODO E USO DE SODA CÁUSTICA

Autora: Angela de Paula Vieira dos Santos[footnoteRef:1] [1: Angela de Paula Vieira dos Santos é discente de graduação em Engenharia Ambiental (2020) pela Faculdade Municipal Professor Franco Montoro, Mogi Guaçú, São Paulo. e-mail: angela.santos@ingredion.com]

Orientador: Prof. Dr. Ricardo da Silva Manca[footnoteRef:2] [2: Ricardo da Silva Manca possui graduação em Engenharia Ambiental pela UNIPINHAL (2004), Mestrado em Planejamento de Sistemas Energéticos pela Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP (2008), Doutorado em Engenharia Civil pela Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP e atualmente é Pesquisador de Pós Doutorado na Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Professor da Faculdade Municipal Professor Franco Montoro, Mogi Guaçu, São Paulo. e-mail: ricardomanca@gmail.com]

resumo

A necessidade da indústria em se responsabilizar pelo tratamento dos seus efluentes gerados, em função de uma maior conscientização ambiental, aspectos legais e sociais perante o mercado competitivo, ampliou o foco sobre as questões ambientais inerentes à indústria. Assim, o tratamento de efluentes industriais tornou-se uma obrigação para as indústrias geradoras, sendo premissa básica para aquelas que buscam alcançar certificações de qualidade ambiental dos seus processos. A Estação de Tratamento de Efluentes (ETE), que iremos abordar é composta por um sistema combinado de reatores anaeróbicos e aeróbicos. A reação anaeróbia é a primeira etapa da tratamento e é realizado em dois reatores: UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket e IC (Internal Circulation). Um efeito colateral causado pelo envio de águas residuais brutas diretamente para o tratamento aeróbio é a geração de odor. Esta situação representa um risco de reclamações ao Órgão Ambiental principalmente se a localização da indústria se der próximo a comunidade. Por conta desse risco, opta-se por cancelar essa operação e tratar 100% do efluente nos reatores anaeróbicos antes do tratamento aeróbio; no entanto a fim de lidar com a totalidade do efluente gerado, há dias em que os reatores anaeróbios trabalham acima de suas capacidades. Uma oportunidade para resolver este problema seria a instalação de um novo reator IC, o que permitiria à estação lidar com os picos de geração de efluentes e, assim, aumentar a eficiência anaeróbia. Como resultado desta melhoria, o lodo anaeróbio extra pode ser vendido e os custos relacionados com a disposição do lodo aeróbio serão diminuídos. Além disso, existe uma correlação entre o consumo de soda cáustica e o fluxo de recirculação anaeróbia durante o funcionamento como estabilizador natural de pH devido ao seu efeito tampão intrínseco.

Palavras-chave: Reator de circulação interna; eficiência anaeróbica; tratamento de efluentes

ABSTRACT

The need of industry taking responsibility for the treatment of its generated effluents, due to a higher environmental awareness, legal and social aspects in the competitive market, increased the focus on environmental issues inherent to the industry. This way, the treatment of industrial effluents has become an obligation for the generating industries, being a basic premise for those seeking to achieve environmental certifications in their processes. The Wastewater Treatment Station (WWTS), which we will address is composed of a combined system of anaerobic and aerobic reactors. The anaerobic reaction is the first stage of treatment and is carried out in two reactors: UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket and IC (Internal Circulation). A side effect caused by sending raw wastewater directly to the aerobic treatment is the generation of odor. This situation represents a risk of complaints to the Environmental Agency, especially if the location of the industry is close to the community, because of this risk, it is decided to cancel this operation and treat 100% of the effluent in the anaerobic reactors before the aerobic treatment; in order to deal with the totality of the effluent generated, there are days that anaerobic reactors may work above their capacity.

An opportunity to solve this problem would be the installation of a new IC reactor, which would allow the station to deal with the peaks of effluent generation and, thus, increase anaerobic efficiency. As a result of this improvement, the extra anaerobic sludge could be sold, and the costs related to the disposal of the aerobic sludge will be

decreased. In addition, there is a correlation between caustic soda consumption and anaerobic recirculation flow during operation as a natural pH stabilizer due to its intrinsic buffer effect.

Keywords: Internal Circulation Reactor; anaerobic efficiency; wastewater treatment

1. introdução

A água é um recurso indispensável para a sobrevivência dos seres vivos, e considerando a eminente escassez hídrica, há necessidade de sua preservação. Dados levantados pela Organização das Nações Unidas (ONU) preveem que em 2030 o planeta necessitará de um acréscimo de 40% na quantidade de água para atender de forma satisfatória a população (BRASÍLIA, 2014).

Os usos da água são variados e discrepantes em cada área, sendo que a indústria é responsável pelo consumo de 22% da água, a agricultura 70% e o uso doméstico 8%. Ressalta-se a necessidade de otimização e eficiência nos usos finais da água, visando a diminuição do consumo. Considerada como um recurso natural renovável, a água para uso industrial e doméstico só consegue recuperar suas qualidades se corretamente tratada (TERA AMBIENTAL, 2015).

Os efluentes industriais, resultado da utilização da água e outros fluidos no processo industrial, quando lançados sem o devido tratamento, possuem elevado potencial de impactar o meio ambiente. Todo efluente industrial deve passar por tratamento, com base na normatização das leis ambientais, antes que a água seja lançada no recurso hídrico.

A vantagem do tratamento de efluente permite a garantia da integridade ambiental, a prevenção da poluição, a adequação das atividades industriais respeitando a legislação de lançamento de efluentes conforme Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA (MMA, 2011), e facilitar os processos de outorga para captação de água do corpo hídrico.

Considerando as informações expostas anteriormente, o presente trabalho visa avaliar a eficiência da utilização de um reator UASB seguido de circulação do lodo quando avalia a diminuição do uso de soda e geração de lodo do processo.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Tratamento de Efluentes Industriais

Após a legislação ambiental reconhecer a importância do tratamento de efluentes industriais para a preservação da água, foi criado o Código das Águas em 1934, Decreto 24.643, que foi o primeiro a abordar esse assunto. A partir daí, surgiram várias e diferentes formas de tratamento, o que conscientizou muitas empresas e adequou o padrão da qualidade da água que irá para os corpos receptores (CAMATTI et al., 2015).

De acordo com Fogaça (2015), o tratamento primário de efluente é aquele que usa processos físico-químicos para separar da água os sólidos em suspensão e materiais que ficam flutuando. As etapas podem ser divididas em:

· Decantação: Essa é uma técnica física de separação de misturas formadas principalmente por sólidos em líquidos. Ela consiste em deixar a mistura em repouso para que, em razão da diferença de densidade e da ação da gravidade, os sólidos depositem-se no fundo do recipiente para serem então separados da parte líquida, que fica na parte superior;

· Flotação: É uma técnica de separação físico-química que consiste em adicionar bolhas de ar em uma suspensão coloidal. As partículas em suspensão aderem a essas bolhas e são arrastadas para a superfície do líquido;

· Separação de óleo: Frequentemente são usados separadores de água-óleo, que são Equipamentos que empregam métodos físicos, como a densidade e a tendência que o óleo tem de flutuar sobre a água. Isso é muito importante para efluentes vindos de áreas com contaminações de óleos;

· Equalização: A função da bacia de equalização é dar força ao sistema ao absorver variações bruscas na qualidade do efluente;

· Neutralização: Usam-se produtos químicos para neutralizar o pH do efluente.

Segundo Oliveira; Silva (2015), o tratamento secundário consiste em etapa na qual ocorre retirada da matéria orgânica, por meio de reações bioquímicas, conforme a sequência:

· Aeróbios: simulam o processo natural de decomposição. O oxigênio é obtido por aeração mecânica, por uma agitação na lagoa ou por insuflação de ar;

· Anaeróbios: consiste na estabilização de resíduos feita pela ação de microorganismos, na ausência de ar ou oxigênio elementar;

· Tanque de Aeração: é o tanque no qual a remoção da matéria orgânica é efetuada por reações bioquímicas, realizadas por microrganismos aeróbios. A base de todo o processo biológico é o contato efetivo entre esses organismos e o material orgânico contido nos efluentes. Os microrganismos utilizam a matéria orgânica como alimento e assim converte ela em gás carbônico, água e material celular.

Silva (2015) apresenta o tratamento terciário como necessário somente se as fases primária e secundária deixaram níveis de substâncias ou organismos que provoquem problemas de equilíbrio do corpo receptor, ou mesmo de seres vivos. Visa à remoção de organismos patogênicos e de nutrientes inorgânicos dos efluentes.

2.2. Tratamento Anaeróbio de Efluentes

O tratamento biológico de efluentes é uma alternativa de tratamentos físico-químicos. Segundo Fogaça (2020), neste tipo de tratamento os compostos orgânicos são oxidados por microorganismos, e podem ser divididos em:

· aeróbios, quando há presença de oxigênio no meio de decomposição dos compostos orgânicos em inorgânicos, sem a recuperação energética;

· anaeróbios, quando o oxigênio está ausente no meio reacional, favorecendo a decomposição da matéria orgânica com a produção de biogás, que é uma mistura de basicamente dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4), pelas bactérias. O biogás pode ser usado para gerar, tanto energia elétrica como energia térmica.

O tratamento anaeróbio de efluentes evoluiu para uma tecnologia de tratamento competitiva nas últimas décadas, principalmente do fim dos anos 1960 até hoje. Uma variedade grande de efluentes orgânicos, inclusive aqueles que antes não se acreditava ser possível tratar anaerobicamente, agora são tratados utilizando os processos chamados de alta eficiência. (VAN LIER, 2008).

Nos últimos anos, uma atenção considerável tem sido dada para o desenvolvimento de reatores para tratamento anaeróbio de resíduos líquidos industriais. Tais reatores são conhecidos como reatores de segunda geração, digestores de alta taxa ou digestores de alta eficiência, e podem lidar com os resíduos em uma alta carga orgânica, em média, 24 kg DQO/m³ (kilograma de demanda bioquímica de oxigênio por metro cúbico) por dia e alta velocidade de fluxo ascendente (entre 2 e 3 m/h – metro por hora, em alguns tipos de reatores) e possuem um baixo tempo de retenção hidráulica (RAJESHWARI et al., 2000).

Segundo Van Lier (2008), algumas vantagens podem ser pontuadas quando avaliado tratamento anaeróbio de alta taxa em relação ao tratamento convencional, sendo elas:

· quantidade do excesso de lodo produzido até 90% menor;

· espaço ao usar sistemas de leito de lodo expandidas EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) é até 90% menor;

· admite altas taxas orgânicas na alimentação atingindo DQO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) de 20-35 kg DQO/m³/dia, implicando em volumes menores dos reatores;

· não utiliza combustíveis fósseis no tratamento, economizando cerca de 1kWh/kg (kilowatt hora por kilograma) de DQO (Demanda Química de Oxigênio) removida;

· período de start-up curto (uma semana) se utilizado inóculo granular;

· nenhum ou muito pouco consumo de produtos químicos;

· lodo pode ficar inativo (sem alimentação) o que permite operações sazonais;

· lodo excedente tem valor de mercado (biofertilizante);

· aplicável em pequenas e grandes escalas;

· tecnologias de alta eficiência facilitam o reuso de água, aspecto positivo na busca pelo efluente zero.

Estas vantagens consolidaram os reatores anaeróbios de alta taxa como boas alternativas para tratamento de efluentes e os impulsionaram para o mercado de tratamento de efluentes (VAN LIER, 2008),

Os reatores podem ser divididos, de forma geral, entre os três mecanismos mais usuais para reter a biomassa, que são: decantação/sedimentação, adesão a um suporte e granulação (DERELI et al., 2012).

Este último é o mais aplicado devido à abundância de reatores de fluxo ascendente e manta de lodo anaeróbico UASB (Upflow Anaerobic Sludge Bed), de leito de lodo expandido EGSB e circulação interna IC (Internal Circulation) nos tratamentos de efluentes industriais (DERELI et al., 2012).

De acordo com MAO et al. (2015), o Reator UASB (Figura 1) é considerado o precursor do tratamento anaeróbio de alta taxa, o reator de fluxo ascendente e manta de lodo anaeróbio é uma tecnologia comum, simples, compacta e de baixo custo utilizado extensivamente para o tratamento de efluentes. A estrutura principal do reator é um leito de lodo denso localizada na parte inferior, o que garante um bom contato das águas residuais com a biomassa. Entre as vantagens notáveis, UASB requer menos volume do reator e no espaço ocupado, apresenta maior produção de biogás e velocidade de fluxo quando comparado aos reatores anaeróbios convencionais.

Figura 1 – Desenho esquemático do reator UASB

Fonte: Adaptado de Habeeb et al. (2011)

Os reatores UASB são sistemas compactos e de alta taxa de digestão, indicados para a recuperação eficiente do gás metano. Estes reatores se baseiam no princípio de separação das fases sólida, líquida e gasosa, fazendo com que o lodo acumule e se mantenha no tanque de tratamento (MAO et al., 2015),O Reator IC (Figura 2) consiste em dois reatores tipo UASB um em cima do outro, trabalhando em série. Assim, um reator IC tem dois conjuntos de separação de 3 fases. Devido a essa particularidade, o reator IC pode separar o gás, o líquido e os sólidos e simultaneamente, melhorar a retenção de biomassa, o que permite uma maior atividade da mesma e melhora na qualidade do efluente final. A separação de biogás em duas fases diferentes e a circulação interna de efluentes são as características especiais deste reator (MAO et al., 2015).

O reator IC, é um tanque vertical de altura e largura variáveis. Seu funcionamento se dá pelo bombeamento do afluente pelo o fundo do reator que, através de um sistema de distribuição eficiente (NICOLELLA et al., 2000).

Figura 2 - Desenho esquemático do reator IC

Fonte: Adaptado de Nicolella et al. (2000)

No IC, o primeiro compartimento contém um leito de lodo granular expandido, onde a maior parte da DQO é convertida em biogás. Este gás é recolhido no separador de fases do nível inferior. Isto gera uma "elevação a gás", que força a mistura água e lodo para cima através do tubo ascendente para dentro do separador líquido-gás no topo do reator. O biogás deixa o reator através deste separador, e parte da solução de líquido e biomassa retorna para a parte inferior do sistema: daí o nome, circulação interna. Na parte inferior, a velocidade do líquido ascendente varia de 10 a 20 m/h. (NICOLELLA et al., 2000).

Com base na sua circulação interna, este tipo de reator admite uma concentração orgânica de entrada muito maior, (com uma DQO de 35 kg DQO/m³/dia sendo a mais alta alcançada). Além disso, em comparação com o reator UASB, o sistema IC pode tratar águas residuais de baixa carga orgânica em maior tempo de retenção hidráulica por causa do fluxo ascendente dos líquidos e das velocidades gás.

O reator IC tem sido aplicado com sucesso em diferentes indústrias, como a cervejaria e indústria de bebidas, indústria de papel e celulose, destilaria e indústria de fermentação, e indústrias químicas e petroquímicas (MAO et al., 2015).

2.3. Conceituação pertinente ao estudo

A DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio) refere-se à quantidade de oxigênio necessária para ocorrer a oxidação da matéria orgânica biodegradável, é um parâmetro utilizado para verificar a eficiência na decomposição de matéria orgânica, pois, se a DBO está elevada, quer dizer que a matéria orgânica está sendo consumida.

Assim, de uma forma geral, a demanda bioquímica de oxigênio atua como um indicador de poluição das águas. Quanto maior a quantidade de efluentes lançados em um curso de água, maior será a quantidade de matéria orgânica, o que favorecerá um grande consumo de gás oxigênio (O2) por parte dos microrganismos, elevando a DBO e prejudicando os seres vivos aeróbios (DIAS, 2020).

Já a DQO (Demanda Química de Oxigênio), é um parâmetro indispensável nos estudos de caracterização de esgotos sanitários e de efluentes industriais, onde avalia-se a quantidade de oxigênio dissolvido (OD) consumido em meio ácido que leva à degradação de matéria orgânica (SOUZA, 2020).

O pH pode interferir direta ou indiretamente nos efluentes em geral. Influi em variados equilíbrios químicos naturais ou em processos unitários de tratamento, tornando-se um parâmetro importante. Para os tratamentos biológicos aeróbicos, a influência deste parâmetro é decisiva. Pois, além dos microrganismos se desenvolverem em uma faixa de pH ideal, a oxidação da amônia a nitrato, conhecida por nitrificação, é um efeito desejável e leva a um consumo alcalino do meio e a consequente queda de pH, exigindo, em certas circunstâncias, a alcalinização artificial (FÁVARO, 2020).

Na legislação do Estado de São Paulo, determina-se uma faixa de pH entre 5 e 9 para o lançamento direto nos corpos receptores (artigo 18 do Decreto 8468), os mesmos limites impostos pela RESOLUÇÃO 357 do CONAMA (MMA, 2007), e entre 6 e 10 para o lançamento na rede pública seguida de estação de tratamento de esgotos (Decreto 8468, artigo 19-A).

Nos reatores anaeróbios, a acidificação do meio é caracterizada pelo decréscimo do pH, indicando situação de desequilíbrio. Para a elevação de pH, os compostos mais utilizados são: soda cáustica (hidróxido de sódio), cal hidratada (hidróxido de cálcio) e a barrilha (carbonato e bicarbonato de sódio).

A soda cáustica possui como principal vantagem a sua elevada solubilidade, possibilitando uma operação mais simples do sistema de dosagens (ÉMILLIN, 2018).

3. MATERIAL E MÉTODOS3.1. Descrição do Local

A Estação de Tratamento de Efluentes (ETE) da empresa alimentícia na cidade de Mogi Guaçu, objeto do estudo, recebe dois tipos de efluentes, originados no processo produtivo, com as seguintes denominações:

· Efluente bruto: efluente líquido proveniente do processo fabril composto, principalmente, por 2º condensado do processo de concentração de produtos nos evaporadores, água de limpeza do processo, material proveniente da regeneração das colunas de desmineralização e esgotos sanitários (banheiros, restaurante etc.);

· Filtrado: efluente líquido proveniente do sistema do processo de lavagem.

A diferença existente entre os dois tipos de efluentes é que o filtrado possui um valor muito superior em carga de DQO (Demanda Química de Oxigênio) e um volume menor em relação ao efluente bruto. As duas correntes de efluentes chegam à ETE por gravidade, tubulações distintas, e em tanques separados.

O efluente bruto é recebido na ETE em uma caixa de areia, com o objetivo de retenção dos materiais sólidos (principalmente areia), em seguida passa por uma peneira rotativa onde são retirados os materiais em suspensão (p.ex. resíduos de alimentos, folhas, galhos). Esta etapa tem como objetivo evitar que os resíduos possam causar entupimentos no sistema de distribuição de efluentes, prejudicando a eficiência do processo anaeróbio.

O filtrado é recebido na ETE diretamente em um tanque, denominado tanque de filtrado, o qual tem como finalidade o armazenamento, para que em seguida possa ser realizada a dosagem do filtrado no efluente bruto.

O efluente bruto e o filtrado seguem para o tanque de equalização, com objetivo de equalizar as cargas de DQO (Demanda Química de Oxigênio). Após a mistura do efluente bruto com o filtrado, o efluente passa a ser chamado de efluente equalizado. Neste tanque ocorre a 1ª adição de soda cáustica, com a finalidade de correção do pH do efluente.

O efluente equalizado é posteriormente enviado para o tanque de hidrolização onde recebe a adição de uréia, ácido fosfórico e soda cáustica. A solução de uréia é rica em Nitrogênio e a solução de ácido fosfórico em Fósforo. O Nitrogênio e o Fósforo são essenciais para um bom funcionamento do sistema anaeróbio, pois são nutrientes para a microfauna anaeróbia. A soda cáustica é utilizada para correção do pH do efluente equalizado, antes de ser enviado para o reator.

O objetivo principal da etapa de condicionamento no tanque de hidrolização do efluente equalizado é desenvolver um ambiente propício para as bactérias metanogênicas existentes dentro do reator anaeróbio, facilitando a degradação da matéria orgânica poluente.

O efluente equalizado segue parte para o reator anaeróbico – UASB e parte para o reator IC, sendo que na saída do tanque de hidrolização o efluente recebe a adição da solução de Cloreto Férrico como fonte de ferro necessário ao desenvolvimento da microfauna bacteriana, atuando no desenvolvimento e crescimento das células bacterianas, e consequentemente no processo de formação de lodo granular. É no interior do reator que ocorre a conversão da matéria orgânica, através da ação das bactérias metanogênicas, convertendo-a em biogás (metano). Parte do efluente do reator é recirculado para o tanque de hidrolização, com a finalidade de garantir uma carga hidráulica constante e estimular o processo de hidrolização. O biogás produzido no reator é queimado através de um Flare (queimador).

O tratamento aeróbico inicia-se a partir da saída do reator, com o efluente sendo enviado ao tanque da pré-aeração, que serve como um tanque de armazenamento e que alimenta, simultaneamente, os 3 (três) tanques de aeração.

Os tanques de aeração dispõem de equipamentos denominados de aeradores, com a finalidade de aumentar o teor de oxigênio dissolvido no efluente, que em contato com os microorganismos contidos no lodo ativado ocorre o processo de degradação da matéria orgânica, conhecido como processo de tratamento aeróbio.

O efluente então segue para 2 (dois) decantadores, instalados em série, onde ocorre a separação do efluente tratado do lodo sedimentado, com a finalidade de se reduzir a concentração de sólidos. O efluente tratado proveniente dos decantadores é lançado no corpo receptor, dentro da faixa dos parâmetros especificados pelo Órgão Ambiental, com alta performance de eficiência no processo alcançando uma redução de 96% de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio), muito superior ao estabelecido pelo Órgão Ambiental.

O lodo sedimentado nos decantadores, segue para o espessador, cujo objetivo é melhorar a separação da fase líquida da fase sólida. A fase líquida retorna para os tanques de aeração enquanto o lodo é encaminhado para os leitos de secagem, o qual posteriormente é vendido para empresas de fertilizante.

Desde o recebimento de efluente na ETE até a saída do reator, ou seja, todo o processo anaeróbio, é monitorado e controlado através de um sistema automatizado. A Figura 3, a seguir, apresenta um desenho das etapas do tratamento de efluentes da empresa estudada.

Figura 3 – Desenho esquemático de uma estação de tratamento de efluentes

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Na Tabela 1, observa-se as características do efluente geral que é bombeado para tratamento na estação, bem como suas áreas de origem.

Tabela 1 – Efluente Geral da Empresa

Localização

Equipamento

Vazão (m³/h)

DQO (ppm)

Prédio 1

Evaporador 1

60

3800

Evaporador 2

5000

Evaporador 3

6800

Prédio 2

Tanque de Neutralização

50

3200

Prédio 3

Regeneração de Caldeira

50

500

Prédio 4

Sobra de 2º Condensado

20

-

Fábrica

Make up da Torre de Resfriamento

10

500

Lavagem do Processo

40

-

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Na tabela 2, temos o valor máximo aceitável dos parâmetros de referência para uma operação normal no Reator UASB.

Tabela 2 – Características para operação no Reator UASB

Parâmetro

Valor máximo

DQO (ppm)

1500

Carga (kg/dia)

16000

Sólidos Sedimentáveis (ml/L)

50

pH

7,2

Temperatura (ºC)

39,5

Acidez (ppm)

500

Alcalinidade (ppm)

1800

Taxa hidrolisado (kg/m³)

8,9

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Na tabela 3, tem-se o valor máximo aceitável dos parâmetros de referência para uma operação normal no Reator IC.

Tabela 3 – Características para operação no Reator IC

Parâmetro

Valor máximo

DQO (ppm)

1500

Carga (kg/dia)

13000

Sólidos Sedimentáveis (ml/L)

50

pH

7,2

Temperatura (ºC)

39,5

Acidez (ppm)

500

Alcalinidade (ppm)

1800

Taxa hidrolisado (kg/m³)

21

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

3.2. Simulação de condição para comparativo de uso de soda cáustica para ajuste de pH em amostras de água residual bruta coletada de reatores UASB e IC existentes.

O tratamento anaeróbio de águas residuais é o processo em que um conjunto de bactérias é disposto em um ambiente livre de oxigênio ambientais quebram a matéria orgânica até sua forma mais estável visando obter energia para sua vida.

O tratamento de águas residuais significa conversão de Demanda Química de Oxigênio (DQO).

O sucesso ou fracasso do processo de digestão anaeróbia é determinado por ambos os fatores ambientais (pH, temperatura, sais etc.) e desenho do processo. O pH ideal para bactérias está na faixa de 6,6 - 7,5 para maximizar a formação de metano e, portanto, o desempenho do processo.

O “Tanque de Recirculação” onde o efluente parcialmente tratado (com alta alcalinidade) é misturado com água residual bruta para aumentar seu pH e, assim, otimizando o uso de soda cáustica. Então, quanto maior a recirculação, menor é a quantidade de produto químico necessário para o ajuste do pH.

Como o objeto de estudo possui ambos reatores UASB e IC, houve uma simulação da condição, onde foi coletada uma parte da água residual bruta, do reator UASB e do IC reator.

Em seguida, foi misturada uma amostra de reator UASB e de água residual bruta em diferentes proporções, mas com volume combinado sempre de 209 mL (Mililitro). Os mesmos critérios para o reator IC. Em seguida, foi dosada soda cáustica para cada amostra até atingir pH 7.

Como esperado, para o mesmo volume de mistura, quanto maior é o volume de água residual bruta, maior é o consumo de soda cáustica conforme o volume de recirculação diminui.

4. Resultados e Discussão4.1. Avaliação dos Dados

Com a adição de um terceiro reator, sendo este de circulação interna (IC), diminuindo a alimentação do fluxo dos reatores, o resultado é uma redução do consumo de soda cáustica.

Adicionalmente, com o aumento da eficiência anaeróbia reduz-se a quantidade de carga orgânica que é enviada para tratamento aeróbio, ou seja, uma consequente redução de lodo aeróbio para disposição.

Nas tabelas 4, podemos visualizar os consumos de soda cáustica no tratamento, antes e após a instalação de um Segundo Reator IC no processo de tratamento.

Tabela 4 - Consumo mensal de soda antes da instalação de um Segundo Reator IC (em Kilos)

Mês (2020)

Consumo de Soda (kg)

Janeiro

99362

Fevereiro

94380

Março

92335

Abril

98240

Maio

121230

FONTE: Elaborado pela Autora (2020)

Tabela 5 - Consumo mensal de soda após da instalação de um Segundo Reator IC (em Kilos)

Mês (2020)

Consumo de Soda (kg)

Junho

74136

Julho

68883

Agosto

71320

Setembro

73148

Outubro

63494

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Adicionalmente, conforme mostram as Tabelas 6 e 7 observou-se a redução de lodo aeróbio para disposição na saída dos reatores.

Tabela 6 - Geração mensal de lodo na saída para aeração antes da instalação de um Segundo Reator IC (em Toneladas)

Mês (2020)

Geração Lodo Mensal (ton)

Janeiro

240

Fevereiro

180

Março

265

Abril

390

Maio

260

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Tabela 7 - Geração mensal de lodo na saída para aeração após a instalação de um Segundo Reator IC (em Toneladas)

Mês (2020)

Geração Lodo Mensal (ton)

Junho

80

Julho

110

Agosto

60

Setembro

115

Outubro

100

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Com a redução do consumo de soda, observou-se também os ganhos econômicos na implementação de um Segundo reator IC (ao processo, conforme mostra a tabela 8.

Tabela 8 - Custo mensal de soda (em Reais)

Mês (2020)

Custo mensal de soda (R$)

Janeiro

220.583

Fevereiro

209.524

Março

204.983

Abril

218.093

Maio

269.131

Junho*

164.582

Julho*

152.920

Agosto*

158.330

Setembro*

162.388

Outubro*

140.956

*Meses pós instalação de um segundo reator IC ao processo

Fonte: Elaborado pela Autora (2020)

Como resultado desta melhoria, os custos relacionados com a disposição do lodo aeróbio para empresa de fertilizantes foram diminuídos, conforme mostra a tabela 9.

Tabela 9 - Custo mensal para disposição do lodo aeróbio para empresa de fertilizantes (em Reais)

Mês (2020)

Custo mensal para disposição de lodo (R$)

Janeiro

26.800

Fevereiro

19.941

Março

30.396

Abril

33.927

Maio

30.150

Junho*

9.558

Julho*

13.728

Agosto*

6.546

Setembro*

13.800

Outubro*

120.000

*Meses pós instalação de um segundo reator IC ao processo

5. ConclusÃO

Este estudo teve como objetivo principal avaliar o desempenho operacional de uma estação de tratamento de efluentes (ETE) existente em uma empresa do ramo alimentício na cidade de Mogi Guaçu.

A ETE até Maio de 2020 havia inicialmente em suas instalações um reator UASB e um reator IC. Devido ao encerramento das atividades de uma de suas unidades, a empresa obteve a disponibilidade de um segundo reator IC para utilização.

A partir de então optou-se pela instalação de um segundo reator IC ao seu processo de tratamento de efluentes industriais, onde podemos destacar as seguintes conclusões de maior interesse para atendimento aos objetivos desta pesquisa:

· Simulação de comparativo de uso de soda cáustica para ajuste de pH em amostras de água residual bruta coletada de reatores UASB e IC existentes, onde se pode comprovar através das amostras que para o mesmo volume de mistura, quanto maior o volume de água residual bruta, maior é o consumo de soda cáustica conforme o volume de recirculação diminui, sendo assim viável o investimento para aproveitamento do reator sobressalente.

· Houve a contribuição na diminuição do consumo de soda cáustica mensal necessária para o tratamento de efluentes em 31%, comparando-se os períodos entre janeiro a maio, e junho a outubro.

· Como consequência da diminuição do consumo de soda cáustica mensal, houve também ganho econômico mensal.

· Houve também ganho econômico mensal com relação aos custos relacionados com a disposição do lodo aeróbio para empresa de fertilizantes.

· Neste caso específico do Reator Anaeróbio de Circulação Interna (IC) pode-se verificar que este contribuiu para aumentar a viabilidade do processo anaeróbio para o tratamento de efluentes, com uma menor geração de lodo anaeróbico antes do processo de aeração.

· Uma vez que a unidade já possuía o equipamento disponível, adicionado ao fato de sua estrutura, que consiste em um tanque cilíndrico, vertical, com altura variando de 16 a 25 metros, necessitando de menor área ocupada, e estando a área necessária disponível na ETE na unidade, houve assim um baixo custo de implantação.

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